TWI639253B - 光裝置 - Google Patents
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Abstract
本發明之課題是提供一種可提高光之取出效率的光裝置。解決手段為使本發明之光裝置具備基板和形成於基板的正面之發光層。基板具有四角形的正面、與正面平行之同等形狀的四角形的背面，以及連結正面及背面的4個側面。在各側面中，有複數個向外側突起的凸部在基板的正面之邊的延伸方向上排列形成。且在各凸部中，沿基板的厚度方向交互地形成凹凸。
Description
本發明是有關於一種在基板的正面形成有發光層的光裝置。
在雷射二極體(LD)或發光二極體(LED)等之光裝置的製造程序中，可在由藍寶石或SiC等所構成之結晶成長用基板的上表面，透過例如磊晶成長(epitaxial growth)以積層發光層(磊晶層)之作法，而製造出用於形成複數個光裝置的光裝置晶圓。LD、LED等之光裝置是形成在光裝置晶圓的正面上成為格子狀之分割預定線所劃分的各區域中，並藉由沿著所述的分割預定線將光裝置晶圓分割而做成單片化之作法，而被製造成一個個的光裝置。
過去，作為沿著分割預定線分割光裝置晶圓的方法，已知的有專利文獻1及2所記載的方法。在專利文獻1所記載的分割方法中，首先，是沿著分割預定線照射對晶圓具有吸收性之波長的脈衝雷射光束以形成雷射加工溝。之後，透過對晶圓賦予外力而以雷射加工溝為分割起點將光裝置晶圓割斷。
專利文獻2中所記載的分割方法是為了提升光裝置的亮度，而將對光裝置晶圓具有穿透性之波長的脈衝雷射光束在晶圓內部會聚成聚光點而進行照射，以在內部形成沿著分割預定線做出的改質層。然後，藉由在改質層上對已將強度降低之分割預定線賦予外力，而分割光裝置晶圓。
專利文獻1：日本專利特開平10-305420號公報
專利文獻2：日本專利特開2008-006492號公報
在專利文獻1、2之光裝置晶圓的分割方法中，是使雷射光束對光裝置晶圓的正面大致垂直地入射，並以雷射加工溝或改質層為分割起點將光裝置晶圓分割為一個個光裝置。所述光裝置的側面，是相對於形成於正面之發光層大致垂直地形成，而將光裝置形成為長方體形狀。據此，在由光裝置的發光層射出的光中，對側面的入射角變得比臨界角度還大之光的比例會變高。因此，在側面產生全反射之光的比例會變高，且在反復地進行全反射當中會導致最終在光裝置內部消光的比例也變高。其結果，有導致光裝置中的光之取出效率降低，且亮度也降低的問題。
本發明是有鑒於所述問題點而作成的，其目的在
於提供一種可提高光之取出效率的光裝置。
本發明之光裝置是包含基板和形成於基板正面之發光層的光裝置，其特徵在於，基板具有四角形的正面、與正面平行之四角形的背面，以及連結正面及背面的4個側面，在各個側面上有複數個向外側突起的凸部在正面之邊的延伸方向上排列形成，且在各凸部中沿基板的厚度方向交互地形成凹凸。
根據此構成，因為在基板的各個側面上形成有複數的凸部，且在凸部中沿基板的厚度方向交互地形成有凹凸，因此可使入射至側面的光當中，用臨界角度以下的方式入射至側面之光的比例增加。藉此，可抑制進行全反射而返回到發光層之光的比例，將從側面發出之光的比例變多，而可以謀求光之取出效率的提升。
藉由本發明，可提升光之取出效率。
1、3‧‧‧光裝置
100‧‧‧雷射加工設備
101、21、31、W1‧‧‧基板
102‧‧‧雷射加工單元
103‧‧‧夾頭台
104‧‧‧夾頭台移動機構
11、33‧‧‧基座
111‧‧‧立壁部
112‧‧‧臂部
115、117‧‧‧導軌
116‧‧‧X軸桌台
118‧‧‧Y軸桌台
121、122‧‧‧滾珠螺桿
123、124‧‧‧驅動馬達
125‧‧‧θ桌台
126、37‧‧‧夾具部
127‧‧‧加工頭
21a、22a、31a‧‧‧正面
21b、22b、31b‧‧‧背面
21c、31c‧‧‧側面
22、32、W2‧‧‧發光層
26‧‧‧凸部
35‧‧‧支撐台
36‧‧‧環狀台
38‧‧‧攝像手段
39‧‧‧按壓刀刃
DF1、DF2、DF3、DF4‧‧‧散焦量
F‧‧‧框架
In‧‧‧分度
K‧‧‧龜裂
LB1‧‧‧正常光
LB2‧‧‧異常光
P‧‧‧間距
Pa、Pb‧‧‧聚光點
R、R1、R2、R3、R4‧‧‧改質層
Ra、Rb‧‧‧改質部
S‧‧‧黏著片
ST‧‧‧分割預定線
W‧‧‧光裝置晶圓
Xa、Yb‧‧‧間隔
圖1是模式地顯示本實施形態之光裝置之構成例的立體圖。
圖2A是圖1之A-A切斷面的模式圖，圖2B是模式地顯示光裝置的前面視圖。
圖3是顯示本實施形態之光裝置中的光被放出之情形的模式性剖面圖。
圖4是顯示比較構造之光裝置中的光被放出之情形的
模式性剖面圖。
圖5A是本實施形態之雷射加工設備的立體圖，圖5B是雷射加工設備中之雷射光線照射的說明圖。
圖6是黏貼步驟的說明圖。
圖7是改質層形成步驟的說明圖，圖7A是改質層形成前的說明圖，圖7B是雷射光線之聚光點的說明圖，圖7C是由上方觀察已形成改質層之分割預定線的說明圖，圖7D是改質層形成後之說明圖。
圖8A是光裝置晶圓的概要立體圖，圖8B及圖8C是圖8A之B-B切斷面的模式圖。
圖9是改質層形成步驟的說明用立體圖。
圖10是分割步驟的說明圖。
以下，參照附圖，對本實施形態之光裝置進行說明。圖1是模式地顯示本實施形態之光裝置之構成例的立體圖。圖2A是圖1之A-A切斷面的模式圖，圖2B是模式地顯示光裝置的前面視圖。圖3是顯示光裝置的光放出狀態的說明用剖面模式圖。
如圖1及圖2所示，光裝置1是包含基板21和形成於基板21正面21a之發光層22而構成。基板21以透明的為較佳。基板21可以使用作為結晶成長用基板之藍寶石基板(Al2O3基板)、氮化鎵基板(GaN基板)、碳化矽基板(SiC基板)，及氧化鎵基板(Ga2O3基板)所形成之基板為例示說明。如圖3
所示，光裝置1是以打線(wire bonding)組裝或倒裝晶片組裝方式組裝在基座11上。
發光層22是藉由在基板21的正面21a上使以電子為多數載子的n型半導體層(例如，n型GaN層)、半導體層(例如，InGaN層)，以及以電洞為多數載子的p型半導體層(例如，p型GaN層)依序進行磊晶成長而形成。而且，於n型半導體層和p型半導體層上各形成有外部取出用的2個電極(圖未示)，並可透過對2個電極施加來自外部電源的電壓而從發光層22放出光。
回到圖1及圖2，基板21的正面21a及背面21b是形成為，由平面觀看構成大致相同的四角形，且為互相平行。基板21還具備連結正面21a及背面21b的各四邊的4個側面21c。
在各側面21c中，有複數個向外側突起之凸部26排列形成在正面21a之四個邊的延伸方向上。藉此，如圖2A所示，將基板21在與正面21a平行之面(圖1的A-A切斷面)切斷而觀看時之各側面21c的剖面形狀會形成為波浪狀。如圖1及圖2B所示，在形成於側面21c之各個凸部26中會變成沿基板21的厚度方向(上下方向)交互地形成有凹凸的形狀。因此，由前面觀察基板21時，位於左右兩側之凸部26的形狀，是以交互地形成之凹凸形成為波浪狀。在本實施形態中，雖然相較於形成於上下方向之凹凸的間距間隔，會將凸部26之排列方向(正面21a之四個邊的延伸方向)的凹凸的間距間隔形成得比較小，但是也可以將其做成相同，或形成得
比較大。再者，上述的各個波浪狀，如圖所示，並不限定為平緩地彎曲的形狀。例如，凸部26，或形成於凸部26之凹凸的凸起部分的剖面形狀，也可以做成呈梯形(等腰梯形)地隆起、或呈三角形地尖起。
其次，針對透過本實施形態之光裝置1形成之亮度改善效果，將參照著圖3及圖4進行說明。圖4所示為從用於與實施形態比較之比較構造的光裝置中將光發出之情形的剖面模式圖。比較構造之光裝置3，相對於實施形態之光裝置1，除了基板側面的形狀不同之點外，具有共通之構成。亦即，比較構造之光裝置3是由將正面31a及背面31b形成大致相同之四角形狀之基板31，和形成於基板31正面31a的發光層32所構成，且被組裝在基座33上。而且，將基板31的4個側面31c形成為垂直於正面31a及背面31b的平面狀。
如圖3所示，在本實施形態中之光裝置1中，在發光層22所產生的光，主要是由正面22a及背面22b放出。從發光層22的正面22a放出的光(例如，光路A1)，會通過鏡片構件(圖未示)等而被取出至外部。另一方面，例如，從發光層22的背面22b射出而傳播光路A2之光，是相對於基板21的側面21c和空氣層的界面，以入射角θ 1進行入射。在此，因為於側面21c的凸部26中沿基板21的厚度方向交互地形成凹凸，因此在凸部26中使光路A2入射之面會傾斜成比垂直面還靠向發光層22側。藉此，傳播光路A2之光的入射角θ 1就會變小而變成在基板21的臨界角度以下。因此，傳播光路A2的光，會將一部分往空氣層側穿透而放出(光路A3)，
並將其餘部分反射(光路A4)。
傳播光路A3的光，往空氣層側穿透之後會在基座11的正面被反射，並被取出至外部。傳播光路A4的光，因為入射角θ 1如上述地變小，因此會以穿過基板21之進行方向變成接近圖2中的橫向方向的方式，入射至相反側(圖3中的右側)的側面21c而往空氣層側放出。
相對於此，如圖4所示，是將比較構造之光裝置3的光路B1、B2形成與實施形態之光裝置1的光路A1、A2相同。然而，因為基板31之側面31c為垂直於正面31a及背面31b的平面，因此相對於側面31c和空氣層的界面之光路B2的入射角θ 2，會變得比實施形態之入射角θ 1還大。因此，傳播光路B2之光的入射角θ 2會變得比基板21之臨界角度還大，並在側面31c和空氣層的界面進行全反射(光路B3)。傳播光路B3之光，會在基座33的正面被反射(光路B4)。傳播光路B4之光的進行方向，相較於傳播光路A4之光，在圖4中會變成更接近縱向方向，並於穿過基板31之後入射至發光層32而被吸收，變得無法取出至外部。
如以上所述，由於根據本實施形態之光裝置1，可在基板21的側面21c上形成複數個凸部26，且於各凸部26中交互地形成凹凸，因此可以做到將由發光層22射出而與光路A2同樣地傳播之光，和光路A3、A4同樣地取出至外部。因此，與光路A2同樣地傳播之光，相較於和比較構造之光路B2同樣地傳播之光，可以減少在側面21c進行全反射之光的比例。藉此，可以將在基板21的內部反復進行反射而返
回到發光層22之光的比例變少，並增加從基板21發出之光的比例，而可以提高光之取出效率，進而謀求亮度的提升。
接著，對本發明之實施形態之光裝置的加工方法進行說明。本實施形態之光裝置的加工方法，是經過黏貼步驟、以雷射加工設備進行之改質層形成步驟、以分割設備進行之分割步驟而實施。在黏貼步驟中，是將黏著片黏貼於形成有發光層之光裝置晶圓的正面。在改質層形成步驟中，會將在光裝置晶圓的內部沿著分割預定線做出的改質層形成。在分割步驟中，是以改質層為分割起點而分割成一個個的光裝置。以下，詳細說明本實施形態之加工方法。
參照圖5，針對在光裝置晶圓的內部形成改質層的雷射加工設備進行說明。圖5A是本實施形態之雷射加工設備的立體圖，圖5B是雷射加工設備中的雷射光線照射的說明圖。再者，本實施形態之雷射加工設備並不限於圖5A所示之構成。雷射加工設備，只要可以對光裝置晶圓形成改質層，任何構成皆可。
如圖5A所示，雷射加工設備100是構成為使照射雷射光線之雷射加工單元102和保持光裝置晶圓W的夾頭台(保持手段)103相對移動，而對光裝置晶圓W進行加工。
雷射加工設備100具有長方體狀之基板101。在基板101的上表面設置有可將夾頭台103沿X軸方向加工傳送，並且沿Y軸方向分度傳送之夾頭台移動機構104。在夾頭台移動機構104的後方，直立設置有立壁部111。從立壁部111
的前面有臂部112突出，並在臂部112上將雷射加工單元102支撐成與夾頭台103相向面對。
夾頭台移動機構104具有配置於基板101的上表面之平行於X軸方向之一對導軌115，和可滑動地設置在一對導軌115上之馬達驅動的X軸桌台116。又，夾頭台移動機構104具有配置於X軸桌台116的上表面之平行於Y軸方向之一對導軌117，和可滑動地設置在一對導軌117上之馬達驅動的Y軸桌台118。
在Y軸桌台118的上部設置有夾頭台103。再者，於X軸桌台116、Y軸桌台118的背面側，分別形成有圖未示之螺帽部，於這些螺帽部中螺合有滾珠螺桿121、122。並且，可藉由將連結到滾珠螺桿121、122之一端部的驅動馬達123、124旋轉驅動，而使夾頭台103沿著導軌115、117在X軸方向及Y軸方向上移動。
夾頭台103是形成為圓板狀，並透過θ桌台125可旋轉地設置於Y軸桌台118的上表面。在夾頭台103的上表面，藉由多孔陶瓷(porous ceramics)材而形成有吸附面。在夾頭台103的周圍，透過一對支撐臂而設置有4個夾具部126。藉由以空氣致動器(圖未示)驅動4個夾具部126，就可從四方挾持固定光裝置晶圓W周圍的環狀框架F。
雷射加工單元102具有設置於臂部112前端之加工頭127。在臂部112及加工頭127內設置有雷射加工單元102的光學系統。在加工頭127上，是透過例如圖未示之雙折射晶體將從圖未示之發射器所發射的雷射光線分離成正
常光LB1和異常光LB2(參照圖5B)之2種雷射光線。然後，將分離之正常光LB1及異常光LB2分別透過圖未示之聚光鏡進行聚光，而對保持於夾頭台103上之光裝置晶圓W進行雷射加工。此時，正常光LB1及異常光LB2的雷射光線，對光裝置晶圓W具有穿透性之波長，並可在光學系統中調整成聚光於光裝置晶圓W的內部。再者，針對分離成正常光LB1及異常光LB2的分離手段，可以應用日本專利特開2007-000931號公報所揭示之設備的對應部分。
藉由所述雷射光線的照射，可在光裝置晶圓W的內部形成作為分割起點的改質層R(參照圖7D、圖8B)。改質層R是指藉由雷射光線的照射而使光裝置晶圓W內部的密度、折射率、機械性強度和其他的物理特性變得與周圍不同的狀態，且導致強度也比周圍還低的區域。改質層R，可為例如，溶融再固化區域、裂痕區域、絕緣破壞區域、折射率變化區域，也可以是將這些混合而成的區域。
光裝置晶圓W是形成為大致呈圓板狀。光裝置晶圓W是包含基板W1，和形成於基板W1的正面之發光層W2而構成。光裝置晶圓W，以複數條交叉之分割預定線ST而劃分成複數個區域，並在此被劃分之各區域中分別形成有光裝置1(參照圖6及圖8A)。又，在圖5A中，光裝置晶圓W，是將形成有發光層W2的正面朝下，而黏貼於貼設在環狀之環形框架F上的黏著片S上。
參照圖6到圖10，對本實施形態之光裝置晶圓的加工方法的流程加以說明。再者，下述的各步驟，僅為其
中的一例，並不受限於此構成。
首先，實施圖6所示之黏貼步驟。在黏貼步驟中，首先，將光裝置晶圓W以成為發光層W2側之正面朝上的狀態配置在框架F的內側。之後，藉由黏著片S將光裝置晶圓W的正面(上表面)和框架F的上表面黏貼成一體，透過黏著片S將光裝置晶圓W裝設於框架F上。
實施過黏貼步驟後，實施如圖7A~圖7D所示之改質層形成步驟。圖7A是改質層形成前的說明圖，圖7B是雷射光線之聚光點的說明圖，圖7C是由上方觀看形成改質層之分割預定線的說明圖，圖7D是改質層形成後之說明圖。在改質層形成步驟中，如圖7A所示，是藉由夾頭台103保持光裝置晶圓W之黏著片S側，並使框架F受到夾具部126保持。其次，將光裝置晶圓W中的預定的分割預定線ST定位到加工頭127的正下方。然後，將從加工頭127所照射之雷射光線的正常光LB1的聚光點Pa及異常光LB2的聚光點Pb定位於光裝置晶圓W的內部(參照圖5B)。再者，將從加工頭127所照射之雷射光線的正常光LB1的聚光點Pa及異常光LB2的聚光點Pb，如圖7B所示，在X軸方向上隔著間隔Xa，在Y軸方向上隔著間隔Yb而定位。
其次，從加工頭127照射對光裝置晶圓W為具有穿透性之波長之雷射光線的正常光LB1和異常光LB2。藉由邊進行此照射，邊將光裝置晶圓W沿X軸方向移動，以如圖7C所示，在光裝置晶圓W的內部形成沿著分割預定線ST做出的改質層R。在改質層R中，是使雷射光線之以正常光LB1
形成之改質部Ra和以異常光LB2形成之改質部Rb在X軸方向上隔著Xa之間隔，在Y軸方向上隔著Yb之間隔，且按照取決於雷射光線之波長的脈衝間距P在X軸方向上排列而形成複數個。
圖8A是光裝置晶圓的概要立體圖，圖8B及圖8C是圖8A之B-B切斷面的模式圖。圖9是改質層形成步驟的說明用立體圖。如圖7D、圖8B及圖9所示，上述之以雷射光線進行之改質層R的形成，是改變上下位置而反復進行複數次。最初的改質層R1是將圖9中之上下方向(Z軸方向)的形成位置，設定在距離光裝置晶圓W的背面Wa(上表面)散焦量DF1之量，且成為正面方向(向下方向)的位置上。在所述的上下位置上沿著所有的分割預定線ST都形成由改質部Ra、Rb所構成之改質層R1後，應當進行第2次的改質層R2之形成，並設定比散焦量DF1還小的散焦量DF2。然後，藉由雷射光線的照射進行第2次的改質層R2之形成，其形成位置是在鄰接於最初的改質層R1之背面側(上側)的位置上，並設定成在分割預定線ST的寬度方向(Y軸方向)上以分度(index)In之量分開的位置上。在第3次以後之改質層R(R3、R4)的形成中，相對於其前一個改質層R(R2、R3)的形成，是將散焦量設定為較小，並在分割預定線ST之寬度方向的相反側以分度In之量分開而照射雷射光線。藉此，可從光裝置晶圓W的正面側(下表面側)移動到背面側(上表面側)而形成複數個改質層R(在本實施形態中為R1~R4的4層)，並使在上下方向上鄰接之改質層R彼此在分割預定線ST的寬
度方向上互相有差距地形成。這樣一來，就可以在光裝置晶圓W的內部形成沿著分割預定線ST做出的分割起點。
改質層形成步驟後，如圖10所示，可實施分割步驟。在分割步驟中，是以將光裝置晶圓W的基板W1側朝下的狀態載置於斷裂設備(圖未示)的一對支撐台35上，並將光裝置晶圓W周圍的框架F載置於環狀台36上。載置於環狀台36上之框架F，會受到設置於環狀台36四方的夾具部37保持。一對支撐台35是在一個方向(與紙面垂直的方向)上延伸，且在一對支撐台35之間配置有攝像手段38。藉由此攝像手段38，可由一對支撐台35之間拍攝光裝置晶圓W的背面(下表面)。
在夾著光裝置晶圓W之一對支撐台35的上方，設置有可從上方按壓光裝置晶圓W的按壓刀刃39。按壓刀刃39是在一個方向(與紙面垂直的方向)上延伸，並透過圖未示之按壓機構而上下活動。當以攝像手段38拍攝光裝置晶圓W的背面後，即可根據拍攝圖像將分割預定線ST定位到一對支撐台35之間且位於按壓刀刃39的正下方的位置。然後，藉由將按壓刀刃39降下，就可以使按壓刀刃39隔著黏著片S壓抵於光裝置晶圓W上而賦予外力，進而以改質層R為分割起點分割光裝置晶圓W。此時，在按壓刀刃39所壓抵之分割預定線ST上，會在於分割預定線ST之寬度方向上互相有差距地形成而沿光裝置晶圓W之厚度方向鄰接的改質層R之間形成龜裂K(參照圖8C)。藉由此龜裂K，就可以在分割預定線ST上，以圖1及圖2所示之側面21c的形狀，亦即，以
複數之複數個凸部26排列而形成，且於各凸部26中交互地形成為凹凸的形狀從正面延伸到背面而進行分割。此時，改質層R會變成可將夾著分割預定線ST之其中一邊的光裝置1的凸部26，和另一邊之光裝置1的凸部26之兩者都形成(參照圖8C)。光裝置晶圓W，可藉由將按壓刀刃39壓抵於所有的分割預定線ST而被分割成一個個的光裝置1。
再者，雖然並無特別限定，但是作為改質層形成步驟中的雷射加工條件，可以舉以下之實施例1~3為例示說明。下述之表1中所示為實施例1之加工條件，表2中所示為實施例2之加工條件，表3中所示為實施例3之加工條件。再者，在所有的實施例中，皆是設成改質層R的形成次數：4次，加工傳送速度：600mm/s，間距P(1個凸部26的寬度)：3μm，並以光裝置的平面尺寸：0.65mm×0.65mm之條件進行加工。
【表3】
上述實施例1~3之條件的光裝置，於對所發射之所有光的強度(功率)的總計值進行測定(全發射束測定)後，發現相較於與上述比較構造同樣地將基板的側面形成平面狀的光裝置，亮度提升了1~2%。
如以上所述，根據本實施形態之加工方法，光裝置晶圓W的厚度即使變薄，也可以在基板21之各側面21c上形成複數個凸部26，並在光裝置晶圓W的厚度方向上於各凸部26中交互地形成凹凸。而且，在改質層步驟中，因為在光裝置晶圓W的厚度方向上互相有差距地形成鄰接之改質層R，因此只要在分割步驟中對光裝置晶圓W賦予外力，就可以分割成上述之形狀。藉此，可抑制將上述之各步驟變複雜、或將步驟時間變長之情形，而得以有效率地製造光裝置1。
再者，本發明並不受限於上述實施形態，且可進行各種變更而實施。在上述實施形態中，關於在附圖中所圖示之大小或形狀等，並不受限於此，而可在發揮本發明的效果的範圍內作適當的變更。另外，只要不脫離本發明之目的範圍，均可以作適當的變更而實施。
例如，在上述實施形態中，雖然是藉由斷裂設備進行分割步驟，但並不受限於此，只要是可以沿著分割預定線ST將光裝置晶圓W分割成一個個的光裝置1的都可
以。
又，在上述實施形態中，可將上述各步驟分別在不同的設備上實施，也可以在同一個設備上實施。
本發明用於提升於基板的正面形成有發光層之光裝置的光取出效率是有用的。
Claims (1)
- 一種光裝置，為包含基板和形成於該基板正面之發光層的光裝置，其特徵在於，該基板具有四角形的正面、與該正面平行之四角形的背面，以及連結該正面及該背面的4個側面，在該各側面中，有複數個向外側突起的凸部在該正面之邊的延伸方向上排列形成，且在各該凸部中，沿該基板的厚度方向交互地形成凹凸。
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