TW201931627A - 半導體發光元件之製造方法 - Google Patents

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Abstract

本發明係一種半導體發光元件之製造方法，其包括如下步驟：準備於基板5上設置有半導體構造之晶圓；及以晶圓之基板5內之厚度方向上之特定深度，以特定之距離間隔，複數次地以第一時間間隔INT1呈脈衝狀照射雷射光。於照射雷射光之步驟中，以第一時間間隔INT1進行之各雷射光照射包括如下步驟：向基板5內之厚度方向上之第一聚光位置，照射具有第一脈衝能量之第一雷射脈衝LP1；及照射第一雷射脈衝LP1後，以短於第一時間間隔INT1之3 ps～900 ps第二時間間隔INT2，照射相對於上述第一脈衝能量之強度比為0.5～1.5之第二脈衝能量之第二雷射脈衝LP2。

Description

半導體發光元件之製造方法
本發明係關於一種半導體發光元件之製造方法，具體而言，係關於一種向晶圓內部照射雷射光而使晶圓晶片化之半導體發光元件之製造方法。
半導體發光元件較為小型，功率效率良好，發光顏色鮮豔。又，對於作為半導體元件之發光元件，無需擔憂燈泡損壞等。進而，具有初始驅動特性優異，振動或反覆點亮、熄滅之耐受性較強之特徵。由於具有上述優異特性，故而發光二極體(Light Emitting Diode：以下亦稱為「LED」)、雷射二極體(Laser Diode：以下亦稱為「LD」)等半導體發光元件被用作各種光源。特別是，近年來，其等作為代替螢光燈之照明用光源，作為耗電更低且壽命較長之下一代照明，而引起關注，且人們對其等在追求更進一步之發光輸出之提高及發光效率之改善。
此種半導體發光元件係使半導體層磊晶生長於藍寶石基板上後，分割成每個晶片。先前，於基板上積層有半導體層之晶圓係藉由切晶、刻劃、雷射刻劃等而晶片化。於將氮化物半導體用於半導體層之情形時，藍寶石基板或SiC基板等被用作生長基板。
作為具有藍寶石基板之晶圓之切斷方法，揭示有向藍寶石基板之厚度方向之內部照射雷射光，而進行切斷之方法(例如日本專利特開2006-245043號公報)。又，基板表面之加工利用了奈秒猝發脈衝雷射。
然而，若對在藍寶石基板上磊晶生長有半導體層之晶圓照射較高能量之雷射光，則存在半導體層遭受破損等，從而良率降低之可能性。
[發明所欲解決之問題]
本發明之目的之一在於：提供一種可效率良好地實現雷射刻劃之半導體發光元件之製造方法。
[解決問題之技術手段]
根據本發明之一態樣之半導體發光元件之製造方法，可為如下情況，即，其包括如下步驟：準備於基板上設置有半導體構造之晶圓；及以上述晶圓之基板內之厚度方向上之特定深度，以特定之距離間隔，複數次地以第一時間間隔呈脈衝狀照射雷射光；且於上述照射雷射光之步驟中，以上述第一時間間隔進行之各雷射光照射包括如下步驟：向上述基板內之厚度方向上之第一聚光位置，照射具有第一脈衝能量之第一雷射脈衝；及照射上述第一雷射脈衝後，以短於上述第一時間間隔之3 ps～900 ps第二時間間隔，照射相對於上述第一脈衝能量之強度比為0.5～1.5之第二脈衝能量之第二雷射脈衝。
[發明之效果]
根據上述形態，可實現具有如下效果之半導體發光元件之製造方法，即，與先前之雷射照射相比，藉由將以第一時間間隔照射之雷射光分割成複數個，可抑制每一脈衝之強度(第一脈衝能量、第二脈衝能量)，故而降低了對半導體層造成破損之虞，從而改善了良率。
進而，根據另一實施形態之半導體發光元件之製造方法，可為如下情況，即，於上述照射第二雷射脈衝之步驟中，將上述第二雷射脈衝之第二脈衝能量相對於上述第一脈衝能量之強度比設定為0.8～1.2。
根據另一實施形態之半導體發光元件之製造方法，可為如下情況，即，上述第二時間間隔為3 ps～500 ps，較佳為50 ps～350 ps。
根據另一實施形態之半導體發光元件之製造方法，可為如下情況，即，上述第一雷射脈衝及第二雷射脈衝之脈衝寬度為100 fs～10000 fs。
又，根據另一實施形態之半導體發光元件之製造方法，可為如下情況，即，上述第一時間間隔為5 μs～40 μs。
再而，根據另一實施形態之半導體發光元件之製造方法，可為如下情況，即，上述第一雷射脈衝之第一脈衝能量為0.5 μJ～15 μJ。
再而，根據另一實施形態之半導體發光元件之製造方法，可為如下情況，即，上述基板為藍寶石基板。
參考隨附圖式敍述實施形態，其中，於各隨附圖式中，相同符號表示相似或相同元件。
其中，以下所示之實施形態及實施例係用以將本發明之技術思想具體化之例示，本發明並不限定於以下內容。又，各圖式所示之構件之大小或位置關係等存在為了使說明清晰明確而加以誇大之情況。進而，於以下說明中，相同之名稱、符號表示同一或同質之構件，從而適當地省略詳細說明。進而，構成本發明之實施形態及實施例之各要素可為由同一構件構成複數個要素從而一個構件兼用於複數個要素之態樣，相反地，亦可由複數個構件分擔一個構件之功能從而實現。又，部分實施例、實施形態中所說明之內容亦存在可用於其他實施例、實施形態等者。進而，以下說明中，視需要而使用表示特定方向或位置之用語(例如，「上」、「下」、「左」、「右」及包含該等用語之其他用語)。
(實施形態1)
以下，對本發明之實施形態1進行說明。
(半導體發光元件10)
首先，對藉由本發明之實施形態1之製造方法而獲得之半導體發光元件10之概略進行說明。
圖1示出半導體發光元件10之剖面。如圖1所示，半導體發光元件10係於作為基板5之一主面之第一主面5a上積層氮化物半導體層作為半導體構造11而成。具體而言，半導體發光元件10於作為具有相對向之一對主面之基板5之第一主面5a的正面側，積層有依次具備作為第一半導體層6之n型半導體層、活化層8、及作為第二半導體層7之p型半導體層之半導體構造11。又，n側焊墊電極3A電性連接於n型半導體層，p側焊墊電極3B電性連接於p型半導體層。半導體發光元件10若經由n側焊墊電極3A及p側焊墊電極3B，被自外部供給電力，則自活化層8發出光，並主要被自圖1中之電極3A、3B之形成面側或第二主面5b側提取光。活化層8相當於發光層。活化層8所發出之光之峰值波長例如為360 nm～650 nm。
又，於p型半導體層之上形成有透光性導電層13，於透光性導電層13上形成有p側焊墊電極3B。進而，僅n側焊墊電極3A及p側焊墊電極3B之特定表面露出，其他部分被絕緣性保護膜14覆蓋。
(半導體發光元件之製造方法)
其次，對半導體發光元件10之製造方法進行說明。
(晶圓準備步驟)
首先，準備於基板5之第一主面5a上設置有半導體構造11之晶圓。此處，基板5只要為可供半導體構造11生長之生長基板即可，對大小及厚度等並不特別限定。作為此種基板5之材質，可使用透射自半導體積層體發出之光之藍寶石(Al2 O3 )、SiC、尖晶石(MgAl2 O4 )等透光性絕緣性材料、或半導體材料(例如，氮化物系半導體材料)。
藍寶石係不易使裂縫擴展之材料，但於本實施形態之方法中，即便為此種藍寶石基板，亦可使裂縫擴展。又，藍寶石基板5之厚度例如可為50 μm～2 mm左右。藍寶石基板5亦可為如下情況：至形成半導體構造11及電極之前，厚度為200 μm～2 mm左右，其後，藉由研磨等，薄膜化至50 μm～1 mm、較佳為100～500 μm左右。
作為生長於基板5之第一主面5a上之半導體構造11，例如自基板5側，依次積層有第一半導體層6(例如n型半導體層)、活化層8(發光層)、及第二半導體層7(例如p型半導體層)之構造於輸出、效率之方面較佳，但並不限定於此，亦可為其他半導體構造。
作為可發出紫外光、或藍色光至綠色光之可見光之半導體層，例如，可由III-V族化合物半導體、II-VI族化合物半導體等半導體材料形成。具體而言，可使用InX AlY Ga1-X-Y N(0≦X，0≦Y，X＋Y≦1)等氮化物系半導體材料(例如InN、AlN、GaN、InGaN、AlGaN、InGaAlN等)。藉由氮化物半導體而發出之光處於可見光區域之短波長區域、近紫外區域、或較近紫外短之波長區域，故而藉由將來自半導體構造11之光與光轉換構件(螢光體等)組合，可容易地獲得白色光。又，於選擇藍寶石基板作為基板5之情形時，容易使由氮化物半導體構成之半導體構造11生長。
作為該等半導體層之生長方法，並不特別限定，可適當地使用MOVPE(Metal-Organic Vapor Phase Epitaxy，有機金屬氣相生長法)、HVPE(hydride vapor phase epitaxy，氫化物氣相生長法)等作為半導體之生長方法而為人所知之所有方法。特別是MOCVD，其可結晶性良好地使半導體生長，故而較佳。
再者，使半導體構造11生長後且照射雷射光之步驟前，亦可包括使基板5之厚度變薄之步驟。為了使基板5之厚度變薄，自第二主面5b(背面)側研磨及/或研削基板5。
(切斷步驟)
於基板5上生長半導體構造11後，如圖2所示，切斷基板5，將其單片化成晶片CP。於切斷步驟中，向基板5之內側照射雷射光LB，使基板5部分脆化，藉此使其改質。其狀況示於圖3之模式剖視圖。
(雷射光LB)
照射雷射光LB之雷射光源可使用脈衝振動之雷射。又，其波長並不特別限定，例如可使用於800～1100 nm之範圍內具有峰值波長之雷射。具體而言，可使用鈦藍寶石雷射、Nd：YAG(yttrium aluminum garnet，釔鋁石榴石)雷射、Nd：YVO4 雷射、Nd：YLF(yttrium lithium fluoride，釔鋰氟化物)雷射、摻鐿光纖雷射等各種雷射。又，亦可使用其等之高次諧波。作為雷射光LB之脈衝寬度，可使用飛秒至皮秒之脈衝寬度之脈衝雷射，具體而言，可使用脈衝寬度為100 fs～10000 fs者。於實施形態1中，使用峰值波長為1045 nm之摻鐿光纖雷射。高輸出之脈衝雷射可效率良好地聚光於基板5之內部，故而可適當地用於基板之改質。
雷射光LB之水平面內之掃描方向係沿應分割晶圓之線(假想分割預定線)而進行。作為一例，如圖17之俯視圖所示，以相對於晶圓之定向平面OF(例如藍寶石之a面)大致垂直之方向為1次方向，以大致水平之方向為2次方向。首先，對晶圓之2次方向進行雷射光之掃描，然後對晶圓之1次方向進行雷射光之掃描。
如圖3所示，自基板5之背面側朝向基板5之內部，使用飛秒至皮秒之脈衝寬度之脈衝雷射等雷射加工機，向基板5之厚度方向上之第一聚光位置31照射雷射光LB。先前技術之雷射光如圖4所示，係以固定之時間間隔(第一時間間隔INT1)對基板5照射脈衝狀之雷射光(單脈衝SLP)，而使裂縫擴展。具體而言，如圖5所示，以基板5內之厚度方向(於圖中為上下方向)上之特定深度DPT，以固定之光點間隔STD，設定使雷射光聚集之點SPT，於點SPT彼此之間使裂縫CRK擴展。於藍寶石基板之情形時，由於其為六角晶系，故而裂縫易於沿a面擴展，因此預先於藍寶石基板之c面磊晶生長有半導體層。
然而，由於雷射光具有較強能量，故而即便使雷射光自基板之背面側入射，亦有對生長於基板之正面側之半導體構造造成損傷之擔憂。若半導體構造遭受損傷，則會導致不良品之產生，從而良率降低。另一方面，若抑制雷射光之強度，則無法使裂縫充分擴展，從而於切斷基板時，不會沿所期望之方向斷裂，此亦將招致良率之降低。如此，於使用雷射刻劃之半導體之製造方法中，半導體構造之保護與雷射刻劃之控制相悖成為問題所在。
針對於此，本案發明人等反覆進行試誤後，發現了既可抑制雷射光之一脈衝強度又可控制裂縫之方法。即，發現了如下事實，即，藉由自圖4之狀態，如圖6所示般將脈衝分割成複數個，並將所分割出之各脈衝LP1、LP2之強度設定為1：(1±0.5)，可使裂縫充分擴展，從而完成了本案發明。即，維持以第一時間間隔INT1呈脈衝狀照射雷射光之步驟，且如圖6所示般，利用脈衝強度經抑制後之複數個分割脈衝LP1、LP2以較短之時間間隔進行各雷射光之照射，而非以一個大脈衝(單脈衝SLP)進行各雷射光之照射，藉此成功地既控制裂縫之擴展又抑制對半導體層之影響。如此所得之點(光點)SPT與裂縫CRK之例示於圖7之照片。該圖係自基板之背面側所見之照片。
如圖6所示，各雷射光照射包括第一雷射脈衝LP1之照射與第二雷射脈衝LP2之照射。第一雷射脈衝LP1與第二雷射脈衝LP2之強度比較佳為大致相等。要想在總量上照射與圖4所示之先前技術之單脈衝相同之脈衝能量，以便實現與之相同之加工性，可藉由分割成大致均等之脈衝，而抑制每一脈衝之能量。其中，可不使第一雷射脈衝LP1與第二雷射脈衝LP2完全一致，例如可使第一雷射脈衝LP1與第二雷射脈衝LP2之強度比為1：(1±0.2)。若強度比較1：(1±0.2)大，則裂縫之擴展性降低。
再者，第一雷射脈衝LP1及第二雷射脈衝LP2之脈衝寬度為100 fs～10000 fs，較佳為200 fs～5000 fs，更佳為500 fs～1000 fs。再者，第一雷射脈衝LP1及第二雷射脈衝LP2之脈衝寬度同樣地，較佳為相等，但無需完全一致，例如第一雷射脈衝LP1與第二雷射脈衝LP2之脈衝寬度可為1：(1±0.2)。
作為第一雷射脈衝LP1與第二雷射脈衝LP2之時間間隔之第二時間間隔INT2較第一時間間隔INT1短1/1000以上。第二時間間隔INT2較佳為3 ps～900 ps，更佳為3 ps～500 ps，最佳為50 ps～350 ps。根據本發明人等所進行之試驗，將第二時間間隔INT2設定為50 ps～350 ps(例如200 ps)時，以最小輸出即可確保裂縫之擴展性。又，若短於下限3 ps，則裂縫之擴展性變動，而無法獲得穩定之結果。再者，如圖6所示，第一時間間隔INT1係指自第一雷射脈衝LP1起算至下一第一雷射脈衝LP1為止之時間，又，第二時間間隔INT2係指自第一雷射脈衝LP1起算至第二雷射脈衝LP2為止之時間。
再者，為了向以固定之距離間隔相隔之點SPT照射雷射光，使雷射光之照射位置與基板5相對移動。例如以固定速度送出基板5，與此同步地於固定位置反覆進行雷射光之照射，藉此可形成複數個以光點間隔STD相隔之點SPT。或者，亦能以使基板固定，而使雷射光之照射位置變化之方式進行掃描，又，亦可將基板之移動與雷射光之掃描組合。再者，光點間隔STD例如為1 μm～10 μm，較佳為2 μm～6 μm。
例如，使雷射光之照射位置固定，而使基板5側移動。藉此，除光點間隔STD以外，根據作為脈衝之時間差之第二時間間隔INT2，光點間之距離間隔DST亦變動。若擴大第二時間間隔INT2，則距離間隔DST變大，連結STD間之光點彼此之裂縫變長，擴展性提高。根據本發明人等所進行之試驗，於50 ps～350 ps之範圍內裂縫之擴展性提高最大。但若脈衝間隔擴大至奈秒級，則裂縫之擴展性降低。即便第二時間間隔INT2為200 ps，且與先前技術之單脈衝(脈衝寬度為700 fs)相比，使脈衝能量降低約60%，依然實現了雷射刻劃加工。
另一方面，第一時間間隔INT1為2 μs～100 μs，較佳為5 μs～40 μs。
根據本發明人等所進行之試驗，先前技術之藉由單脈衝使裂縫擴展所需之脈衝能量為3.4 μJ，但於本實施形態中，其可降低至1.4 μJ。即，於本實施形態中，與先前技術之方法相比，使裂縫擴展所需之脈衝能量降低至40%，加工效率得到改善。又，所要擴展之裂縫之直線性亦得到提高，裂縫之易控制性亦得到提高。
(脈衝間隔為皮秒之雷射)
為了產生上述脈衝間隔為皮秒之雷射，例如可使用圖9所示之邁克爾遜干涉儀等。於該圖所示之邁克爾遜干涉儀之光學系統中，以成為皮秒間隔之脈波串之方式使光分支。此處，使所入射之脈衝狀之雷射光透過第一偏光鏡HWP1，使其偏光旋轉45°而入射至偏振分光鏡PBS，從而將光分支成兩個方向(於圖中為上方向與右方向)。分支後之雷射光成分中，沿上方向反射之雷射光成分(相當於第一雷射脈衝LP1)透過第一圓偏光鏡QWP1被第一金製鏡AUM1反射。另一方面，沿右方向直進之雷射光成分(相當於第二雷射脈衝LP2)透過第二圓偏光鏡QWP2被第二金製鏡AUM2反射。該等分支後之雷射光成分自偏振分光鏡PBS透過偏光元件WP及第二偏光鏡HWP2而分別輸出。此時，各雷射光成分根據光程長度之不同產生時間延遲而輸出。於圖9中，藉由使任一金製鏡(例如第一金製鏡AUM1)移動，可調整第一雷射脈衝LP1與第二雷射脈衝LP2之時間差，即第二時間間隔INT2。例如藉由將光程長度差設定為0.3 mm，可產生1 ps之時間差。又，於將光纖雷射用作雷射光源之情形時，可使用WDM (Wavelength Division Multiplexer，波長複用器)等光學分支元件，調整供複數個脈衝傳播之距離(光纖長度)，藉此亦可調整時間。進而，藉由將光學延遲裝置導入上述分支後之特定光纖，亦可進行脈衝間隔之調整。光學延遲裝置較佳為直插式。
(超短脈衝雷射照射時所發生之現象)
此處，對照射超短脈衝之第一雷射脈衝時所發生之現象進行探討。此處，基於圖10所示之表示自雷射照射後之時間軸上之現象之表(S. K. SUNDARAM, E. MAZUR "Inducing and probing non-thermal transitions in semiconductors using femtosecond laser pulses" Nature Materials Vol.1, pp. 217-224. Dec. 2002之圖1)，研究雷射照射後於各時間尺上定性地發生何種現象。於圖中以A表示之相當於ps(皮秒)之10-12 s～10-11 s之區域中，經過載子(激發電子)間之散射、載子-聲子散射過程，而發生載子之擴散或熱能向晶格之傳播。於該區域中，若向處於載子(電子密度)較通常多之激發狀態下之區域(激發無需多光子吸收)照射後續脈衝，則會電子效率良好地引起光吸收，游離、離子化加速，加工效率提高。並且，於此後以B表示之10-11 s～10-9 s之區域中，其為形成由雷射照射所導致之相轉移(液化、汽化)之「核」之初始過程、或藉由爆炸而產生應力波/形成裂縫之初始過程。因此，可想而知，若後續之第二雷射脈衝到達該區域，則可使加工加速。於B中，特別是以C表示之區域中，可期待具有效率之加工。
其次，作為照射第二雷射脈衝之時機，將作為自第一雷射脈衝起之延遲時間之第二時間間隔各自之裂縫擴展率示於圖11之圖表。於圖11中，以D表示之2 ps～10 ps之範圍(圖10之區域A)係初始之加工性優化範圍，此處，由於係向電子大多存在於傳導體之激發狀態之試樣照射第二雷射脈衝，故而無需多光子吸收。因此，可對電子直接賦予光能，故可想而知，能量吸收效率較高，游離、離子化加速，加工效率提高。
又，於圖11中，以E表示之90 ps～340 ps之範圍(圖10之區域C)係加工性良好範圍，此處，由於一部分殘留激發載子會引起光吸收，故而游離、離子化加速，加工效率上升。又，可想而知，於形成由雷射照射所導致之相轉移(液化、汽化)之「核」之初始過程、或藉由爆炸而產生應力波/形成裂縫之初始過程中，若後續之第二雷射脈衝到達，則可使加工加速。
(實施例)
其次，作為實施例1～6，使第二時間間隔變化而照射雷射光，並利用光學顯微鏡拍攝形成於雷射加工後之藍寶石基板之背面之加工痕跡與裂縫，確認裂縫之擴展性。又，作為比較例1，以單脈衝照射雷射光並進行測定。加工痕跡與裂縫係利用光學顯微鏡於透射照明之環境下對焦於雷射照射部(第1焦距)而拍攝。此處，作為藍寶石基板，使用了4英吋、150 μm厚度者。又，第一時間間隔為10 μs。進而，脈衝寬度為300 fs。於該條件下，脈衝之第二時間間隔於實施例1為3 ps，於實施例2為10 ps，於實施例3為50 ps，於實施例4為90 ps，於實施例5為200 ps，於實施例6為340 ps。其等之結果示於圖12。裂縫之擴展性較佳者記作A、較差者記作C，評價被分成A、B、C三級。
如圖12所示，於實施例1～6中，裂縫之擴展性均可見，且良好(評價為A與B)，特別是，實施例4～6中之裂縫之擴展性最佳(評價為A)。另一方面，比較例1之單脈衝幾乎未見裂縫之擴展(評價為C)。
又，進行使第一雷射脈衝與第二雷射脈衝之強度比變化之試驗。此處，第一雷射脈衝與第二雷射脈衝之強度比於實施例7中為1：1(4：4)，於實施例8中為4：2，於實施例9中為2：4，且使其於比較例2中變化為4：1，於比較例3中變化為1：4，並拍攝加工痕跡與裂縫之觀察圖像。再者，實施例7之其他條件與實施例4為相同條件。其結果示於表1。如表1所示，裂縫之擴展性於強度比為1：1時最佳，另一方面，相對於第一雷射脈衝無論是提高還是降低第二雷射脈衝之強度，均為強度差越大，裂縫之擴展性越差，幾乎未見裂縫之擴展(評價為C)。
[表1]
又，於複數種條件下確認可見良好之裂縫之擴展性之最小脈衝能量。圖13係針對作為比較例4之單脈衝(1脈衝)、作為比較例5之第1雷射脈衝與第2雷射脈衝之間隔為奈秒(1 ns～1000 ns，此處為20 ns)之分割脈衝、作為實施例10之第1雷射脈衝與第2雷射脈衝之間隔為皮秒(本實施形態之範圍為3 ps～900 ps)之分割脈衝各者，分別總結裂縫之擴展性良好之最小脈衝能量所得之圖表。比較其等，實施例10為1.4 μJ，相當於比較例4之單脈衝之3.4 μJ之40%以下(降低60%以上)，確認本實施例可實現較高之加工效率。又，實施例10相對於脈衝間隔為奈秒之比較例5(1.7 μJ)而言，亦相當於80%(20%低減)，確認本實施例可實現更高之加工效率。
又，如圖14所示，與上述相同地，於比較例4、比較例5、實施例10三種條件下，對藍寶石基板背面側之裂縫之形狀，進行確認。基板背面之表面係利用光學顯微鏡於透射照明之環境下對焦於基板背面之表面而拍攝。根據圖14，奈秒之分割脈衝(比較例5)中，裂縫之直線性喪失，但實施例10之皮秒之分割脈衝中，可維持與單脈衝(比較例4)相同之裂縫之直線性。如此，確認根據本實施例，可實現裂縫之直線性較好，加工效率較高之雷射刻劃。如上所述，根據實施例之半導體發光元件之製造方法，可實現具有如下效果之半導體發光元件之製造方法，即，與先前技術之雷射照射相比，藉由將以第一時間間隔照射之雷射光分割成複數個，並將所分割出之脈衝間隔設定為3 ps～900 ps，降低了對半導體層造成破損之虞，從而改善了良率。結果，可提高對半導體層造成損壞之裕度。
又，如圖15所示，根據光學顯微鏡照片，對本實施例之第一雷射脈衝LP1及第二雷射脈衝LP2之脈衝寬度與藍寶石基板背面側之裂縫之形狀之關係進行確認。於實施例11中，脈衝寬度為300 fs，於實施例12中，脈衝寬度為700 fs。其他條件係第一雷射脈衝與第二雷射脈衝之間隔為200 ps，第一雷射脈衝與第二雷射脈衝之強度比為1：1。根據其結果，實施例12之脈衝寬度為700 fs者中，所要擴展之裂縫之直線性良好。
於以上之例中，對沿基板5之厚度方向於固定位置，沿基板5之主面以固定間隔進行雷射光之照射之例進行了說明。但本發明並不限定於該構成，亦可沿不同之厚度方向掃描2次此種以固定深度進行之雷射光之照射。特別是，如圖16A～圖16D之模式剖視圖所示，照射以藉由第一深度之第一掃描而形成之改質區域內為聚光位置之第二掃描之雷射光，藉此可進一步促進裂縫之擴展。於該情形時，首先，如圖16A所示，於已準備好在基板5之正面(第一主面5a側)上生長有半導體構造11之晶圓之狀態下，自該基板5之背面(第二主面5b)側向基板5內之厚度方向即基板5之內部且基板5之深度方向上之第一聚光位置31，照射第一掃描眼之雷射光LB1。此時，要調整雷射光LB1之聚光位置，以使雷射光LB1聚集於第一聚光位置31。要於聚集有雷射光LB1之部分之周邊形成改質區域20，藉由於水平方向掃描雷射光LB1，而形成帶狀之改質區域20。藉由該第一雷射照射步驟，如圖16B之放大剖視圖所示，呈帶狀形成有改質區域20。其次，如圖16C所示，向該改質區域20內且在基板5之厚度方向上與第一聚光位置31不同之第二深度聚光位置32，照射第二掃描眼之雷射光LB2。藉由該第二雷射照射步驟，裂縫之擴展得到促進，可縮短裂縫擴展至基板5之第二主面5b之時間。若如此，則能以較短時間進行切斷晶圓而將其單片化成每個半導體發光元件之步驟。
又，雷射光之掃描次數亦不限於2次，亦可為3次以上。例如，於第一雷射照射步驟前，亦可包括向第三聚光位置照射雷射光之第三雷射照射步驟。藉此，可進一步促進裂縫向基板之第一主面側之擴展。
又，於本發明之其他實施形態之半導體發光元件之製造方法中，亦可將奈秒猝發脈衝雷射(1 ns～1000 ns)之至少1個脈衝分成如本實施形態般之皮秒間隔之2個脈衝加以使用。又，若具備本發明之實施形態之半導體發光元件之製造方法，則進而可增加在第2雷射脈衝之後自第2雷射脈衝隔開3 ps～900 ps之間隔地照射第3雷射脈衝之步驟，亦可增加在第3雷射脈衝之後隔開相同之間隔照射第4雷射脈衝之步驟，或繼而照射第5以上雷射脈衝之步驟。
[產業上之可利用性]
藉由本發明之製造方法而獲得之半導體發光元件不僅可廣泛用作照明用光源、LED顯示器、背光光源、信號機、照明式開關、用於各種感測器及各種指示器等之LED、雷射元件等半導體發光元件，亦可廣泛用於半導體發光元件之製造。
作為業者，自然知曉如下事項：儘管說明書中已示出並敍述了本發明之各種較佳實施例，但本發明並不限於所揭示之特定實施例，該等實施例僅係針對本發明之構思所進行之說明，而不應理解為其對本發明之範圍進行限制，並且其對由申請專利範圍所限定之本發明範圍內之所有修改及變化同樣適應。
3‧‧‧焊墊電極
3A‧‧‧n側焊墊電極
3B‧‧‧p側焊墊電極
5‧‧‧基板
5a‧‧‧第一主面
5b‧‧‧第二主面
6‧‧‧第一半導體層
7‧‧‧第二半導體層
8‧‧‧活化層
10‧‧‧半導體發光元件
11‧‧‧半導體構造
13‧‧‧透光性導電層
14‧‧‧保護膜
20‧‧‧改質區域
31‧‧‧第一聚光位置
32‧‧‧第二深度聚光位置
AUM1‧‧‧第一金製鏡
AUM2‧‧‧第二金製鏡
CP‧‧‧晶片
CRK‧‧‧裂縫
DPT‧‧‧特定深度
DST‧‧‧距離間隔
HWP1‧‧‧第一偏光鏡
HWP2‧‧‧第二偏光鏡
INT1‧‧‧第一時間間隔
INT2‧‧‧第二時間間隔
LB‧‧‧雷射光
LB1‧‧‧第一掃描眼之雷射光
LB2‧‧‧第二掃描眼之雷射光
LP1‧‧‧第一雷射脈衝
LP2‧‧‧第二雷射脈衝
OF‧‧‧定向平面
PBS‧‧‧偏振分光鏡
QWP1‧‧‧第一圓偏光鏡
QWP2‧‧‧第二圓偏光鏡
SLP‧‧‧單脈衝
SPT‧‧‧點(光點)
STD‧‧‧光點間隔
WP‧‧‧偏光元件
於結合圖式加以考慮之情形時，藉由參考以下詳細說明，將更好地瞭解本發明及其所帶來之諸多優點，且易於更全面地理解本發明及其所帶來之諸多優點，該等圖式如下：
圖1係表示本發明之一實施形態之半導體發光元件之剖視圖。
圖2係表示自晶圓切斷出半導體發光元件晶片之狀況之模式剖視圖。
圖3係表示自基板之背面側向第一聚光位置照射雷射光之狀態之模式剖視圖。
圖4係表示先前技術之雷射光照射圖案之例之圖表。
圖5係表示先前技術之雷射光之聚光位置之模式剖視圖。
圖6係表示一實施形態之雷射光照射圖案之例之圖表。
圖7係表示點(光點)與裂縫之例之光學顯微鏡照片。
圖8係表示實施形態之雷射光之聚光位置之模式剖視圖。
圖9係表示邁克爾遜(Michelson)干涉儀之光學系統之模式圖。
圖10係表示自雷射照射後之時間軸上之現象之表。
圖11係表示第二時間間隔各自之裂縫擴展率之圖表。
圖12係表示裂縫之擴展性與加工痕跡形狀之脈衝間隔之關係之表。
圖13係表示先前技術與實施形態之裂縫之擴展所需之最小脈衝能量之圖表。
圖14係表示先前技術與實施形態之基板背面側之裂縫之光學顯微鏡照片。
圖15係表示實施形態之脈衝寬度與基板背面側之裂縫之關係之光學顯微鏡照片。
圖16A係表示自基板之背面側向第一聚光位置照射第一掃描眼之雷射光之狀態之模式剖視圖，圖16B係圖16A之放大模式剖視圖，圖16C係表示於圖16B之狀態下向第二聚光位置照射第二掃描之雷射光之狀態之模式剖視圖，圖16D係表示圖16C後裂縫擴展之狀態之模式剖視圖。
圖17係表示基板中之雷射光之掃描方向之模式俯視圖。

Claims (8)

  1. 一種半導體發光元件之製造方法，其係製造半導體發光元件之方法，包括如下步驟： 準備於基板上設置有半導體構造之晶圓；及 以上述晶圓之基板內之厚度方向上之特定深度，以特定之距離間隔，複數次地以第一時間間隔呈脈衝狀照射雷射光；且 於上述照射雷射光之步驟中，以上述第一時間間隔進行之各雷射光照射包括如下步驟： 向上述基板內之厚度方向上之第一聚光位置，照射具有第一脈衝能量之第一雷射脈衝；及 照射上述第一雷射脈衝後，以短於上述第一時間間隔之3 ps～900 ps第二時間間隔，照射相對於上述第一脈衝能量之強度比為0.5～1.5之第二脈衝能量之第二雷射脈衝。
  2. 如請求項1之半導體發光元件之製造方法，其中 於上述照射第二雷射脈衝之步驟中，將上述第二雷射脈衝之第二脈衝能量相對於上述第一脈衝能量之強度比設定為0.8～1.2。
  3. 如請求項2之半導體發光元件之製造方法，其中 上述第二時間間隔為3 ps～500 ps。
  4. 如請求項3之半導體發光元件之製造方法，其中 上述第二時間間隔為50 ps～350 ps。
  5. 如請求項1之半導體發光元件之製造方法，其中 上述第一雷射脈衝及第二雷射脈衝之脈衝寬度為100 fs～10000 fs。
  6. 如請求項1之半導體發光元件之製造方法，其中 上述第一時間間隔為5 μs～40 μs。
  7. 如請求項1之半導體發光元件之製造方法，其中 上述第一雷射脈衝之第一脈衝能量為0.5 μJ～15 μJ。
  8. 如請求項1之半導體發光元件之製造方法，其中 上述基板為藍寶石基板。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20190232433A1 (en) * 2018-02-01 2019-08-01 Panasonic Corporation Slicing method and slicing apparatus
JP7217426B2 (ja) * 2019-02-22 2023-02-03 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 レーザ加工装置およびレーザ加工方法
US20220326539A1 (en) * 2021-04-08 2022-10-13 Corning Incorporated Real-time modification of line focus intensity distribution

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2848052B2 (ja) 1991-09-02 1999-01-20 株式会社ニコン レーザ加工装置
US7749867B2 (en) 2002-03-12 2010-07-06 Hamamatsu Photonics K.K. Method of cutting processed object
TWI520269B (zh) 2002-12-03 2016-02-01 Hamamatsu Photonics Kk Cutting method of semiconductor substrate
KR101188356B1 (ko) * 2003-12-02 2012-10-08 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 레이저 조사장치, 레이저 조사방법 및 반도체장치의제조방법
JP2006245043A (ja) 2005-02-28 2006-09-14 Toyoda Gosei Co Ltd Ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体素子の製造方法及び発光素子
US9138913B2 (en) * 2005-09-08 2015-09-22 Imra America, Inc. Transparent material processing with an ultrashort pulse laser
GB2459669A (en) 2008-04-30 2009-11-04 Xsil Technology Ltd Dielectric layer pulsed laser scribing and metal layer and semiconductor wafer dicing
KR101697383B1 (ko) * 2009-02-25 2017-01-17 니치아 카가쿠 고교 가부시키가이샤 반도체 소자의 제조 방법
JP5446631B2 (ja) * 2009-09-10 2014-03-19 アイシン精機株式会社 レーザ加工方法及びレーザ加工装置
JP5452247B2 (ja) * 2010-01-21 2014-03-26 東芝機械株式会社 レーザダイシング装置
JP2013046924A (ja) * 2011-07-27 2013-03-07 Toshiba Mach Co Ltd レーザダイシング方法
JP5967405B2 (ja) 2012-01-17 2016-08-10 アイシン精機株式会社 レーザによる割断方法、及びレーザ割断装置
JP2014011358A (ja) * 2012-06-29 2014-01-20 Toshiba Mach Co Ltd レーザダイシング方法
JP5922549B2 (ja) * 2012-10-01 2016-05-24 株式会社日本製鋼所 結晶半導体膜の製造方法および製造装置
JP2014090011A (ja) 2012-10-29 2014-05-15 Mitsuboshi Diamond Industrial Co Ltd Ｌｅｄパターン付き基板の加工方法
JP5836998B2 (ja) * 2013-04-23 2015-12-24 株式会社豊田中央研究所 クラックの生成方法、レーザによる割断方法およびクラック生成装置
JP2015096272A (ja) * 2013-11-15 2015-05-21 キヤノン株式会社 レーザ加工方法及び基板の製造方法
US9517929B2 (en) * 2013-11-19 2016-12-13 Rofin-Sinar Technologies Inc. Method of fabricating electromechanical microchips with a burst ultrafast laser pulses
JP6136908B2 (ja) 2013-12-12 2017-05-31 豊田合成株式会社 発光素子の製造方法
WO2015112943A1 (en) 2014-01-27 2015-07-30 Glo Ab Led device with bragg reflector and method of singulating led wafer substrates into dice with same
JP6308919B2 (ja) * 2014-09-03 2018-04-11 株式会社ディスコ ウエーハの加工方法
JP6260601B2 (ja) * 2015-10-02 2018-01-17 日亜化学工業株式会社 半導体素子の製造方法
CN106238907A (zh) * 2016-08-22 2016-12-21 大族激光科技产业集团股份有限公司 Led晶圆片的激光加工方法
CN106410573A (zh) * 2016-11-02 2017-02-15 国神光电科技（上海）有限公司 一种激光器

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