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CN104868017A - 砷化镓电池的激光加工方法 - Google Patents

砷化镓电池的激光加工方法 Download PDF

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CN104868017A
CN104868017A CN201510292041.7A CN201510292041A CN104868017A CN 104868017 A CN104868017 A CN 104868017A CN 201510292041 A CN201510292041 A CN 201510292041A CN 104868017 A CN104868017 A CN 104868017A
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CN
China
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gallium arsenide
laser
laser processing
processing method
processing
Prior art date
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Pending
Application number
CN201510292041.7A
Other languages
English (en)
Inventor
王振华
谢建
乐安新
郑付成
黄东海
黄秋香
高云峰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hans Laser Technology Industry Group Co Ltd
Original Assignee
Hans Laser Technology Industry Group Co Ltd
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Publication date
Application filed by Hans Laser Technology Industry Group Co Ltd filed Critical Hans Laser Technology Industry Group Co Ltd
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Publication of CN104868017A publication Critical patent/CN104868017A/zh
Pending legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F71/00—Manufacture or treatment of devices covered by this subclass
    • H10F71/127—The active layers comprising only Group III-V materials, e.g. GaAs or InP
    • H10F71/1276—The active layers comprising only Group III-V materials, e.g. GaAs or InP comprising growth substrates not made of Group III-V materials
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

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  • Dicing (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)

Abstract

本发明适用于砷化镓电池加工领域，提供了一种砷化镓电池的激光加工方法，通过对砷化镓晶片进行切割形成多个砷化镓电池，首先采用紫外激光对所述GaAs层进行加工，形成多个隔离槽；其次采用紫外激光延所述隔离槽至少一次对所述金属衬底加工，直到将所述金属衬底切断，产生多个子电池。本实施例通过紫外激光分两步对砷化镓晶片进行切割，首先形成宽度较小的隔离槽，再延隔离槽进行加工，最终形成多个芯片，由于降低了隔离槽的宽度，增加了单枚晶片生产子电池的数量，降低了生产成本，同时，采用紫外激光进行加工，避免了热效应对芯片的影响，提高了良品率。

Description

砷化镓电池的激光加工方法
技术领域
本发明属于激光加工领域，尤其涉及一种砷化镓电池的激光加工方法。
背景技术
太阳能光伏发电在全球取得长足发展，但常用薄膜电池转化率较低，晶硅电池由于原材料供应能力有限价格一路攀升，由于高倍聚光太阳电池具有转化率高，电池占地面积小和耗材少的优点，受到研究者的重视。其中，高倍聚光电池具有代表性的是砷化镓(GaAs)太阳电池。GaAs属于III-V族化合物半导体材料，其能隙与太阳光谱的匹配较适合，且耐高温。
砷化镓晶片因为材料比较脆，在采用机械切割刀片切割时，容易发生破裂或缺损，所以难以提高切割的进给速度，且机械切割刀片磨损快，在切割过程中要求对砂轮及芯片不间断喷洒去离子水，生产成本高；机械切割时刀片直接与芯片接触，芯片侧边容易产生崩边、崩角和裂纹，产品合格率低。如果利用激光切割技术，加工进给速度可以达到磨轮刀片切割进给速度的10倍以上，从而提高生产效率。采用激光切割工艺，加工后的切割槽宽度小，与刀片相比切割槽损失少，所以可以减小芯片间的间隔。对于为了切割出更多小型芯片而致使加工线条数增多的化合物半导体晶片而言，通过减小芯片间的间隔，可以提高单枚晶片中可生产的芯片数量。但传统的激光切割砷化镓晶片方法也存在一些问题，例如激光切割产生热效应区域，不仅会破坏原材料，甚至会破坏切割处邻近的芯片结构，对芯片品质造成影响，当切割槽的宽度越小，邻近的芯片受到热影响也就越大。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种砷化镓电池的激光加工方法，以解决现有激光加工热影响大、单个晶片切割的芯片数量少的问题。
本发明实施例是这样实现的，一种砷化镓电池的激光加工方法，通过对砷化镓晶片进行切割形成砷化镓电池，采用紫外激光对所述GaAs层进行加工，形成多个隔离槽；采用紫外激光延所述隔离槽至少一次对所述金属衬底加工，直到将所述金属衬底切断，产生多个子电池。
进一步地，所述紫外激光的脉宽为20-60ns，功率≤10W。
进一步地，对所述GaAs层进行加工时，速度为100-200mm/s，频率为20-30KHz，功率为7W。
进一步地，对所述金属衬底加工时，速度为200-300mm/s，频率为20-30KHz，功率为10W。
进一步地，所述紫外激光通过远心镜头聚焦。
进一步地，所述砷化镓晶片采用带有镂空的格子栅状工装夹具吸附固定。
进一步地，在对所述砷化镓晶片激光加工的同时采用除尘装置对激光加工产生的残渣或废气进行抽除。
本发明提供了砷化镓电池的激光加工方法，通过紫外激光分两步对砷化镓晶片进行切割，首先形成宽度较小的隔离槽，再延隔离槽进行加工，最终形成多个芯片，由于降低了隔离槽的宽度，增加了单枚晶片生产子电池的数量，降低了生产成本，同时，采用紫外激光进行加工，避免了热效应对芯片的影响，提高了良品率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的砷化镓电池加工的剖面示意图；
图2是本发明实施例提供的砷化镓电池的GaAs层加工的示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，砷化镓晶片包括金属衬底11和位于所述金属衬底上的GaAs层12，通过对所述砷化镓晶片进行切割分离，将产生多个小芯片，每个小芯片即为砷化镓电池，一枚砷化镓晶片切割的芯片越多，成本就相对越小，而芯片的大小一般相对固定，为了能够在单枚晶片上切割更多的芯片，就需要减小切割槽的宽度。
如图2所示，本发明实施例提供一种砷化镓电池的激光加工方法，采用紫外激光对所述砷化镓晶片分两步进行加工，第一步，对所述GaAs层12进行加工，形成多个隔离槽13，将所述GaAs层12分成多个独立的部分；第二步，紫外激光延所述隔离槽13至少一次对所述金属衬底11加工，直到将所述金属衬底11切断，产生多个子电池。
通过减小所述隔离槽13的宽度，在所述砷化镓晶片大小一定的情况下，得到更多的子电池，降低生产成本。
为了实现所述隔离槽13宽度的减小，本实施例采用波长较短的紫外激光进行加工，由于光子的能量大于化学键或金属键的键能，直接汽化，不会产生热效应，使得宽度较小的隔离槽13邻近的芯片不会受到热影响而产生烧蚀，提高了成品率。同时由于不会产生热应力，避免了GaAs的破裂，金属衬底上不会产生较大的火山口和卷边等缺陷。
具体的，本实施例中，所述紫外激光的脉宽为20-60ns，功率≤10W。
当对所述GaAs层12进行加工时，速度为100-200mm/s，频率为20-30KHz，功率为7W，烧蚀隔离槽的宽度为100um。
当对所述金属衬底11进行加工时，速度为200-300mm/s，频率为20-30KHz，功率为10W。由于本实施例中的激光能量较小，需要多次对所述金属衬底进行切割加工，如对4或6寸的砷化镓晶片加工时，需要对所述金属衬底进行至少10次的切割。
当然在其他实施例中，也可以采用其他大小功率，速度对应的进行调整。
在本实施例中，采用视觉系统对砷化镓晶片进行拍照，然后根据获取到照片信息旋转工作台或夹具，实现砷化镓晶片的定位。然后紫外激光出光加工，清除GaAs层，形成100um宽的隔离槽。多个所述隔离槽交错呈格子栅状。
进一步地，所述紫外激光采用焦距较小的远心镜头聚焦。
进一步地，所述砷化镓晶片采用带有镂空的格子栅状工装夹具(图未示)吸附固定，以免激光切割金属衬底时对夹具的损伤，同时避免夹具对金属衬底的划伤和挤压。
进一步地，在对所述砷化镓晶片激光加工的同时采用除尘装置(图未示)对激光加工产生的残渣或废气进行抽除。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。

Claims (7)

1.一种砷化镓电池的激光加工方法，通过对砷化镓晶片进行切割形成砷化镓电池，其特征在于，采用紫外激光对所述GaAs层进行加工，形成多个隔离槽；采用紫外激光延所述隔离槽至少一次对所述金属衬底加工，直到将所述金属衬底切断，产生多个子电池。
2.如权利要求1所述的激光加工方法，其特征在于，所述紫外激光的脉宽为20-60ns，功率≤10W。
3.如权利要求1所述的激光加工方法，其特征在于，对所述GaAs层进行加工时，速度为100-200mm/s，频率为20-30KHz，功率为7W。
4.如权利要求1所述的激光加工方法，其特征在于，对所述金属衬底加工时，速度为200-300mm/s，频率为20-30KHz，功率为10W。
5.如权利要求1所述的激光加工方法，其特征在于，所述紫外激光通过远心镜头聚焦。
6.如权利要求1所述的激光加工方法，其特征在于，所述砷化镓晶片采用带有镂空的格子栅状工装夹具吸附固定。
7.如权利要求1所述的激光加工方法，其特征在于，在对所述砷化镓晶片激光加工的同时采用除尘装置对激光加工产生的残渣或废气进行抽除。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN110120441A (zh) * 2019-04-03 2019-08-13 常州雷射激光设备有限公司 柔性砷化镓薄膜电池背电极激光开窗工艺及设备
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