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***点的距离。另外,要求***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***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***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***点到衬底底部的距离。且要求***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***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***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***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***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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