一种发光二极管芯片的制备方法和光转换装置与流程

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种发光二极管芯片的制备方法和光转换装置。

背景技术：

发光二极管(英文：lightemittingdiode，简称：led)是高效、环保、绿色的新一代固态照明光源，具有低电压、低功耗、体积小、重量轻、寿命长、高可靠性等优点，广泛应用于交通信号灯、汽车内外灯、城市景观照明、手机背光源、户外全彩显示屏等领域。

芯片是led最重要的组成部分，目前芯片的制备方法包括：先在蓝宝石衬底上形成n型半导体层、发光层、p型半导体层、电流阻挡层、透明导电层、p型电极和n型电极；然后沿垂直于形成方向的直线方向移动蓝宝石衬底，并提供第一脉冲光束，控制第一脉冲光束沿形成方向穿过蓝宝石衬底，以使第一脉冲光束在每次照射蓝宝石衬底时形成一段线状划痕，第一脉冲光束在蓝宝石衬底的内部先聚集成一个点再分散，线状划痕形成第一脉冲光束在平行于蓝宝石衬底的设有n型半导体层的表面的截面的面积小于或等于设定面积的位置，所有的线状划痕位于同一平面且相互平行，相邻两个线状划痕之间的距离和线状划痕的宽度之比大于5:1；最后沿各个线状划痕的延伸方向劈裂蓝宝石衬底，形成相互独立的芯片。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

劈裂蓝宝石衬底时是通过线状划痕的炸裂来诱导蓝宝石衬底的裂开，由于相邻两个线状划痕之间的区域本身是没有裂开的，线状划痕炸裂的力度需要很大才能保证线状划痕之间的区域一起炸开，由此导致其方向可能会存在偏差，部分炸裂的纹路可能会延伸到蓝宝石衬底上形成的发光层，造成芯片发光出现问题，甚至导致芯片断裂，因此芯片的良率较低。

技术实现要素：

为了解决现有技术中led芯片的良率较低的问题，本发明实施例提供了一种发光二极管芯片的制备方法和光转换装置。所述技术方案如下：

第一方面，本发明实施例提供了一种发光二极管芯片的制备方法，所述制备方法包括：

提供一待划裂的芯片，所述芯片包括蓝宝石衬底以及依次层叠在所述蓝宝石衬底上的n型半导体层、发光层、p型半导体层、电流阻挡层、透明导电层和p型电极，所述p型半导体层上开设有从所述p型半导体层沿所述芯片的层叠方向延伸到所述n型半导体层的凹槽，所述凹槽内的所述n型半导体层上设有n型电极；

沿垂直于所述芯片的层叠方向的直线方向移动所述芯片，并提供第一脉冲光束，控制所述第一脉冲光束沿所述芯片的层叠方向穿过所述蓝宝石衬底，以使所述第一脉冲光束在每次照射所述蓝宝石衬底时形成面状划痕，所述第一脉冲光束在平行于所述蓝宝石衬底的设有所述n型半导体层的表面的截面的面积，沿所述第一脉冲光束的照射方向先减小再增大，所述截面在面积为最小值时为一条与所述直线方向平行的线段，所述线段的长度大于所述芯片在所述第一脉冲光束相邻两次照射所述蓝宝石衬底之间时移动的距离；

沿所述面状划痕劈裂所述蓝宝石衬底，形成相互独立的芯片。

可选地，所述提供第一脉冲光束，包括：

利用透镜组将激光器射出的第二脉冲光束发散成第三脉冲光束，所述第二脉冲光束和所述第三脉冲光束在平行于所述蓝宝石衬底的设有所述n型半导体层的表面的截面均为面积保持不变的圆形，且所述第二脉冲光束的截面面积小于所述第三脉冲光束的截面面积；

利用过滤板将所述第三脉冲光束截取成第四脉冲光束，所述第四脉冲光束在平行于所述蓝宝石衬底的设有所述n型半导体层的表面的截面为面积保持不变的矩形；

利用柱透镜组将所述第四脉冲光束聚集成所述第一脉冲光束。

优选地，所述提供第一脉冲光束，还包括：

在利用所述透镜组将所述第二脉冲光束发散之后，利用平行光校准仪器将发散的所述第二脉冲光束中筛选出相互平行的光线，形成所述第三脉冲光束。

可选地，所述第一脉冲光束中各条光线之间的最大夹角为30°～35°。

可选地，所述线段与所述第一脉冲光束射入的所述蓝宝石衬底的表面之间的距离，大于或等于所述蓝宝石衬底的厚度的1/3，且小于所述蓝宝石衬底的厚度的1/2，所述蓝宝石衬底的厚度为所述第一脉冲光束射入的所述蓝宝石衬底的表面与所述第一脉冲光束射出的所述蓝宝石衬底的表面之间的距离。

可选地，所述线段与所述第一脉冲光束射入所述蓝宝石衬底的表面之间的距离为40～60微米。

可选地，所述线段的长度为18～22微米。

可选地，所述第一脉冲光束为红外光束。

第二方面，本发明实施例提供了一种用于第一方面的制备方法的光转换装置，所述装置包括：

激光器，用于射出第二脉冲光束；

透镜组，用于将所述第二脉冲光束发散成第三脉冲光束，所述第二脉冲光束和所述第三脉冲光束在平行于蓝宝石衬底的设有n型半导体层的表面的截面均为面积保持不变的圆形，且所述第二脉冲光束的截面面积小于所述第三脉冲光束的截面面积；

过滤板，用于将所述第三脉冲光束截取成第四脉冲光束，所述第四脉冲光束在平行于蓝宝石衬底的设有n型半导体层的表面的截面为面积保持不变的矩形；

柱透镜组，用于所述将第四脉冲光束聚集成第一脉冲光束，所述第一脉冲光束沿芯片的层叠方向穿过蓝宝石衬底并在每次照射蓝宝石衬底时形成面状划痕，所述第一脉冲光束在平行于蓝宝石衬底的设有n型半导体层的表面的截面的面积，沿所述第一脉冲光束的照射方向先减小再增大，所述截面在面积为最小值时为一条线段；

其中，所述芯片包括蓝宝石衬底以及依次层叠在所述蓝宝石衬底上的n型半导体层、发光层、p型半导体层、电流阻挡层、透明导电层和p型电极。

可选地，所述装置还包括：

平行光校准仪器，用于在所述透镜组将所述第二脉冲光束发散之后，从发散的所述第二脉冲光束中筛选出相互平行的光线，形成所述第三脉冲光束。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

通过将第一脉冲光束在蓝宝石衬底的内部从聚集成点分散成一条线段，使得第一脉冲光束照射蓝宝石衬底形成的划痕从线状划痕分散成面状划痕，所有的面状划痕可以连成一整面划痕，不存在两个相互平行的线状划痕之间的区域在线状划痕的形成过程中产生延伸到发光层的炸裂，可以避免由于炸裂导致芯片断裂，有效提高芯片的良率，对加工质量和加工效果都有很大改善，提高了芯片的可靠性和外观，特别是外观为狭长型的芯片，同时也避免了第一脉冲光束在蓝宝石衬底的内部聚集成点而在划痕处产生烧痕，改善烧痕吸收芯片发出光线的情况，提高了芯片的发光亮度，改善了发光二极管的外量子效率，提高了发光二极管的发光效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例一提供的一种发光二极管芯片的制备方法的流程图；

图2是本发明实施例一提供的芯片的俯视图；

图3是本发明实施例一提供的第一脉冲光束在平行于蓝宝石衬底的设有n型半导体层的表面的截面变化情况的示意图；

图4a是本发明实施例一提供的芯片的侧视图；

图4b是本发明实施例一提供的图4a中c-c向的示意图；

图5是本发明实施例二提供的一种光转换装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

实施例一

本发明实施例提供了一种发光二极管芯片的制备方法，参见图1，该制备方法包括：

步骤101：提供一待划裂的芯片。

在本实施例中，芯片包括蓝宝石衬底以及依次层叠在蓝宝石衬底上的n型半导体层、发光层、p型半导体层、电流阻挡层、透明导电层和p型电极，p型半导体层上开设有从p型半导体层沿芯片的层叠方向延伸到n型半导体层的凹槽，凹槽内的n型半导体层上设有n型电极。

具体地，该步骤101可以包括：

第一步，在蓝宝石衬底上依次生长n型半导体层、发光层、p型半导体层。

第二步，在p型半导体层上开设有从所述p型半导体层延伸到所述n型半导体层的凹槽。

第三步，在p型半导体层上形成电流阻挡层和透明导电层。

第四步，在p型半导体层和所述透明导电层上设置p型电极，在所述凹槽内的所述n型半导体层上设置n型电极。

第五步，在透明导电层、所述凹槽的侧壁、所述凹槽内的所述n型氮化镓层上形成钝化层。

第六步，减薄蓝宝石衬底。

需要说明的是，如图2所示，p型电极10和n型电极20上没有钝化层30，以满足后续封装要求，使得电流可以注入。

具体地，n型半导体层可以为n型氮化镓层，p型半导体层可以为p型氮化镓层；发光层可以包括多个量子阱和多个量子垒，多个量子阱和多个量子垒交替层叠设置，量子阱可以为铟镓氮层，量子垒可以为氮化镓层；电流阻挡层和钝化层可以为二氧化硅层，透明导电层可以为氧化铟锡层或者氧化锌层。p型电极和n型电极可以包括依次层叠的钛层和铝层，也可以包括依次层叠的铬层、钛层和铝层，还可以包括依次层叠的钛层和铜层。

更具体地，钝化层的厚度可以为800埃。

进一步地，该步骤201还可以包括：

对减薄后的蓝宝石衬底进行研磨。

在实际应用中，芯片还可以包括分布式布拉格反射镜(英文：distributedbraggreflection，简称dbr)层。

相应地，该步骤201还包括：

在衬底上形成dbr层，dbr层和n型半导体层分别设置在衬底相反的两个表面上。

具体地，dbr层可以包括层叠设置的多个氧化层，多个氧化层采用至少两种材料制成，多个氧化层中不同材料的氧化层周期性层叠设置，多个氧化层的层数≥30。其中，氧化层的厚度为发光层发出光线波长的四分之一。

优选地，至少两种折射率的氧化层的材料可以采用五氧化二钽、二氧化锆、氧化铝、二氧化钛、二氧化硅中的两种或三种，以使得第一脉冲光束很容易穿过。

进一步地，至少两种折射率的氧化层的材料可以采用二氧化钛和二氧化硅，二氧化钛和二氧化硅的折射率相差最大，反射效果最好。

步骤102：沿垂直于芯片的层叠方向的直线方向移动芯片，并提供第一脉冲光束，控制第一脉冲光束沿芯片的层叠方向穿过蓝宝石衬底，以使第一脉冲光束在每次照射蓝宝石衬底时形成面状划痕。

在本实施例中，如图3所示，第一脉冲光束在平行于蓝宝石衬底的设有n型半导体层的表面的截面a的面积，沿第一脉冲光束的照射方向先减小再增大，截面a在面积为最小值时为一条与直线方向平行的线段，线段的长度大于芯片在第一脉冲光束相邻两次照射蓝宝石衬底之间时移动的距离，因此相邻的面状划痕是连续的，所有的面状划痕最终连成一整面划痕(如图4a和图4b所示)。其中，在图4a和图4b中，b为所有的面状划痕连成的一整面划痕，10为p型电极，20为n型电极，30为钝化层，40为透明导电层，50为电流阻挡层，60为n型半导体层、发光层、p型半导体层组成的外延层，70为蓝宝石衬底。

需要说明的是，光束在平行于蓝宝石衬底的设有n型半导体层的表面的截面a上的能量是一定的，截面的面积越小，光束的能量越集中，当光束的能量集中到一定程度时，即可形成划痕，因此划痕是光束在平行于蓝宝石衬底的设有n型半导体层的表面的截面a的面积小于或等于设定面积的位置形成的。另外，蓝宝石衬底为透明的，因此第一脉冲光束可以穿过蓝宝石衬底。第一脉冲光束从蓝宝石衬底设有dbr的表面射入，在蓝宝石衬底的内部形成面状划痕之后，未被吸收的微量光束从蓝宝石衬底设有钝化层的表面射出。

具体地，提供第一脉冲光束，包括：

利用透镜组将激光器射出的第二脉冲光束发散成第三脉冲光束，第二脉冲光束和第三脉冲光束在平行于蓝宝石衬底的设有n型半导体层的表面的截面均为面积保持不变的圆形，且第二脉冲光束的截面面积小于第三脉冲光束的截面面积；

利用过滤板将第三脉冲光束截取成第四脉冲光束，第四脉冲光束在平行于蓝宝石衬底的设有n型半导体层的表面的截面为面积保持不变的矩形；

利用柱透镜组将第四脉冲光束聚集成第一脉冲光束。

在实际应用中，过滤板截取的面积大小可以根据第一脉冲光束在蓝宝石衬底的内部的聚集情况进行相应调整，以避免第一脉冲光束中各条光线之间的最大夹角不符合要求。柱透镜组的曲率可以根据第一脉冲光束中各条光线之间的最大夹角大小进行相应调整。另外，可以为柱透镜组设置恒温控制系统和矫正装置。

通过采用透镜组、过滤板和柱透镜组实现对照射蓝宝石衬底的光束的改变，对现有设备的改进很小，可以与现有技术很好的融合，升级成本低，不会增加额外的加工步骤，而且还降低了裂片机的要求，整体上降低了生产成本。

具体地，透镜组可以包括依次设置第二脉冲光束的光路上的凹透镜、第一平凸透镜、第一双凸透镜、第二双凸透镜、第二平凸透镜。过滤板可以为中间开设有通孔的非透明板，通孔的形状为矩形体。柱透镜组可以包括柱状透镜和套设在柱状透镜外的保护镜片。

进一步地，提供第一脉冲光束，还可以包括：

在利用所述透镜组将第二脉冲光束发散之后，利用平行光校准仪器将发散的第二脉冲光束中筛选出相互平行的光线，形成第三脉冲光束。

可选地，第一脉冲光束中各条光线之间的最大夹角可以为30°～35°。若第一脉冲光束中各条光线之间的最大夹角大于35°时，则形成的面状划痕在平行于芯片的层叠方向的长度较短，芯片在劈裂过程中容易偏移面状划痕的延伸方向，导致芯片漏电，影响芯片的良率；若第一脉冲光束中各条光线之间的最大夹角小于30°时，则第一脉冲光束在蓝宝石衬底的内部太集中，容易烧伤蓝宝石衬底而产生过长烧痕，过长的烧痕会吸收芯片发出的光线，牺牲芯片的发光亮度，影响芯片的外观。

优选地，第一脉冲光束中各条光线之间的最大夹角可以为33°。

可选地，线段与第一脉冲光束射入的蓝宝石衬底的表面之间的距离，可以大于或等于蓝宝石衬底的厚度的1/3，且小于蓝宝石衬底的厚度的1/2。其中，蓝宝石衬底的厚度为第一脉冲光束射入的蓝宝石衬底的表面与第一脉冲光束射出的蓝宝石衬底的表面之间的距离。

优选地，线段与第一脉冲光束射入的蓝宝石衬底的表面之间的距离可以为蓝宝石衬底的厚度的5/12。

具体地，当蓝宝石衬底的厚度为120微米时，线段与第一脉冲光束射入的蓝宝石衬底的表面之间的距离可以为40～60微米，如50微米。

需要说明的是，当蓝宝石衬底的厚度变化时，线段与第一脉冲光束射入的蓝宝石衬底的表面之间的距离会相应地发生变化。

可选地，线段的长度可以为18～22微米。

优选地，线段的长度可以为20微米。

可选地，穿过蓝宝石衬底的第一脉冲光束可以为红外光束。

优选地，穿过蓝宝石衬底的第一脉冲光束的波长可以为1064纳米，使得第一脉冲光束很容易穿过蓝宝石衬底，并在聚焦后形成较高的温度。

步骤103：沿面状划痕劈裂蓝宝石衬底，形成相互独立的芯片。

在实际应用中，该制备方法还包括：

对芯片进行测试，筛选出测试合格的芯片。

本发明实施例通过将第一脉冲光束在蓝宝石衬底的内部从聚集成点分散成一条线段，使得第一脉冲光束照射蓝宝石衬底形成的划痕从线状划痕分散成面状划痕，所有的面状划痕可以连成一整面划痕，不存在两个相互平行的线状划痕之间的区域在线状划痕的形成过程中产生延伸到发光层的炸裂，可以避免由于炸裂导致芯片断裂，有效提高芯片的良率，对加工质量和加工效果都有很大改善，提高了芯片的可靠性和外观，特别是外观为狭长型的芯片，同时也避免了第一脉冲光束在蓝宝石衬底的内部聚集成点而在划痕处产生烧痕，改善烧痕吸收芯片发出光线的情况，提高了芯片的发光亮度，改善了发光二极管的外量子效率，提高了发光二极管的发光效率。

实施例二

本发明实施例提供一种用于实施例一提供的制备方法的光转换装置，参见图5，该装置包括：

激光器201，用于射出第二脉冲光束；

透镜组202，用于将激光器201射出的第二脉冲光束发散成第三脉冲光束，第二脉冲光束和第三脉冲光束在平行于蓝宝石衬底的设有n型半导体层的表面的截面均为面积保持不变的圆形，且第二脉冲光束的截面面积小于第三脉冲光束的截面面积；

过滤板203，用于将透镜组202形成的第三脉冲光束截取成第四脉冲光束，第四脉冲光束在平行于蓝宝石衬底的设有n型半导体层的表面的截面为面积保持不变的矩形；

柱透镜组204，用于将过滤板203形成的第四脉冲光束聚集成第一脉冲光束，第一脉冲光束沿芯片的层叠方向穿过蓝宝石衬底并在每次照射蓝宝石衬底时形成面状划痕，第一脉冲光束在平行于蓝宝石衬底的设有n型半导体层的表面的截面的面积，沿第一脉冲光束的照射方向先减小再增大，截面在面积为最小值时为一条线段；

其中，芯片包括蓝宝石衬底以及依次层叠在蓝宝石衬底上的n型半导体层、发光层、p型半导体层、电流阻挡层、透明导电层和p型电极。

具体地，透镜组202、过滤板203和柱透镜组204依次设置在激光器201射出光线的光路上。

本发明实施例通过透镜组将激光器射出的第二脉冲光束发散成截面面积更大的第三脉冲光束，过滤板将第二脉冲光束截取成截面为大小不变的矩形的第三脉冲光束，柱透镜组将第四脉冲光束聚集成穿过蓝宝石衬底并照射蓝宝石衬底形成面状划痕的第一脉冲光束，将第一脉冲光束在蓝宝石衬底的内部从聚集成点分散成一条线段，使得第一脉冲光束照射蓝宝石衬底形成的划痕从线状划痕分散成面状划痕，所有的面状划痕可以连成一整面划痕，不存在两个相互平行的线状划痕之间的区域在线状划痕的形成过程中产生延伸到发光层的炸裂，可以避免由于炸裂导致芯片断裂，有效提高芯片的良率，对加工质量和加工效果都有很大改善，提高了芯片的可靠性和外观，特别是外观为狭长型的芯片，同时也避免了第一脉冲光束在蓝宝石衬底的内部聚集成点而在划痕处产生烧痕，改善烧痕吸收芯片发出光线的情况，提高了芯片的发光亮度，改善了发光二极管的外量子效率，提高了发光二极管的发光效率。

在实际应用中，透镜组可以包括依次设置第二脉冲光束的光路上的凹透镜、第一平凸透镜、第一双凸透镜、第二双凸透镜、第二平凸透镜，柱透镜组可以包括柱状透镜和套设在柱状透镜外的保护镜片。

可选地，该装置还可以包括：

平行光校准仪器，用于在透镜组202将激光器201射出的第二脉冲光束发散之后，将发散的第二脉冲光束中筛选出相互平行的光线，形成第三脉冲光束。

具体地，平行光校准仪器设置在激光器201射出光线的光路上，且位于透镜组202和过滤板203之间。

通过设置平行光校准仪器可以确保第二脉冲光束中各条光线是相互平行的，因此由第二脉冲光束截取而成的第三脉冲光束中各条光线也是相互平行的，由第四脉冲光束聚集而成的第一脉冲光束在蓝宝石衬底的内部聚集的线段上均匀分布，可以进一步抑制炸裂的产生，提高芯片的良率。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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。