LED晶圆片的激光加工方法与流程

本发明属于激光加工领域，尤其涉及一种LED晶圆片的激光加工方法。

背景技术：

在LED晶圆片等半导体采用激光微细精密加工行业中，一般使用蓝宝石作为衬底材料，在蓝宝石衬底上沉积发光区，发光区的厚度一般只有3至6um，蓝宝石的厚度一般是80-150um。目前一般用激光来加工LED晶圆片，将其分离成单个小的芯粒，激光加工一般从晶圆片的蓝宝石面入射到一定的深度。对于一定厚度的LED晶圆片，激光加工的参数对加工的品质有直接影响。

激光加工的参数包括激光器参数，如脉冲宽度，波长，偏振态，峰值功率等；此外，激光加工参数还包括外光路系统，如光斑大小，扩束系统，聚焦系统参数等。激光加工LED晶圆片的技术在不断发展和进步，激光加工设备的成本也在不断降低，同时LED终端客户对单个芯粒的品质要求逐步提高，LED单个芯粒的品质包括外观良率和电性良率，外观参数包括直线度，崩边量，大小边，双晶率等，电性良率参数包括发光波长，正向电压Vf，反向电流Ir，发光亮度等参数。

对于LED晶圆行业，蓝宝石由于其具有和GaN等具有良好的晶格匹配度，以经批量使用，蓝宝石的硬度很高，激光在切割分离的过程中，对激光的峰值功率要求很高，目前在LED晶圆片一般采用皮秒至飞秒脉冲宽的的超快激光，同时采用高NA值的聚焦镜来实现蓝宝石衬底的精密切割。

皮秒固体激光器由于其稳定性好，被应用于切割LED晶圆中的蓝宝石衬底，近年来，随着皮秒光纤激光器的发展，其低成本，高性价比，维护方便等优势使其也逐步应用LED晶圆片激光切割行业。随着客户对LED晶圆片的切割品质的要求逐步提高，芯粒的电性能，如正向电压Vf，反向电流Ir等参数等，这些参数对激光加工的峰值功率很敏感。

对于脉冲激光的峰值功率，计算方法一般是这样的：峰值功率P_peak＝所用的单点能量E/脉冲宽度t，其中单点能量E＝所用的平均功率P_average/重复频率F,对于一定大小的单点能量，脉冲宽度越大，峰值功率越低。但是如果脉冲宽度过大也会导致峰值功率太低从而无法在蓝宝石内部形成爆炸点，同时切割蓝宝石使其产生裂纹需要一定的单点能量，使蓝宝石在切割后产生一定的热量和应力导致其裂开。对于蓝宝石衬底，使其参数裂纹所需要的峰值功率一般是50kW～1MW。在激光切割蓝宝石衬底过程中，需要选择合适的峰值功率使其切割达到最佳效果。

在目前的激光切割工艺中，一般采用单脉冲皮秒激光器，经过反复实验发现，由于单脉冲激光器的峰值功率很高，会影响LED晶圆片的激光切割后的电性良率，如正向电压Vf，反向电流Ir，亮度等参数，为了保证LED晶圆激光加工更加良好的加工品质，有必要产生更加优良的激光加工方法。

技术实现要素：

本发明实施例的目的在于提供一种LED晶圆的激光加工方法，解决现有的单脉冲激光加工方法在LED晶圆片激光切割中存在的电性良率低的问题。

本发明提供一种激光加工方法，本加工方法采用脉冲激光器，脉冲激光器以脉冲串或者脉冲包络输出激光，每一个脉冲串或者每一个脉冲包络包括多个子脉冲，每个脉冲串或者每个脉冲包络之间的时间间隔为固定的。

优选地，每个脉冲串或者每个脉冲包络的相邻子脉冲之间的时间间隔也是固定的。

优选地，每个脉冲串或者每个脉冲包络的相邻子脉冲之间的时间间隔等于1/激光器的种子源频率。

优选地，每个脉冲串或者每个脉冲包络包括2-12个子脉冲。

优选地，所述子脉冲采用声光调控的方式或者电光调控的方式来控制脉冲强度。

优选地，所述子脉冲的强度逐渐减弱。

优选地，所述子脉冲的强度逐渐增强。

优选地，所述子脉冲的强度先增强后减弱。

本发明还提供一种LED晶圆片的激光加工方法，所述激光加工方法在LED晶圆片上形成的聚焦焦点为圆形。

本发明激光切割LED晶圆片的脉冲串或者脉冲包络输出激光，有效降低了切割LED晶圆片所用的激光的峰值功率，减少了激光对LED晶圆片发光区的影响，提高了LED晶圆片的电性参数良率，如正向电压Vf,反向电流Ir,亮度等；本发明实施提供的LED晶圆片激光加工方法在LED晶圆激光切割行业有广泛的应用空间。

附图说明

图1是本发明提供的激光器脉冲串方式输出和现有单脉冲输出对比示意图；

图2是本发明提供的激光器脉冲输出方式示意图；

图3是本发明和现有的激光器脉冲输出不同形式示意图；

图4是本发明的激光加工LED晶圆片示意图；

图5是现有单脉冲激光器切割LED晶圆片断面图；

图6是本发明实施的脉冲串方式输出的激光器切割LED晶圆片断面图。

具体实施方式

下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的描述。

图1所示为现有和本发明激光器脉冲输出的对比示意图，如图1(a)所示为现有脉冲激光器输出方式，在时间轴t上有周期性排列的单个脉冲输出，每个脉冲具有一定的强度I，相邻输出脉冲之间的时间间隔t1为一固定值，并且t1＝1/激光输出频率，比如激光输出频率为50kHz，t1＝1/50kHz＝20us。图1(b)所示为本发明实施提供一种激光加工方法，本加工方法采用脉冲激光器，脉冲激光器以脉冲串方式、或者突发子脉冲方式、或者突发模式(burst mode)脉冲输出方式输出激光，其中，突发子脉冲方式和突发模式(burst mode)脉冲输出方式统筹为脉冲包络方式。

每一个脉冲串或者每一个脉冲包络包括多个子脉冲，每个脉冲串或者每个脉冲包络之间的时间间隔t2是固定的。

如图2所示，每个脉冲串或者每个脉冲包络的相邻子脉冲之间的时间间隔t3也是固定的，t3的值的范围根据激光器的种子源的频率来确定，t3＝1/种子源频率，如种子源频率为50MHz，则t3＝20ns，如种子源频率为40MHz，则t3＝25ns。每个脉冲串或者每个脉冲包络包括n个子脉冲，n的数值为2～12。

图3所示为本发明实施的所述脉冲包络内部子脉冲的强度分布，图3列举脉冲包络内有6个子脉冲，这6个子脉冲的强度分布有三种方式，采用声光调控的方式或者电光调控的方式来控制脉冲强度的分布，如图3(d)所示，6个子脉冲的强度逐渐减弱，如图3(e)所示，6个子脉冲的强度逐渐增强，如图3(f)所示，6个子脉冲的强度先增强后减弱。

图4所示为本发明实施提供的激光加工LED晶圆片的方法，激光束1经过聚焦镜2后在LED晶圆片4内部形成聚焦点3，LED晶圆片4底面设有发光区，在发光区上周期性排列多个正电极20和多个负电极21。

激光束1在LELD晶圆片4内部形成的聚焦焦点和所述电极20,21具有一定的距离，以避免激光对发光区的性能的影响。

本发明的有益之处通过对比图5和图6来阐述，如图5所示，目前传统的单脉冲激光器在LED晶圆片4内部形成聚焦焦点3，以一定的速度移动LED晶圆片4、使LED晶圆片4内部形成改质层5，所述改质层5由一系列点间距均匀的焦点3组成，由于改质层5的形成，在LED晶圆片4的上下两个表面由于应力产生裂纹最终裂开LED晶圆片4，使其分离成单个芯粒。单脉冲激光器形成的改质成宽度为d1，如图5所示，聚焦焦点3形成的影响区域为一个近似椭圆的形状。

如图6所示为本发明运用脉冲串输出的激光器所形成的聚焦焦点3’，在LED晶圆片4内部形成改质层5’，改质层5’的宽度为d2，所述聚焦焦点3’形成的影响区域为一个近似的圆形。

通过大量实验对比，发现对于相同的LED晶圆片，采用完全相同的外光路系统和聚焦系统，相同的切割速度，切割深度，激光频率等，仅改变激光脉冲的输出方式，使LED晶圆片切割分离，使用的激光加工功率有明显差别，对于本发明实施提供的脉冲串方式输出的激光器，切割功率明显减小，断面的改质层宽度明显减小。

由于切割功率的减小，可以明显减小激光对LED晶圆片发光区的电极的影响，减小对LED晶圆片电性能的影响。

表1对比了一组数据：

表1

针对相同的LED晶圆片，仅改变激光脉冲的输出方式，激光加工的功率有明显差别。对于单脉冲激光器，在切割深度为40um，切割速度为600mm/s，激光器频率为50kHz，使晶圆片裂开所需的功率为0.45w，在LED晶圆片的断面形成的改质层宽度值为25um。

相比之下，对于脉冲串方式输出的激光器，如脉冲串内子脉冲个数为6个，相邻子脉冲时间间隔t3＝20ns，在切割深度为40um，切割速度为600mm/s，激光频率为50kHz，使晶圆片裂开所需的功率为0.25w，在LED晶圆片断面形成的改质层宽度值为10um。

由此可知，使用脉冲串方式激光器切割LED晶圆片，单个脉冲包络的能量E＝0.25w/50kHz＝5uj，每个字脉冲的能量Ei＝5uj/6＝0.83uj。对于单脉冲输出方式的激光器，单点能量E＝0.45w/50kHz＝9uj。例如单脉冲激光器的脉冲宽度和脉冲串激光器的子脉冲宽度均为15ps，那么脉冲串激光器的子脉冲的峰值功率Ppeak＝0.83uj/15ps＝56kw，对于单脉冲激光器，峰值功率Ppeak＝9uj/15ps＝600kw。

通过上述对比可知，在切割相同的LED晶圆片，达到将其切割分离的目的，本发明实施提供的脉冲串方式输出的激光器，其切割工艺参数来看，无论是从单点能量和峰值功率上来说，只有单脉冲激光器的1/10左右，如此低的单点能量和峰值功率可以大大减小激光对LED晶圆片的电性能的影响。

本发明提供了一种LED晶圆片的激光加工方法，通过运用一种脉冲串输出方式输出的脉冲激光器，降低切割所用的峰值功率，减少对LED晶圆发光区电极的影响，改良LED晶圆片激光切割后的电性良率，本发明实施提供的LED晶圆片激光加工方法在LED晶圆激光切割行业有广泛的应用空间。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。