CN104795478A - 光器件及光器件的加工方法 - Google Patents

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CN104795478A CN201510016816.8A CN201510016816A CN104795478A CN 104795478 A CN104795478 A CN 104795478A CN 201510016816 A CN201510016816 A CN 201510016816A CN 104795478 A CN104795478 A CN 104795478A
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Abstract

本发明提供一种光器件及光器件的加工方法，其能够提高光的导出效率。本发明的光器件(1)具备：基板(21)；和形成于基板的正面的发光层(22)。基板具有：四边形的正面(21a)；与正面平行且形状相同的四边形的背面(21b)；以及连结正面和背面的4个侧面(21c)。4个侧面中的2个侧面的截面形状形成为从正面至背面呈弓形鼓起的形状。除此以外的2个侧面的截面形状形成为从正面至背面呈弓形凹陷的形状。

Description

光器件及光器件的加工方法
技术领域
本发明涉及在基板的正面形成有发光层的光器件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，例如通过外延生长在由蓝宝石或SiC等构成的晶体生长用基板的上表面层叠发光层(外延层)，由此制造出用于形成多个光器件的光器件晶片。LD、LED等光器件在光器件晶片的正面上形成于由成格子状的分割预定线划分出的各区域中，通过沿着所述分割预定线对光器件晶片进行分割使其单片化，从而制造出一个个光器件。
以往，作为沿着分割预定线分割光器件晶片的方法，已知专利文献1和2所述的方法。在专利文献1的分割方法中，首先，沿着分割预定线照射对晶片具有吸收性的波长的脉冲激光束来形成激光加工槽。然后，通过对晶片施加外力，由此以激光加工槽为分割起点来割断光器件晶片。
在专利文献2的分割方法中，为了提高光器件的亮度，将对于光器件晶片具有透射性的波长的脉冲激光束的聚光点对准晶片的内部照射，在晶片的内部形成沿着分割预定线的变质层。然后，对由于变质层而导致强度降低的分割预定线施加外力，由此分割光器件晶片。
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
在专利文献1、2的光器件晶片的分割方法中，使激光束相对于光器件晶片大致垂直地入射，以激光加工槽或变质层为分割起点将光器件晶片分割成一个个光器件。所述光器件的侧面与形成于正面的发光层大致垂直，光器件形成为长方体形状。因此，在从光器件的发光层射出的光中，相对于侧面的入射角变得比临界角度大的光的比例升高。因此，在侧面进行全反射的光的比例升高，在反复进行全反射的过程中，最终在光器件的内部发生消光的比例也升高。其结果是，存在这样的问题：光器件的光的导出效率降低，并且亮度也降低。
发明内容
本发明是鉴于该情况而作出的，其目的在于提供一种能够提高光的导出效率的光器件及光器件的加工方法。
本发明的光器件的特征在于，具备：基板；和形成于基板的正面的发光层，基板具有：四边形的正面；四边形的背面，其与正面平行且形状相同；以及4个侧面，它们连结正面和背面，4个侧面中的彼此相邻的2个侧面的截面形状形成为从正面至背面呈弓形鼓起的形状，除此以外的2个侧面的截面形状形成为从正面至背面呈弓形凹陷的形状。
根据该结构，由于使基板的侧面的截面形状形成为呈弓形鼓起的形状或呈弓形凹陷的形状，因此，能够增加入射至侧面的光中的、以临界角度以下的角度入射至侧面的光的比例。由此，能够将发生全反射而返回发光层的光的比例抑制得较低，并增加从侧面射出的光的比例，从而能够提高光的导出效率。
另外，在本发明的上述光器件的加工方法中，其特征在于，所述加工方法由下述工序构成：粘贴工序，在光器件晶片的正面侧粘贴保护带，其中，在所述光器件晶片的正面具有发光层并且形成有多个交叉的分割预定线，在由分割预定线划分出的发光层的各区域中分别具有光器件；变质层形成工序，在实施了粘贴工序之后，将对于光器件晶片具有透射性的波长的激光光线的聚光点定位在从光器件晶片的正面起朝向背面方向规定量的位置，从光器件晶片的背面侧沿着分割预定线照射所述激光光线而形成最初的变质层，接下来，使聚光点阶段性地向背面方向移动并重复多次，从正面侧至背面侧形成多个变质层；和分割工序，在实施了变质层形成工序之后，对光器件晶片施加外力而将光器件晶片分割成一个个光器件，在变质层形成工序中，多个变质层形成为在光器件晶片的厚度方向上从正面至背面呈弓形排列，在分割工序中，在呈弓形排列地形成且沿光器件晶片的厚度方向相邻的变质层之间形成裂缝，从而将光器件晶片以截面形状为弓形的形状从正面分割至背面。根据该方法，不会使各工序变得复杂或使各工序长时间化就能够制造侧面为弓形的曲面的光器件。
根据本发明，能够提高光的导出效率。
附图说明
图1是示意性地示出本实施方式的光器件的结构例的立体图。
图2是示出本实施方式的光器件中的光射出的情况的剖视示意图。
图3是示出比较结构的光器件中的光射出的情况的剖视示意图。
图4是本实施方式的激光加工装置的立体图。
图5A是粘贴工序的说明图，图5B是变质层形成工序的说明图，图5C是分割工序的说明图。
图6A是光器件晶片的概要立体图，图6B和图6C是图6A中的C-C剖切面的示意图。
图7A是用于说明变质层形成工序的放大俯视图，图7B是示意性地示出沿图7A中的D-D线的截面的图。
标号说明
1：光器件；
21：基板；
21a：正面；
21b：背面；
21c：侧面；
22：发光层；
ST：分割预定线；
W：光器件晶片；
W1：基板；
W2：发光层。
具体实施方式
参照附图对光器件及其加工方法进行说明。首先，参照图1和图2对光器件进行说明。图1是示出光器件的一个例子的立体图。图2是用于说明光器件的光的射出状态的剖视图。并且，图2是通过图1中的A-A线进行剖切并观察的示意图，并且是通过B-B线进行剖切并观察的示意图。
如图1和图2所示，光器件1被引线接合封装或倒装芯片封装于基座11(在图1中未图示)上。光器件1构成为包括：基板21；和形成于基板21的正面21a的发光层22。基板21作为晶体生长用基板，从蓝宝石基板(Al2O3基板)、氮化镓基板(GaN基板)、碳化硅基板(SiC基板)、氧化镓基板(Ga2O3基板)中进行选择。优选的是，基板21是透明的。
发光层22通过在基板21的正面21a上依次外延生长有电子成为多子的n型半导体层(例如n型GaN层)、半导体层(例如InGaN层)、电子空穴成为多子的p型半导体层(例如p型GaN层)而形成的。并且，在n型半导体层和p型半导体层上分别形成有外部引出用的2个电极(未图示)，通过从外部电源对2个电极施加电压，由此从发光层22射出光。
基板21的正面21a和背面21b在俯视观察时形成为大致相同的四边形状，并且形成为相互平行。基板21具备将正面21a和背面21b各自的四个边连结起来的4个侧面21c。4个侧面21c中的、位于图1中的左侧且彼此相邻的2个侧面21c的截面形状形成为从正面21a至背面21b呈弓形鼓起的曲面形状。另外，此外的位于图1中右侧且彼此相邻的2个侧面21c的截面形状形成为为从正面21a至背面21b呈弓形凹陷的曲面形状。4个侧面21c的截面形状在正面21a和背面21b的4个边的延伸方向上形成得相同。并且，侧面21c的弓形也可以是沿着圆弧或椭圆弧的截面形状或者是除此以外的曲线，并且是基板21的厚度方向中间鼓起或凹陷的截面形状。
接下来，参照图3的比较结构的光器件，对本实施方式的光器件1的亮度改善效果进行说明。图3是示出从用于与实施方式进行比较的比较结构的光器件射出光的情况的剖视示意图。相对于实施方式的光器件1，比较结构的光器件3除了基板的侧面的形状发生改变这一点外，具备相同的结构。即，比较结构的光器件3由下述部分构成：正面31a和背面31b形成为大致相同的四边形状的基板31；和形成于基板31的正面31a的发光层32，该光器件3安装于基座33上。并且，基板31的4个侧面31c形成为与正面31a和背面31b垂直的平面状。
如图2所示，在本实施方式的光器件1中，由发光层22产生的光主要从正面22a和背面22b射出。从发光层22的正面22a射出的光(例如光路A1)通过透镜部件(未图示)等被导出至外部。另一方面，例如从发光层22的背面22b射出且在光路A2上传播的光在基板21中相对于呈弓形鼓起的侧面21c(图2中左侧的侧面21c)与空气层的界面以入射角θ1入射。在此，由于侧面21c形成为弓形，因此，光路A2入射的位置处的面的朝向比垂直面向发光层22侧倾斜。由此，在光路A2上传播的光的入射角θ1变小而处于基板21的临界角度以下。因此，在光路A2上传播的光的一部分朝向空气层侧透过并射出(光路A3)，剩余的部分被反射(光路A4)。
在光路A3上传播的光透过至空气层侧之后在基座11的正面反射，被导出至外部。由于入射角θ1如上述那样变小，因此，在光路A4上传播的光以透过基板21的行进方向接近图2中的横向的方式入射至相反侧(图2中右侧)的侧面21c并射出至空气层侧。
与此相对，如图3所示，比较结构的光器件3的光路B1、B2与实施方式的光器件1的光路A1、A2相同。可是，由于基板31的侧面31c是与正面31a和背面31b垂直的平面，因此，光路B2相对于侧面31c与空气层的界面的入射角θ2比实施方式的入射角θ1大。从而，在光路B2上传播的光的入射角θ2比基板21的临界角度大，在侧面31c与空气层的界面上发生全反射(光路B3)。在光路B3上传播的光在基座33的正面被反射(光路B4)。在光路B4上传播的光的行进方向与在光路A4上传播的光相比接近图3中的纵向，在光路B4上传播的光透过基板31后入射到发光层32而被吸收，无法导出至外部。
如以上那样，根据本实施方式的光器件1，由于将基板21上的侧面21c的截面形状设为弓形，因此，能够将从发光层22射出并与光路A2相同地传播的光，与光路A3、A4相同地导出至外部。因此，关于与光路A2相同地传播的光，和与比较结构的光路B2相同地传播的光相比，能够降低在侧面21c发生全反射的光的比例。由此，能够减少在基板21的内部反复发生反射并返回发光层22的光的比例，增大从基板21射出的光的比例，从而能够提高光的导出效率而提高亮度。
接下来，对本发明的实施方式的光器件的加工方法进行说明。本实施方式的光器件的加工方法经过粘贴工序、基于激光加工装置实现的变质层形成工序、以及基于分割装置实现的分割工序来实施。在粘贴工序中，在光器件晶片的形成有发光层的正面粘贴粘接片。在变质层形成工序中，在光器件晶片的内部形成沿着分割预定线的变质层。在分割工序中，以变质层为分割起点分割成一个个光器件。以下，对本实施方式的加工方法的详细情况进行说明。
参照图4，对在光器件晶片的内部形成变质层的激光加工装置进行说明。图4是本实施方式的激光加工装置的立体图。并且，本实施方式的激光加工装置并不限于图4所示的结构。激光加工装置只要能够对光器件晶片形成变质层，可以是任意的结构。
如图4所示，激光加工装置100构成为：使照射激光光线的激光加工单元102与保持有光器件晶片W的卡盘工作台(保持构件)103相对移动，来对光器件晶片W进行加工。
激光加工装置100具有长方体状的基板101。在基板101的上表面设有卡盘工作台移动机构104，该卡盘工作台移动机构104使卡盘工作台103沿X轴方向进行加工进给并且沿Y轴方向进行分度进给。在卡盘工作台移动机构104的后方立起设置有立壁部111。臂部112从立壁部111的前表面突出，激光加工单元102以与卡盘工作台103对置的方式支承在臂部112上。
卡盘工作台移动机构104具有：与X轴方向平行的一对导轨115，其配置于基板101的上表面；和马达驱动的X轴工作台116，其以能够滑动的方式设置在一对导轨115上。另外，卡盘工作台移动机构104具有：与Y轴方向平行的一对导轨117，其配置于X轴工作台116上表面；和马达驱动的Y轴工作台118，其以能够滑动的方式设置在一对导轨117上。
在Y轴工作台118的上部设有卡盘工作台103。并且，在X轴工作台116、Y轴工作台118的背面侧分别形成有未图示的螺母部，在这些螺母部中螺合有滚珠丝杠121、122。并且，通过驱动与滚珠丝杠121、122的一端部连结的驱动马达123、124旋转，由此使卡盘工作台103沿着导轨115、117在X轴方向和Y轴方向上移动。
卡盘工作台103形成为圆板状，并且经由θ工作台125以能够旋转的方式设置于Y轴工作台118的上表面。在卡盘工作台103的上表面，利用多孔陶瓷材形成有吸附面。在卡盘工作台103的周围经由一对支承臂设有4个夹紧部126。4个夹紧部126由空气致动器(未图示)驱动，由此从四方夹持并固定光器件晶片W的周围的环状框架F。
激光加工单元102具有设于臂部112的末端的加工头部127。在臂部112和加工头部127内设有激光加工单元102的光学系统。加工头127利用聚光透镜将从未图示的振荡器振荡出的激光光线聚光，并对保持在卡盘工作台103上的光器件晶片W进行激光加工。这种情况下，激光光线是对光器件晶片W具有透射性的波长，在光学系统中进行调整以便在光器件晶片W的内部聚光。
通过照射该激光光线，在光器件晶片W的内部形成作为分割起点的变质层R(参考图5B、图6B)。变质层R是指这样的区域：由于激光光线的照射而使得光器件晶片W内部的密度、折射率、机械强度或其它物理特性成为与周围不同的状态，且强度比周围低。变质层R例如是熔融再固化区域、裂纹区域、绝缘破坏区域、折射率变化区域，也可以是这些区域混合而成的区域。
光器件晶片W形成为大致圆板状。如图5A和图6A所示，光器件晶片W构成为包括基板W1和形成于基板W1的正面的发光层W2。光器件晶片W由多个交叉的分割预定线ST划分为多个区域，并在该划分出的各区域中分别形成有光器件1。另外，在图4中，使光器件晶片W的形成有发光层W2的正面向下，将该光器件晶片W粘贴于粘接片S上，该粘接片S被张紧在环状的环状框架F上。
参照图5A至图7B来说明本实施方式的晶片的加工方法的流程。图5A～图5C是光器件晶片W的加工方法的各工序的说明图。图6A是光器件晶片W的概要立体图，图6B和图6C是图6A中的C-C剖切面的示意图。图7A是用于说明变质层形成工序的放大俯视图，图7B是示意性地示出沿图7A中的D-D线的截面的图。并且，图5A至图5C所示的各工序只不过是一个例子，并不限定于该结构。
首先，实施图5A所示的粘贴工序。在粘贴工序中，首先，将光器件晶片W以成为发光层W2侧的正面向上的状态配置在框架F的内侧。然后，利用粘接片S将光器件晶片W的正面(上表面)与框架F的上表面粘贴成一体，光器件晶片W经由粘接片S被安装于框架F。
在实施了粘贴工序之后，如图5B所示这样实施变质层形成工序。在变质层形成工序中，光器件晶片W的粘接片S侧被卡盘工作台103保持，框架F被夹紧部126进行保持。另外，加工头127的射出口被定位于光器件晶片W的分割预定线ST，通过加工头127从光器件晶片W的背面侧(基板W1侧)照射激光光线。激光光线是对光器件晶片W具有透射性的波长，进行调整以便在光器件晶片W的内部聚光。并且，通过一边调整激光光线的聚光点一边使保持有光器件晶片W的卡盘工作台103沿X轴方向和Y轴方向移动，由此在光器件晶片W的内部形成沿着分割预定线ST的变质层R。如图7A所示，在变质层R中，每隔基于激光光线的波长决定的脉冲间距P进行变质，在如图7B所示这样观察截面时，以沿横向连续排列的方式形成纵长的椭圆。
如图6B所示，重复进行多次上述那样的利用激光光线实现的变质层R的形成。在形成最初的变质层R1时，将聚光点在图6B中的上下位置定位在从光器件晶片W的正面(下表面)朝向背面方向(上方向)规定的量的位置，并照射激光光线。在以这样的聚光点上下位置沿着所有的分割预定线ST形成变质层R1后，将聚光点阶段性地向上方向移动。然后，进行第2次之后的变质层R2的形成，该变质层R2的形成位置被设定在这样的位置：该位置是相对于前一次的变质层R的形成使聚光点在图6B中向上方向移动后的位置，并且是相对于前一次的变质层R的形成使聚光点沿分割预定线ST的宽度方向以规定的分度量分离的位置。具体而言，从光器件晶片W的正面侧(下表面侧)向背面侧(上表面侧)以呈弓形排列的方式形成多个变质层R(在本实施方式中，为R1～R5这5层)。这样，在光器件晶片W的内部形成沿着分割预定线ST的分割起点。
在变质层形成工序之后，如图5C所示，实施分割工序。在分割工序中，将光器件晶片W的基板W1侧以向下的状态载置于断裂装置(未图示)的一对支承台35上，并将光器件晶片W的周围的框架F载置于环状工作台36。载置于环状工作台36的框架F由设置在环状工作台36的四方的夹紧部37保持。一对支承台35在一个方向(与纸面垂直的方向)上延伸，在一对支承台35之间配置有摄像构件38。通过该摄像构件38从一对支承台35之间来拍摄光器件晶片W的背面(下表面)。
在夹着光器件晶片W的一对支承台35的上方设有按压刀具39，该按压刀具39从上方按压光器件晶片W。按压刀具39在一个方向(与纸面垂直的方向)上延伸，并借助未图示的按压机构上下移动。当通过摄像构件38拍摄晶片W的背面时，基于摄像图像将分割预定线ST定位于一对支承台35之间并且定位于按压刀具39的正下方。然后，使按压刀具39下降，由此按压刀具39隔着粘接片S按压光器件晶片W并施加外力，以变质层R作为分割起点来分割光器件晶片W。此时，在按压刀具39所按压的分割预定线ST上，在光器件晶片W的厚度方向上呈弓形排列地形成且在厚度方向上相邻的变质层R之间形成裂缝K(参照图6C)。由于该裂缝K，在分割预定线ST处，以图1和图2所示的侧面21c的形状即截面形状为弓形的形状从正面分割至背面。此时，由于裂缝K，在夹着分割预定线ST的一个光器件1上形成呈弓形鼓起的侧面形状，并且，在另一个光器件1上形成呈弓形凹陷的侧面形状(参照图6C)。通过将按压刀具39按压在所有的分割预定线ST上，由此将光器件晶片W分割成一个个光器件1。
并且，并不特别限定，作为变质层形成工序中的激光加工条件，可以例示出以下的实施例。各实施例中的散焦量表示聚光点距离光器件晶片W的背面(上表面)的厚度方向距离。
(实施例)
输出：0.1W
加工进给速度：1000mm/s
变质层R的形成次数：4次
最初的变质层R1形成时的散焦量：40μm
第2次变质层R2形成时的散焦量：32.5μm
第3次变质层R3形成时的散焦量：25μm
第4次变质层R4形成时的散焦量：17.5μm
变质层R1与变质层R2之间的分度：8μm
变质层R1与变质层R3之间的分度：16μm
变质层R1与变质层R4之间的分度：8μm
关于上述实施例的条件的光器件，当对放射出的所有的光的强度(power)的合计值(总辐射通量测量)进行测量时，与和上述比较结构相同地使基板的侧面形成为平面状的光器件相比，亮度提高了1～2％。
如以上那样，根据本实施方式的加工方法，即使光器件晶片W的厚度变薄，也能够形成截面形状为弓形的曲面形状的侧面21c。而且，在变质层形成工序中，由于在光器件晶片W的厚度方向上呈弓形排列地形成变质层R，因此，在分割工序中，仅通过对光器件晶片W施加外力就能够呈弓形进行分割。由此，能够抑制上述各工序变得复杂或工序时间变长，从而能够高效地制造光器件1。
并且，本发明并不限定于上述实施方式的技术，能够进行各种变更来实施。在上述实施方式中，关于在附图中图示的大小或形状等，并不限定于此，能够在发挥本发明的效果的范围内适当地进行变更。此外，只要不脱离本发明的目的范围，能够适当地变更并实施。
例如，在上述实施方式中，利用断裂装置进行分割工序，但并不限于此，只要能够沿着分割预定线ST将光器件晶片W分割成一个个光器件1即可。
另外，在上述的实施方式中，上述各工序可以由不同的装置来实施，也可以由同一个装置来实施。
为了提高在基板的正面形成有发光层的光器件的光的导出效率，本发明是有用的。

Claims (2)

1.一种光器件，其特征在于，
所述光器件具备：
基板；和
形成于该基板的正面的发光层，
该基板具有：四边形的正面；四边形的背面，其与该正面平行且形状相同；以及4个侧面，它们连结该正面和该背面，
该4个侧面中的彼此相邻的2个侧面的截面形状形成为从该正面至该背面呈弓形鼓起的形状，除此以外的2个侧面的截面形状形成为从该正面至该背面呈弓形凹陷的形状。
2.一种光器件的加工方法，其是权利要求1所述的光器件的加工方法，
所述光器件的加工方法的特征在于，
该光器件的加工方法由下述工序构成：
粘贴工序，在光器件晶片的正面侧粘贴保护带，其中，在所述光器件晶片的正面具有发光层并且形成有多个交叉的分割预定线，在由该分割预定线划分出的该发光层的各区域中分别具有光器件；
变质层形成工序，在实施了该粘贴工序之后，将对于该光器件晶片具有透射性的波长的激光光线的聚光点定位在从该光器件晶片的正面起朝向背面方向规定量的位置，从该光器件晶片的背面侧沿着该分割预定线照射所述激光光线而形成最初的变质层，接下来，使聚光点阶段性地向该背面方向移动并重复多次，从正面侧至背面侧形成多个变质层；和
分割工序，在实施了该变质层形成工序之后，对光器件晶片施加外力而将光器件晶片分割成一个个光器件，
在该变质层形成工序中，多个变质层形成为在光器件晶片的厚度方向上从该正面至该背面呈弓形排列，
在该分割工序中，在呈该弓形排列地形成且沿光器件晶片的厚度方向相邻的变质层之间形成裂缝，从而将光器件晶片以截面形状为弓形的形状从该正面分割至该背面。
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