TWI254468B - Compound semiconductor light-emitting device and production method thereof - Google Patents

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TWI254468B
TWI254468B TW094108288A TW94108288A TWI254468B TW I254468 B TWI254468 B TW I254468B TW 094108288 A TW094108288 A TW 094108288A TW 94108288 A TW94108288 A TW 94108288A TW I254468 B TWI254468 B TW I254468B
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Katsuki Kusunoki
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Showa Denko Kk
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Description

^254468 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 / 本發明係關於一種化合物半導體發光元件及其製造方 ' 法。尤其關於一種化合物半導體發光元件，其具有使發光外 部射出效率得以提高之側面。 【先前技術】 習知化合物半導體發光元件之一例爲pn接合型發光二 極體（LED )(參照例如，寺本巖著之「半導體元件槪論」、 ^ 初版、曰本培風館發行、1 995年3月30曰、第7章）。例 如，習知之GaP系LED係於基板上，使導電性之磷化鎵（GaP ) 單晶得以晶膜生長的GaP層作爲發光層使用（參照該寺本巖 著之「半導體元件槪論」、初版、日本培風館發行、1995 年3月3 0日、第7章）。另外，還有一種由紅色帶、橙黃 色帶至綠色帶LED，其以砷化鋁鎵混晶（組成式AlxGaYAs : 〇 $ X，Y S 1且X + γ = 1 )或磷化鋁鎵銦混晶（組成式 AlxGaYInzP: OSX，Y，ZS1 且 X+Y+Z=l)作爲發色層 (參照該寺本巖著之「半導體元件槪論」、初版、日本培風 館發行、1995年3月30日、第7章）。另外，還有一種近 紫外帶、藍色帶或綠色帶之短波長LED，其以氮化鎵銦（組 成式GaaInpN: 0$α，β$1且α+β=1)等之III族氮化物 半導體層作爲發色層（參照例如，日本特公昭5 5 - 3 8 3 4號公 報）。 該AlxGaYInzP系LED方面，以導電性ρ型或η型之砷 化鎵（GaAs)單晶作爲基板，於其上形成導電性η型或ρ ¢254468
型之發光層。另外，藍色LED方面，以電絕緣性之藍寶石 (a-Al2〇3單晶）等單晶作爲基板使用（參照該日本特公昭 • 5 5 - 3 8 3 4號公報）。另外，針對短波長LE D，以立方晶（3 C . 結晶型）或六方晶（4H或6H結晶型）之碳化矽（SiC)作 爲基板利用。 針對具備於此等基板上已形成的發光層等之半導體層 壓構造物，從數個所形成的晶圓進行個別之化合物半導體發 光元件的分離，通常依照如下之手法。（1 )首先，於成爲 春 基板之晶圓表面’形成爲了構成LED所必要的晶膜生長層 而形成LED用途之半導體層構造物。（2)接著，配置負極 與正極。（3 )同時，所謂利用於分離成個別元件時的分離 區域之直線上，於已形成元件之表面側設置條紋狀凹溝孔， 沿著此分離區域而設置切割線或截斷線。截斷線有可能設置 於形成負極與正極之前的情形，但是，於設置切割線或截斷 線之時間點，化合物半導體發光元件尙殘留於已規則性連續 地配置形成於成爲基板之晶圓表面上的狀況。（4 )爲了截 ® 斷成個別元件，使旋轉中的鑽石硏磨刀等磨具，於該分離區 域之凹溝孔內部進行線形水平式掃描，進行形成應分離區域 之物質的切削、去除。接著，（5 )藉由此切削，從外部進 一步對凹溝孔施加機械式壓力，增加凹溝孔之深度。然後， 利用深溝部之機械式強度弱點，進行截斷而分離成各個元 件。即使不進行增加凹溝部深度般之切削，也有對於切割線 連續或間歇地施加機械式衝擊，並利用基板結晶或晶膜生長 層之劈開性’分離成個別元件之技術手段。利用劈開性而分 1254468 離成個別元件之情形，正常作法上，切割線係設置於平行基 板結晶或成長層之劈開方向，例如，合於離子鍵結性強的 - GaAs等閃鋅鑛型結晶之<1 10>方向。 . 合於將截斷面或依切割所露出的劈開面設爲側面之 LED而使側面之表面積增加的技術手段，其使對外部之發光 射出效率得以增加而成爲優勢。若將此技術應用於外部射出 效率優異的化合物半導體發光元件，則對於同樣的消耗電 力，能夠有助於構成更高亮度之燈泡。然而，將一邊的長度 # 設爲200〜450μπι之約略正方形LED，則設置截斷線或切割 線之分離區域的寬度（橫向寬度）一般充其量僅爲 20〜5 Ομπι。分離區域爲無助於發光的區域。此區域若爲寬廣， 則於基板晶圓上，使發光元件形成成爲可能的區域本身將減 少，導致製造成本之上升。 如此方式，分離區域之寬度（橫向寬度）總算能夠約略 爲磨具刀尖線性般移動的窄度。因而，例如於如此狹窄之寬 度區域，使磨具之刀尖無法縱橫地轉向而使其於線內移動。 ^ 若勉強地使其縱橫地移動，磨具之刀尖將超出線分離區域的 限度，增加使發光層或電極脫落或損壞的機會而形成不良 品。因而，例如得到具有平面形狀之鋸齒形截斷面之表面積 大的側面有困難。 依照利用分割手法而進行劈開，分割成各個元件的情形 也爲相同的。例如，爲了形成擴大已截斷成平面形狀之波形 或鋸齒形之表面積的側面，必須將爲了引起劈開之機械性損 壞賦與波形或鋸齒形。然而，即使例如將機械性損壞賦與波 Ϊ254468 形’尙有不沿著其損壞的方向而仍舊自然地順著劈開性，沿 著劈開方向進行線性分割的不當情形。亦即，不論依照截斷 • 或劈開之任一種，最終之側面，習知例爲約略平面。尤其， - 因劈開法所形成的側面，盡可能作爲雷射光之共振面使用， 爲一具有良好平滑性之平坦面。因而，製造一種具有導致高 的向外部發光射出效率之表面積大之側面的LED爲困難。 日本特開2 0 0 3 - 1 1 0 1 3 6號公報係一種於使發光元件側面 上形成凹凸而使光射出效率得以提高的例子，層壓於藍寶石 • 基板上之化合物半導體層側面上，利用蝕刻進行波形之凹凸 形成。然而，層壓於藍寶石基板上之化合物半導體層非常 薄，因凹凸形成而得到的表面積之增加量非常少。 【發明內容】 解決問穎之技術手段 本發明之目的在於提供一種化合物半導體發光元件，具 備使發光外部射出效率提高之表面積大的側面，使用它的燈 泡以及使用此燈泡之光源。另外，本發明之另一目的在於提 ® 供一種技術手段，爲了於形成表面積大的側面時，不使用磨 具，另外，也不會賦與機械性損壞而容易形成。 本發明提供以下之發明。 (1 ) 一種化合物半導體發光元件，於基板上具備發光 層的化合物半導體發光元件，元件側面之至少基板部的一部 分於邊緣方向具有凹部。 (2)揭示於該1項之發光元件，其中元件側面之化合 物半導體部的至少一部分進一步於邊緣方向具有凹部。 -9- 1254468 (3)揭示於該1或2項之發光元件，其中發光層係由 η型或p型之化合物半導體而成的，爲pn接合型。 ' (4 )揭示於該1項之發光元件，其中基板係由藍寶石、 - SiC與III-V族化合物半導體單晶而成的群中所選出。 (5)揭不於該1至4項中任一項之發光元件，其中凹 部係以4〜40μιη之間距所存在。 (6 )揭示於該1至5項中任一項之發光元件，其中凹 部之深度爲0.5〜ΙΟμιη，寬度爲1〜20μιη。 9 ( 7 )揭示於該1至6項中任一項之發光元件，其中化 合物半導體發光元件爲覆晶晶片型。 (8 ) —種化合物半導體發光元件的製造方法，於成爲 基板之晶圓上，層壓含有由η型或ρ型之化合物半導體而成 的發光層之化合物半導體層，且於既定之位置配置爲了使驅 動電流於該發光層內得以流通的負極與正極，形成爲了分離 各個發光元件的分離區域，並於成爲該基板之晶圓上，沿著 該分離區域直線狀地設置許多小孔，之後，沿著該分離區域 ® 而分割成個別的發光元件。 (9 )揭示於該8項之製造方法，其中利用雷射法形成 小孔。 (1 〇 )揭示於該8或9項之製造方法，其中小孔之開口 徑爲1〜20μιηο (1 1 )揭示於該8至1 〇項中任一項之製造方法，其中 小孔之深度爲基板厚度的W10〜3/4。 (1 2 )揭示於該8至1 1項中任一項之製造方法，其中 -10- ‘1254468 小孔之間距爲4〜4 Ο μ m。 (1 3 )揭示於該8至1 2項中任一項之製造方法，其中 ' 從層壓於基板表面之化合物半導體層側起形成小孔。 - (1 4 )揭示於該8至1 3項中任一項之製造方法，其中 從基板背面起形成小孔。 (1 5 )揭示於該14項之製造方法，其中基板背面之小 孔的深度較基板表面之小孔爲深。 (1 6 )揭示於該8至1 5項中任一項之製造方法，其中 • 小孔係周期性設置。 (1 7 ) —種化合物半導體發光元件之製造方法，於成爲 基板之晶圓上，層壓含有由η型或p型之化合物半導體而成 的發光層之化合物半導體層，於既定之位置配置爲了使驅動 電流於該發光層內得以流通的負極與正極，形成爲了分離各 個發光元件的分離區域，將已於成爲該基板之晶圓內部設定 焦點位置的雷射光，一面沿著該基板之該分離區域進行線形 掃描，並一面間歇地進行照射，之後，沿著該分離區域而分 ®割成各個發光元件。 (1 8 ) —種燈泡，具備揭示於該1至7項中任一項之化 合物半導體發光元件。 (1 9 ) 一種光源，具備揭示於該1 8項之燈泡。 藉由對應於分離區域而於基板上設置小孔後進行壓 裂，發光元件之側面形成具有凹凸之形狀而增加表面積’提 高發光之外部射出效率。另外，相較於習知之截斷線或切割 線，藉由減少散熱區域，化合物半導體之變質層將減少。
(S 1254468 【實施方式】 作爲爲了形成本發明之半導體層構造物的基板材料，可 列舉：藍寶石（α- Al2〇3單晶）、氧化鋅（ZnO)或氧化鎵 - 鋰（組成式LiGa〇2 )等之氧化物單晶材料。如光學透明的 該氧化物單晶材料可以有效地作爲覆晶晶片型LED基板使 用。另外，可列舉：政（S i )單晶、立方晶或六方晶結晶型 碳化矽（SiC )等之IV族半導體單晶、磷化鍺（GaP )或氮 化鍺（GaN )等之III-V族化合物半導體單晶，再者，硫化 Φ 鋅（ZnS )或硒化鋅（ZnSe )等之II-VI族化合物半導體單 晶材料。
於構成半導體層構造物之化合物半導體層中，例如，具 有設置於藍寶石基板或是碳化矽、矽基板等上之 AlxGaYInzNi-aMa ( 1、0SYS 1、0SZS1 且 X+Y + z= l。記號Μ表示非氮之第V族元素，OSa<l。）等之 ΙΠ族氮化物半導體層。另外，具有設置於砷化鎵（GaAs ) 單晶基板上之 AlxGaYAs(0€X，YS1、X+Y=l)層或 • AlxGaYInzP(0^XSl、0SYSl、0SZSl 且 X+Y+Z=l) 層等。另外，具有設置於GaP基板上之GaP層。此等化合 物半導體層係根據目的之機能，應配置於基板上之適當位 置。例如，對於構成雙異質接面構造之發光部’於發光層之 上下兩表面側設置η型與p型之化合物半導體層。 此等化合物半導體之成長方法並無特別之限定’能夠採 用習知之使MOCVD(金屬有機化學蒸氣沈積法）、HVPE(氫 化物蒸氣沈積法）、Μ Β Ε (分子線晶膜生長法）等化合物半
(S -12- 1254468 導體層成長的所有方法。基於膜厚控制性、量產性之觀點， 較宜之成長方法爲MOCVD法。 ' 所謂本發明提及的元件側面，係指基板之側面以及於基 - 板上爲了構成LED所設置的各晶膜生長層之側面，例如， 由發光層之側面所構成的。平面形狀合於三角形LE D，側面 數目爲3。平面形狀爲正方形或長方形之LE D的側面數爲 4。平面形狀爲六角形之LED的側面數爲6。 本發明之化合物半導體發光元件，特徵上元件側面之至 # 少基板部側面的一部分於邊緣方向具有凹部。藉此，側面之 表面積將增加，發光之外部射出效率將提高。於本發明所謂 「邊緣方向」意指構成兀件平面形狀之邊的方向。 元件側面基板部之邊緣方向上的凹部能夠對應於爲了 分離成各個發光元件之分離區域而於基板設置許多的小 孔，藉由沿著分離區域進行壓裂而分割成各個發光元件所形 成的。此處，所謂小孔，意指貫穿基板的孔或未貫穿的洞。 第1圖係顯示爲了製造本發明化合物半導體發光元件之 ® 晶圓平面的示意圖。1係各個發光元件，2係分離區域，3 係小孔。若沿著分離區域2進行壓裂，沿著分離區域之中心 線4，亦即，沿著小孔的中心線4而分割成各個發光元件。 如第2圖（顯示本發明化合物半導體發光元件之平面圖 的示意圖）與第3圖（第2圖之上邊部的局部放大圖）所示’ 已分割的各個發光元件側面之具有小孔3的部分係構成以分 離區域中心線4爲基準之凹部5。此凹部5若連續存在數個 的話，各個發光元件之側面成爲表觀狀之凹凸面。凹凸之形 -13- 1254468 狀能夠藉由適當選擇小孔之形狀、大小'間距而作成所要之 形狀。亦即，如第3圖所示，分別而言，凹部5之間距相同 • 於小孔3之間距，凹部5之寬度相同於小孔3之直徑，凹部 - 5之之深度相同於小孔3直徑之1 /2。還有，於此等之圖中， 1 0係負極形成面。 該小孔能夠從基板表面（半導體層壓側）與/或背面起 予以設置。小孔可以貫穿基板，也可以爲凹陷狀態。從表面 起設置的情形，能夠從已層壓之半導體層的最上部，直接設 Φ 置小孔。此情形下，因爲構成元件側面之半導體層壓部也成 爲凹陷，表面積將增加，發光之外部射出效率將進一步提 高。尤其，若於包圍發光層之周圍的側面具有凹凸爲有利 的，因爲使不被其他半導體層壓構造物構成層所吸收的高強 度發光向外部有效地散亂。另外，分離區域半導體層之一部 分或全部也能夠藉由於蝕刻等予以去除後而設置小孔。 小孔之形成可以利用雷射法、蝕刻法與機械加工法等小 孔形成技術手段之任一種方法而予以形成。基於加工精度與 ^ 加工速度等方面之考量，此等方法之中，雷射法較佳。以下， 以雷射法爲例，詳細加說明本發明，但是，本發明並非僅局 限於雷射法。 能夠用於本發明之雷射加工機，只要於半導體晶圓能形 成小孔，則無論那一種型式均可。具體而言，可以使用C〇2 雷射、YAG雷射、準分子雷射以及脈衝雷射等。其中，脈衝 雷射較佳。 雷射法係於該分離區域，一般沿著中心線進行線形之掃 -14- 1254468 描’並進行間歇式之照射。雷射光所照射之區域上，藉由選 擇性地將此區域上的組成物，例如，藍寶石予以加熱、揮發， ' 形成使水平橫剖面作成約略圓形之小孔。爲了使組成物得以 • 揮散，或是使組成物變換成強度弱的材質，進行照射之雷射 光的波長係根據照射標的物而進行適當之選擇。所謂照射標 的物，係指照射雷射光之目標物（標的物）。例如，以矽作 爲照射目標物之情形，較宜設定波長爲1.06μπι之鈸離子 (Nd3+ )替代型YAG (釔鋁石榴石）固體雷射（參照例如， # 久保宇市著之「醫用雷射入門」、昭和60年6月25日、日 本歐姆社發行、第一版第一刷、50〜55頁）。照射標的物爲 藍寶石之情形，較宜採用波長400nm以下之高能量光。 間歇地照射雷射光之情形，已照射之位置的距離間距成 爲已形成的小孔之間距。換言之，設置小孔之間距係於雷射 光之掃描方向，調整照射雷射光之距離間距而進行控制。若 隨時使照射雷射光之位置改變的話，能夠形成間距不同的小 孔。但是，於本發明，最好以等間距方式而於一直線上周期 ® 性地形成小孔。若以等間距設置同型之小孔的話，因爲形成 具有約略一定形狀之橫剖面形狀的元件側面變得容易。另 外，於分離成各別元件之際，由於均等地受到機械壓力’不 僅發現約略爲一定之側面形狀’也因而使元件間之分離變得 容易。 脈衝雷射之情形，根據頻率與加工速度而能夠調整間 距。 設置小孔之間距較宜爲元件側面之長度（寬度）的w 100 1254468 以上、1/10以下。例如，將側面之長度設爲400 μιη的平面 形狀爲正方形之化合物半導體LED的話，較宜以4μπι以上、 ' 40μπι以下之間距設置小孔。正方形LED的話，一邊之長度 - 成爲側面之長度。以如此之間距，周期性等間距地形成小孔 之際，較宜使用具備於±2 μιη範圍以內能夠進行照射之”位置 決定”精度（對準精度）機能的照射裝置，再將雷射光照射 於目標位置。 針對穩定地形成將開口部之橫剖面形狀作成圓形的小 • 孔，必須藉由光學像差少的光學系而將雷射光照射於標的 物。若經由產生大的非點像差或慧形像差而進行雷射光之照 射，往往形成將開口部作成橢圓形的小孔，長徑方向成爲不 均一之情形，分離成個別元件之情形，已分離之一側元件與 另一側元件形成了具有不同形狀之凹凸的側面。藉此，產生 了無法高收率地得到使側面形狀作成相同之化合物半導體 發光元件的不當現象。亦即，由於元件側面之形狀不同，製 造使朝向外部之發光射出效率不同的化合物半導體發光元 # 件，所以並不妥當。 另外，利用雷射法，雖然一般小孔之開口部形成約略圓 形，例如，若使用準分子雷射的話，藉由通過所要之狹縫形 狀光罩，除了圓形之外，也可以形成長方形、梯形或三角形 之開口形狀。 小孔之開口徑（爲了方便，意指形成半導體層構造物之 照射標的物表面上之開口徑），不受元件側面之長度所拘 泥，較宜將直徑作成1 μιη以上、50μιη以下。開口徑小的小 *1254468 孔，對於形成具有緻密凹凸之元件側面爲有利的。將開口徑 作成20〜5 Ομπι之較大的孔，方便於例如構成將一邊作成 - 〇.75mm以上，尤其，作成lmm以上之大型LED。爲了形成 大型LED之長的元件側面，縱然爲間歇者延長距離’亦即， 花費長時間而進行雷射光之照射’則加速照射標的物之熱變 性，因此，往往無法充分發揮原本所應發揮的機能。因而， 企圖形成大型LED之情形’較宜使開口徑大的小孔’增大 其間距而予以設置。 • 一邊長度爲200〜450μιη —般大小之LED時，小孔之直 徑宜爲1〜20μπι，更佳爲5〜15μηι。 圓形之小孔開口徑（=直徑）係使進行照射的雷射光之 光點直徑而予以變更而調整。若增大光點直徑，將影響開口 徑大的小孔。另外，使照射標的物之垂直位置前後偏離焦點 位置，相較於焦點位置上進行照射之情形，能夠形成增大開 口徑之小孔。尤其，含有GaAs或磷化銦（ΐηρ)或GaN等 之揮發性高的第V族元素之照射標的物的話，即使於一定位 ® 置照射相同波長之雷射光的情形，若將照射時間設爲更長期 間，則能夠形成開口徑更大的小孔。 小孔之垂直橫剖面的二維形狀可以長方形、梯形或三角 形之任一種形狀，對於形成有關本發明之元件側面上，另 外’或是對於分離元件上均無影響。開口部顯示圓形的，垂 直橫剖面形狀顯示長方形的，小孔顯示三維圓柱形狀。垂直 橫剖面形狀爲梯形之情形，小孔顯示平頂型之圓錐。另外， 三角形之垂直橫剖面形狀顯示小孔爲圓錐形。
Cs -17- 1254468 未貫穿之情形的小孔深度係調整雷射光之光功率而予 以控制。進行功率越大的雷射光之照射，能夠形成越深的小 * 孔。一面將功率保持定値，一面進行雷射光照射之情形，一 - 旦增長照射時間，將使小孔的深度增加。但是，爲了形成一 個小孔，若僅將雷射之照射時間設爲長期間，常有產生開口 徑擴大之不當情形。因此，利用於形成小孔之際的雷射光功 率係於可得到所要之深度的期間，調節至不致於造成僅增加 開口徑寬度的範圍。 • 具有形成於基板側面之凹凸的區域，小孔深度將更爲增 加。因而，小孔之深度若爲意料不到的淺，形成凹凸之區域 將減少。另一方面，若超過合適之深度範圍而形成太深的小 孔’對於基板之機械性衝撞的耐力將減弱，因此，方向沿著 不同於小孔配列之方向將導致自發性裂開之情形。一旦沿著 未設置小孔的方向，例如沿著劈開方向而自發性裂開的話， 由於未設置具有使凹凸得以形成之作用的小孔，側面成爲平 面狀的。因此，由於無法增大表面積，不致於使朝外部之發 籲光射出效率提高，所以並不妥當。 設置於基板之小孔的深度適宜爲整個基板厚度之1 /1 〇 以上' 3/4以下。更佳爲1/5以上、1/2以下。例如，適合整 個厚度設爲ΙΟΟμπι之藍寶石基板，小孔的深度較宜爲20μιη 以上、50μπι以下。 小孔能夠從基板之表面（半導體層壓側）與/或背面予 以設置。設置於表面之情形能夠從層壓的半導體層最上部直 接設置小孔。另外，也能夠藉由蝕刻等去除分離區域半導體
-18- 1254468 層之一部分或全部之後設置小孔。此蝕刻用之光阻劑（光罩） 較宜使用半導體層側面成爲沿著小孔的凹凸形狀。 小孔之內部並無構造物而是形成空隙。因而，具有將機 - 械性壓力施加於設置此小孔的直線區域，達成簡易分離的優 點。若預先將小孔設置於基板表面與背面之兩面的話，更容 易地達成元件間之分離。例如，從半導體層構造物之表面， 以一定之間距而有規則且周期性作成窄孔，於基板之表面側 設置小孔，使得此小孔與中心相一致，從基板之背面側起， • 仍相同於表面側，周期性設置小孔。如此方式，從半導體層 壓構造物之表面側與基板之背面側的雙向，若依照形成小孔 的技術手段的話，例如，施加二等分分割小孔的機械性壓力 之際，能夠容易地分割成個別的發光元件（晶片）。 從基板之表面與背面的雙向，於設置爲了形成凹凸之分 離用小孔之際，較宜使從任意方向所設置之小孔的開口形狀 與直徑設爲相同。另外，關於該小孔之深度係以表面與背面 之小孔深度的合計値進行判斷。 ® 另外，例如，僅從基板之表面側，或是僅從背面側之單 向起，也能夠照射雷射光而設置小孔。對於設置貫穿半導體 層壓體，進一步於基板中具有某程度深度的小孔，必須歷經 長期間而使雷射光予以照射。因此，根據所需而擴大小孔的 開口徑寬度，將有無法形成所要的凹凸形狀之情形。如此之 情形，藉由蝕刻等，預先去除分離區域之半導體層壓體一部 分或全部較爲有效。 僅從基板背面側設置小孔之情形，爲了防止不良壓裂的 -19- 1254468 發生，藉由蝕刻等，預先去除分離區域之半導體層壓體一部 分較爲有效。 另外，藉由使雷射光之焦點位置連結於基板內部進行調 整，能夠於基板內部形成小空隙（或變質部）。如此方式， 替代於基板之表面（背面）形成小孔，可以於基板內部形成 小空隙。 於本發明，沿著直線狀而周期性所形成的小孔之約略中 心線，分離成各別之發光元件。例如，將開口作成圓形之圓 ® 柱形小孔予以二分割般地，約略於中央進行縱向切割而將小 孔予以分割。如此的話，完成元件間分離之同時，造成具備 含有半圓柱形插入之側面的發光元件。若將接近而設置的開 口部作成圓形或橢圓形之小孔予以二分割般之截斷，於彎曲 成平面形狀之波浪形（波形）的垂直橫剖面上形成具備周期 性凹凸的橫剖面。小孔之間距成爲平面形狀波浪形之波峰部 的間距。越縮小小孔之直徑將設置越多個小孔，波峰部的間 距變短，因而，於某既定長度之橫剖面，可設置使其表面積 ®增大之更多個蜿诞。 藉由進行使開口部作成正圓形之正圓柱而成的小孔之 二分割，形成平面形狀半圓形之波浪形的「蜿蜒」，對於長 度L之平面側面，能夠形成最大πχί/2倍（π =圓周率）大 小之表面積的元件側面。若具有設置於元件周圍之「蜿蜒」 的側面越多的話，因應於其側面的數目，發光之外部射出效 率將提高。預定成爲元件側面之全部區域，例如，預先形成 於平面形狀正方形之LED的四邊周圍的話，能夠構成被具 -20- 1254468 有使表面積增大之波浪形「蜿蜒」的四個側面所包圍的化合 物半導體發光元件。藉由使元件之所有周圍作成設置Γ蜿蜒」 而增大表面積之側面，尤其能夠構成增加向外部之發光射出 效率的半導體發光元件。 另外，於設置小孔之後，可以使寬度較小孔之直徑爲 小、深度較小孔之深度爲淺的習知切割線沿著小孔的中心線 而設置。藉由進行如此方式，改善了進行各個發光元件壓裂 之際的不良率。此習知切割線能夠利用鑽石針、磨具與雷射 ® 等而予以設置。 本發明之化合物半導體發光元件係藉由利用習用之技 術手段而設置導線，設置具有螢光體之塗層，能夠作成燈 泡。燈泡能夠作爲信號機等之光源使用。 實施例 .以下，藉由實施例進一步詳細說明本發明，但是，本發 明並不僅限於此等實施例。 (實施例1 ) ^ 如下所示’製作由氮化鎵系化合物半導體而成的藍色發 光元件。 交替進行5次層壓：於藍寶石基板晶圓上，隔著由A1N 而成的緩衝層而層壓由未摻雜GaN而成的厚度2μπι之底 層、由摻雜Si (濃度lxl〇19/cm2 )之GaN而成的厚度2μιη 之η接觸層、由摻雜Si (濃度lxl018/cm2 )之Ino.iGao.9N 而成的η覆層、由 GaN而成的厚度16nm之隔離層與由 In〇.2Ga〇.8N而成的厚度2.5nm之井層後，最後依序層壓下列 1254468 各層而作成化合物半導體層壓體：已設置隔離層之多重量子 井構造之發光層、由摻雜 Mg (濃度 lxl02Q/cm2 )之 Al〇.〇7Ga〇.93N而成的厚度2.5nm之p覆層與由摻雜Mg (濃 - 度8xl019/cm2)之GaN而成的厚度〇·15μπι之p接觸層。 於此化合物半導體層壓體之Ρ接觸層上的既定位置，利 用習知之光微影技術與光阻剝落（lift-off )技術，形成具有 從P接觸層側依序層壓Pt、Rh與Au之構造的反射性正極。 接著，利用習知之光微影技術與反應性離子蝕刻技術， φ 如第1圖所示之間距成爲35 0μπι、寬度成爲20μιη之分離區 域的深度成爲1 μ m般之進行餓刻。同時’如第1圖所示’於 面向分離區域的位置，蝕刻成半圓形，使η接觸層得以露出， 作成負極形成面（1 〇 )。接著，利用同業者習知之方法而於 此負極形成面形成Ti/Au二層構造。 將如此方式所得到的半導體晶圓之藍寶石基準背面側 予以拋光與磨光，使厚度成爲8 0 μm而予以薄板化。另外， 磨光方面，使基板背面作成鏡面均一’便容易從藍寶石基板 • 背面，而能確認該分離區域。 接著，於脈衝雷射加工機台上貼附所得到的半導體晶 圓，並以夾頭加以固定。機台能夠向X軸（左右）、γ軸（前 後）方向移動，以θ軸爲旋轉軸而成爲可旋轉的構造。於固 定後，從藍寶石基板背面側’進行雷射之照射’對應於分離 區域之中心線，以25Km間距形成直徑i#111、深度之 橫剖面圓形的小孔。雷射光之波長爲3 5 5 nm ’焦點之光點直 徑聚集成爲8 μφ。焦點位置離開藍寶石基板面之上方，使小 -22- 1254468 孔直徑成爲ΙΟμπί。 於小孔形成後，藉由鬆開真空夾頭、從機台上剝取晶 ' 圓，並從基板表面側予以壓裂而進行分離，從5 2 m m φ之晶圓 ' 得到多個350μιη方形之晶片。另外，於分割後，若觀察元件 側面’兀件側面之基板部係一'種具有2 5 μ m間距、深度約 5μιη、寬度約ΙΟμιη之凹部的凹凸面。 於已安裝裸晶片之狀態的積分球測定，此發光元件顯示 電流20mA、10mW之發光輸出功率。 Φ (比較例1 ) 於藍寶石基板背面，對應於分離區域，除了利用雷射照 射而形成寬度爲1 〇 μ Π1、深度爲2 0 μ m之習知截斷線，替代利 用雷射照射而形成小孔之外，相同於實施例1而製得發光元 件。所得到的發光元件之側面雖然於雷射照射部分形成了微 小之凹凸，但是整個側面非常地平坦。 此發光元件顯示電流20mA、9.5mW之發光輸出功率， 相較於實施例1，約降低5 % 。 β (實施例2 ) 於本實施例，除於基板表面側之已蝕刻的分離區域上形 成小孔，代之以基板之背面側形成小孔之外，相同於實施例 1而製得發光元件。但是，利用雷射而於形成小孔之前，於 半導體表面塗布光阻劑保護膜，於小孔形成後，去除保護膜 上之碎屑，同時，利用洗淨並去除保護膜。 所得到的發光元件側面係一種包含半導體部而具有 2 5μπι間距、深度約5μπι、寬度約ΙΟμπί之凹部的凹凸面。 -23- 1254468 此發光元件顯示電流20mA、10.2mW之發光輸出功率。 (比較例2 ) 除了將從基板表面側所形成的小孔深度作成約3.5 μιη， 並於基板背面側設置相同於比較例1之截斷線之外，相同於 實施例2而製得發光元件。 於所得到的發光元件之側面上，僅於半導體層形成凹 凸。此發光元件顯示電流20mA、9.7mW之發光輸出功率， 相較於實施例2，約降低了 5 % 。 (實施例3 ) 於本實施例，從基板表面側起直到形成小孔爲止，進行 完全相同於實施例2之操作，之後，對應於此小孔之位置的 基板背面上也形成小孔。但是，小孔之深度，表面側爲 1 0 μ m，背面側爲1 5 μ m 〇 所得到的發光元件之側面係包含相同於實施例2之半導 體部而具有25μιη間距、深度約5μπι、寬度約ΙΟμιη之凹部 的凹凸面。 此發光元件顯示電流20mA、10.2mW之發光輸出功率。 (實施例4 ) 於本實施例，直到基板背面形成小孔爲止，進行完全相 同於實施例1之操作，之後，使此小孔二分割成半圓形般之， 利用鑽石針，形成寬度2μιη與深度ΙΟμιη之習知分割線。於 形成分割線後，藉由從基板表面側進行壓裂而分離，從5cmcp 之晶圓得到多個3 5 0 μ m方形之晶片。不良率也較實施例1 更爲改善。 1254468 所得到的發光元件之側面基板部係相同於實施例1，具 有25μιη間距、深度約5μπι、寬度約ΙΟμπα之凹部的凹凸面。 此發光元件顯示電流20mA、10mW之發光輸出功率。 (實施例5 ) 於本實施例，除了離基板背面20 μιη內部，設定雷射光 之焦點位置，並設定光點直徑爲1 μιη，以5 μιη間距照射雷射 光之外，相同於實施例1而製得發光元件。 觀察分割後之發光元件，於元件側面，雷射光焦點位置 附近形成了邊緣方向之凹凸。另外，此發光元件之電流爲 20mA、發光輸出功率爲9.8mW〇 【產業上利用之可能性】 本發明之化合物半導體發光元件，其發光之外部射出效 率極高，作成LED與利用它之燈泡，產業上的利用價値極 大。 【圖式簡單說明】 第1圖係顯示爲了製造本發明化合物半導體發光元件之 晶圓平面的示意圖。 第2圖係顯示本發明化合物半導體發光元件之平面圖的 示意圖。 第3圖係第2圖之上邊部的局部放大圖。 【元件符號說明】 1 發光元件 2 分離區域 3 小孔 4 中心線 5 凹部 -25-

Claims (1)

1254468 十、申請專利範圍： 1 . 一種化合物半導體發光元件，係於基板上具備發光層的化 合物半導體發光元件，其特徵爲元件側面之至少基板部的 一部分於邊緣方向具有凹部。 2·如申請專利範圍第1項之發光元件，其中元件側面之化合 物半導體部的至少一部分進一步於邊緣方向具有凹部。 3·如申請專利範圍第1項之發光元件，其中發光層係由η型 或Ρ型之化合物半導體而成，爲ρη接合型。 Φ 4 ·如申請專利範圍第1項之發光元件，其中基板係由藍寶 石、SiC與III-V族化合物半導體單晶而成的群中所選出。 5·如申請專利範圍第1項之發光元件，其中凹部係以4〜40μιη 之間距存在。 6 ·如申請專利範圍第1 .項之發光元件，其中凹部之深度爲 0.5 〜ΙΟμπι，寬度爲 1 〜20μπι。 7 ·如申請專利範圍第1項之發光元件，其中化合物半導體發 光元件爲覆晶晶片型。 ® 8·—種化合物半導體發光元件的製造方法，於成爲基板之晶 圓上，層壓含有由η型或ρ型之化合物半導體而成的發光 層之化合物半導體層，且於既定之位置配置爲了使驅動電 流於該發光層內得以流通的負極與正極，形成爲了分離各 個發光元件的分離區域，並於成爲該基板之晶圓上，沿著 該分離區域而直線狀地設置許多小孔，之後，沿著該分離 區域而分割成個別的發光元件。 9 ·如申請專利範圍第8項之製造方法，其中利用雷射法形成 -26- 1254468 小孔。 1〇.如申請專利範圃第8項之製造方法，其中小孔之開口徑爲 1 〜2 Ο μ m 〇 U.如申請專利範圍第8項之製造方法，其中小孔之深度爲基 板厚度的1/10〜3/4 。 1 2 ·如申請專利範圍第8項之製造方法，其中小孔之間距爲 4 〜40μπι 〇 13·如申請專利範圍第8項之製造方法，其中從層壓於基板表 面之化合物半導體層側起形成小孔。 14·如申請專利範圍第8項之製造方法，其中從基板背面起形 成小孔。 1 5 .如申gf專利範圍第1 4項之製造方法，其中基板背面之小 孔的深度較基板表面之小孔爲深。 1 6 ·如申請專利範圍第 8項之製造方法，其中小孔係周期性 設置的。 1 7 · —種化合物半導體發光元件之製造方法，於成爲基板之晶 圓上，層壓含有由η型或p型之化合物半導體而成的發光 層之化合物半導體層，於既定之位置配置爲了使驅動電流 於該發光層內得以流通的負極與正極，形成爲了分離各個 發光元件的分離區域，將已於成爲該基板之晶圓內部設定 焦點位置的雷射光，一面沿著該基板之該分離區域進行線 形掃描，並一面間歇地進行照射，之後，沿著該分離區域 而分割成各個發光元件。 1 8. —種燈泡，具備申請專利範圍第1至7項中任一項之化合 -27- 1254468 物半導體發光元件。 1 9 . 一種光源，具備申請專利範圍第1 8項之燈泡
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