CN103545409B - 光器件以及光器件的加工方法 - Google Patents

光器件以及光器件的加工方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种光器件以及光器件的加工方法，其能够提升光的取出效率。一种光器件，其特征在于，具有：具有发光层的四边形的表面；与该表面平行的四边形的背面；以及连接该表面和该背面的第1至第4侧面，第1侧面相对于该表面的垂直线倾斜第1角度，该第1侧面对面的第2侧面相对于该垂直线倾斜第2角度，并且第3侧面相对于该垂直线倾斜第3角度，该第3侧面对面的4侧面相对于该垂直线倾斜第4角度。

Description

光器件以及光器件的加工方法
技术领域
本发明涉及光器件以及光器件的加工方法。
背景技术
在激光二极管（LD）或发光二极管（LED）等光器件的制造过程中，制造出在由蓝宝石或碳化硅（SiC）等构成的结晶成长用基板的上表面例如通过外延成长而层叠有具有多个光器件的发光层（外延层）的光器件晶片。
在由设定为格子状的分割预定线划分成的各区域中形成LD、LED等光器件，通过沿着分割预定线来分割光器件晶片而实现单片化，从而制造出一个个光器件芯片。
以往，作为沿着分割预定线来分割光器件晶片的方法，公知以下方法：沿着分割预定线照射相对于晶片具有吸收性的波长的脉冲激光光束从而形成激光加工槽，通过对晶片施加外力而以激光加工槽为起点来断裂光器件晶片（参照日本特开平10-305420号公报）。
另一方面还提出了以下方法：为了提升光器件的亮度，将聚光点对准晶片的内部照射相对于光器件晶片具有透射性的波长的脉冲激光光束，从而在内部形成沿着分割预定线的改性层，对强度由于该改性层而降低了的分割预定线施加外力来分割光器件晶片（例如，参照日本特开2008-006492号公报）。
现有技术文献
专利文献1：日本特开平10-305420号公报
专利文献2：日本特开2008-006492号公报
LED等光器件要求更高的亮度，并要求光的取出效率的提升。在以往的光器件的加工方法中，由于相对于光器件晶片大致垂直地入射激光光束，以激光加工槽或改性层为分割起点而将光器件晶片分割为一个个光器件芯片，所以光器件芯片的侧面被加工成相对于形成在表面的发光层大致垂直，光器件构成长方体形状。
因此，从发光层射出的光在侧面全反射的比例变高，在重复全反射中最终在光器件芯片的内部削光的比例变高。
发明内容
本发明是鉴于这样的方面而做出的发明，其目的在于提供能够提升光取出效率的光器件和光器件的加工方法。
根据本发明第1方面所记载的发明，提供了一种光器件，其特征在于，具有：具有发光层的四边形的表面；与该表面平行的四边形的背面；以及连接该表面和该背面的第1侧面至第4侧面，第1侧面相对于该表面的垂直线倾斜第1角度，该第1侧面对面的第2侧面相对于该垂直线倾斜第2角度，并且第3侧面相对于该垂直线倾斜第3角度，该第3侧面对面的第4侧面相对于该垂直线倾斜第4角度。
优选的是，光器件的从表面到背面的截面形状为平行四边形或者梯形。优选的是第1角度至第4角度全部设定为同一角度。
根据本发明第5方面所记载的发明，提供了本发明第1方面至第4方面中的任一项所记载的光器件的加工方法，其特征在于，具有：晶片准备步骤，准备光器件晶片，上述光器件晶片在表面具有发光层并设定有多条交叉的分割预定线，在该发光层的由该分割预定线划分出的各区域分别具有光器件；倾斜面设定步骤，在光器件晶片设定与上述光器件的上述第1侧面至第4侧面相对应的多个倾斜面；以及激光加工步骤，在实施了上述倾斜面设定步骤后，沿着上述倾斜面照射相对于光器件晶片具有吸收性的波长的激光光束，从而形成沿着上述倾斜面的激光加工槽。
优选的是，光器件的加工方法在实施了激光加工步骤后还具有分割步骤，在该分割步骤中，对光器件晶片施加外力以将光器件晶片分割为一个个光器件。
根据本发明的光器件，由于使第1侧面至第4侧面相对于针对发光层的垂直线倾斜第1角度至第4角度，所以能够降低在光器件的侧面全反射的光，能够实现光取出效率的提升。
附图说明
图1是光器件晶片的表面侧立体图。
图2是说明倾斜面设定步骤的光器件晶片的剖视图。
图3是表示光器件晶片保持步骤的立体图。
图4是说明激光加工步骤的立体图。
图5是激光光束照射单元的方框图。
图6是表示激光加工步骤的光器件晶片的剖视图。
图7是表示分割步骤的光器件晶片的剖视图。
图8是表示改性层形成步骤的光器件晶片的剖视图。
图9是表示分割步骤的光器件晶片的剖视图。
图10是本发明第1实施方式的光器件的立体图。
图11中，（A）是沿图10中的11A-11A线的剖视图，（B）是沿图10中的11B-11B线的剖视图。
图12是本发明第2实施方式的光器件的立体图。
图13中，（A）是沿图12中的13A-13A线的剖视图，（B）是沿图12中的13B-13B线的剖视图。
图14中，（A）是倒梯形的光器件的沿着第1切断线的剖视图，（B）是沿着与第1切断线正交的第2切断线的剖视图。
图15是另外其他的实施方式的光器件的剖视图。
标号说明
11 光器件晶片
12 激光光束照射单元
13 蓝宝石基板
15 发光层（外延层）
17 分割预定线
18 激光光束产生单元
19 光器件
20 激光光束产生单元
21 倾斜面
23 激光光束照射线
27 激光加工槽
33、35、37、39 光器件
36 支撑台
38 分割杆
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式详细地进行说明。参照图1，表示了光器件晶片11的表面侧立体图。光器件晶片11构成为在蓝宝石基板13上层叠有氮化镓（GaN）等发光层（外延层）15。光器件晶片11具有：层叠有发光层15的表面11a以及露出蓝宝石基板13的背面11b。
蓝宝石基板13例如有100μm的厚度，发光层15例如有5μm的厚度。在发光层15通过设定为格子状的分割预定线（间隔道）17来划分并形成有LED等多个光器件19。
在本发明的光器件的加工方法中，在准备了上述那样的光器件晶片11后，实施以下倾斜面设定步骤：在光器件晶片11设定与应该形成的光器件的侧面的倾斜角度相对应的多个倾斜面。
在该倾斜面设定步骤中，如图2所示，根据应该形成的光器件19的侧面的倾斜角度与光器件晶片11的厚度，将从分割预定线17的中心17a向背面11b引出预定角度的倾斜面21时的、倾斜面21与背面11b的交点位置23设定为激光光束照射线。
然后，算出激光光束照射线23在与分割预定线17的延伸方向正交的方向中从分割预定线17的中心17a偏离了多少。另外，以下将该偏离的距离称为偏移距离。使偏移距离与光器件晶片11的分割预定线17的中心间距离（分度（index）量）一起存储到激光加工装置8的存储器中。
在实施了倾斜面设定步骤后，如图3所示，经切割带T将光器件晶片11吸引保持在激光加工装置8的卡盘工作台10，使光器件晶片11的背面11b露出。然后，通过省略了图示的夹紧装置来加紧固定环状框架F，切割带T的外周部被粘贴于上述环状框架F。
激光光束照射单元12由收纳在机壳16中的图5所示的激光光束产生单元18，和能够转动地安装在机壳16的末端部的聚光器（激光头）20构成。
标号34是具有显微镜以及CCD照相机等通常的摄像元件以及红外线摄像元件的摄像单元。光器件晶片11构成为在蓝宝石基板13上层叠有发光层15，由于蓝宝石基板13是透明的，所以能够通过通常的摄像元件从光器件晶片11的背面11b侧来拍摄形成于表面11a的分割预定线17。
在本发明的光器件的加工方法中，实施如下校准：利用摄像单元34从光器件晶片11的背面11b侧拍摄光器件晶片11，使分割预定线17和聚光器（激光头）20排列在X轴方向。
在该校准步骤中，使光器件晶片11的分割预定线17和激光加工装置8的聚光器20排列在X轴方向，当检测出在第1方向延伸的分割预定线17并将其Y坐标值存储到了存储器后，90度旋转卡盘工作台10之后，检测在与第1方向正交的第2方向延伸的分割预定线17，并将其Y坐标值存储到存储器。
在实施了校准后，实施如下激光加工步骤：沿着片背面11b的与分割预定线17相距偏移距离的位置处的晶激光光束照射线23且仿照倾斜面27照射相对于光器件晶片11具有吸收性的波长的激光光束，从而形成沿着倾斜面21的激光加工槽27。
如图5所示，激光光束照射单元12的激光光束产生单元18包括：振荡出YAG激光或YVO4激光的激光振荡器22、重复频率设定构件24、脉冲宽幅调整构件26、以及功率调整构件28。
利用激光光束产生单元18的功率调整构件28而调整为预定功率的脉冲激光光束通过能够转动地安装在机壳16的末端的聚光器20的反射镜30而被反射，并通过聚光用物镜32而聚光并照射到保持在卡盘工作台10的光器件晶片11。
如图6所示，在实施该激光加工步骤时，转动聚光器20直到与倾斜面21平行为止，从聚光器20向光器件晶片11的背面11b照射被调整为预定功率的脉冲激光光束，沿着倾斜面21形成预定深度的激光加工槽27。
一边在Y轴方向以分度量分度进给卡盘工作台10，一边与在第1方向延伸的全部的分割预定线17对应地沿着倾斜面21形成激光加工槽27。接下来，使卡盘工作台10转动90度后，与在第2方向延伸的全部的分割预定线17对应地形成沿着倾斜面21的激光加工槽27，上述第2方向与第1方向正交。
例如以以下方式来设定该激光加工步骤的加工条件。
光源：LD激发Q开关Nd：YAG激光
波长：355nm（YAG激光的第3高次谐波）
平均输出：2W
加工进给速度：100mm/秒
在实施了激光加工步骤后，实施如下分割步骤：对光器件晶片11施加外力从而将光器件晶片11分割为一个个光器件。在该分割步骤中，例如图7所示，以使倾斜的激光加工槽27位于相隔预定间隔的一对支撑台36之间的方式，将光器件晶片11的背面11b定位并搭载到支撑台36上。
并且，使具有锐角末端部的楔形形状的分割杆38在箭头A方向移动，将分割杆38按压到形成于光器件晶片11的表面11a的分割预定线17，由此以激光加工槽27为分割起点如标号29所示那样断裂光器件晶片11。例如利用气缸等来进行分割杆38的驱动。
当沿着一个激光加工槽27的断裂结束时，在横方向以一个间距（pitch）移动光器件晶片11，将下一个激光加工槽27定位到一对支撑台36的中间部分，驱动分割杆38以下一个激光加工槽27为分割起点来断裂光器件晶片11。
当沿着在第1方向延伸的全部分割预定线17的分割结束时，使光器件晶片11旋转90度，沿着与在第1方向延伸的分割预定线17正交的在第2方向延伸的分割预定线17同样地进行分割。由此，将光器件晶片11分割为一个个光器件芯片。
在上述的说明中，一对支撑台36以及分割杆38在横方向固定，光器件晶片11在横方向移动，但是也可以将光器件晶片11保持为静止状态，使支撑台36以及分割杆38在横方向每次移动一个间距。
接下来，参照图8，对作为本发明第2实施方式的激光加工步骤的改性层形成步骤进行说明。在该改性层形成步骤中，首先如图8的（A）所示，将激光光束的聚光点定位到倾斜面21上的表面11a附近，从光器件晶片11的背面11b侧与沿第1方向伸长的分割预定线17在Y轴方向相距预定距离地照射相对于光器件晶片11具有透射性的波长的激光光束，从而在光器件晶片11的内部形成第1改性层31a。
接下来，如图8的（B）所示，使激光光束的聚光点慢慢地移动到背面11b侧，沿着倾斜面21形成第2改性层31b、第3改性层31c、以及第4改性层31d。
接下来，在Y轴方向对卡盘工作台10进行一个间距的分度进给，沿着与下一分割预定线17对应的倾斜面21形成同样的第1至第4改性层31a～31d。
例如以以下方式来设定形成改性层的激光加工条件。
光源：LD激发Q开关Nd：YAG激光
波长：1064nm
平均输出：0.1～0.2W
加工进给速度：600mm/秒
在沿着与全部分割预定线17相对应的倾斜面21实施了改性层形成步骤后，如图9所示，以使第1改性层31a位于相隔预定间隔的一对支撑台36之间的方式将光器件晶片11定位并搭载到支撑台36上，并使具有锐角末端部的楔形形状的分割杆38在箭头A方向移动，将分割杆38按压到光器件晶片11的背面11b，由此以改性层31a～31d为分割起点如标号29所示那样来断裂光器件晶片11。
当沿着具有改性层31a～31d的一个倾斜面21的断裂结束时，使光器件晶片11在箭头B方向移动一个间距，从而将下一个第1改性层31a定位到一对支撑台36的中间部分，驱动分割杆38以下一个改性层31a～31d为分割起点来断裂光器件晶片11。
参照图10，表示利用上述的实施方式的光器件的加工方法而形成的第1实施方式的LED等光器件33的立体图。光器件33构成为在蓝宝石基板13上层叠有发光层15。图11的（A）是沿图10中的11A-11A线的剖视图，图11中（B）是沿图10中的11B-11B线的剖视图。
光器件33具有：具有发光层15的四边形的表面33a；蓝宝石基板13被露出的四边形的背面33b；以及连接表面33a和背面33b的第1至第4侧面33c～33f。背面33b大致平行于表面33a。
如图11的（A）所示，第1侧面33c相对于表面33a的垂直线倾斜第1角度θ1，第1侧面33c对面的第2侧面33d相对于表面33a的垂直线倾斜成第2角度θ2。
并且，如图11的（B）所示，第3侧面33e相对于表面33a的垂直线倾斜第3角度θ3，第3侧面33e对面的第4侧面33f相对于表面33a的垂直线倾斜第4角度θ4。
例如，本实施方式的光器件33的第1角度θ1至第4角度θ4全部为同一角度，这种情况下，从光器件33的表面33a到背面33b的截面形状（纵截面形状）为平行四边形。例如，将θ1～θ4设定为30度。也可以将θ1～θ4设定为彼此不同的角度。
参照图12，表示了本发明第2实施方式的光器件35的立体图。图13的（A）是沿图12中的13A-13A线的剖视图，图13的（B）是沿图12中的13B-13B线的剖视图。
光器件35具有：具有发光层15的四边形的表面35a；形成为与表面35a大致平行且蓝宝石基板13被露出的四边形的背面35b；以及连接表面35a和背面35b的第1侧面至第4侧面35c～35f。
如图13的（A）所示，第1侧面35c相对于表面35a的垂直线倾斜第1角度θ1，第1侧面35c对面的第2侧面35d相对于表面35a的垂直线倾斜成第2角度θ2。
并且，如图13的（B）所示，第3侧面35e相对于表面35a的垂直线倾斜第3角度θ3，第3侧面35e对面的第4侧面35f相对于表面35a的垂直线倾斜第4角度θ4。
这里，在第1角度至第4角度θ1～θ4全部为同一角度的情况下，光器件35的纵截面形状（从表面35a到背面35b的截面形状）为梯形。也可以将第1角度至第4角度θ1～θ4全部设定为彼此不同的角度。
参照图14，表示了本发明第3实施方式的光器件37的纵剖视图。本实施方式的光器件37具有：具有发光层的四边形的表面37a；与表面37a大致平行且蓝宝石基板13被露出的四边形的背面37b；以及连接表面37a和背面37b的第1侧面至第4侧面37c～37f。
如图14的（A）所示，第1侧面37c相对于表面37a的垂直线倾斜第1角度θ1，第1侧面37c对面的第2侧面37d相对于表面37a的垂直线倾斜第2角度θ2。
并且，如图14的（B）所示，第3侧面37e相对于表面37a的垂直线倾斜第3角度θ3，第3侧面37e对面的第4侧面37f相对于表面37a的垂直线倾斜第4角度θ4。
第1角度至第4角度θ1～θ4全部为同一角度的情况下，光器件37的纵截面形状为倒梯形。当然，也可以将第1角度至第4角度θ1～θ4设定为彼此不同的角度。
参照图15，表示了本发明第4实施方式的光器件39的纵剖视图。光器件39具有：具有发光层15的四边形的表面39a；与表面39a大致平行且蓝宝石基板13被露出的四边形的背面39b；以及连接表面39a和背面39b的四个侧面。
如图15所明示，第1侧面39c相对于表面39a的垂直线倾斜第1角度θ1，第1侧面39c对面的第2侧面39d相对于表面39a的垂直线倾斜与第1角度θ1不同的第2角度θ2。第3侧面与第4侧面没有图示，但是也可以使第3侧面倾斜第3角度θ3，使第4侧面倾斜不同于第3角度θ3的第4角度θ4。

Claims (1)

1.一种光器件的加工方法，该光器件具有：具有发光层的四边形的表面；与该表面平行的四边形的背面；以及连接该表面和该背面的第1侧面至第4侧面，该第1侧面至第4侧面相对于该表面的垂直线倾斜彼此相同的角度，从上述表面到上述背面的截面形状为平行四边形，其特征在于，该光器件的加工方法具有：
晶片准备步骤，准备光器件晶片，上述光器件晶片在表面具有发光层并设定有多条交叉的分割预定线，在该发光层的由该分割预定线划分出的各区域分别具有光器件；
倾斜面设定步骤，根据所述分割预定线、所述角度和所述光器件的厚度，在光器件晶片设定与上述光器件的上述第1侧面至第4侧面相对应的多个作为平面的倾斜面；
激光加工步骤，在实施了上述倾斜面设定步骤后，沿着上述倾斜面照射相对于光器件晶片具有吸收性的波长的一个激光光束，从而形成沿着通过上述倾斜面设定步骤设定的上述倾斜面的激光加工槽；以及
分割步骤，在实施了上述激光加工步骤后，对光器件晶片施加外力以将光器件晶片分割为一个个光器件，
其中，在激光加工步骤中，在使聚光器与所述倾斜面平行的状态下对上述光器件晶片照射激光光束。
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