TW201301557A - 發光元件結構及其製造方法 - Google Patents

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TW201301557A TW100121250A TW100121250A TW201301557A TW 201301557 A TW201301557 A TW 201301557A TW 100121250 A TW100121250 A TW 100121250A TW 100121250 A TW100121250 A TW 100121250A TW 201301557 A TW201301557 A TW 201301557A
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Yan-Kuin Su
Kuan-Chun Chen
Chun-Liang Lin
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Univ Nat Cheng Kung
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Abstract

一種發光元件結構及其製造方法。此發光元件結構包含一基板以及一發光結構。此基板具有相對之一上表面與一下表面、以及相對之二傾斜側面，每一傾斜側面之二側分別與上表面和下表面接合。發光結構設於上表面上。

Description

發光元件結構及其製造方法
本發明是有關於一種發光結構，且特別是有關於一種發光元件結構及其製造方法。
目前發光二極體之晶片的切割程序都是利用單束雷射(single beam)先在晶圓表面上進行劃線(scribing)後，再進行劈裂(splitting)。請參照第1A圖至第1C圖，其係繪示一種傳統發光元件結構之製程剖面圖。一般製作發光元件結構時，先提供主基板100。主基板100具有相對之二表面102與104。
接著，如第1A圖所示，在主基板100之表面102上設置多個發光結構106a與106b。每個發光結構106a與106b均包含磊晶結構108、透明導電層110、第一電極112與第二電極114。透明導電層110覆蓋在部分之磊晶結構108上，第一電極112設於另一部分之磊晶結構108上，第二電極114則設置在部分之透明導電層110上。
接下來，如第1A圖所示，使單束雷射116聚焦在主基板100之表面102，而利用單束雷射116來對相鄰之發光結構106a與106b之間之主基板100的表面102進行劃線。完成劃線處理後，如第1B圖所示，主基板100之表面102上會產生劃線區118。
然後，沿著這些劃線區118劈裂主基板100，而將主基板100分裂成數個基板122。如此一來，可分離分別位於這些基板122上之發光結構106a與106b，而大致完成發光元件結構120的製作，如第1C圖所示。
上述的劃線處理係在主基板之正面上進行，但是主基板之劃線處理亦可在主基板的背面進行。請參照第2A圖至第2C圖，其係繪示另一種傳統發光元件結構之製程剖面圖。在此傳統製程中，將多個發光結構106a與106b設置在主基板100之表面102上後，將主基板100連同其上之發光結構106a與106b予以翻轉，而使主基板100之表面104朝上。
接下來，如第2A圖所示，使單束雷射116聚焦在主基板100之表面104，而利用單束雷射116來對相鄰之發光結構106a與106b之間之主基板100的表面104進行劃線。完成劃線處理後，如第2B圖所示，主基板100之表面102上會產生劃線區118。
接著，沿著這些劃線區118劈裂主基板100，而將主基板100分裂成數個基板122，進一步可分離分別位於這些基板122上之相鄰發光結構106a與106b。如此即大致完成發光元件結構120的製作，如第2C圖所示。
然而，請參照第3圖，其係繪示一種傳統發光元件結構之基板的光路徑圖。受限於單束雷射僅能聚焦在主基板100之正面或背面來進行主基板100表面的劃線處理，因此難以在基板122上形成有利於光取出的傾斜側面。故，上述先利用單束雷射對主基板進行劃線後再劈裂的方式，劈裂後所形成之基板122的側面126幾乎均為垂直面。因此，發光結構106a朝下方基板122所發出之光124很容易在此垂直的側面126上產生全反射。如此一來，將導致發光元件結構120之光取出強度下降。
雖然利用砂輪與機械刀具直接在發光元件之主基板上進行切割，也可以使所形成之基板的側面具有一定角度的傾斜角。但是，砂輪與機械刀具的磨損相當大，且切割速度慢，因此不僅成本過高，且產量低，而非常不利於大量生產。
因此，本發明之一態樣就是在提供一種發光元件結構及其製造方法，其係利用多束雷射來進行主基板的切割。故，可順利製作出具有傾斜側面之基板的發光元件結構，而可增加發光元件結構之基板的光取出效率。
本發明之另一態樣是在提供一種發光元件結構及其製造方法，其無需利用砂輪與刀具即可順利製作出具有傾斜側面之基板，因此可提高發光元件結構之切割速度，並可有效降低生產成本，非常有利於大量生產。
根據本發明之上述態樣，提出一種發光元件結構。此發光元件結構包含一基板以及一發光結構。此基板具有相對之一上表面與一下表面、以及相對之二傾斜側面，每一傾斜側面之二側分別與上表面和下表面接合。發光結構設於上表面上。
依據本發明之一實施例，上述之每一傾斜側面之一傾斜角的範圍從0.5°至89.5°。
依據本發明之另一實施例，上述之基板之一寬度從上表面至下表面漸增。
依據本發明之又一實施例，上述之基板之一寬度從上表面至下表面漸減。
根據本發明之上述態樣，另提出一種發光元件結構之製造方法，其包含下列步驟。提供一主基板，其中此主基板具有相對之一上表面與一下表面。形成複數個發光結構於上表面上。利用複數個雷射光束對相鄰之這些發光結構之間之主基板進行一切割(dicing)處理，以在相鄰之發光結構之間之主基板中形成一溝槽。進行一分裂步驟，以沿著前述之溝槽而分裂主基板，而形成複數個發光元件結構，其中每一發光元件結構包含由主基板所分割之一基板，且每一基板包含相對之二傾斜側面。
依據本發明之一實施例，上述之雷射光束之間距的範圍從0.1μm至100mm。
依據本發明之另一實施例，上述之雷射光束之能量的範圍從1μW至100W。
依據本發明之又一實施例，上述之雷射光束之焦點的深度範圍從0.1nm至10mm。
依據本發明之再一實施例，上述之溝槽之形狀為U字型或V字型。
依據本發明之再一實施例，上述之切割處理係在主基板之上表面上進行。
依據本發明之再一實施例，上述之切割處理係在主基板之下表面上進行。
請參照第4A圖至第4C圖，其係繪示依照本發明之一實施方式的一種發光元件結構之製程剖面圖。在本實施方式中，製作如第4C圖所示之發光元件結構230時，先提供主基板200。發光元件結構230可例如為發光二極體(LED)元件。主基板200可為一晶圓。主基板200可為磊晶時之成長基板，或者為磊晶結構214形成後經晶圓鍵合(wafer bonding)方式與磊晶結構214接合之鍵合基板。主基板200具有相對之上表面202與下表面204。
接下來，形成數個發光結構206於主基板200之上表面202上。在一實施例中，發光結構206可包含磊晶結構214、以及二電極218與220。在另一實施例中，發光結構206更可選擇性地包含透明導電層216，其中透明導電層216設於磊晶結構214與電極220之間，以分散輸入發光結構206之電流。
請參照第4A圖，在一示範實施例中，發光結構206係一水平導通型結構。磊晶結構214包含第一電性半導體層208、主動層210與第二電性半導體層212。第一電性半導體層208位於主基板200之上表面202上，主動層210位於部分之第一電性半導體層208上，第二電性半導體層212位於主動層210上。透明導電層216位於第二電性半導體層212上，而電極220設於透明導電層216上，電極218設於另一部分之第一電性半導體層208上。其中，第一電性與第二電性為不同之電性。例如，第一電性與第二電性之其中一者為n型，另一者則為p型。
在另一實施例中，發光結構可為垂直導通型結構，亦即發光結構之二電極分別位於發光結構之相對二側。
接著，如第4A圖所示，將數個雷射光束222聚焦在任二相鄰發光結構206之間之主基板200的上表面202上，以利用這些雷射光束222對相鄰之發光結構206之間之主基板200的上表面202進行切割處理。這些雷射光束222可為具有二光束以上的單一脈衝雷射所提供，亦即此脈衝雷射係一多束雷射(multiple beam laser)。如第4B圖所示，利用這些雷射光束222進行切割處理後，可在相鄰之發光結構206之間之主基板200的上表面202中形成溝槽224。
透過同時控制各個雷射光束222的間距、能量、與焦點深度，可在相鄰之發光結構206之間的主基板200中製作出各種形狀的溝槽224。在一些實施例中，溝槽224之形狀可為U字型或V字型。可依製程需求，而調整雷射光束222之間的間距、每一雷射光束222之能量、以及每一雷射光束之焦點的深度。在一些實施例中，雷射光束222之間的間距的範圍可從0.1μm至100mm；每一雷射光束222之能量的範圍可從1μW至100W；以及每一雷射光束222之焦點的深度範圍可從0.1nm至10mm。在另一實施例中，雷射光束222可貫穿主基板200、或者可不貫穿主基板200。此外，根據製程需求，切割處理可貫穿主基板200、或者不貫穿主基板200。
然後，利用例如劈裂或擴張等機械方式，對主基板200進行分裂步驟，以沿著主基板200之上表面202中的溝槽224，而將主基板200分裂成數個基板226。如此一來，即可形成數個發光元件結構230。其中，每個發光元件結構230包含由主基板所分割出之基板226、以及此基板226之上表面232上的發光結構206，如第4C圖所示。
由於在先前的切割處理中，已利用多個雷射光束222在相鄰之發光結構206之間之主基板200的上表面202中形成溝槽224，因此由分裂主基板200所形成之基板226至少包含相對之二傾斜側面228。其中，基板226之每個傾斜側面228的二側分別與基板226之相對的上表面232和下表面234接合。在一些實施例中，傾斜側面228之傾斜角θ的範圍可例如從0.5°至89.5°。
在一實施例中，每一雷射光束222在主基板200中的焦點、以及與焦點相鄰的區域會產生孔洞或者凹凸結構，而使溝槽224具有粗糙表面。因此，沿著溝槽224分裂主基板200所形成之基板226的傾斜側面228具有雷射光束222切割主基板200時所形成之粗糙表面，發光結構206朝基板226所發出之光可從粗糙之傾斜側面228順利射出，進而可增加發光元件結構230之光取出。
在發光元件結構230中，基板226之寬度從上表面232至下表面234逐漸增加。此外，基板226之側視形狀可例如呈梯形。
上述實施方式之雷射切割處理係採正面切割方式，本發明之雷射切割處理亦可採背面切割方式。請參照第5A圖至第5C圖，其係繪示依照本發明之另一實施方式的一種發光元件結構之製程剖面圖。在本實施方式中，製作如第5C圖所示之發光元件結構248時，同樣先形成數個發光結構206於主基板200之上表面202上。接著，將主基板200連同其上表面202上的發光結構206翻轉，而使主基板200之下表面204朝上。
隨後，如第5A圖所示，將數個雷射光束236聚焦在任二相鄰發光結構206之間之主基板200的下表面204上，以利用這些雷射光束236對相鄰之發光結構206之間之主基板200的下表面204進行切割處理。如第5B圖所示，利用這些雷射光束236進行切割處理後，可在相鄰之發光結構206之間之主基板200的下表面204中形成溝槽238。
同樣地，透過同時控制各個雷射光束236的間距、能量、與焦點深度，可在相鄰之發光結構206之間的主基板200中製作出各種形狀的溝槽238。在一些實施例中，溝槽238之形狀可為U字型或V字型。可依製程需求，而調整雷射光束236之間的間距、每一雷射光束236之能量、以及每一雷射光束之焦點的深度。在一些實施例中，雷射光束236之間的間距的範圍可從0.1μm至100mm；每一雷射光束236之能量的範圍可從1μW至100W；以及每一雷射光束236之焦點的深度範圍可從0.1nm至10mm。此外，根據製程需求，切割處理可貫穿主基板200、或者不貫穿主基板200。
然後，利用例如劈裂或擴張等機械方式，對主基板200進行分裂步驟，以沿著主基板200之下表面204中的溝槽238，而將主基板200分裂成數個基板240。如此一來，即可形成數個發光元件結構248。其中，每個發光元件結構248包含由主基板所分割出之基板240、以及此基板240之上表面242上的發光結構206，如第5C圖所示。
由於在先前的切割處理中，已利用多個雷射光束236在相鄰之發光結構206之間之主基板200的下表面204中形成溝槽238，因此由分裂主基板200所形成之基板240至少包含相對之二傾斜側面246。同樣地，基板240之每個傾斜側面246的二側分別與基板240之相對的上表面242和下表面244接合。在一些實施例中，傾斜側面240之傾斜角ψ的範圍可例如從0.5°至89.5°。
在發光元件結構248中，基板240之寬度從上表面242至下表面244逐漸減少。此外，基板240之側視形狀可例如呈梯形。
如第5C圖所示，由於發光元件結構248之基板240具有傾斜側面246，因此發光結構206所發出之光250可不經全反射即順利從傾斜側面246射出。故，可大幅提高發光元件結構248之光取出強度。
由上述之實施方式可知，本發明之一優點就是因為本發明係利用多束雷射來進行主基板的切割，因此可順利製作出具有傾斜側面之基板的發光元件結構，而可增加發光元件結構之基板的光取出效率。
由上述之實施方式可知，本發明之另一優點就是因為本發明無需利用砂輪與刀具即可順利製作出具有傾斜側面之基板，因此可提高發光元件結構之切割速度，並可有效降低生產成本，非常有利於大量生產。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何在此技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100．．．主基板
102．．．表面
104．．．表面
106a．．．發光結構
106b．．．發光結構
108．．．磊晶結構
110．．．透明導電層
112．．．第一電極
114．．．第二電極
116．．．雷射
118．．．劃線區
120．．．發光元件結構
122．．．基板
124．．．光
126．．．側面
200．．．主基板
202．．．上表面
204．．．下表面
206．．．發光結構
208．．．第一電性半導體層
210．．．主動層
212．．．第二電性半導體層
214．．．磊晶結構
216．．．透明導電層
218．．．電極
220．．．電極
222．．．雷射光束
224．．．溝槽
226．．．基板
228．．．傾斜側面
230．．．發光元件結構
232．．．上表面
234．．．下表面
236．．．雷射光束
238．．．溝槽
240．．．基板
242．．．上表面
244．．．下表面
246．．．傾斜側面
248．．．發光元件結構
250．．．光
θ．．．傾斜角
ψ．．．傾斜角
為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：
第1A圖至第1C圖係繪示一種傳統發光元件結構之製程剖面圖。
第2A圖至第2C圖係繪示另一種傳統發光元件結構之製程剖面圖。
第3圖係繪示一種傳統發光元件結構之基板的光路徑圖。
第4A圖至第4C圖係繪示依照本發明之一實施方式的一種發光元件結構之製程剖面圖。
第5A圖至第5C圖係繪示依照本發明之另一實施方式的一種發光元件結構之製程剖面圖。
200．．．主基板
202．．．上表面
204．．．下表面
206．．．發光結構
208．．．第一電性半導體層
210．．．主動層
212．．．第二電性半導體層
214．．．磊晶結構
216．．．透明導電層
218．．．電極
220．．．電極
222．．．雷射光束

Claims (20)

  1. 一種發光元件結構，包含：一基板，具有相對之一上表面與一下表面、以及相對之二傾斜側面，每一該些傾斜側面之二側分別與該上表面和該下表面接合；以及一發光結構，設於該上表面上。
  2. 如請求項1所述之發光元件結構，其中每一該些傾斜側面之一傾斜角的範圍從0.5°至89.5°。
  3. 如請求項1所述之發光元件結構，其中該基板之一寬度從該上表面至該下表面漸增。
  4. 如請求項1所述之發光元件結構，其中該基板之一寬度從該上表面至該下表面漸減。
  5. 如請求項1所述之發光元件結構，其中該發光元件係一發光二極體。
  6. 如請求項1所述之發光元件結構，其中每一該些傾斜側面係一粗糙表面。
  7. 一種發光元件結構之製造方法，包含：提供一主基板，其中該主基板具有相對之一上表面與一下表面；形成複數個發光結構於該上表面上；利用複數個雷射光束對相鄰之該些發光結構之間之該主基板進行一切割處理，以在相鄰之該些發光結構之間之該主基板中形成一溝槽；以及進行一分裂步驟，以沿著該些溝槽而分裂該主基板，而形成複數個發光元件結構，其中每一該些發光元件結構包含由該主基板所分割之一基板，且每一該些基板包含相對之二傾斜側面。
  8. 如請求項7所述之發光元件結構之製造方法，其中該些雷射光束之間距的範圍從0.1μm至100mm。
  9. 如請求項7所述之發光元件結構之製造方法，其中每一該些雷射光束之能量的範圍從1μW至100W。
  10. 如請求項7所述之發光元件結構之製造方法，其中每一該些雷射光束之焦點的深度範圍從0.1nm至10mm。
  11. 如請求項7所述之發光元件結構之製造方法，其中每一該些溝槽之形狀為U字型。
  12. 如請求項7所述之發光元件結構之製造方法，其中每一該些溝槽之形狀為V字型。
  13. 如請求項7所述之發光元件結構之製造方法，其中每一該些傾斜側面之一傾斜角的範圍從0.5°至89.5°。
  14. 如請求項7所述之發光元件結構之製造方法，其中每一該些基板包含相對之一上表面與一下表面，且每一該些基板之一寬度從該上表面至該下表面漸增。
  15. 如請求項7所述之發光元件結構之製造方法，其中每一該些基板包含相對之一上表面與一下表面，且每一該些基板之一寬度從該上表面至該下表面漸減。
  16. 如請求項7所述之發光元件結構之製造方法，其中該切割處理係在該主基板之該上表面上進行。
  17. 如請求項7所述之發光元件結構之製造方法，其中該切割處理係在該主基板之該下表面上進行。
  18. 如請求項7所述之發光元件結構之製造方法，其中每一該些雷射光束貫穿該主基板。
  19. 如請求項7所述之發光元件結構之製造方法，其中每一該些雷射光束並未貫穿該主基板。
  20. 如請求項7所述之發光元件結構之製造方法，其中在該切割處理中，每一該些雷射光束在該主基板中之一焦點與鄰近該焦點的區域形成一孔洞或一凹凸結構。
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