JP2013004957A - 発光素子構造及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】発光素子構造及びその製造方法である。
【解決手段】この発光素子構造は、基板と、発光構造と、を備える。この基板は、対向する上表面と下表面、及び対向する２つの傾斜側面を有し、傾斜側面のそれぞれの両側が、それぞれ上表面と下表面に接合される。発光構造は、上表面に設けられる。
【選択図】図４Ａ

Description

本発明は、発光構造に関し、特に発光素子構造及びその製造方法に関する。

現在、発光ダイオードのチップの切削プロセスとして、いずれも、まずシングルビームレーザ（ｓｉｎｇｌｅ ｂｅａｍ）によってウエハの表面でスクライビング（ｓｃｒｉｂｉｎｇ）を行ってから、スプリッチング（ｓｐｌｉｔｔｉｎｇ）を行う。従来の発光素子構造の製造工程を示す断面図である図１Ａ〜図１Ｃを参照する。一般に、発光素子構造を製作する場合、メイン基板１００が、まず提供される。メイン基板１００は、対向する２つの表面である表面１０２と１０４を有する。

次に、図１Ａに示すように、複数の発光構造１０６ａと１０６ｂをメイン基板１００の表面１０２に設ける。各発光構造１０６ａと１０６ｂのいずれも、エピタキシャル構造１０８と、透明導電層１１０と、第１の電極１１２と、第２の電極１１４と、を備える。透明導電層１１０は、エピタキシャル構造１０８の一部を被覆し、第１の電極１１２は、エピタキシャル構造１０８の他の一部に設けられ、第２の電極１１４は、透明導電層１１０の一部に設けられる。

次いで、図１Ａに示すように、シングルビームレーザ１１６をメイン基板１００の表面１０２に集光させ、シングルビームレーザ１１６によって隣接する発光構造１０６ａと１０６ｂとの間のメイン基板１００の表面１０２に対してスクライビングを行う。スクライビング処理が終了した後、図１Ｂに示すように、メイン基板１００の表面１０２にスクライビング領域１１８が発生する。

その後、メイン基板１００をこれらのスクライビング領域１１８に沿ってスプリッチングして、複数の基板１２２に分裂させる。このようにして、図１Ｃに示すように、それぞれこれらの基板１２２に位置する発光構造１０６ａと１０６ｂを分離させることができ、発光素子構造１２０の製作をおよそ終了する。

前記スクライビング処理は、メイン基板の正面で行われるが、メイン基板の背面で行われてもよい。従来のもう１つの発光素子構造の製造工程を示す断面図である図２Ａ〜図２Ｃを参照する。この従来の製造工程において、複数の発光構造１０６ａと１０６ｂをメイン基板１００の表面１０２に設けた後、メイン基板１００をそれにおける発光構造１０６ａと１０６ｂと一緒に反転させ、メイン基板１００の表面１０４を上向きにする。

そして、図２Ａに示すように、シングルビームレーザ１１６をメイン基板１００の表面１０４に集光させ、シングルビームレーザ１１６によって隣接する発光構造１０６ａと１０６ｂとの間のメイン基板１００の表面１０４に対してスクライビングを行う。スクライビング処理が終了した後、図２Ｂに示すように、メイン基板１００の表面１０２にスクライビング領域１１８が発生する。

次いで、これらのスクライビング領域１１８に沿ってメイン基板１００をスプリッチングして、複数の基板１２２に分裂させ、更にそれぞれこれらの基板１２２に位置して隣接する発光構造１０６ａと１０６ｂを分離させることができる。そうすれば、図２Ｃに示すように、発光素子構造１２０の製作をおよそ終了する。

しかしながら、従来の発光素子構造の基板の光路を示す図である図３を参照する。シングルビームレーザがメイン基板１００の正面又は背面にしか集光してメイン基板１００表面に対するスクライビング処理を行えないことに限られるため、光取り出しに有利な傾斜側面を基板１２２に形成しにくい。従って、まずシングルビームレーザによってメイン基板に対してスクライビングを行ってからスプリッチングする前記方式によれば、スプリッチング後に形成される基板１２２の側面１２６はほとんど垂直面である。そのため、発光構造１０６ａから下方の基板１２２へ発射した光１２４は、この垂直な側面１２６で全反射しやすくなる。このように、発光素子構造１２０の光取り出し強度を低下させてしまう。

砥石車とバイトによって直接に発光素子のメイン基板で切削しても、形成された基板の側面に一定角度の傾斜角を持たせることができる。しかしながら、砥石車とバイトの摩耗が相当大きくて、切削速度が遅いため、コストが高すぎるだけでなく、生産高が低く、量産には非常に不利である。

そのため、本発明の一態様は、メイン基板の切削を多重ビームレーザによって行う発光素子構造及びその製造方法を提供する。従って、基板が傾斜側面を有する発光素子構造を順調に製作し、発光素子構造の基板の光取り出し効率を増加させることができる。

本発明のもう１つの態様は、傾斜側面を有する基板を砥石車とバイトによらず順調に製作できるため、発光素子構造の切削速度を向上させて、生産コストを効果的に低下させることができ、量産に非常に有利である発光素子構造及びその製造方法を提供する。

本発明の前記態様によって、発光素子構造を提案する。この発光素子構造は、基板と、発光構造と、を備える。この基板は、対向する上表面と下表面、及び対向する２つの傾斜側面を有し、傾斜側面のそれぞれの両側が、それぞれ上表面と下表面に接合される。発光構造は、上表面に設けられる。

本発明の一実施例によると、前記傾斜側面のそれぞれの傾斜角の範囲は、０．５°〜８９．５°である。

本発明のもう１つの実施例によると、前記基板の幅は、上表面から下表面まで次第に広がっている。

本発明のまた１つの実施例によると、前記基板の幅は、上表面から下表面まで次第に狭くなっている。

本発明の前記態様によって、対向する上表面と下表面を有するメイン基板を提供するステップと、複数の発光構造を上表面に形成するステップと、隣接する発光構造の間のメイン基板に溝を形成するように、複数のレーザビームによって隣接する前記発光構造の間のメイン基板に対して切削（ｄｉｃｉｎｇ）処理を行うステップと、メイン基板を前記溝に沿って分裂させて、複数の発光素子構造を形成するように、分裂を行うステップを備え、そのうち発光素子構造のそれぞれが、メイン基板から分割された基板を含んで、基板のそれぞれが、対向する２つの傾斜側面を含む、発光素子構造の製造方法を更に提案する。

本発明の一実施例によると、前記レーザビームの間隔の範囲は、０．１μｍ〜１００ｍｍである。

本発明のもう１つの実施例によると、前記レーザビームのエネルギーの範囲は、１μＷ〜１００Ｗである。

本発明のまた１つの実施例によると、前記レーザビームの焦点深度の範囲は、０．１ｎｍ〜１０ｍｍである。

本発明の更にもう１つの実施例によると、前記溝の形状は、Ｕ字状又はＶ字状である。

本発明の更にもう１つの実施例によると、前記切削処理は、メイン基板の上表面で行われる。

本発明の更にもう１つの実施例によると、前記切削処理は、メイン基板の下表面で行われる。

下記の図面の説明は、本発明の前記又はその他の目的、特徴、利点及び実施例をより分りやすくするためのものである。

従来の発光素子構造の製造工程を示す断面図である。 従来の発光素子構造の製造工程を示す断面図である。 従来の発光素子構造の製造工程を示す断面図である。 従来のもう１つの発光素子構造の製造工程を示す断面図である。 従来のもう１つの発光素子構造の製造工程を示す断面図である。 従来のもう１つの発光素子構造の製造工程を示す断面図である。 従来の発光素子構造の基板の光路を示す図である。 本発明の一実施形態による発光素子構造の製造工程を示す断面図である。 本発明の一実施形態による発光素子構造の製造工程を示す断面図である。 本発明の一実施形態による発光素子構造の製造工程を示す断面図である。 本発明のもう１つの実施形態による発光素子構造の製造工程を示す断面図である。 本発明のもう１つの実施形態による発光素子構造の製造工程を示す断面図である。 本発明のもう１つの実施形態による発光素子構造の製造工程を示す断面図である。

本発明の一実施形態による発光素子構造の製造工程を示す断面図である図４Ａ〜図４Ｃを参照する。本実施形態において、図４Ｃに示すような発光素子構造２３０を製作する場合、メイン基板２００がまず提供される。発光素子構造２３０は、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）素子であってよい。メイン基板２００は、ウエハであってよい。メイン基板２００は、エピタキシー時の成長基板であってもよいし、エピタキシャル構造２１４が形成された後にウエハボンディング（ｗａｆｅｒ ｂｏｎｄｉｎｇ）方式によってエピタキシャル構造２１４に接合されるボンディング基板であってもよい。メイン基板２００は、対向する上表面２０２と下表面２０４を有する。

次いで、複数の発光構造２０６をメイン基板２００の上表面２０２に形成する。一実施例において、発光構造２０６は、エピタキシャル構造２１４と、電極２１８と、電極２２０とを備えてよい。もう１つの実施例において、発光構造２０６は、透明導電層２１６を更に選択的に備えてよく、そのうち透明導電層２１６が、発光構造２０６に入力された電流を分散するように、エピタキシャル構造２１４と電極２２０との間に設けられる。

図４Ａを参照し、例示的な一実施例において、発光構造２０６は、水平導通タイプの構造である。エピタキシャル構造２１４は、第１の電気半導体層２０８と、活性層２１０と、第２の電気半導体層２１２とを含む。第１の電気半導体層２０８は、メイン基板２００の上表面２０２に位置し、活性層２１０は、第１の電気半導体層２０８の一部に位置し、第２の電気半導体層２１２は、活性層２１０に位置する。透明導電層２１６は、第２の電気半導体層２１２に位置し、電極２２０は、透明導電層２１６に設けられ、電極２１８は、第１の電気半導体層２０８の他の一部に設けられる。そのうち、第１の電気特性と第２の電気特性は、異なる電気特性である。例えば、第１の電気特性と第２の電気特性のうち、１つはｎ型であり、もう１つはｐ型である。

もう１つの実施例において、発光構造は、垂直導通タイプの構造であってもよく、つまり発光構造の２つの電極が、それぞれ発光構造の対向する両側に位置する。

次に、図４Ａに示すように、複数のレーザビーム２２２をいずれか２つの隣接する発光構造２０６の間のメイン基板２００の上表面２０２に集光させて、これらのレーザビーム２２２によって隣接する発光構造２０６の間のメイン基板２００の上表面２０２に対して切削処理を行う。これらのレーザビーム２２２は、ビームを２つ以上有するシングルパルスレーザによって提供されてよく、つまりこのパルスレーザが、多重ビームレーザ（ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｂｅａｍ ｌａｓｅｒ）である。図４Ｂに示すように、これらのレーザビーム２２２によって切削処理を行った後、隣接する発光構造２０６の間のメイン基板２００の上表面２０２に溝２２４を形成することができる。

各レーザビーム２２２の間隔、エネルギー、焦点深度を同時に制御することを通して、隣接する発光構造２０６の間のメイン基板２００に多様な形状の溝２２４を製作することができる。ある実施例において、溝２２４の形状は、Ｕ字状又はＶ字状であってよい。製造工程の要求によって、レーザビーム２２２の間の間隔、レーザビーム２２２のそれぞれのエネルギー、レーザビームのそれぞれの焦点深度を調整することができる。ある実施例において、レーザビーム２２２の間の間隔の範囲は、０．１μｍ〜１００ｍｍであってよく、レーザビーム２２２のそれぞれのエネルギーの範囲は、１μＷ〜１００Ｗであってよく、レーザビーム２２２のそれぞれの焦点深度の範囲は、０．１ｎｍ〜１０ｍｍであってよい。もう１つの実施例において、レーザビーム２２２は、メイン基板２００を貫通してもよいし、メイン基板２００を貫通しなくてもよい。また、製造工程の要求によると、切削処理において、メイン基板２００を貫通してもよいし、メイン基板２００を貫通しなくてもよい。

その後、メイン基板２００をその上表面２０２における溝２２４に沿って、複数の基板２２６に分裂させるように、例えば、スプリッチング又はエクスパンション等の機械的方式によって、メイン基板２００に対して分裂ステップを行う。このように、複数の発光素子構造２３０を形成することができる。ただし、図４Ｃに示すように、発光素子構造２３０のそれぞれは、メイン基板から分割された基板２２６と、この基板２２６の上表面２３２における発光構造２０６と、を備える。

前の切削処理において、複数のレーザビーム２２２によって隣接する発光構造２０６の間のメイン基板２００の上表面２０２に溝２２４を形成したため、メイン基板２００を分裂させることによって形成された基板２２６は、少なくとも対向する２つの傾斜側面２２８を含む。そのうち、基板２２６の傾斜側面２２８のそれぞれの両側が、それぞれ基板２２６の対向する上表面２３２と下表面２３４に接合される。ある実施例において、傾斜側面２２８の傾斜角θの範囲は、例えば、０．５°〜８９．５°であってよい。一実施例において、例えば、図４Ｃの発光素子構造２３０における傾斜側面２２８の傾斜角θの範囲は５°〜８５°であるものとすることが好ましい。

一実施例において、レーザビーム２２２のそれぞれは、メイン基板２００における焦点、及び焦点に隣接する領域において穴又は凹凸構造を発生して、溝２２４に粗い表面を持たせる。そのため、メイン基板２００を溝２２４に沿って分裂させることによって形成された基板２２６の傾斜側面２２８は、レーザビーム２２２がメイン基板２００を切削する場合に形成された粗い表面を有し、発光構造２０６から基板２２６へ発射した光は、粗い傾斜側面２２８から順調に射出されることができ、更に発光素子構造２３０の光取り出しを増加させることができる。一実施例において、例えば、傾斜側面２２８の粗い表面の一番突起する点と一番陥没する点との距離は10ｎｍを越えるもの（即ち＞0.01μｍ）とすることが好ましい。

発光素子構造２３０において、基板２２６の幅は、上表面２３２から下表面２３４まで次第に広がっている。また、基板２２６の側面形状は、例えば、台形を呈してよい。

前記実施形態のレーザ切削処理は、正面切削の方式を利用するが、本発明のレーザ切削処理は、背面切削の方式を利用してもよい。本発明のもう１つの実施形態による発光素子構造の製造工程を示す断面図である図５Ａ〜図５Ｃを参照する。本実施形態において、図５Ｃに示すような発光素子構造２４８を製作する場合にも同様に、まず複数の発光構造２０６をメイン基板２００の上表面２０２に形成する。次に、メイン基板２００をその上表面２０２における発光構造２０６と一緒に反転させて、メイン基板２００の下表面２０４を上向きにする。

次いで、図５Ａに示すように、複数のレーザビーム２３６をいずれか２つの隣接する発光構造２０６の間のメイン基板２００の下表面２０４に集光させて、これらのレーザビーム２３６によって隣接する発光構造２０６の間のメイン基板２００の下表面２０４に対して切削処理を行う。図５Ｂに示すように、これらのレーザビーム２３６によって切削処理を行った後、隣接する発光構造２０６の間のメイン基板２００の下表面２０４に溝２３８を形成することができる。

同様に、各レーザビーム２３６の間隔、エネルギー、焦点深度を同時に制御することを通して、隣接する発光構造２０６の間のメイン基板２００に多様な形状の溝２３８を製作することができる。ある実施例において、溝２３８の形状は、Ｕ字状又はＶ字状であってよい。製造工程の要求によって、レーザビーム２３６の間の間隔、レーザビーム２３６のそれぞれのエネルギー、レーザビームのそれぞれの焦点深度を調整することができる。ある実施例において、レーザビーム２３６の間の間隔の範囲は、０．１μｍ〜１００ｍｍであってよく、レーザビーム２３６のそれぞれのエネルギーの範囲は、１μＷ〜１００Ｗであってよく、レーザビーム２３６のそれぞれの焦点深度の範囲は、０．１ｎｍ〜１０ｍｍであってよい。また、製造工程の要求によると、切削処理において、メイン基板２００を貫通してもよいし、メイン基板２００を貫通しなくてもよい。

次いで、メイン基板２００をその下表面２０４における溝２３８に沿って、複数の基板２４０に分裂させるように、例えば、スプリッチング又はエクスパンション等の機械的方式によって、メイン基板２００に対して分裂ステップを行う。このように、複数の発光素子構造２４８を形成することができる。そのうち、図５Ｃに示すように、発光素子構造２４８のそれぞれは、メイン基板から分割された基板２４０と、この基板２４０の上表面２４２における発光構造２０６と、を備える。

前の切削処理において、複数のレーザビーム２３６によって隣接する発光構造２０６の間のメイン基板２００の下表面２０４に溝２３８を形成したため、メイン基板２００を分裂することによって形成された基板２４０は、少なくとも対向する２つの傾斜側面２４６を含む。同様に、基板２４０の傾斜側面２４６のそれぞれの両側が、それぞれ基板２４０の対向する上表面２４２と下表面２４４に接合される。ある実施例において、傾斜側面２４０の傾斜角ψの範囲は、例えば、０．５°〜８９．５°であってよい。一実施例において、例えば、図５Ｃの発光素子構造２４８における傾斜側面２４０の傾斜角ψの範囲は２°〜８８°であるものとすることが好ましい。

発光素子構造２４８において、基板２４０の幅は、上表面２４２から下表面２４４まで次第に狭くなっている。また、基板２４０の側面形状は、例えば、台形を呈してよい。

図５Ｃに示すように、発光素子構造２４８の基板２４０が、傾斜側面２４６を有するため、発光構造２０６からの光２５０は、全反射せず傾斜側面２４６から順調に射出されることができる。従って、発光素子構造２４８の光取り出し強度を大幅に向上させることができる。

前記実施形態から分かれるように、本発明は、メイン基板の切削を多重ビームレーザによって行うため、基板が傾斜側面を有する発光素子構造を順調に製作し、発光素子構造の基板の光取り出し効率を増加させることができることを利点としている。

前記実施形態から分かれるように、本発明は、傾斜側面を有する基板を砥石車とバイトによらず順調に製作できるため、発光素子構造の切削速度を向上させて、生産コストを効果的に低下させることができ、量産に非常に有利であることをもう１つの利点としている。

本発明を複数の実施例により上記のように開示したが、これは本発明を限定するものではなく、本発明の精神及び範囲から逸脱しない限り、当業者ならだれでも、多様な変動や修飾を加えることができ、従って、本発明の保護範囲は、後の請求の範囲で指定した内容を基準とする。

１００、２００ メイン基板、１０２、１０４ 表面、１０６ａ、１０６ｂ、２０６ 発光構造、１０８、２１４ エピタキシャル構造、１１０、２１６ 透明導電層、１１２ 第１の電極、１１４ 第２の電極、１１６ レーザ、１１８ スクライビング領域、１２０、２３０、２４８ 発光素子構造、１２２、２２６、２４０ 基板、１２４、２５０ 光、１２６ 側面、２０２、２３２、２４２ 上表面、２０４、２３４、２４４ 下表面、２０８ 第１の電気半導体層、２１０ 活性層、２１２ 第２の電気半導体層、２１８、２２０ 電極、２２２、２３６ レーザビーム、２２４、２３８ 溝、２２８、２４６ 傾斜側面、θ、ψ 傾斜角

Claims (20)

1. 対向する一方の面と他方の面、及び対向する２つの傾斜側面を有し、前記傾斜側面のそれぞれの両側が、それぞれ前記一方の面と前記他方の面に接合される基板と、
   前記一方の面に設けられる発光構造と
   を備える発光素子構造。
2. 前記傾斜側面のそれぞれの傾斜角の範囲は、０．５°〜８９．５°である請求項１に記載の発光素子構造。
3. 前記基板の幅は、前記一方の面から前記他方の面まで次第に広がっている請求項１または２に記載の発光素子構造。
4. 前記基板の幅は、前記一方の面から前記他方の面まで次第に狭くなっている請求項１または２に記載の発光素子構造。
5. 前記発光素子は、発光ダイオードである請求項１から４の何れか１項に記載の発光素子構造。
6. 前記傾斜側面のそれぞれは、粗い表面である請求項１から５の何れか１項に記載の発光素子構造。
7. 対向する一方の面と他方の面を有するメイン基板を提供するステップと、
   複数の発光構造を前記一方の面に形成するステップと、
   隣接する前記発光構造の間の前記メイン基板に溝を形成するように、複数のレーザビームによって隣接する前記発光構造の間の前記メイン基板に対して切削処理を行うステップと、
   前記メイン基板を前記溝に沿って分裂させて、複数の発光素子構造を形成するように、分裂を行うステップと
   を備え、
   前記発光素子構造のそれぞれは、前記メイン基板から分割された基板を含んで、前記基板のそれぞれが、対向する２つの傾斜側面を含む、発光素子構造の製造方法。
8. 前記レーザビームの間隔の範囲は、０．１μｍ〜１００ｍｍである請求項７に記載の発光素子構造の製造方法。
9. 前記レーザビームのそれぞれのエネルギーの範囲は、１μＷ〜１００Ｗである請求項７または８に記載の発光素子構造の製造方法。
10. 前記レーザビームのそれぞれの焦点深度の範囲は、０．１ｎｍ〜１０ｍｍである請求項７から９の何れか１項に記載の発光素子構造の製造方法。
11. 前記溝のそれぞれの形状は、Ｕ字状である請求項７から１０の何れか１項に記載の発光素子構造の製造方法。
12. 前記溝のそれぞれの形状は、Ｖ字状である請求項７から１０の何れか１項に記載の発光素子構造の製造方法。
13. 前記傾斜側面のそれぞれの傾斜角の範囲は、０．５°〜８９．５°である請求項７から１２の何れか１項に記載の発光素子構造の製造方法。
14. 前記基板のそれぞれは、対向する一方の面と他方の面を有し、且つ前記基板の幅が、前記一方の面から前記他方の面まで次第に広がっている請求項７から１３の何れか１項に記載の発光素子構造の製造方法。
15. 前記基板のそれぞれは、対向する一方の面と他方の面を有し、且つその前記２つの傾斜側面間の距離が、前記一方の面から前記他方の面まで次第に狭くなっている請求項７から１３の何れか１項に記載の発光素子構造の製造方法。
16. 前記切削処理は、前記メイン基板の前記一方の面で行われる請求項７から１４の何れか１項に記載の発光素子構造の製造方法。
17. 前記切削処理は、前記メイン基板の前記他方の面で行われる請求項７から１３及び１５の何れか１項に記載の発光素子構造の製造方法。
18. 前記レーザビームのぞれぞれは、前記メイン基板を貫通する請求項７から１７の何れか１項に記載の発光素子構造の製造方法。
19. 前記レーザビームのぞれぞれは、前記メイン基板を貫通しない請求項７から１７の何れか１項に記載の発光素子構造の製造方法。
20. 前記切削処理において、前記レーザビームのそれぞれは、前記メイン基板における焦点、前記焦点に近接する領域において穴又は凹凸構造を形成する請求項７から１９の何れか１項に記載の発光素子構造の製造方法。

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