[发明专利]LED衬底的剥离方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种LED衬底的剥离方法，尤其涉及一种采用飞秒激光剥离LED衬底的方法。

背景技术

众所周知，LED晶圆是在蓝宝石或者碳化硅衬底上采用气相沉积的方法生长基于氮化镓系材料的发光有源层，目前普遍的LED晶圆尺寸为2英寸~4英寸。LED行业的发展、LED价格的降低以及发光效率的提升，带动了LED芯片的推广普及，从而也带动了应用于LED领域当中的各种技术。

在目前的市场上，普遍流行的平面结构LED芯片（正负电极在基板同一侧）存在发光面积小、电流拥挤效应等问题，而垂直结构的LED芯片（正负电极在芯片上下侧）可以避免这些问题，实现高效、大功率、高亮度，同时大大改善了散热问题。为了制作垂直结构的LED芯片，需要将LED衬底中的衬底材料（通常为蓝宝石）与氮化镓外延层分离，而通过激光加工技术实现LED衬底的剥离是目前市场常用的方法。

现有技术中通常采用紫外光波段的激光光束，透过蓝宝石聚焦在蓝宝石和氮化镓的界面处，由于聚焦后激光光斑在单位面积上具有很高的能量，使得界面处的氮化镓热分解成金属镓原子和氮气，氮原子在高温下再进一步融化，因此能够实现蓝宝石和氮化镓的分离。但是由于在蓝宝石衬底上生长的氮化物存在较大的晶格常数和热膨胀系数失配，导致生长的氮化镓膜层具有较大的内应力，因此，在激光剥离过程中，由于热效应以及热应力扩散，经常会出现裂纹，会导致制作的LED芯片有较大的漏电流。尤其在传统的激光剥离过程中，通常利用激光光束的局部加热使物质熔化或者气化，这种方式的加热也会使物质周围遭到破坏，因而限制了边缘强度和产生精细特征的能力。

虽然目前发展的脉冲紫外激光可以通过直接破坏物质的化学键，将物质分离成原子，可以减小热损伤的影响。但由于其较长的脉冲时间（通常为纳秒级），需要消耗比较多的能量来破坏化学键，而且产生的热量将非常大，热影响区比较大。激光作用区域会伴随着剧烈的热扩散，这种热扩散会产生强烈的冲击波应力，该冲击波会导致出现裂纹或者凹坑，不但在垂直于剥离面方向上极易损伤仅有几微米厚度的氮化镓外延层，在水平方向上也会损伤周围的芯片。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种LED衬底的剥离方法，能够避免剥离过程中产生的热量对外延层的损伤，有利于提高生产良率并改善出光效率。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种LED衬底的剥离方法，包括：

提供LED衬底，所述LED衬底包括衬底和位于所述衬底上的外延层；

将所述外延层贴合至转移衬底；

采用飞秒激光系统将飞秒脉冲激光聚焦为线状光斑，所述线状光斑聚焦在所述LED衬底的衬底内且其长度大于等于所述LED衬底的直径；

采用所述线状光斑对所述衬底进行扫描，以对所述衬底进行初次减薄；

采用物理化学抛光将剩余的衬底去除，暴露出所述外延层。

可选地，所述飞秒激光系统包括：

飞秒脉冲种子激光源；

激光放大扩束装置，对所述飞秒脉冲种子激光源发出的飞秒脉冲激光进行能量放大、扩束和线聚焦，输出所述线状光斑；

承载部件，用于承载所述LED衬底，其中，所述转移衬底朝向所述承载部件。

可选地，所述激光放大扩束装置包括：

激光放大器，对所述飞秒脉冲激光进行能量放大；

扩束透镜组合装置，对来自所述激光放大器的激光束进行扩束，使其尺寸覆盖所述LED衬底；

柱透镜，对来自所述扩束透镜组合装置的激光束进行线聚焦，输出所述线状光斑。

可选地，所述激光放大器将所述飞秒脉冲激光放大为mJ~J量级的激光束。

可选地，所述激光放大扩束装置还包括：

光闸，所述激光放大器输出的激光束经过所述光闸后传输至所述扩束透镜组合装置。

可选地，所述飞秒激光系统还包括：

步进电机，驱动所述承载部件带动所述LED衬底沿垂直于所述线状光斑的方向移动，所述LED衬底在垂直于所述线状光斑的方向上划分为多步，所述步进电机带动所述LED衬底逐步移动以使所述线状光斑逐步扫描所述衬底。

可选地，所述飞秒激光系统还包括：

同步控制器，对所述步进电机和光闸进行同步控制，使所述步进电机每移动一步后照射至所述衬底内的激光脉冲数目相同。