一种GaAs基发光二极管芯片及其切割方法
【专利摘要】一种GaAs基发光二极管芯片及其切割方法，包括：1)制备GaAs基外延片的P电极和N电极；2)对步骤1)制备的GaAs基外延片进行N面切割，形成切割道，所述切割道周期与P电极周期一致，且所述切割道与所述P电极的外围边缘重合；所述N面是指所述GaAs基外延片具有N电极的背面；所述P面是指所述GaAs基外延片具有P电极的正面；3)将GaAs基外延片按照切割道劈裂：GaAs基外延片N面朝下、P面朝上放置于劈裂机劈裂。本发明通过先N面切割再采用劈裂的方法将GaAs基发光二极管芯片分割开，减少了P面出光面的损耗，大大增加了出光面积，提升了芯片的品质，提升了产品的合格率，并能进行规模化生产。
【专利说明】
一种GaAs基发光二极管芯片及其切割方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种GaAs基发光二极管芯片及其切割方法，属于光电子技术领域。
【背景技术】
[0002]随着半导体照明光源在城市景观、商业大屏幕、交通信号灯、手机及PDA背光源等特殊照明领域的应用，以其饱满色光、无限混色、迅速切换、耐震、耐潮、冷温、超长寿、少维修等优势，半导体光源已成为全球最热门、最瞩目的光源，特别是LED的发光效率正在大幅度提高，半导体照明被认为是21世纪最有可能进入普通照明领域的一种新型固态冷光源和最具发展前景的高技术领域之一。
[0003]LED作为21世纪的照明新光源，同样亮度下，半导体灯耗电仅为普通白炽灯的I/
10,而寿命却可以延长100倍。LED器件是冷光源，光效高，工作电压低，耗电量小，体积小，可平面封装，易于开发轻薄型产品，结构坚固且寿命很长，光源本身不含汞、铅等有害物质，无红外和紫外污染，不会在生产和使用中产生对外界的污染。因此，半导体灯具有节能、环保、寿命长等特点，如同晶体管替代电子管一样，半导体灯替代传统的白炽灯和荧光灯，也将是大势所趋。无论从节约电能、降低温室气体排放的角度，还是从减少环境污染的角度，LED作为新型照明光源都具有替代传统照明光源的极大潜力。
[0004]四元系LED芯片制作工艺中的切割方法是将整片芯片分割成单一晶粒的过程，现有技术中，四元系LED芯片切割均是采取半切后，再用金刚石切割刀全切断，其切割速度低，切割刀磨损快、寿命短，金刚石切割刀造价较贵，人员和机台需求量比较大，造成机台成本和人力成本较高，且切割时切割刀直接与芯片接触，芯片侧边容易产生崩边、崩角和裂纹，产品合格率低。
[0005]传统的切割刀宽度为20μπι至25μπι，因此切割后，芯片的切割面有约25μπι至30μπι的损耗，断面损耗比较大，造成极大的浪费。
[0006]中国专利文献CN 105226143Α公开的《一种GaAs基LED芯片的切割方法》是通过在芯片P面进行全面半切，再将芯片P电极向下朝向白膜，N电极向上，贴在白膜上，然后在芯片N面沿P面半切的切割槽进行激光划痕作业，然后在芯片N面用裂片机的劈刀沿N面的划痕进行裂片最终加工成独立的晶粒。此方法需使用激光划片，GaAs基衬底激光划片产生的废气不易处理，而且此方法步骤繁琐不易规模化生产。
[0007]中国专利文献CN102097546Α公开的《一种LED芯片的切割方法》该方法是在芯片背面，沿正面两个电极中间的位置锯片。锯片深度是芯片厚度的1/6?2/3，然后再用裂片机在芯片正面将芯片沿锯片刀痕裂开。此方法未明确背面锯片时如何确认GaAs基外延片P点电极位置，此方法适用于透明衬底，不适用于GaAs基发光二极管芯片规模化生产。
[0008]中国专利文献CN102709409公开了一种四元系LED芯片及其切割方法，包括作为磊晶层基板的GaAs基板;GaAs基板的一面嘉晶有嘉晶层，即LED芯片的PN接面;GaAs基板另一面镀有薄膜Au，作为LED芯片的负极端;在磊晶层上沉积有等间距排列的BeAu薄膜，在BeAu薄膜上还沉积有Au薄膜，作为LED芯片的正极端。一种四元系LED芯片的切割方法，具体包括以下步骤:(1)在LED芯片正极端一面用金刚石切割刀半切LED芯片，形成切割道，将等间距排列的LED芯片的正极端分隔开，LED芯片厚度为100ym-300ym，(2)LED芯片的正极端贴上蓝膜，负极端贴上麦拉膜；(3)将LED芯片的正极端朝下，负极端朝上放置于劈裂机的劈裂台上，用劈裂机的劈裂刀沿切割道将LED芯片压断，LED芯片被加工成了一个个独立的晶粒。该专利是在负极上设置切割道，并通过正极对所述芯片进行劈裂，但是此种方法切割时切割刀直接与芯片接触，芯片侧边容易产生崩边、崩角和裂纹，产品合格率低。
【发明内容】
[0009]针对现有技术的不足，本发明提供一种GaAs基发光二极管芯片。
[0010]本发明还提供上述GaAs基发光二极管芯片的切割方法。
[0011 ]本发明针对现有GaAs基LED切割时造成出光面损耗影响光效、侧边容易产生崩边、崩角和裂纹以及产品合格率低的不足，提供一种流程简便、不损耗出光面、较大程度的提升光效及提升产品合格率的GaAs基发光二极管芯片及其切割方法。
[0012]本发明的技术方案如下:
[0013]—种GaAs基发光二极管芯片，包括P电极、N电极、GaAs衬底和在所述GaAs衬底上的外延层;所述GaAs衬底的横截面呈倒梯形。在所述外延层上设置有P电极，在所述GaAs衬底的背面设置有N电极。
[0014]根据本发明优选的，所述外延层的横截面为倒梯形，且外延层的斜边与GaAs衬底的斜边的角度一致;所述外延层和GaAs衬底形成倒梯形。
[0015]根据本发明优选的，在所述GaAs衬底的背面设置有N电极，所述N电极的横截面为倒梯形，且N电极的斜边与GaAs衬底的斜边的角度一致;所述外延层、GaAs衬底和N电极形成倒梯形。
[0016]上述GaAs基发光二极管芯片的切割方法，包括:
[0017]I)制备GaAs基外延片的P电极和N电极；
[0018]2)对步骤I)制备的GaAs基外延片进行N面切割，形成切割道，所述切割道周期与P电极周期一致，且所述切割道与所述P电极的外围边缘重合;所述N面是指所述GaAs基外延片具有N电极的背面;所述P面是指所述GaAs基外延片具有P电极的正面；
[0019]3)将GaAs基外延片按照切割道劈裂:GaAs基外延片N面朝下、P面朝上放置于劈裂机劈裂。
[0020]根据本发明优选的，所述步骤I)中制备GaAs基外延片的P电极的步骤如下:
[0021 ]在GaAs基外延片表面蒸镀上一层Au膜，并在所述Au膜表面涂正性光刻胶，通过光刻得P电极。本发明通过常规光刻的方法、经过高温退火(450 0C-550 0C )最终制备完成P电极。
[0022]根据本发明优选的，所述步骤I)中，所述Au膜的厚度为1.8-2.8μπι，所述正性光刻胶的厚度为1.5μηι-3.5μηι。
[0023]根据本发明优选的，所述步骤I)中，在制备完P电极后，对GaAs基外延片进行减薄，减薄后的GaAs基外延片厚度为150-250μπι，然后在N面蒸镀上Au膜作为N电极;优选的，所述Au膜的厚度为0.5-1μπι。
[0024]根据本发明优选的，所述步骤2)中，对N面切割，形成切割道的方法包括:在所述N面的Au膜表面涂上正性光刻胶，通过光刻制备N面切割道。
[0025]根据本发明优选的，所述步骤2)中，对N面切割，形成切割道的方法包括:将所述GaAs基外延片的P面贴在蓝膜上使N面朝上，N面按切割道使用金刚石切割刀将所述N电极等间距分割开形成N面的切割道，所述切割道的深度为70-110μπι;去除贴在P面的蓝膜。
[0026]根据本发明优选的，所述步骤3)中，将GaAs基外延片按照切割道劈裂的方法包括:
[0027]首先，在所述GaAs基外延片N面贴上蓝膜、在所述GaAs基外延片P面贴上白膜；
[0028]其次，将所述GaAs基外延片N面朝下、P面朝上放置于劈裂机劈裂。具体为将所述GaAs基外延片N面朝下、P面朝上放置于劈裂机劈裂台上，用劈裂机的劈裂刀沿N面切割道将GaAs基发光二极管芯片压断，GaAs基发光二极管芯片加工完成。
[0029]本发明的优势在于:
[0030]本发明提供了一种GaAs基发光二极管芯片及其切割方法，通过先N面切割再采用劈裂的方法将GaAs基发光二极管芯片分割开，减少了P面出光面的损耗，大大增加了出光面积，提升了芯片的品质，并能进行规模化生产。
【附图说明】
[0031]图1是本发明中步骤(I)制得的GaAs基外延片的剖视图。
[0032]图2是本发明中步骤(2)制得的GaAs基外延片的示意图。
[0033]图3是本发明中步骤(3)劈裂机劈裂管芯的示意图。
[0034]图4是本发明所述GaAs基发光二极管芯片的示意图。
[0035]图中，1、Ρ电极，2、GaAs基发光二极管芯片外延层，3、GaAs衬底，4、Ν电极，5、Ν面切割道，6、白膜，7、蓝膜，8、劈裂刀。
【具体实施方式】
[0036]下面结合实施例和说明书附图对本发明做详细的说明，但不限于此。
[0037]如图1-4所示。
[0038]实施例1、
[0039]一种GaAs基发光二极管芯片，包括P电极1、Ν电极4、GaAs衬底3和在所述GaAs衬底3上的外延层2;所述GaAs衬底3的横截面呈倒梯形。在所述外延层2上设置有P电极I，在所述GaAs衬底3的背面设置有N电极4。
[0040]实施例2、
[0041]如实施例1所述的一种GaAs基发光二极管芯片，其区别在于，所述外延层2的横截面为倒梯形，且外延层2的斜边与GaAs衬底3的斜边的角度一致;所述外延层2和GaAs衬底3形成倒梯形。
[0042]实施例3、
[0043]如实施例2所述的一种GaAs基发光二极管芯片，其区别在于，在所述GaAs衬底3的背面设置有N电极4，所述N电极4的横截面为倒梯形，且N电极4的斜边与GaAs衬底3的斜边的角度一致;所述外延层2、GaAs衬底3和N电极4形成倒梯形。
[0044]实施例4、
[0045]如实施例1-4所述GaAs基发光二极管芯片的切割方法，包括:
[0046]I)制备GaAs基外延片的P电极I和N电极4;
[0047]2)对步骤I)制备的GaAs基外延片进行N面切割，形成切割道5，所述切割道5周期与P电极I周期一致，且所述切割道5与所述P电极I的外围边缘重合;所述N面是指所述GaAs基外延片具有N电极4的背面;所述P面是指所述GaAs基外延片具有P电极I的正面；
[0048]3)将GaAs基外延片按照切割道5劈裂:GaAs基外延片N面朝下、P面朝上放置于劈裂机劈裂。
[0049]实施例5、
[0050]如实施例4所述的一种GaAs基发光二极管芯片的切割方法，其区别在于，所述步骤
1)中制备GaAs基外延片的P电极I的步骤如下:
[0051 ]在GaAs基外延片表面蒸镀上一层Au膜，并在所述Au膜表面涂正性光刻胶，通过光刻得P电极I。本发明通过常规光刻的方法、经过高温退火(450°c-550°c)最终制备完成P电极。
[0052]所述步骤I)中，所述Au膜的厚度为1.8-2.8μηι，所述正性光刻胶的厚度为1.5μηι-
3.5μπι0
[0053]所述步骤I)中，在制备完P电极I后，对GaAs基外延片进行减薄，减薄后的GaAs基外延片厚度为150-250μπι，然后在N面蒸镀上Au膜作为N电极;所述Au膜的厚度为0.5-1μπι。
[0054]实施例6、
[0055]如实施例4所述的一种GaAs基发光二极管芯片的切割方法，其区别在于，所述步骤
2)中，对N面切割，形成切割道的方法包括:在所述N面的Au膜表面涂上正性光刻胶，通过光刻制备N面切割道。
[0056]所述步骤2)中，对N面切割，形成切割道的方法包括:将所述GaAs基外延片的P面贴在蓝膜上使N面朝上，N面按切割道5使用金刚石切割刀将所述N电极4等间距分割开形成N面的切割道5，所述切割道5的深度为70-110μπι;去除贴在P面的蓝膜。
[0057]实施例7、
[0058]如实施例4所述的一种GaAs基发光二极管芯片的切割方法，其区别在于，所述步骤
3)中，将GaAs基外延片按照切割道劈裂的方法包括:
[0059]首先，在所述GaAs基外延片N面贴上蓝膜7、在所述GaAs基外延片P面贴上白膜6;
[0060]其次，将所述GaAs基外延片N面朝下、P面朝上放置于劈裂机劈裂。具体为将所述GaAs基外延片N面朝下、P面朝上放置于劈裂机劈裂台上，用劈裂机的劈裂刀沿N面切割道将GaAs基发光二极管芯片压断，GaAs基发光二极管芯片加工完成。
【主权项】
1.一种GaAs基发光二极管芯片，其特征在于，所述芯片包括P电极、N电极、GaAs衬底和在所述GaAs衬底上的外延层;所述GaAs衬底的横截面呈倒梯形。在所述外延层上设置有P电极，在所述GaAs衬底的背面设置有N电极。2.根据权利要求1所述的一种GaAs基发光二极管芯片，其特征在于，所述外延层的横截面为倒梯形，且外延层的斜边与GaAs衬底的斜边的角度一致;所述外延层和GaAs衬底形成倒梯形。3.根据权利要求2所述的一种GaAs基发光二极管芯片，其特征在于，在所述GaAs衬底的背面设置有N电极，所述N电极的横截面为倒梯形，且N电极的斜边与GaAs衬底的斜边的角度一致;所述外延层、GaAs衬底和N电极形成倒梯形。4.如权利要求1-3任意一项所述GaAs基发光二极管芯片的切割方法，其特征在于，该方法包括: 1)制备GaAs基外延片的P电极和N电极； 2)对步骤I)制备的GaAs基外延片进行N面切割，形成切割道，所述切割道周期与P电极周期一致，且所述切割道与所述P电极的外围边缘重合;所述N面是指所述GaAs基外延片具有N电极的背面;所述P面是指所述GaAs基外延片具有P电极的正面； 3)将GaAs基外延片按照切割道劈裂:GaAs基外延片N面朝下、P面朝上放置于劈裂机劈m O5.如权利要求4所述GaAs基发光二极管芯片的切割方法，其特征在于，所述步骤I)中制备GaAs基外延片的P电极的步骤如下: 在GaAs基外延片表面蒸镀上一层Au膜，并在所述Au膜表面涂正性光刻胶，通过光刻得P电极。本发明通过常规光刻的方法、经过高温退火(450°C-55(TC)最终制备完成P电极。6.如权利要求5所述GaAs基发光二极管芯片的切割方法，其特征在于，所述步骤I)中，所述Au膜的厚度为1.8-2.8μπι，所述正性光刻胶的厚度为1.5μπι-3.5μπι。7.如权利要求4所述GaAs基发光二极管芯片的切割方法，其特征在于，所述步骤I)中，在制备完P电极后，对GaAs基外延片进行减薄，减薄后的GaAs基外延片厚度为150-250μπι，然后在N面蒸镀上Au膜作为N电极;优选的，所述Au膜的厚度为0.5-Ιμπι。8.如权利要求4所述GaAs基发光二极管芯片的切割方法，其特征在于，所述步骤2)中，对N面切割，形成切割道的方法包括:在所述N面的Au膜表面涂上正性光刻胶，通过光刻制备N面切割道。9.如权利要求4所述GaAs基发光二极管芯片的切割方法，其特征在于，所述步骤2)中，对N面切割，形成切割道的方法包括:将所述GaAs基外延片的P面贴在蓝膜上使N面朝上，N面按切割道使用金刚石切割刀将所述N电极等间距分割开形成N面的切割道，所述切割道的深度为70-110μπι;去除贴在P面的蓝膜。10.如权利要求4所述GaAs基发光二极管芯片的切割方法，其特征在于，所述步骤3)中，将GaAs基外延片按照切割道劈裂的方法包括: 首先，在所述GaAs基外延片N面贴上蓝膜、在所述GaAs基外延片P面贴上白膜； 其次，将所述GaAs基外延片N面朝下、P面朝上放置于劈裂机劈裂。
【文档编号】H01L21/78GK105957937SQ201610489614
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年6月27日
【发明人】李晓明, 汤福国, 王建华, 闫宝华, 陈康, 刘琦, 徐现刚
【申请人】山东浪潮华光光电子股份有限公司