CN103915536A - 发光器件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种发光器件及其制造方法。该发光器件包括：基板，具有第一侧面以及与所述第一侧面相面对的第二侧面；半导体层叠结构体，位于基板上。基板的底面与第一侧面成锐角并与第二侧面成钝角。并且，第一侧面以及第二侧面分别包括连接于基板的上表面的第一倾斜面和连接于基板的底面的第二倾斜面。进而，相对于基板的底面而言，第一倾斜面具有比第二倾斜面更大的倾角。据此，可通过减少在基板的侧面发生的全内反射而改善发光器件的光提取效率。并且，通过采用第一侧面和第二侧面而不仅可以在封装件级上提高光效率，而且还可以提高荧光体的利用效率。

Description

发光器件及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种半导体发光器件，尤其涉及一种侧面上的光提取效率优异的发光器件及其制造方法。
背景技术
III族氮化物半导体LED或激光二极管等氮化物半导体发光器件被开发出以后，氮化物半导体发光器件在显示器用背光灯、摄像机用闪光灯、照明等多种领域中作为新一代的主要光源正在倍受关注。随着氮化物半导体发光器件的应用领域的扩大，为了提高亮度和发光效率的研究正在进行。
通常，半导体发光器件通过对于半导体层叠结构体形成在蓝宝石基板之类的生长基板上的晶圆以单个芯片为单位进行分割而制得。其中，晶圆是通过划片工序而形成槽，并利用刀刃施加冲击而分割基板。
通常，通过划片工序而在基板上表面形成划片槽，并通过将刀刃接触于所述槽的正下方位置的基板背面并施加冲击而制造具有直六面体形状的基板的发光器件。
然而，直六面体形状的基板由于全内反射（total internal reflection）而会引起光损失。基板上发生的全内反射随着基板的折射率的增大而增加。尤其，通过基板的侧面发出的光在封装件的侧壁上被反射而重新入射到发光器件内部的可能性较高，从而使封装件级（Package Level）上的光损失进一步增加。而且，由于基板的侧面垂直于封装件的底面，因此难以在基板侧面布置荧光体，从而使荧光体的利用效率降低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题为提供一种光提取效率得到改善的发光器件及其制造方法。
本发明所要解决的另一技术问题为提供一种借助于基板侧面而改善了光提取效率的发光器件及其制造方法。
本发明所要解决的又一技术问题为提供一种可改善在封装件级上的发光效率的发光器件及其制造方法。
本发明所要解决的又一技术问题为提供一种可在封装件级上提高荧光体的利用效率的发光器件及其制造方法。
根据本发明的一种形态的发光器件包括：基板，具有第一侧面以及与所述第一侧面相面对的第二侧面；半导体层叠结构体，位于所述基板上。并且，所述基板的底面与所述第一侧面成锐角并与所述第二侧面成钝角，所述第一侧面以及第二侧面分别包括连接于所述基板的上表面的第一倾斜面和连接于所述基板的底面的第二倾斜面，且相对于所述基板的底面而言，所述第一倾斜面具有比第二倾斜面更大的倾角。据此，可通过减少在基板的侧面发生的全内反射而改善发光器件的光提取效率。进而，通过采用所述第一侧面和第二侧面而不仅可以在封装件级上提高光效率，而且还可以提高荧光体的利用效率。
在本说明书中，“倾角”用于表示倾斜面相对于基板底面倾斜的程度，其表示倾斜面相对于基板底面呈现的90°以下的角度。尤其，如果倾斜面随着位置而改变，则“倾角”表示倾斜面的切平面与基板的底面之间形成的角度。
另外，所述第一倾斜面可包括：划片（scribing）面；以及第一断裂（breaking）面，连接划片面和所述第二倾斜面。所述划片面可以是利用金刚石刀片（diamond blade）形成的划片面或者激光划片面。尤其，所述划片面可以是激光划片面。在此情况下，所述划片面可包括在激光的作用下被改性的表面。另外，所述第二倾斜面可以是第二断裂面。在本说明书中，“断裂面”表示利用划片槽使基板断裂时形成的面，因此，不包括通过刀片或激光而改性的表面。
所述第一断裂面可相对于第二断裂面更近于m面（即，(10-10)面），而所述第二断裂面可相对于所述第一断裂面更近于r面（即，(10-12)面）。所述第二断裂面可以是结晶面从m面（m-plane）向r面（r-plane）转变的过渡面（transition surface）。另外，所述第二断裂面可包括r面。
相对于所述基板的底面，所述第二倾斜面可以具有45°～70°的倾角。
所述基板可以是单晶基板，尤其可以是蓝宝石基板。进而，所述蓝宝石基板的厚度可以是80～120μm。
所述第一侧面的第二倾斜面与所述第二侧面的第二倾斜面可以具有不同的倾角。
根据本发明的另一形态，提供一种晶圆分割方法。该晶圆分割方法包括如下步骤：在晶圆主平面上形成划片槽；将刀刃接触于所述晶圆背面并施加冲击，以使所述晶圆断裂。其中，所述刀刃从所述划片槽的正下方位置偏移预定距离而接触于所述晶圆背面。
使所述刀刃从所述划片槽的正下方位置偏移，从而可以使分割的单个芯片具有倾斜的侧面。
可通过对所述晶圆主平面照射激光而形成所述划片槽。进而，可以与所述晶圆主平面垂直地照射所述激光。据此，既可以与现有技术一样地利用激光形成划片槽，还可以通过改变刀刃的位置而形成倾斜的侧面。
所述刀刃可以从所述划片槽的正下方位置偏移50～150μm而接触于所述晶圆背面。进而，所述刀刃可以从所述划片槽的正下方位置偏移80～100μm而接触于所述晶圆背面。
所述晶圆可位于相互隔开的支撑台上，且所述划片槽以及所述刀刃的接触位置可位于所述支撑台之间的区域。
根据本发明的又一形态的发光器件制造方法，可包括如下步骤：在晶圆主平面上形成划片槽；将刀刃接触于所述晶圆背面并施加冲击，从而使所述晶圆断裂而形成发光器件。其中，所述发光器件包括：具有第一侧面以及与所述第一侧面相对的第二侧面的基板；位于所述基板上的半导体层叠结构体，而且，所述基板的底面与所述第一侧面成锐角并与所述第二侧面成钝角，所述第一侧面以及第二侧面分别包括连接于所述基板的上表面的第一倾斜面和连接于所述基板的底面的第二倾斜面，且相对于所述基板的底面而言，所述第一倾斜面具有比第二倾斜面更大的倾角。
所述第一倾斜面可包括：划片面；第一断裂面，连接所述划片面和所述第二倾斜面。
并且，相对于所述基板的底面，所述第二倾斜面可以具有45°～70°的倾角。而且，可以使所述第一倾斜面相对于第二倾斜面更近于m面，而所述第二倾斜面相对于所述第一倾斜面更近于r面。
根据本发明，可通过使发光器件的基板侧面倾斜地形成而改善发光器件的光提取效率。并且，使刀刃的位置从划片槽的正下方位置偏移预定距离而分割晶圆，从而可以轻易地制造出具有倾斜侧面的发光器件。
附图说明
图1为用于说明根据本发明的一个实施例的发光器件的局部立体图。
图2为用于说明根据本发明的一个实施例的发光器件的剖面图。
图3为用于说明根据本发明的另一实施例的发光器件制造方法的剖面图。
图4为表示根据本发明的一个实施例而制造的发光器件的扫描电子显微镜（SEM）图像。
图5为用于说明根据本发明的又一实施例的发光器件封装件的剖面图。
图6为用于说明根据本发明的一个实施例而制造的发光器件的光输出的曲线图。
具体实施方式
以下，参照附图详细说明本发明的实施例。以下记载的实施例是为了将本发明的思想充分地传递给本领域技术人员而作为示例提供的。因此，本发明并不局限于以下说明的实施例，也可以被具体化为其他形态。并且，在附图中同一参考符号表示同一构成要素，且构成要素的宽度、长度、厚度等也可能出于方便的目的而进行了夸张的表示。
图1和图2为用于说明根据本发明的一个实施例的发光器件100的局部立体图和剖面图。
参照图1和图2，所述发光器件100包括基板21以及半导体层叠结构体30。所述半导体层叠结构体30包括可发射出光的层叠结构（例如，第一导电型氮化物半导体层、活性层、以及第二导电型氮化物半导体层）。
基板21为能够使光透射的单晶基板，例如可以是蓝宝石基板，然而并不局限于此，也可以是氮化镓基板或碳化硅基板。所述基板21的厚度并不特别受限，然而为了便于分割基板21，可以取80～120μm范围。
基板21包括彼此相对的侧面，包括与基板21的底面21u成锐角的第一侧面（图1和图2中的左侧侧面）以及与基板的底面21u成钝角的第二侧面（图1和图2中的右侧侧面）。这些第一侧面和第二侧面分别包括第一倾斜面21a和第二倾斜面21b。
所述第一倾斜面21a连接于基板21的上表面21t，而第二倾斜面21b连接于基板21的底面21u。如图所示，相对于基板21的底面21u而言，所述第一倾斜面21a的倾角大于第二倾斜面21b的倾角θ。
尤其，所述第一倾斜面21a可包括划片面21as和断裂面21ac。所述划片面21as可以是借助于金刚石刀片或激光照射而形成的面。尤其，在通过激光照射形成的情况下，所述划片面21as可以具有在激光的作用下改性的表面。划片面21as在基板21的上部侧形成于基板厚度Ds范围。
另外，断裂面21ac为分割基板21时基板21断裂而形成的面，其连接于所述划片面21as。断裂面21ac可以是单一平面（例如m面），然而并不局限于此，也可以是由垂直的倾斜面向平缓的倾斜面阶段性递变的面。例如，断裂面21ac可以是由m面（m-plane，即(10-10)面）向r面（r-plane，即(10-12)面）侧变化的面。
所述第二倾斜面21b也是断裂面，其从所述断裂面21ac连接到基板21的底面21u。相对于基板21的底面21u，所述第二倾斜面21b可以具有45°～70°的倾角θ。断裂面21ac和第二倾斜面21b形成于基板厚度Db范围。
在特定实施例中，所述断裂面21ac可以比第二倾斜面21b相对更近于m面，而所述第二倾斜面21b可以比所述断裂面21ac相对更近于r面。并且，所述第二倾斜面21b可包括r面。
另外，如图1和图2所示，第一侧面（左侧侧面）的第二倾斜面21b与第二侧面（右侧侧面）的第二倾斜面21b分别作为单一平面可相互平行。然而本发明并不局限于此，第一侧面的第二倾斜面21b以及第二侧面的第二倾斜面21b可以不是单一平面，而是由多个平面阶梯式连接的面。进而，第一侧面的第二倾斜面21b和第二侧面的第二倾斜面21b也可以具有互不相同的倾角θ。
图3为用于说明根据本发明的另一实施例的发光器件制造方法的剖面图。图3的（a）为用于说明利用现有技术中的晶圆分割方法的半导体器件制造方法的剖面图，图3的（b）为用于说明利用根据本发明的晶圆分割方法的半导体器件制造方法的剖面图。
参照图3的（a），现有技术中的晶圆分割方法包括：基板21上形成有半导体层叠结构体30的晶圆50的主平面上形成划片槽21h的步骤。划片槽21h可通过沿着晶圆50主平面上的切割划道（Street）将激光垂直地照射于晶圆50的主平面而形成。然后，将所述晶圆50配置于相互隔开的支撑台51上，并使划片槽21h正下方的晶圆50的背面与刀刃53接触，从而通过施加冲击而使晶圆50断裂。在沿着切割划道形成的划片槽21h处使晶圆50断裂，从而完成具有四个侧面的单个芯片。
根据现有技术中的晶圆分割方法制造的发光器件具有直六面体形状的基板21。即，基板21的各侧面相对于基板21的底面均呈垂直（倾角为90°），因此在基板21的侧面上容易发生全内反射。
参照图3的（b），本发明的晶圆分割方法通过与现有技术中的晶圆分割方法相同的顺序分割晶圆而完成单个芯片。只是在根据本发明的实施例的晶圆分割方法中，接触于晶圆50的背面而施加冲击的刀刃53的位置并不位于划片槽21h的正下方，而是相隔预定间距，即，位于偏移的位置。
所述刀刃53可以从划片槽21h的正下方朝水平方向偏移50～150μm，更优选的是可以偏移80～100μm。
另外，所述划片槽21h以及刀刃53的接触位置位于各支撑台51之间的区域。支撑台51之间的间距可以是刀刃53从划片槽21h的正下方朝水平方向偏移的距离的2～2.5倍。所述刀刃53可以偏向一个支撑台51侧而接触于晶圆50，而划片槽21h可以偏向另一个支撑台51侧而配置。在此，所述支撑台51可以是彼此分开的两个平行的支撑台，然而也可以是具有中空部的一个支撑台。
如果在使刀刃53偏移的状态下使晶圆50断裂，从划片槽21h向刀刃53接触的位置产生裂隙。如果将激光垂直地照射于晶圆50主平面，则所述裂隙首先会沿着垂直于基板21底面的结晶面产生，之后再向刀刃53的接触位置转变。据此，可制造出参照图1和图2说明过的发光器件100。
在本实施例中，可通过调节基板21的厚度Ds+Db、划片槽21h的深度Ds、刀刃53的偏移距离、所述支撑台51之间的间距等而在45°～70°范围内调节第二倾斜面21b的倾角。
图4为根据本发明的一个实施例而制造的发光器件的扫描电子显微镜（SEM）图像。图4的（a）表示发光器件的立体图，图4的（b）表示发光器件的剖面图。通过利用激光形成划片槽21h并利用刀刃53分割基板而制造了所述发光器件。
参照图4的（a）和（b），可以从发光器件的上部侧观察到在激光照射的作用下改性的表面。该部分相当于划片面21as。另外，还可以观察到由所述划片面21as大致垂直地向下倾斜的倾斜面，并可以确认从这一大致垂直的倾斜面开始有一相对平缓的倾斜面连接到基板的底面。所述大致垂直的倾斜面相当于第一倾斜面21a的划片面21ac，而所述平缓的倾斜面相当于第二倾斜面21b。
图5为用于说明根据本发明的又一实施例的发光器件封装件的剖面图。
参照图5，所述封装件包括具有反射面71a的壳体71。发光器件100被贴装于所述封装件的壳体内。关于发光器件100已参照图1和图2进行了说明，故在此省略详细说明。所述发光器件100可以被含有荧光体的模制部件73覆盖。
由于发光器件100包括相对于基板21的底面21u以45°～70°范围的倾角倾斜的侧面，因此可以防止由发光器件100发出的光在封装件壳体71上被反射之后再次入射到发光器件100而损失的情况。
并且，包含于模制部件73内的荧光体因其比重而向下沉淀时，荧光体的一部分将沉积于发光器件100的侧面。据此，所述封装件可以提高荧光体的利用效率。
图6为用于说明根据本发明的一个实施例而制造的发光器件的光输出的曲线图。（a）表示在芯片级测定的光输出，（b）表示在Ag基底（Stem）上贴装发光器件而测定的光输出，（c）表示在封装件级测定的光输出。各附图表示根据现有技术制造的10个发光器件以及根据本发明的一个实施例制造的10个发光器件的光输出。
参照图6，在芯片级、Ag基底、以及封装件级上测定的所有结果中，根据本发明的实施例而制造的发光器件的光输出比根据现有技术制造的发光器件的光输出提高了1.5%以上。而且，在芯片级和封装件级上，根据本发明的实施例而制造的发光器件的光输出比根据现有技术制造的发光器件的光输出呈现出更为均匀的特性。
以上已对多种实施例进行了说明，然而本发明并不局限于这些实施例，在不脱离本发明技术思想的范围内可以进行多种变形。

Claims (20)

1.一种发光器件，包括：
基板，具有第一侧面以及与所述第一侧面相面对的第二侧面；
半导体层叠结构体，位于所述基板上，
其中，所述基板的底面与所述第一侧面成锐角并与所述第二侧面成钝角，所述第一侧面以及第二侧面分别包括连接于所述基板的上表面的第一倾斜面和连接于所述基板的底面的第二倾斜面，且相对于所述基板的底面而言，所述第一倾斜面具有比第二倾斜面更大的倾角。
2.如权利要求1所述的发光器件，其中，所述第一倾斜面包括：
划片面；
第一断裂面，连接划片面和所述第二倾斜面。
3.如权利要求2所述的发光器件，其中，所述划片面为激光划片面。
4.如权利要求2所述的发光器件，其中，所述第二倾斜面为第二断裂面。
5.如权利要求4所述的发光器件，其中，所述第一断裂面相对于第二断裂面更近于m面，所述第二断裂面相对于所述第一断裂面更近于r面。
6.如权利要求1所述的发光器件，其中，相对于所述基板的底面，所述第二倾斜面具有45°～70°的倾角。
7.如权利要求6所述的发光器件，其中，所述基板为单晶基板。
8.如权利要求7所述的发光器件，其中，所述单晶基板为蓝宝石基板。
9.如权利要求8所述的发光器件，其中，所述蓝宝石基板的厚度为80～120μm。
10.如权利要求6所述的发光器件，其中，所述第一侧面的第二倾斜面与所述第二侧面的第二倾斜面具有不同的倾角。
11.一种晶圆分割方法，包括如下步骤：
在晶圆主平面上形成划片槽；
将刀刃接触于所述晶圆背面并施加冲击，以使所述晶圆断裂，
其中，所述刀刃从所述划片槽的正下方位置偏移预定距离而接触于所述晶圆背面。
12.如权利要求11所述的晶圆分割方法，其中，通过对所述晶圆主平面照射激光而形成所述划片槽。
13.如权利要求12所述的晶圆分割方法，其中，与所述晶圆主平面垂直地照射所述激光。
14.如权利要求11所述的晶圆分割方法，其中，所述刀刃从所述划片槽的正下方位置偏移50～150μm而接触于所述晶圆背面。
15.如权利要求14所述的晶圆分割方法，其中，所述刀刃从所述划片槽的正下方位置偏移80～100μm而接触于所述晶圆背面。
16.如权利要求11所述的晶圆分割方法，其中，所述晶圆位于相互隔开的支撑台上，且所述划片槽以及所述刀刃的接触位置位于所述支撑台之间的区域。
17.一种发光器件制造方法，包括如下步骤：
在晶圆主平面上形成划片槽；
将刀刃接触于所述晶圆背面并施加冲击，以使所述晶圆断裂而形成发光器件，
其中，所述发光器件包括：具有第一侧面以及与所述第一侧面相面对的第二侧面的基板；位于所述基板上的半导体层叠结构体，
而且，所述基板的底面与所述第一侧面成锐角并与所述第二侧面成钝角，所述第一侧面以及第二侧面分别包括连接于所述基板的上表面的第一倾斜面和连接于所述基板的底面的第二倾斜面，且相对于所述基板的底面而言，所述第一倾斜面具有比第二倾斜面更大的倾角。
18.如权利要求17所述的发光器件制造方法，其中，所述第一倾斜面包括：
划片面；
第一断裂面，连接所述划片面和所述第二倾斜面。
19.如权利要求17所述的发光器件制造方法，其中，相对于所述基板的底面，所述第二倾斜面具有45°～70°的倾角。
20.如权利要求17所述的发光器件制造方法，其中，所述第一倾斜面相对于第二倾斜面更近于m面，而所述第二倾斜面相对于所述第一倾斜面更近于r面。
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