CN112993742B - 一种半导体激光器芯片及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种半导体激光器芯片及其制作方法，半导体激光器芯片对巴条进行了周期性、区块化设计，可根据所需巴条的尺寸、芯片衬底的大小进行合理布局，将巴条周期性排列并划分为若干个巴条区，且相邻巴条区之间设置解理窗口一，同时相邻巴条区之间也设计了解理窗口二，便于后续进行解理，不仅可以增加巴条产出数量，同时提高了芯片利用率，减少浪费，降低生产成本。本发明公开了一种半导体激光器芯片及其制作方法，芯片结构设计合理，通过优化激光器芯片结构设计，不仅能够避免芯片表面受环境落尘、光学膜料污染，同时也避免了人为或工具划蹭伤、解理工艺对表面金属造成的不可逆损伤，提升了生产效率和产品良率。

Description

一种半导体激光器芯片及其制作方法

技术领域

本发明涉及半导体激光器技术领域，具体是一种半导体激光器芯片及其制作方法。

背景技术

导体激光器具有体积小、重量轻、省电等优点，在激光打印和印刷、光通信、光学测量、机器人与自动控制、美容、医疗等领域有广泛的应用。完整的半导体激光器器件的生产工艺主要为：生长外延层、光刻腐蚀出脊波导结构、P面电极制备、减薄、N面电极制备、解理、封装。激光器晶片通常需要通过划片、解理成巴条，甚至将巴条裂片解理成单颗管芯。

对于大功率半导体激光器而言，通常需要封装一个巴条或多个巴条叠阵以满足输出功率要求，通常的激光器芯片为大片设计，即脊波导结构周期性分布在整个2寸或3寸晶片上，解理时需要按照尺寸人工或设备裁切成所需巴条，降低工作效率的同时不可避免的会造成芯片浪费，降低了晶片利用率，增加了生产成本；另一方面，从P面金属电极制备后，激光器芯片经传输周转，环境中的落尘落在金属表面，人员或治工具接触表面造成P面金属划蹭伤等，这些不良若得不到及时清除，容易造成封装缺陷(虚焊、孔洞等)，进而影响激光器器件工作甚至失效。

并且，芯片解理通常是先用解理刀划出一道划痕，然后滚轮滚压或劈刀下压使晶片顺着划痕沿自然解理边裂开，滚轮或劈刀直接接触芯片P面金属，可能带来污染的同时如果压力过大，会造成P面金属产生压痕，严重的造成金属破损，导致巴条作废，降低了产品良率。

除此之外，对巴条腔面镀光学膜时，由于人工摆条不可避免的会出现巴条堆腔面不平，巴条间高低错位很容易造成膜料沉积到巴条P面，产生膜料污染，这种膜料污阻碍了焊料与金属间扩散烧结，造成封装不良。

中国专利CN109038206A公开了一种激光器晶圆、激光器芯片及其制作方法。激光器晶圆上包含多个激光器芯片，激光器晶圆上下两面分别长有金属，相邻芯片之间设有解理区域，且该解理区域无金属，通过解理区域对晶圆解理得到激光器芯片。该专利通过对无金属的解理区域解理，避免了金属层无法有效断裂进而导致金属层容易被拉扯脱落的情况，但是该专利并未涉及解理过程及其他工艺过程中表面金属易受污染、划蹭伤及产生压痕等不良的有效避免措施。

针对上述问题，我们设计了一种半导体激光器芯片及其制作方法，这是我们亟待解决的问题之一。

发明内容

本发明的目的在于提供一种半导体激光器芯片及其制作方法，以解决现有技术中的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种半导体激光器芯片，所述芯片包括外延片，所述外延片P面设置有若干个巴条区，所述相邻巴条区之间均设置有解理窗口一；所述巴条区内设有若干个巴条，所述相邻巴条之间均设置有解理窗口二；所述巴条表面均设有可剥胶层。

本发明中设计了一种半导体激光器芯片及其制作方法，半导体激光器芯片对巴条进行了周期性、区块化设计，可根据所需巴条的尺寸、芯片衬底的大小进行合理布局，将巴条周期性排列并划分为若干个巴条区，且相邻巴条区之间设置解理窗口一，同时相邻巴条区之间也设计了解理窗口二，便于后续进行解理，不仅可以增加巴条产出数量，同时提高了芯片利用率，减少浪费，降低生产成本。

较优化地，所述可剥胶层的宽度小于巴条的宽度，所述可剥胶层边缘与巴条边缘之间的距离为5-15um。

较优化地，所述可剥胶层一端越过巴条延伸至解理窗口一的1/2-2/3处。

较优化地，所述可剥胶层延伸至解理窗口一的一端为三角形、半圆形、椭圆形中的任意一种。

本发明中还设计了可剥胶层，可剥胶层可选用耐高温绝缘材料进行制备，可剥胶层与巴条基本重合，只留出了边缘5-15μm很小的距离，这样最大程度避免了P电极在工艺过程中与环境、人为、治工具等的直接接触，可有效降低P电极划蹭伤、表面脏污、颗粒污染等不良；同时可剥胶层一端越过巴条延伸至解理窗口一的1/2-2/3处，且设计为逐渐变窄的形状，如三角形，半圆形、椭圆形，便于操作人员后续进行可剥胶层的剥离，实际操作时只需用竹签掀起巴条区间解理区域中的可剥胶层，然后使用耐温胶带粘住掀起的可剥胶层，顺势将巴条上的可剥胶层撕除干净。

常规激光器巴条解理后人工摆条将巴条堆叠在一起，然后对腔面镀光学膜，由于人工摆条，不可避免的会出现巴条间高低不平现象，镀光学膜时膜料会沉积在P电极上；本发明增加的可剥胶层的独特设计，膜料沉积在可剥胶层上，镀膜结束后撕除可剥胶，可避免P电极的膜料污染，提高芯片良率。

较优化地，所述解理窗口一的宽度为500-3000μm；所述解理窗口二的宽度为20-100μm，所述可剥胶层的厚度为300-2500μm。

较优化地，所述巴条区、巴条均呈周期性排列；每个所述巴条上均设有若干个管芯结构，所述管芯结构呈周期性排列。

本发明中设计了解理窗口一、解理窗口二，操作人员可沿着解理窗口一、解理窗口二进行解理，极大程度的降低解理工艺对芯片巴条的损伤，同时还增加了可剥胶层的独特设计，在不影响正常解理的同时，解理工艺中滚轮或劈刀直接接触可剥胶层，避免了P-金属层受压破损的风险。

较优化地，一种半导体激光器芯片的制作方法，包括以下步骤：

1)外延片生长：

2)外延片P面制备巴条，并进行可剥胶层的制备；

3)在外延片N面蒸镀N电极，得到所述芯片。

较优化地，包括以下步骤：

1)外延片生长：取衬底，在衬底上依次生长外延结构，得到外延片；本发明步骤1)中进行外延片的制备，其中包括衬底和外延结构，外延结构的制备为常规工艺，在此不进行赘述；

2)外延片P面制备巴条，并进行可剥胶层的制备：

a)取步骤1)制备的外延片，取外延片P面朝上放置在甩胶机上，涂覆光刻胶，烘烤固化；再进行曝光显影，刻蚀出脊区；

b)在外延片P面蒸镀P电极，所述P电极覆盖在脊区表面，形成管芯结构，此时若干个管芯结构周期性排列成芯片P面，形成巴条；步骤2)中进行脊区、P电极的制备，形成若干个管芯结构，在实际操作中，可将若干个管芯设计为周期性分布，并形成巴条；同时若干个巴条周期性分布，形成若干个巴条区；巴条区可依据所需巴条的尺寸、衬底大小进行设计；

c)采用印刷网版印刷可剥胶油墨，此时可剥胶油墨覆盖在巴条表面，形成可剥胶层；烘烤固化，烘烤温度为200℃，烘烤时间为30min；步骤c)中在巴条表面印刷可剥胶油墨，形成可剥胶层，其中可剥胶层的厚度可以为300-2500μm；可剥胶层一端延伸至解理窗口一中，且可以设计为三角形、椭圆形、半圆形等形状；

3)取步骤2)处理后的外延片，对衬底进行研磨抛光，外延片N面蒸镀N电极，所述N电极覆盖整个外延片N面；步骤3)中进行衬底的减薄，N电极的蒸镀，得到所述激光器芯片。

4)结束操作，得到所述芯片。

较优化地，步骤2)的步骤b)中，若干个巴条之间设有解理窗口二，若干个所述巴条周期性排列形成巴条区，若干个巴条区之间设有解理窗口一。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明公开了一种半导体激光器芯片及其制作方法，芯片结构设计合理，工艺操作简单，通过优化激光器芯片结构设计，不仅能够避免芯片表面受环境落尘、光学膜料污染，同时也避免了人为或工具划蹭伤、解理工艺对表面金属造成的不可逆损伤，提升了生产效率和产品良率，具有较高的实用性。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明一种半导体激光器芯片的外延片P面未制备可剥胶层时的整体结构示意图；

图2为本发明一种半导体激光器芯片的外延片P面制备可剥胶层后的整体结构示意图；

图3为本发明一种半导体激光器芯片的单个巴条俯视图；

图4为本发明一种半导体激光器芯片的单个巴条剖视图。

图中：1-衬底、2-巴条区、3-解理窗口一、4-解理窗口二、5-巴条、6-可剥胶层、7-P电极、8-外延结构、9-N电极。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-图4所示，一种半导体激光器芯片，所述芯片包括外延片，所述外延片P面设置有若干个巴条区2，所述相邻巴条区2之间均设置有解理窗口一3；所述巴条区2内设有若干个巴条5，所述相邻巴条5之间均设置有解理窗口二4；所述巴条5表面均设有可剥胶层6。

较优化地，所述巴条区2、巴条5均呈周期性排列；每个所述巴条5上均设有若干个管芯结构，所述管芯结构呈周期性排列。

本发明中设计了一种半导体激光器芯片及其制作方法，半导体激光器芯片对巴条5进行了周期性、区块化设计，可根据所需巴条5的尺寸、芯片衬底1的大小进行合理布局，将巴条5周期性排列并划分为若干个巴条区2，且相邻巴条区2之间设置解理窗口一3，同时相邻巴条区2之间也设计了解理窗口二4，便于后续进行解理，不仅可以增加巴条5产出数量，同时提高了芯片利用率，减少浪费，降低生产成本。

常规激光器巴条解理后人工摆条将巴条堆叠在一起，然后对腔面镀光学膜，由于人工摆条，不可避免的会出现巴条5间高低不平现象，镀光学膜时膜料会沉积在P电极7上；本发明增加的可剥胶层6的独特设计，膜料沉积在可剥胶层6上，镀膜结束后撕除可剥胶，可避免P电极7的膜料污染，提高芯片良率。

实施例1：

S1：外延片生长：取衬底1，在衬底1上依次生长外延结构8，得到外延片；

S2：外延片P面制备巴条5，并进行可剥胶层6的制备：

S21：取制备的外延片，取外延片P面朝上放置在甩胶机上，涂覆光刻胶，烘烤固化；再进行曝光显影，刻蚀出脊区；

S22：在外延片P面蒸镀P电极7，所述P电极7覆盖在脊区表面，形成管芯结构，此时若干个管芯结构周期性排列成芯片P面，形成巴条5；此时若干个巴条5之间设有解理窗口二4，若干个所述巴条5周期性排列形成巴条区2，若干个巴条区2之间设有解理窗口一3，其中所述解理窗口一3的宽度为500μm；所述解理窗口二4的宽度为20μm；

S23：采用印刷网版印刷可剥胶油墨，此时可剥胶油墨覆盖在巴条5表面，形成可剥胶层6；烘烤固化，烘烤温度为200℃，烘烤时间为30min；其中所述可剥胶层6的宽度小于巴条5的宽度，所述可剥胶层6边缘与巴条5边缘之间的距离为5um；

S24：取处理后的外延片，对衬底1进行研磨抛光，外延片N面蒸镀N电极9，所述N电极9覆盖整个外延片N面，得到所述芯片。

本实施例中，所述可剥胶层6一端越过巴条5延伸至解理窗口一3的1/2处，所述可剥胶层6延伸至解理窗口一3的一端为三角形；所述可剥胶层6的厚度为300μm。

实施例2：

S1：外延片生长：取衬底1，在衬底1上依次生长外延结构8，得到外延片；

S2：外延片P面制备巴条5，并进行可剥胶层6的制备：

S21：取制备的外延片，取外延片P面朝上放置在甩胶机上，涂覆光刻胶，烘烤固化；再进行曝光显影，刻蚀出脊区；

S22：在外延片P面蒸镀P电极7，所述P电极7覆盖在脊区表面，形成管芯结构，此时若干个管芯结构周期性排列成芯片P面，形成巴条5；此时若干个巴条5之间设有解理窗口二4，若干个所述巴条5周期性排列形成巴条区2，若干个巴条区2之间设有解理窗口一3，其中所述解理窗口一3的宽度为2000μm；所述解理窗口二4的宽度为65μm；

S23：采用印刷网版印刷可剥胶油墨，此时可剥胶油墨覆盖在巴条5表面，形成可剥胶层6；烘烤固化，烘烤温度为200℃，烘烤时间为30min；其中所述可剥胶层6的宽度小于巴条5的宽度，所述可剥胶层6边缘与巴条5边缘之间的距离为10um；

S24：取处理后的外延片，对衬底1进行研磨抛光，外延片N面蒸镀N电极9，所述N电极9覆盖整个外延片N面，得到所述芯片。

本实施例中，所述可剥胶层6一端越过巴条5延伸至解理窗口一的1/2处，所述可剥胶层6延伸至解理窗口一3的一端为半圆形；所述可剥胶层6的厚度为1500μm。

实施例3：

S1：外延片生长：取衬底1，在衬底1上依次生长外延结构8，得到外延片；

S2：外延片P面制备巴条5，并进行可剥胶层6的制备：

S21：取制备的外延片，取外延片P面朝上放置在甩胶机上，涂覆光刻胶，烘烤固化；再进行曝光显影，刻蚀出脊区；

S22：在外延片P面蒸镀P电极7，所述P电极7覆盖在脊区表面，形成管芯结构，此时若干个管芯结构周期性排列成芯片P面，形成巴条5；此时若干个巴条5之间设有解理窗口二4，若干个所述巴条5周期性排列形成巴条区2，若干个巴条区2之间设有解理窗口一3，其中所述解理窗口一3的宽度为3000μm；所述解理窗口二4的宽度为100μm；

S23：采用印刷网版印刷可剥胶油墨，此时可剥胶油墨覆盖在巴条5表面，形成可剥胶层6；烘烤固化，烘烤温度为200℃，烘烤时间为30min；其中所述可剥胶层6的宽度小于巴条5的宽度，所述可剥胶层6边缘与巴条5边缘之间的距离为15um；

S24：取处理后的外延片，对衬底1进行研磨抛光，外延片N面蒸镀N电极9，所述N电极9覆盖整个外延片N面，得到所述芯片。

本实施例中，所述可剥胶层6一端越过巴条5延伸至解理窗口一3的2/3处，所述可剥胶层6延伸至解理窗口一3的一端为椭圆形；所述可剥胶层6的厚度为2500μm。

结论：实施例1-3为根据本发明公开的技术方案进行制备后得到的芯片，取实施例1-3制备的芯片进行后续解理工艺时，芯片表面无划痕、无蹭伤，且无光学膜料及灰尘污染，芯片良率高。

本发明公开了一种半导体激光器芯片及其制作方法，芯片结构设计合理，工艺操作简单，通过优化激光器芯片结构设计，不仅能够避免芯片表面受环境落尘、光学膜料污染，同时也避免了人为或工具划蹭伤、解理工艺对表面金属造成的不可逆损伤，提升了生产效率和产品良率，具有较高的实用性。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (9)

1.一种半导体激光器芯片的制作方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)外延片生长：取衬底(1)，在衬底(1)上依次生长外延结构(8)，得到外延片；

2)外延片P面制备巴条(5)，并进行可剥胶层(6)的制备：

a)取步骤1)制备的外延片，取外延片P面朝上放置在甩胶机上，涂覆光刻胶，烘烤固化；再进行曝光显影，刻蚀出脊区；

b)在外延片P面蒸镀P电极(7)，所述P电极(7)覆盖在脊区表面，形成管芯结构，此时若干个管芯结构周期性排列成芯片P面，形成巴条(5)；

c)采用印刷网版印刷可剥胶油墨，此时可剥胶油墨覆盖在巴条(5)表面，形成可剥胶层(6)；烘烤固化，烘烤温度为200℃，烘烤时间为30min；

3)取步骤2)处理后的外延片，对衬底(1)进行研磨抛光，外延片N面蒸镀N电极(9)，所述N电极(9)覆盖整个外延片N面；

4)结束操作，得到所述芯片。

2.根据权利要求1所述的一种半导体激光器芯片的制作方法，其特征在于：步骤2)的步骤b)中，若干个巴条(5)之间设有解理窗口二(4)，若干个所述巴条(5)周期性排列形成巴条区(2)，若干个巴条区(2)之间设有解理窗口一(3)。

3.根据权利要求1-2中任一项所述的一种半导体激光器芯片的制作方法制作的一种半导体激光器芯片，其特征在于：所述芯片包括外延片，所述外延片P面设置有若干个巴条区(2)，相邻所述巴条区(2)之间均设置有解理窗口一(3)；所述巴条区(2)内设有若干个巴条(5)，相邻所述巴条(5)之间均设置有解理窗口二(4)；所述巴条(5)表面均设有可剥胶层(6)。

4.根据权利要求3所述的一种半导体激光器芯片，其特征在于：所述可剥胶层(6)的宽度小于巴条(5)的宽度，所述可剥胶层(6)边缘与巴条(5)边缘之间的距离为5-15um。

5.根据权利要求3所述的一种半导体激光器芯片，其特征在于：所述可剥胶层(6)一端越过巴条(5)延伸至解理窗口一(3)的1/2-2/3处。

6.根据权利要求5所述的一种半导体激光器芯片，其特征在于：所述可剥胶层(6)延伸至解理窗口一(3)的一端为三角形、半圆形、椭圆形中的任意一种。

7.根据权利要求3所述的一种半导体激光器芯片，其特征在于：所述解理窗口一(3)的宽度为500-3000μm；所述解理窗口二(4)的宽度为20-100μm，所述可剥胶层(6)的厚度为300-2500μm。

8.根据权利要求3所述的一种半导体激光器芯片，其特征在于：所述巴条区(2)、巴条(5)均呈周期性排列。

9.根据权利要求3所述的一种半导体激光器芯片，其特征在于：每个所述巴条(5)上均设有若干个管芯结构，所述管芯结构呈周期性排列。

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