CN110556456A - 一种高亮度led芯片及其切割方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种高亮度LED芯片的切割方法，具体包括激光隐形切割打点步骤以及裂片步骤；其中，激光隐切打点中至少打深度不一样的两排点，深度指从衬底的底面至打点的位置；裂片后衬底的侧面上形成能使侧壁粗化的纹路。第一点的打点距离为LED芯片厚度的1/4‑1/2的距离；第二点的打点距离为LED芯片厚度的1/10‑1/5的距离。第一点的打点功率控制在0.4‑0.7W之间；第二点的打点功率控制在0.1‑0.5W之间。本发明提供的一种高亮度LED芯片的切割方法通过不同功率和速度来匹配，裂片时形成不规则的裂纹来实现侧壁粗化，可以让侧壁粗化面积最大化，让光更容易从衬底中出来，大大提高了LED芯片的亮度。
Description
技术领域
本发明涉及半导体照明技术领域，特别地，涉及一种高亮度LED芯片及其切割方法。
背景技术
LED(Light Emitting Diode)是由第三代半导体材料GAN制备而成，在性能方面具有使用寿命长、安全环保、耐高温等优点。目前LED广泛的应用于城市照明、背光显示、交通信号灯、汽车灯、植物照明、生物医疗等生活的各个方面。
目前LED在结构上可以大致分为：正装结构、倒装结构、垂直结构三大类，各个结构具有其独特的优点。目前，由于人们对LED性能的要求越来越高，这就要求LED技术人员不断进行技术突破，以满足人们对光源的需求。
LED亮度提升永远是技术创新中的重中之重。为更好的提高LED芯片的亮度，增加芯片的出光效率，本发明提供了一种新型的高亮度LED芯片的切割方法。
发明内容
本发明目的在于提供一种高亮度LED芯片的切割方法，以提高LED芯片的发光亮度，增加芯片的出光效率。
为实现上述目的，本发明提供了一种高亮度LED芯片的切割方法，具体包括激光隐切打点步骤以及裂片步骤；其中，激光隐切打点中至少打深度不一样的两排点，深度指从衬底的底面至打点的位置；裂片后衬底的侧面上形成能使侧壁粗化的纹路。
进一步的，激光隐切打点是在LED芯片侧壁的各个面上同时进行。
进一步的，激光隐切打点步骤通过激光两次打点的方式实现，其中，第一点的打点功率大于第二点的打点功率；激光两次打点的打点距离均从衬底底部开始到设定的打点位置，第一点的打点距离大于第二点的打点距离。
进一步的，第一点的打点距离为LED芯片厚度的1/4-1/2的距离；第二点的打点距离为LED芯片厚度的1/10-1/5的距离。
进一步的，第一点的打点功率控制在0.4-0.7W之间；第二点的打点功率控制在0.1-0.5W之间。
进一步的，所述第一点的打点速度以及第二点的打点速度均控制在500-750mm/s之间。
进一步的，第一点和第二点采用两束激光同时打点或者单束激光进行两次打点。
进一步的，所述LED芯片厚度为120-250um。
进一步的，所述衬底材料为蓝宝石衬底、Si衬底或者GaN衬底。
本发明还提供了一种高亮度LED芯片，所述LED芯片由上述的切割方法制备而成。
与现有LED制造技术相比，本发明提供的一种高亮度LED芯片的切割方法，具有以下优势：
(1)本发明提供的一种高亮度LED芯片的切割方法，通过在LED芯片各个侧面采用激光隐形切割的方式对LED芯片进行加工，具体通过激光两次打点，第一点主要用于实现LED芯片的切割，第二点主要用于实现LED芯片侧壁粗化，这样有利于实现光从侧壁出来的几率，能够提高出光效率。同时，通过将第一点的打点功率控制在0.4-0.7W之间，第二点的打点功率控制在0.1-0.5W之间，第一点和第二点的打点速度均控制在500-750mm/s之间，这样根据需求通过不同功率和速度来匹配，裂片时形成不规则的裂纹来实现侧壁粗化，可以让侧壁粗化面积最大化，让光更容易从衬底中出来，大大提高了LED芯片的亮度。
(2)采用本发明提供的一种高亮度LED芯片的切割方法制备出的LED芯片结构，通过激光两次打点进行裂片形成不规则的裂纹来实现侧壁粗化，能够改变光线在GaN侧壁传播路径和传播角度，提高发光效率。
(3)本发明提供的一种高亮度LED芯片的切割方法，通过两次打点更有利于切割裂片，因为在LED制备过程中如果一次打点，需采用较大的功率这样会导致良率不好，而且有时候还会出现切割不良或者切不开的问题，而采用两次可以有效避免这些问题，尤其是在非氮化镓的解理面表现更为明显。因此，采用本发明提供的一种高亮度LED芯片的切割方法制备出的LED芯片结构能够减少切割不良的比例，有利于提升芯片切割良率。
(4)本发明提供的一种高亮度LED芯片的切割方法，制备工艺路线简洁，可以使用现有设备，有利于LED产业化推广。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明优选实施例的LED芯片结构截面图；
图2是本发明优选实施例的LED芯片侧壁粗化面截面图；
图3是本发明优选实施例的LED芯片侧粗化打点位置截面图；
图4是本发明优选实施例的LED芯片侧壁粗化实际效果图；
其中，1、衬底，2、缓冲层，3、N-GaN层，4、量子阱层，5、P-GaN层，6、电流阻挡层，7、电流扩展层，8、透明绝缘层，9、P电极，10、N电极，11、侧壁粗化面，12、第一点位置，13、第二点位置。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
一种高亮度LED芯片的切割方法，采用蓝宝石、Si片或者GaN作为衬底材料，在衬底1上生长缓冲层2、N-GaN层3、量子阱层4、P-GaN层5形成外延片。然后在所述外延片上沉积出电流阻挡层6和电流扩展层7，所述电流扩展层7覆盖所述电流阻挡层6；通过光刻和蚀刻制备出电流扩展层形貌，且所述电流阻挡层7的上表面部分露出；再利用光刻和ICP刻蚀形成所述N-GaN层3的台阶，露出所述N-GaN层3；采用金属蒸镀方式在制备好的所述P-GaN层5和N-GaN层3的外延片上蒸镀一层电极，分别形成P电极9和N电极10，并对所述P电极9和N电极10在250℃-300℃之间进行合金处理，形成合金电极；在制备好电极的外延片上且于所述P电极和N电极的上表面以外的区域，采用PECVD设备和黄光光刻工艺制备出透明绝缘层8，制备出完整结构的LED芯片。通过研磨、精抛、背镀工艺实现LED芯片的减薄，使LED芯片厚度控制在120-250um。
然后，将LED芯片进行激光隐形切割打点步骤以及裂片步骤。其中，激光隐切打点中至少打深度不一样的两排点，深度指从衬底1的底面至打点的位置；裂片后衬底1的侧面上形成能使侧壁粗化的纹路。具体的在LED芯片激光隐切打点是在LED芯片侧壁的各个面上同时进行。激光隐切打点步骤通过激光两次打点的方式实现，其中，第一点的打点功率大于第二点的打点功率；激光两次打点的打点距离均从衬底底部开始到设定的打点位置，第一点的打点距离大于第二点的打点距离。第一点的打点功率控制为0.4-0.7W之间，打点的速度控制在500-750mm/s之间，激光从衬底底面打入衬底中，芯片厚度控制在120-250um，第一点的打点的距离控制在芯片厚度的1/4-1/2的距离，即从衬底底部到激光爆破点的距离。另外，要求爆破点的裂痕不能延伸到N-GAN层。如果延伸到会影响良率，所以，其激光爆破点延伸痕迹需要控制在一定范围。
第二点的打点功率控制在0.1-0.5W之间，打点速度控制在500-750mm/s之间。激光从衬底底面打入衬底中，第二次打点时打点的距离控制为芯片厚度的1/10-1/5的距离，即从衬底底部到激光爆破点的距离。参见图1至图3，采用本方法制备的LED芯片侧壁粗化面11的截面图及LED芯片侧粗化打点位置截面图(包括第一点位置12和第二点位置13)。
实施例1：
采用蓝宝石衬底，在蓝宝石衬底上生长外延层，外延层依次为缓冲层、N-GaN层、量子阱层、P-GaN层。在制备好完整的外延片上依次生长电流阻挡层、电流扩展层、P/N金属电极、透明绝缘层形成结构完整的LED芯片。通过研磨、精抛、背镀工艺实现LED芯片的减薄，使LED芯片厚度控制在185um作用。
然后在LED芯片四个侧面采用激光隐切的方式对LED芯片进行粗化加工。第一点的打点功率控制在0.52W，打点的速度控制在630mm/s，激光从衬底底面打入衬底中，芯片厚度控制在185um，第一次打点时打点的距离控制在60um，即从激光爆破点到衬底底部的距离。且要求爆破点的裂痕不能延伸到N-GAN层，如果延伸到会影响良率。其激光爆破点延伸痕迹需要控制在一定范围。
第二点的打点功率控制在0.18W，激光侧壁粗化的打点速度控制在650mm/s，激光从衬底底面打入衬底中，第二点的打点距离为45um。具体侧壁粗化效果见图4。
实施例2：
实施例2与实施例1的不同之处在于：芯片厚度控制在130um，第一点的打点功率控制在0.4W，打点的速度控制在500mm/s，第一次打点时打点的距离控制在40um，第二点的打点功率控制在0.1W，激光侧壁粗化的打点速度控制在550mm/s，激光从衬底底面打入衬底中，第二点的打点距离为20um。实施例2侧壁粗化效果与实施例1相似。
实施例3：
实施例3与实施例1的不同之处在于：芯片厚度控制在240um，第一点的打点功率控制在0.7W，打点的速度控制在680mm/s，第一次打点时打点的距离控制在75um，第二点的打点功率控制在0.5W，激光侧壁粗化的打点速度控制在750mm/s，激光从衬底底面打入衬底中，第二点的打点距离为48um。实施例3侧壁粗化效果与实施例1相似。
对比例1：(二次打点功率过高)
对比例1与实施例1的不同之处在于：第二点的打点功率控制在0.6W，其他同实施例1。
对比例2：(二次打点功率过低)
对比例2与实施例1的不同之处在于：第二点的打点功率控制在0.08W，其他同实施例1。
对比例3：(二次打点速度过慢)
对比例3与实施例1的不同之处在于：第二点的打点速度控制在450mm/s，其他同实施例1。
对比例4：(二次打点速度过快)
对比例4与实施例1的不同之处在于：第二点的打点速度控制在800mm/s，其他同实施例1。
对比例5：(化学方法侧壁粗化)
采用蓝宝石衬底，在蓝宝石衬底上生长外延层，外延层依次为缓冲层、N-GaN层、量子阱层、P-GaN层。在制备好完整的外延片上依次生长电流阻挡层、电流扩展层、P/N金属电极、透明绝缘层形成结构完整的LED芯片。通过研磨、精抛、背镀工艺实现LED芯片的减薄，使LED芯片厚度控制在185um。
然后采用激光进行切割，同时采用湿法腐蚀工艺对衬底侧壁进行表面粗化，形成粗化微结构，所述湿法腐蚀工艺采用的腐蚀溶液为氢氧化钾溶液。
将采用本发明方法实施例1-3切割的LED芯片与采用对比例1-5切割的LED芯片进行性能测试，测试结果如表1：
由上述表1中可知：采用该激光切割的方法，当第二点的打点功率高于0.5W时，则会出现切割过度，会引起切割的裂痕过长，引起漏电及其他电性异常。当第二点的打点功率低于0.1W时，则会出现打点爆破不足无法实现粗化，起不到粗化效果，而无法实现亮度提升。当第二点的打点速度过低，低于500mm/s时，会由于打点过密，激光爆破点过于集中，无法实现粗化，而且还会使得亮度下降。当第二点的打点速度如果过高，高于750mm/s时，会由于打点过疏，激光爆破点过于疏散，无法实现粗化，起不到侧壁粗化的效果。
本发明提供的一种高亮度LED芯片的切割方法，通过在LED芯片四个侧面采用激光隐切的方式对LED芯片进行加工，具体通过激光两次打点，第一点用于LED芯片的切割，第二点用于LED芯片侧壁粗化，这样有利于实现光从侧壁出来的几率，能够提高出光效率。同时，通过将第一点的打点功率控制在0.4-0.7W之间，第二点的打点功率控制在0.1-0.5W之间，第一点和第二点的打点速度均控制在500-750mm/s之间，而且二次打点要求功率必须低于第一次打点功率，这样根据需求通过不同功率和速度来匹配，裂片时形成不规则的裂纹来实现侧壁粗化，可以让侧壁粗化面积最大化，让光更容易从衬底中出来，大大提高了LED芯片的亮度。同时，通过激光两次打点进行裂片形成不规则的裂纹来实现侧壁粗化，能够改变光线在GaN侧壁传播路径和传播角度，提高发光效率，亮度可以达到301.79mW，漏电良率可达99.80％。而现有提高LED芯片亮度的方法是采用激光进行切割，同时采用湿法腐蚀工艺对衬底侧壁进行表面粗化，形成粗化微结构。但是采用化学腐蚀方法进行LED芯片侧壁粗化一致性较差，不能做到定点粗化，而且在精度方面要差很多，且亮度只有296.57mW，不及采用激光切割进行粗化后的LED亮度。所以，采用本发明激光隐形切割的方法进行粗化具有很好的控制性，控制精度相对高，可以选择性的进行粗化，并且一致性好。
同时，本发明提供的一种高亮度LED芯片的切割方法，通过两次打点更有利于切割裂片，因为在LED制备过程中如果一次打点，需采用较大的功率这样会导致良率不好，而且有时候还会出现切割不良或者切不开的问题，而采用两次可以有效避免这些问题，尤其是在非氮化镓的解理面表现更为明显。因此，采用本发明提供的一种高亮度LED芯片的切割方法制备出的LED芯片结构能够减少切割不良的比例，有利于提升芯片切割良率。且本发明制备工艺路线简洁，可以使用现有设备，有利于LED产业化推广。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种高亮度LED芯片的切割方法，其特征在于，具体包括激光隐切打点步骤以及裂片步骤；其中，激光隐切打点中至少打深度不一样的两排点，深度指从衬底的底面至打点的位置；裂片后衬底的侧面上形成能使侧壁粗化的纹路。
2.根据权利要求1所述的一种高亮度LED芯片的切割方法，其特征在于，激光隐切打点是在LED芯片侧壁的各个面上同时进行。
3.根据权利要求1所述的一种高亮度LED芯片的切割方法，其特征在于，激光隐切打点步骤通过激光两次打点的方式实现，其中，第一点的打点功率大于第二点的打点功率；激光两次打点的打点距离均从衬底底部开始到设定的打点位置，第一点的打点距离大于第二点的打点距离。
4.根据权利要求3所述的一种高亮度LED芯片的切割方法，其特征在于，第一点的打点距离为LED芯片厚度的1/4-1/2的距离；第二点的打点距离为LED芯片厚度的1/10-1/5的距离。
5.根据权利要求3所述的一种高亮度LED芯片的切割方法，其特征在于，第一点的打点功率控制在0.4-0.7W之间；第二点的打点功率控制在0.1-0.5W之间。
6.根据权利要求3所述的一种高亮度LED芯片的切割方法，其特征在于，所述第一点的打点速度以及第二点的打点速度均控制在500-750mm/s之间。
7.根据权利要求1所述的一种高亮度LED芯片的切割方法，其特征在于，第一点和第二点采用两束激光同时打点或者单束激光进行两次打点。
8.根据权利要求1所述的一种高亮度LED芯片的切割方法，其特征在于，所述LED芯片厚度为120-250um。
9.根据权利要求1-8任一项所述的一种高亮度LED芯片的切割方法，其特征在于，所述衬底材料为蓝宝石衬底、Si衬底或者GaN衬底。
10.一种高亮度LED芯片，其特征在于，所述LED芯片由权利要求1-9任一所述的切割方法制备而成。
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