発光デバイス、発光デバイスの製造方法および発光デバイス素材の加工装置
【課題】サファイア層内から光線が効率よく出射される発光デバイスを提供する。
【解決手段】サファイア層２に発光層３が積層された発光デバイスにおいて、サファイア層の断面形状を、内角が鈍角である多角形状（例えば正六角形状）とし、内部の光線の反射角度が保存されにくく、少ない反射回数で側面を透過するように構成する。
【解決手段】サファイア層２に発光層３が積層された発光デバイスにおいて、サファイア層の断面形状を、内角が鈍角である多角形状（例えば正六角形状）とし、内部の光線の反射角度が保存されにくく、少ない反射回数で側面を透過するように構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディスプレイのバックライトやＬＥＤ表示器等に使用される発光ダイオード等の発光デバイスに関し、また、この種の発光デバイスを製造するにあたって好適な方法および加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）等の発光デバイスとして、サファイア層の表面に発光層が積層されたものが提供されている（特許文献１）。このような発光デバイスは、親基板であるサファイア基板の表面に発光層が積層されてなる発光デバイス素材を、サファイア基板に設定された分割予定ラインに沿って切断して分割することにより、一枚の発光デバイス素材から多数を得るといった方法で製造されている。
【０００３】
従来、上記サファイア基板のような基板を分割予定ラインに沿って切断し、分割する方法として、分割予定ラインに沿ってパルスレーザ光線を照射してレーザ加工溝を形成し、このレーザ加工溝に外力を与えることにより基板を割断するといった方法が知られている（特許文献２）。また、透過性を有するパルスレーザ光線を基板の内部に集光点を合わせて照射して、内部に分割予定ラインに沿った変質層を連続的に形成し、この変質層で強度が低下した分割予定ラインに外力を与えることによって基板を割断する方法も提案されている（特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−５６２０３号公報
【特許文献２】特開平１０−３０５４２０号公報
【特許文献３】特許３４０８８０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
サファイア層の表面に発光層が積層された構造の発光デバイスにおいては、発光層で発光する光線がサファイア層に放射され、その光線がサファイア層から空気中に出射される。ところで、サファイアの屈折率はかなり大きく、これに起因して次のような問題が起こっていた。すなわち、発光層からサファイア層に出射された光線がサファイア層とサファイア層に隣接する層（例えば空気）との界面を透過するには、該界面の法線に対して所定の角度（サファイアと空気の界面である場合は３４．５°）より小さい角度で界面に入射する必要があり、これより大きい角度で界面に入射した光線はサファイア層から出射されずにサファイア層中に閉じ込められてしまい、効率よくサファイア層から光線が出射されないという問題である。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、サファイア層内から光線が効率よく出射される発光デバイスを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の発光デバイスは、サファイア層と、該サファイア層に積層されて該サファイア層に光線を放射する発光層とを有する発光デバイスであって、前記サファイア層は、前記発光層に対する反対側の面である裏面と、該裏面から該発光層に至る側面とを有しており、前記裏面は、内角が鈍角である多角形状に形成されていることを特徴としている。
【０００８】
本発明の発光デバイスにおけるサファイア層は、多角形状をなす裏面の複数の各辺から発光層に至る複数の側面で囲繞された構成である。このため、サファイア層内において１つの側面（サファイア層に隣接する層との界面）に対する光線の入射角度が該側面を透過しない角度であっても、反射した後の次に入射する側面、あるいはその次に入射する側面では、該側面を透過可能な角度になりやすい。その結果、サファイア層内から出射する光線の量が多くなる。
【０００９】
本発明の発光デバイスにおいては、サファイア層の裏面の形状が、内角１２０°である正六角形であることを好ましい形態としている。
【００１０】
次に、本発明の発光デバイスの製造方法は、上記のサファイア層の形状が内角１２０°である正六角形の発光デバイスを好適に製造する方法であって、サファイア基板の一の面に発光層が積層されており、該サファイア基板に設定された、第１の方向に間欠的に延びる複数の第１分割予定ラインと第２の方向に間欠的に延びる複数の第２分割予定ラインと第３の方向に間欠的に延びる複数の第３分割予定ラインとにより、正六角形をなす複数の発光デバイス領域がハニカム状に区画された発光デバイス素材を、前記サファイア基板の、前記一の面とは反対側の他の面を露出させた状態で保持手段に保持する保持工程と、前記サファイア基板を透過する波長のレーザ光線を該サファイア基板の内部に集光点を合わせて照射することにより該サファイア基板の内部に変質層を形成するレーザ加工を、前記第１分割予定ラインに対して行う第１のレーザ加工工程と、前記レーザ加工を、前記第２分割予定ラインに対して行う第２のレーザ加工工程と、前記レーザ加工を、前記第３分割予定ラインに対して行う第３のレーザ加工工程と、前記レーザ加工により前記変質層が形成された前記発光デバイス素材の前記第１分割予定ライン、前記第２分割予定ラインおよび前記第３分割予定ラインに外力を与えることにより、全ての該分割予定ラインを割断して該発光デバイス素材を複数の前記発光デバイスに分割する分割工程とを含むことを特徴としている。
【００１１】
また、本発明の発光デバイスの加工装置は、上記本発明の製造方法に係る発光デバイス素材にレーザ加工を好適に施すものであって、サファイア基板の一の面に発光層が積層されており、該サファイア基板の該一の面とは反対側の他の面に設定された、第１の方向に間欠的に延びる複数の第１分割予定ラインと第２の方向に間欠的に延びる複数の第２分割予定ラインと第３の方向に間欠的に延びる複数の第３分割予定ラインとにより、正六角形をなす複数の発光デバイス領域がハニカム状に区画された発光デバイス素材を、前記サファイア基板の前記他の面を露出させた状態で保持する保持面を有する保持手段と、該保持手段を回転駆動する回転駆動手段と、前記保持手段に対向配置され、該保持手段に保持された前記発光デバイス素材における前記サファイア基板を透過する波長のレーザ光線を該サファイア基板に照射するレーザ光線照射手段と、前記保持手段と前記レーザ光線照射手段とを、前記保持面と平行な方向に相対移動させて、前記レーザ光線を、該保持面に保持された前記サファイア基板に対して走査させるレーザ光線走査手段とを備えることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、サファイア層内から光線が効率よく出射される発光デバイスを提供することができるといった効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態の発光デバイスを模式的に示す（ａ）斜視図、（ｂ）側面図、（ｃ）平面図である。
【図２】一実施形態の発光デバイスのサファイア層内を光線が透過する状態を模式的に示す断面図である。
【図３】従来の発光デバイスのサファイア層内で光線が保存される状態を模式的に示す断面図である。
【図４】エスケープコーンを説明するための図であって、一般的な発光デバイスを模式的に示す斜視図である。
【図５】（ａ）多数の正六角形状の発光デバイスを含む発光デバイス素材の平面図、（ｂ）多数の正五角形状の発光デバイスを含む発光デバイス素材の平面図である。
【図６】本発明の一実施形態の製造方法で多数の正六角形状の発光デバイスが得られる発光デバイス素材の断面図である。
【図７】発光デバイス素材の表面拡大図であって、１つの発光デバイス領域を示す図である。
【図８】本発明の一実施形態に係るレーザ加工装置の斜視図である。
【図９】レーザ加工装置に供給するために発光デバイス素材を粘着テープを介してフレームに支持させた状態を示す斜視図である。
【図１０】レーザ光線の照射によってサファイア層の内部に変質層を分割予定ラインに沿って間欠的に形成している様子を示す断面図である。
【図１１】サファイア基板に形成された３方向に延びる多数の分割予定ラインに順次レーザ光線を照射して変質層を形成する過程を（ａ）〜（ｃ）の順に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。
（１）発光デバイス
（１−１）発光デバイスの構成
図１は、一実施形態の発光デバイス１を示している（（ａ）斜視図、（ｂ）側面図、（ｃ）平面図）。この発光デバイス１は、サファイア層２の表面（図１（ａ），（ｂ）では下側の面）２ａに発光層３が積層された構成である。
【００１５】
図１（ｃ）に示すように、一実施形態の発光デバイス１は、サファイア層２と発光層３の積層方向から見た平面視が内角１２０°の正六角形である。すなわち、サファイア層２の断面形状は正六角形であり、このサファイア層２の表面２ａに、同一の正六角形の断面形状を有する発光層３が積層されている。換言すると、サファイア層２の表面２ａおよび裏面２ｂは同一寸法の正六角形に形成されており、これら表面２ａと裏面２ｂとの間に、裏面２ｂの６つの各辺２ｃから発光層３に至る６つの長方形状の側面２ｄ（図２で２ｄ−１〜６）がそれぞれ形成されている。
【００１６】
本実施形態の発光デバイス１によれば、発光層３が発光することにより、発光層３から放射される光線がサファイア層２内を透過して、裏面２ｂおよび各側面２ｄからサファイア層２の外（例えば空気中）に出射する。
【００１７】
発光層３は、この種のものとして一般周知のものであって、例えばバンドギャップ層、または量子井戸で構成されるが、これに限定されるものではなく、その材料は、III−V族、またはII−VI族の元素より構成された化合物、例えば、窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）、窒化ガリウムインジウム（ＧａＩｎＮ）、窒化アルミガリウム（ＡｌＧａＮ）、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）、亜鉛ドープの窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ：Ｚｎ）、アルミニウムインジウムガリウムリン（ＡｌＩｎＧａＰ）、またはガリウムリン（ＧａＰ）のいずれかを含む発光素子により構成される。これら材料のいずれかを含む発光素子としては、上記発光ダイオードやＥＬ（Electro Luminescence）素子等が挙げられる。
【００１８】
（１−２）発光デバイスの作用効果
図２に示すように、本実施形態ではサファイア層２の断面形状が、内角θ１が１２０°の正六角形であることにより、サファイア層２内からの光線の出射量が多くなる。その理由を述べると、図３は断面形状（裏面形状）が正方形であるサファイア層２Ｂを示しており、このサファイア層２Ｂ内で光線Ｌが側面２ｄに入射した場合において、光線Ｌが側面２ｄ、すなわちサファイア層２と例えば空気との界面を透過して空気中に出射することが可能な臨界角度θは、両者の屈折率に基づき約３４．５°と比較的小さい。この臨界角度θ内の角度で光線Ｌが側面２ｄに入射すれば光線Ｌは側面２ｄを透過するが、臨界角度θ以上の角度で側面２ｄに入射した光線Ｌは反射する。そして、場合によっては反射角度が保存され、反射を繰り返していずれはサファイア層２内で消光する。
【００１９】
しかしながら、図２に示す本実施形態のサファイア層２にあっては、断面形状が正六角形であるため、１つの側面２ｄ−１に臨界角度θ以上の角度で入射して反射した光線Ｌ１は、次に入射する側面２ｄ−３に対しては臨界角度θ内の角度で入射し、この側面２ｄ−３を透過する。また、側面２ｄ−１に対し異なる位置において臨界角度θ以上で入射して反射した光線Ｌ２は、隣接する側面２ｄ−２に入射するが反射し、さらに隣接する側面２ｄ−３に入射しても反射するが、次に入射する側面２ｄ−５に対しては臨界角度θ内の角度で入射したため、この側面２ｄ−５を透過する。
【００２０】
本実施形態の発光デバイス１によれば、上記のようにサファイア層２内において１つの側面２ｄに対する光線の入射角度が側面２ｄを透過せず反射が保存される角度であっても、反射した後の次に入射する側面２ｄ、あるいはその次に入射する側面２ｄでは入射角度が透過可能な角度になりやすい。したがって、反射角度が保存されることが少なくなる。その結果、サファイア層２内から出射する光線の量が多くなり、サファイア層２内から効率よく光線Ｌが出射する。換言すると、図４に示すように（図４は、図３に示したような四角形状の発光デバイスを示している）ある発光点Ｌ０から発せられた光線がサファイア層２Ｂから出射するには、図中Ｅで示すエスケープコーンと一般に呼ばれている範囲を進行する必要がある。このエスケープコーンＥは、発光点Ｌ０から発せられた光線がサファイア層２Ｂとサファイア層２Ｂに隣接する層との界面を透過し得る範囲を指しており、本発明は、サファイア層の断面形状が、内角が鈍角である多角形状であることにより、このエスケープコーンＥを広げることができると考えられる。
【００２１】
さて、上記発光デバイス１は、サファイア層２に分割される親基板であるサファイア基板の表面に多数の発光層３の領域が積層された発光デバイス素材を、発光層３の領域、すなわち発光デバイス領域ごとに切断、分割することにより得られる。図５（ａ）は、上記の平面視正六角形の発光デバイス１となる発光デバイス領域１Ａが多数形成された発光デバイス素材５を示しており、発光デバイス１は、発光デバイス領域１Ａを区画する正六角形状の分割予定ライン９を切断することにより個片化されて得られる。
【００２２】
なお、本発明の発光デバイスは正六角形状に限定はされず、正五角形状、正八角形状等の、内角が鈍角である多角形状のものを含む。例えば図５（ｂ）は、多数の正五角形状の発光デバイス領域１Ｂが分割予定ライン９で区画された発光デバイス素材５Ｂを示しており、分割予定ライン９を切断することにより、多数の平面視正五角形の発光デバイスが得られる。
【００２３】
（２）発光デバイスの製造方法およびレーザ加工装置
続いて、図１に示した平面視正六角形の発光デバイス１を製造するにあたって好適な本発明の一実施形態に係る製造方法およびレーザ加工装置を説明する。一実施形態の製造方法は、図５（ａ）に示す発光デバイス素材５から多数の発光デバイス１を得るものとする。
【００２４】
（２−１）発光デバイス素材
発光デバイス素材５は、図６に示すように、円板状のサファイア基板６の表面（一の面）６ａ全面に発光層７が積層されたもので、図５（ａ）に示すように、発光デバイス１に対応した多数の正六角形状の発光デバイス領域１Ａがハニカム状に区画されている。１つの発光デバイス領域１Ａは、図７に示すように、矢印Ａで示す第１の方向に延びる一対の第１分割予定ライン９Ａと、矢印Ｂで示す第２の方向に延びる一対の第２分割予定ライン９Ｂと、矢印Ｃで示す第３の方向に延びる一対の第３分割予定ライン９Ｃとで囲繞された正六角形の領域である。各分割予定ライン９Ａ，９Ｂ，９Ｃは、その延長上に直線的に、かつ、間欠的に多数が形成されており、１つの直線上に位置する分割予定ライン９Ａ（９Ｂ，９Ｃ）の端部間に、１つの発光デバイス領域１Ａが形成されている。
【００２５】
発光デバイス素材５から多数の発光デバイス１を得る一実施形態の製造方法は、まず、図８に示すレーザ加工装置２０により、サファイアに対して透過性を有するパルスレーザ光線を、発光デバイス素材５のサファイア基板６内に集光点を合わせた状態で各分割予定ライン９Ａ，９Ｂ，９Ｃに沿って照射することにより、分割予定ライン９Ａ，９Ｂ，９Ｃに沿った変質層をサファイア基板６内に形成する。そして、この変質層で強度が低下した分割予定ライン９Ａ，９Ｂ，９Ｃに外力を与えて割断し、発光デバイス素材５を多数の発光デバイス１に分割するといった方法である。なお、変質層の形成は、例えば、波長が１０６４ｎｍのフェムト秒レーザーをＮＡ０．８以上のレンズで集光して多光子吸収を起こすレーザ光線により行う。
【００２６】
なお、ここで言う変質層とは、密度、屈折率、機械的強度、あるいはその他の物理的特性が周囲とは異なる状態になった領域を言う。例えば、溶融処理領域、クラック領域、絶縁破壊領域、屈折率変化領域等が挙げられ、さらにこれらの単独状態、または混在状態を含むものとされる。
【００２７】
発光デバイス素材５は、図９に示すように、環状のフレーム１１の内側の開口部１１ａに粘着テープ１２を介して支持された状態で、レーザ加工装置２０に供給される。フレーム１１は、ステンレス等の剛性を有する金属板からなるものである。粘着テープ１２は、合成樹脂シート等からなる基材の片面に粘着層が形成されたもので、粘着層を介してフレーム１１の裏面に開口部１１ａを覆って貼着されている。発光デバイス素材５は、フレーム１１の開口部１１ａに同心状に配置され、発光層７側が粘着テープ１２の粘着層に貼着される。発光デバイス素材５は、フレーム１１を取り扱うことにより搬送される。
【００２８】
（２−２）レーザ加工装置の構成
以下、図８を参照して、発光デバイス素材５にレーザ光線を照射するレーザ加工装置２０を説明する。図８の符号２１は基台であり、この基台２１上には、ＸＹ移動テーブル２２が、水平なＸ軸方向およびＹ軸方向に移動自在に設けられている。このＸＹ移動テーブル２２には、発光デバイス素材５を保持するチャックテーブル（保持手段、レーザ光線走査手段）５１が設置されている。チャックテーブル５１の上方には、チャックテーブル５１に保持された発光デバイス素材５に向けてレーザ光線を照射するレーザ光線照射手段６０のレーザ光線照射部６２が、チャックテーブル５１に対向する状態に配設されている。
【００２９】
ＸＹ移動テーブル２２は、基台２１上にＸ軸方向に移動自在に設けられたＸ軸ベース３０と、このＸ軸ベース３０上にＹ軸方向に移動自在に設けられたＹ軸ベース４０との組み合わせで構成されている。Ｘ軸ベース３０は、基台２１上に固定されたＸ軸方向に延びる一対の平行なガイドレール３１に摺動自在に取り付けられており、モータ３２でボールねじ３３を作動させるＸ軸駆動機構３４によってＸ軸方向に移動させられる。一方、Ｙ軸ベース４０は、Ｘ軸ベース３０上に固定されたＹ軸方向に延びる一対の平行なガイドレール４１に摺動自在に取り付けられており、モータ４２でボールねじ４３を作動させるＹ軸駆動機構４４によってＹ軸方向に移動させられる。
【００３０】
Ｙ軸ベース４０の上面には、円筒状のチャックベース５０が固定されており、このチャックベース５０の上に、チャックテーブル５１がＺ軸方向（上下方向）を回転軸として回転自在に支持されている。チャックテーブル５１は、真空吸引作用によりワーク（この場合は発光デバイス素材５）を吸着して保持する一般周知の真空チャック式のものである。チャックテーブル５１は、チャックベース５０内に収容された図示せぬ回転駆動手段によって一方向または両方向に回転駆動されるようになっている。チャックテーブル５１の周囲には、上記フレーム５を着脱自在に保持する一対のクランプ５２が、互いに１８０°離れた位置に配設されている。これらクランプ５２は、チャックベース５０に取り付けられている。
【００３１】
ＸＹ移動テーブル２２においては、Ｘ軸ベース３０がＸ軸方向に移動する時が、レーザ光線照射を分割予定ライン９Ａ，９Ｂ，９Ｃに沿って照射する加工送りとされる。そして、Ｙ軸ベース４０がＹ軸方向に移動することにより、レーザ光線を照射する対象の分割予定ラインを切り替える割り出しがなされる。なお、加工送り方向と割り出し方向は、この逆、つまり、Ｙ軸方向が加工送り方向、Ｘ軸方向が割り出し方向に設定されてもよく、限定はされない。
【００３２】
上記レーザ光線照射手段６０を説明する。レーザ光線照射手段６０は、チャックテーブル５１の上方に向かってＹ軸方向に延びる直方体状のケーシング６１を有しており、このケーシング６１の先端に、上記レーザ光線照射部６２が設けられている。ケーシング６１は、基台２１に立設されたコラム２３に、鉛直方向（Ｚ軸方向）に沿って上下動可能に設けられており、コラム２３内に収容された図示せぬ上下駆動手段によって上下動させられる。
【００３３】
ケーシング６１内には、レーザ光線照射手段６０の構成要素として、パルスレーザ光線発振器、このパルスレーザ光線発振器が発振したレーザ光線の出力（パルスエネルギー）を調整するレーザ光線出力調整器等が収容されている。レーザ光線照射手段６０によれば、サファイア基板６を透過可能なパルスレーザ光線が、レーザ光線照射部６２から下方に向けて照射されるようになっている。レーザ光線照射部６２は、レーザ光線発振器で発振されたレーザ光線を下方に向けて方向転換させるミラーや、このミラーによって方向転換されたレーザ光線を集光するレンズ等を備えている。
【００３４】
レーザ光線照射手段６０のケーシング６１の先端であってレーザ光線照射部６２の近傍には、撮像手段７０が配設されている。この撮像手段７０は、レーザ光線照射部６２から発光デバイス素材５に照射されるレーザ光線の照射領域を撮像して検出するものであり、チャックテーブル５１に保持された発光デバイス素材５を照明する照明手段や光学系、該光学系で捕らえられた像を撮像するＣＣＤ等からなる撮像素子等を備えている。この撮像手段７０で撮像された画像情報は、制御手段８０に供給されるようになっている。制御手段８０は、撮像手段７０から供給された画像情報に基づき、上記チャックテーブル５１の回転、Ｘ軸駆動機構３４によるＸ軸ベース３０の移動（加工送り）、Ｙ軸駆動機構４４によるＹ軸ベース４０の移動（割り出し）、レーザ光線照射手段５０によるレーザ光線照射といった動作を適宜に制御する。
【００３５】
（２−３）レーザ加工装置の動作
次に、上記レーザ加工装置２０によって発光デバイス素材５のサファイア基板６にレーザ加工を施す動作例を説明する。当該動作は、制御手段８０によって自動制御されるものであり、本発明の製造方法を含む。
【００３６】
本実施形態のレーザ加工は、サファイア基板６を透過する波長のパルスレーザ光線を、サファイア基板６の内部に集光点を合わせ、第１〜第３分割予定ライン９Ａ，９Ｂ，９Ｃに沿って照射することにより、サファイア基板６の内部に第１〜第３分割予定ライン９Ａ，９Ｂ，９Ｃに沿った変質層を形成するものである。ここでは、第１分割予定ライン９Ａ、第２分割予定ライン９Ｂ、第３分割予定ライン９Ｃの順でレーザ加工するものとする。
【００３７】
（２−３−１）発光デバイス素材の保持工程
はじめに、チャックテーブル５１を真空運転し、図９に示したように粘着テープ１２を介してフレーム１１に支持された発光デバイス素材５を、サファイア基板６を上側に配した状態として、チャックテーブル５１に載置する。これにより発光デバイス素材５は、図１０に示すように、粘着テープ１２を介して発光層７側がチャックテーブル５１に真空吸引作用で吸着、保持される。また、フレーム１１をクランプ５２によって保持する。
【００３８】
次いで、ＸＹ移動テーブル２２を適宜にＸ軸方向およびＹ軸方向に移動させてサファイア基板６を撮像手段７０の直下に移動させ、サファイア基板６の表面６ａを撮像手段７０で撮像する。制御手段８０は、撮像されたサファイア基板６の表面６ａの第１〜第３分割予定ライン９Ａ，９Ｂ，９Ｃに基づき、チャックテーブル５１を回転させて最初にレーザ光線を照射する第１分割予定ライン９Ａを加工送り方向（Ｘ軸方向）と平行に設定するアライメント作業を行う。すなわち、第１分割予定ライン９Ａを加工送り方向と平行に設定する。
【００３９】
（２−３−２）第１のレーザ加工工程
Ｘ軸ベース３０をＸ軸方向に移動させて、発光デバイス素材５をレーザ光線照射部６２の下方からＸ軸方向に外れた準備位置に位置付ける。また、Ｙ軸ベース４０を割り出し方向（Ｙ軸方向）に移動させて、１本の第１分割予定ライン９ＡのＹ軸方向位置をレーザ光線照射部６２から照射されるレーザ光線の焦点に合致させる割り出しを行う。さらに、ケーシング６１の上下位置を調整して、レーザ光線照射部６２から照射されるレーザ光線の焦点をサファイア基板６内の所定深さ位置に定める。
【００４０】
続いて、発光デバイス素材５がレーザ光線照射部６２に向かう方向にＸ軸ベース３０を移動させる加工送りを行いながら、レーザ光線照射のＯＮ・ＯＦＦを繰り返すことにより、割り出されたＸ軸方向に間欠的に延びている第１分割予定ライン９Ａのみにレーザ光線を照射する。図１０に示すように、レーザ光線ＬＢが照射されることにより、サファイア基板６の内部には、強度が低下した変質層Ｐが第１分割予定ライン９Ａに沿って形成される。同図で矢印Ｆ１はチャックテーブル５１の移動方向であり、したがって矢印Ｆ２はレーザ光線ＬＢの走査方向である加工送り方向である。
【００４１】
次に、Ｙ軸ベース４０を割り出し方向に移動させて、先にレーザ加工を施した第１分割予定ライン９Ａに隣接する第１分割予定ライン９ＡのＹ軸方向位置をレーザ光線の焦点に合致させる割り出しを行う。続いて、発光デバイス素材５を加工送りしながら、上記と同様にしてレーザ光線照射のＯＮ・ＯＦＦを繰り返すことにより、割り出されたＸ軸方向に間欠的に延びている第１分割予定ライン９Ａのみにレーザ光線を照射する。
【００４２】
このように、第１分割予定ライン９Ａにレーザ光線を間欠的に照射して変質層Ｐを間欠的に形成する加工送りと、Ｙ軸方向のレーザ光線照射位置を定める割り出しを交互に繰り返し行い、図１１（ａ）に示すように全ての第１分割予定ライン９Ａにレーザ光線を走査させて、第１分割予定ライン９Ａに沿った間欠的な変質層Ｐを形成する。なお、図１１（ａ）において矢印Ｆ２−Ａは、第１のレーザ加工工程におけるレーザ光線の走査方向を示している。
【００４３】
（２−３−３）第２のレーザ加工工程
全ての第１分割予定ライン９Ａに変質層Ｐを形成したら、次に、第２分割予定ライン９Ｂにレーザ光線を照射する第２のレーザ加工工程に移る。それには、チャックテーブル５１を一方向に１２０°回転させて第２分割予定ライン９ＢをＸ軸方向と平行に設定する。そして、チャックテーブル５１をＸ軸方向に移動させて加工送りしながらのレーザ光線の間欠的な照射と、チャックテーブル５１をＹ軸方向に移動させる割り出しを交互に繰り返して、図１１（ｂ）に示すように全ての第２分割予定ライン９Ｂにレーザ光線を走査させて（矢印Ｆ２−Ｂ方向）、サファイア基板６内に第２分割予定ライン９Ｂに沿った間欠的な変質層Ｐを形成する。
【００４４】
（２−３−４）第３のレーザ加工工程
次に、最後に残った第３分割予定ライン９Ｃにレーザ光線を照射する第３のレーザ加工工程を行う。それには、チャックテーブル５１をさらに上記一方向に１２０°回転させ、第３分割予定ライン９ＣをＸ軸方向と平行に設定する。この後は、上記第２のレーザ加工工程と同様の動作を行って、図１１（ｃ）に示すように全ての第３分割予定ライン９Ｃにレーザ光線を走査させて（矢印Ｆ２−Ｃ方向）、サファイア基板６内に第３分割予定ライン９Ｃに沿った間欠的な変質層を形成する。
【００４５】
（２−３−５）分割工程
以上によって第１〜第３分割予定ライン９Ａ，９Ｂ，９Ｃに変質層Ｐが形成され、したがってサファイア基板６の１つ１つの正六角形状の発光デバイス領域１Ａは、変質層Ｐに囲繞された状態となっている。本実施形態では、次に、変質層Ｐが形成された全ての分割予定ライン９Ａ〜９Ｃに外力を与え、発光デバイス素材５を全ての該分割予定ライン９Ａ〜９Ｃに沿って割断する。これにより、各発光デバイス領域１Ａは発光デバイス１に個片化される。すなわち、発光デバイス素材５は多数の図１に示した発光デバイス１に分割される。
【００４６】
各分割予定ライン９Ａ〜９Ｃに外力を与える方法としては、粘着テープ１２を全体的に径方向外方に引っ張って拡張するといった方法が好適に採用される。この方法は、例えば特開２００７−２７２５０号公報や特開２００８−１４０８７４号公報等に開示される拡張装置を用いて実施することが可能である。
【００４７】
（２−４）上記製造方法の優位性
上記のようにしてレーザ加工装置２０により発光デバイス素材５から多数の正六角形状の発光デバイス１を得る方法によれば、次のような優位な点がある。
【００４８】
まず、第１〜第３分割予定ライン９Ａ〜９Ｃに沿ってレーザ光線を照射してサファイア基板６内に変質層Ｐを形成するにあたり、各分割予定ライン９Ａ〜９Ｃごとにレーザ光線照射の工程を分け、各工程ではレーザ光線の走査をチャックテーブル５１の回転動作を交えることなく直線的、かつ、間欠的に行っている。このため、レーザ光線を例えばジグザグ状に走査させる機構は必要なく、また、ＸＹ移動テーブル２２を複雑にＸ・Ｙ軸方向に移動させる動作も必要ない。したがって、チャックテーブル５１のＸ軸方向への移動とレーザ光線のＯＮ・ＯＦＦといったシンプルな動作で、最終的に全ての発光デバイス領域１Ａを囲む正六角形状の分割予定ライン９Ａ〜９Ｃに変質層Ｐを確実に形成することができる。
【００４９】
なお、多光子吸収を起こすことができずにサファイアを透過する波長のレーザ光線の照射では、レーザ光線がサファイアを透過してしまい加工ができない場合があるため、サファイアの裏面上でレーザ光線の照射をＯＮ・ＯＦＦして間欠的な変質層を形成するには不向きである。この点、本発明においてはレーザ加工を多光子吸収による加工とすることにより、サファイアを透過する波長のレーザ光線の照射であってもサファイア基板に対し上記変質層Ｐのような弱部を間欠的に形成するといった加工を的確に実施することができる。
【符号の説明】
【００５０】
１…発光デバイス
１Ａ，１Ｂ…発光デバイス領域
２…サファイア層
２ａ…サファイア層の表面
２ｂ…サファイア層の裏面
２ｄ…サファイア層の側面
３…発光層
５…発光デバイス素材
６…サファイア基板
６ａ…サファイア基板の表面（一の面）
６ｂ…サファイア基板の裏面（他の面）
９Ａ…第１分割予定ライン
９Ｂ…第２分割予定ライン
９Ｃ…第３分割予定ライン
２０…レーザ加工装置
５１…チャックテーブル（保持手段、レーザ光線走査手段）
６０…レーザ光線照射手段
８０…制御手段
Ａ…第１の方向
Ｂ…第２の方向
Ｃ…第３の方向
ＬＢ…レーザ光線
Ｐ…変質層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディスプレイのバックライトやＬＥＤ表示器等に使用される発光ダイオード等の発光デバイスに関し、また、この種の発光デバイスを製造するにあたって好適な方法および加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）等の発光デバイスとして、サファイア層の表面に発光層が積層されたものが提供されている（特許文献１）。このような発光デバイスは、親基板であるサファイア基板の表面に発光層が積層されてなる発光デバイス素材を、サファイア基板に設定された分割予定ラインに沿って切断して分割することにより、一枚の発光デバイス素材から多数を得るといった方法で製造されている。
【０００３】
従来、上記サファイア基板のような基板を分割予定ラインに沿って切断し、分割する方法として、分割予定ラインに沿ってパルスレーザ光線を照射してレーザ加工溝を形成し、このレーザ加工溝に外力を与えることにより基板を割断するといった方法が知られている（特許文献２）。また、透過性を有するパルスレーザ光線を基板の内部に集光点を合わせて照射して、内部に分割予定ラインに沿った変質層を連続的に形成し、この変質層で強度が低下した分割予定ラインに外力を与えることによって基板を割断する方法も提案されている（特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−５６２０３号公報
【特許文献２】特開平１０−３０５４２０号公報
【特許文献３】特許３４０８８０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
サファイア層の表面に発光層が積層された構造の発光デバイスにおいては、発光層で発光する光線がサファイア層に放射され、その光線がサファイア層から空気中に出射される。ところで、サファイアの屈折率はかなり大きく、これに起因して次のような問題が起こっていた。すなわち、発光層からサファイア層に出射された光線がサファイア層とサファイア層に隣接する層（例えば空気）との界面を透過するには、該界面の法線に対して所定の角度（サファイアと空気の界面である場合は３４．５°）より小さい角度で界面に入射する必要があり、これより大きい角度で界面に入射した光線はサファイア層から出射されずにサファイア層中に閉じ込められてしまい、効率よくサファイア層から光線が出射されないという問題である。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、サファイア層内から光線が効率よく出射される発光デバイスを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の発光デバイスは、サファイア層と、該サファイア層に積層されて該サファイア層に光線を放射する発光層とを有する発光デバイスであって、前記サファイア層は、前記発光層に対する反対側の面である裏面と、該裏面から該発光層に至る側面とを有しており、前記裏面は、内角が鈍角である多角形状に形成されていることを特徴としている。
【０００８】
本発明の発光デバイスにおけるサファイア層は、多角形状をなす裏面の複数の各辺から発光層に至る複数の側面で囲繞された構成である。このため、サファイア層内において１つの側面（サファイア層に隣接する層との界面）に対する光線の入射角度が該側面を透過しない角度であっても、反射した後の次に入射する側面、あるいはその次に入射する側面では、該側面を透過可能な角度になりやすい。その結果、サファイア層内から出射する光線の量が多くなる。
【０００９】
本発明の発光デバイスにおいては、サファイア層の裏面の形状が、内角１２０°である正六角形であることを好ましい形態としている。
【００１０】
次に、本発明の発光デバイスの製造方法は、上記のサファイア層の形状が内角１２０°である正六角形の発光デバイスを好適に製造する方法であって、サファイア基板の一の面に発光層が積層されており、該サファイア基板に設定された、第１の方向に間欠的に延びる複数の第１分割予定ラインと第２の方向に間欠的に延びる複数の第２分割予定ラインと第３の方向に間欠的に延びる複数の第３分割予定ラインとにより、正六角形をなす複数の発光デバイス領域がハニカム状に区画された発光デバイス素材を、前記サファイア基板の、前記一の面とは反対側の他の面を露出させた状態で保持手段に保持する保持工程と、前記サファイア基板を透過する波長のレーザ光線を該サファイア基板の内部に集光点を合わせて照射することにより該サファイア基板の内部に変質層を形成するレーザ加工を、前記第１分割予定ラインに対して行う第１のレーザ加工工程と、前記レーザ加工を、前記第２分割予定ラインに対して行う第２のレーザ加工工程と、前記レーザ加工を、前記第３分割予定ラインに対して行う第３のレーザ加工工程と、前記レーザ加工により前記変質層が形成された前記発光デバイス素材の前記第１分割予定ライン、前記第２分割予定ラインおよび前記第３分割予定ラインに外力を与えることにより、全ての該分割予定ラインを割断して該発光デバイス素材を複数の前記発光デバイスに分割する分割工程とを含むことを特徴としている。
【００１１】
また、本発明の発光デバイスの加工装置は、上記本発明の製造方法に係る発光デバイス素材にレーザ加工を好適に施すものであって、サファイア基板の一の面に発光層が積層されており、該サファイア基板の該一の面とは反対側の他の面に設定された、第１の方向に間欠的に延びる複数の第１分割予定ラインと第２の方向に間欠的に延びる複数の第２分割予定ラインと第３の方向に間欠的に延びる複数の第３分割予定ラインとにより、正六角形をなす複数の発光デバイス領域がハニカム状に区画された発光デバイス素材を、前記サファイア基板の前記他の面を露出させた状態で保持する保持面を有する保持手段と、該保持手段を回転駆動する回転駆動手段と、前記保持手段に対向配置され、該保持手段に保持された前記発光デバイス素材における前記サファイア基板を透過する波長のレーザ光線を該サファイア基板に照射するレーザ光線照射手段と、前記保持手段と前記レーザ光線照射手段とを、前記保持面と平行な方向に相対移動させて、前記レーザ光線を、該保持面に保持された前記サファイア基板に対して走査させるレーザ光線走査手段とを備えることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、サファイア層内から光線が効率よく出射される発光デバイスを提供することができるといった効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態の発光デバイスを模式的に示す（ａ）斜視図、（ｂ）側面図、（ｃ）平面図である。
【図２】一実施形態の発光デバイスのサファイア層内を光線が透過する状態を模式的に示す断面図である。
【図３】従来の発光デバイスのサファイア層内で光線が保存される状態を模式的に示す断面図である。
【図４】エスケープコーンを説明するための図であって、一般的な発光デバイスを模式的に示す斜視図である。
【図５】（ａ）多数の正六角形状の発光デバイスを含む発光デバイス素材の平面図、（ｂ）多数の正五角形状の発光デバイスを含む発光デバイス素材の平面図である。
【図６】本発明の一実施形態の製造方法で多数の正六角形状の発光デバイスが得られる発光デバイス素材の断面図である。
【図７】発光デバイス素材の表面拡大図であって、１つの発光デバイス領域を示す図である。
【図８】本発明の一実施形態に係るレーザ加工装置の斜視図である。
【図９】レーザ加工装置に供給するために発光デバイス素材を粘着テープを介してフレームに支持させた状態を示す斜視図である。
【図１０】レーザ光線の照射によってサファイア層の内部に変質層を分割予定ラインに沿って間欠的に形成している様子を示す断面図である。
【図１１】サファイア基板に形成された３方向に延びる多数の分割予定ラインに順次レーザ光線を照射して変質層を形成する過程を（ａ）〜（ｃ）の順に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。
（１）発光デバイス
（１−１）発光デバイスの構成
図１は、一実施形態の発光デバイス１を示している（（ａ）斜視図、（ｂ）側面図、（ｃ）平面図）。この発光デバイス１は、サファイア層２の表面（図１（ａ），（ｂ）では下側の面）２ａに発光層３が積層された構成である。
【００１５】
図１（ｃ）に示すように、一実施形態の発光デバイス１は、サファイア層２と発光層３の積層方向から見た平面視が内角１２０°の正六角形である。すなわち、サファイア層２の断面形状は正六角形であり、このサファイア層２の表面２ａに、同一の正六角形の断面形状を有する発光層３が積層されている。換言すると、サファイア層２の表面２ａおよび裏面２ｂは同一寸法の正六角形に形成されており、これら表面２ａと裏面２ｂとの間に、裏面２ｂの６つの各辺２ｃから発光層３に至る６つの長方形状の側面２ｄ（図２で２ｄ−１〜６）がそれぞれ形成されている。
【００１６】
本実施形態の発光デバイス１によれば、発光層３が発光することにより、発光層３から放射される光線がサファイア層２内を透過して、裏面２ｂおよび各側面２ｄからサファイア層２の外（例えば空気中）に出射する。
【００１７】
発光層３は、この種のものとして一般周知のものであって、例えばバンドギャップ層、または量子井戸で構成されるが、これに限定されるものではなく、その材料は、III−V族、またはII−VI族の元素より構成された化合物、例えば、窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）、窒化ガリウムインジウム（ＧａＩｎＮ）、窒化アルミガリウム（ＡｌＧａＮ）、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）、亜鉛ドープの窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ：Ｚｎ）、アルミニウムインジウムガリウムリン（ＡｌＩｎＧａＰ）、またはガリウムリン（ＧａＰ）のいずれかを含む発光素子により構成される。これら材料のいずれかを含む発光素子としては、上記発光ダイオードやＥＬ（Electro Luminescence）素子等が挙げられる。
【００１８】
（１−２）発光デバイスの作用効果
図２に示すように、本実施形態ではサファイア層２の断面形状が、内角θ１が１２０°の正六角形であることにより、サファイア層２内からの光線の出射量が多くなる。その理由を述べると、図３は断面形状（裏面形状）が正方形であるサファイア層２Ｂを示しており、このサファイア層２Ｂ内で光線Ｌが側面２ｄに入射した場合において、光線Ｌが側面２ｄ、すなわちサファイア層２と例えば空気との界面を透過して空気中に出射することが可能な臨界角度θは、両者の屈折率に基づき約３４．５°と比較的小さい。この臨界角度θ内の角度で光線Ｌが側面２ｄに入射すれば光線Ｌは側面２ｄを透過するが、臨界角度θ以上の角度で側面２ｄに入射した光線Ｌは反射する。そして、場合によっては反射角度が保存され、反射を繰り返していずれはサファイア層２内で消光する。
【００１９】
しかしながら、図２に示す本実施形態のサファイア層２にあっては、断面形状が正六角形であるため、１つの側面２ｄ−１に臨界角度θ以上の角度で入射して反射した光線Ｌ１は、次に入射する側面２ｄ−３に対しては臨界角度θ内の角度で入射し、この側面２ｄ−３を透過する。また、側面２ｄ−１に対し異なる位置において臨界角度θ以上で入射して反射した光線Ｌ２は、隣接する側面２ｄ−２に入射するが反射し、さらに隣接する側面２ｄ−３に入射しても反射するが、次に入射する側面２ｄ−５に対しては臨界角度θ内の角度で入射したため、この側面２ｄ−５を透過する。
【００２０】
本実施形態の発光デバイス１によれば、上記のようにサファイア層２内において１つの側面２ｄに対する光線の入射角度が側面２ｄを透過せず反射が保存される角度であっても、反射した後の次に入射する側面２ｄ、あるいはその次に入射する側面２ｄでは入射角度が透過可能な角度になりやすい。したがって、反射角度が保存されることが少なくなる。その結果、サファイア層２内から出射する光線の量が多くなり、サファイア層２内から効率よく光線Ｌが出射する。換言すると、図４に示すように（図４は、図３に示したような四角形状の発光デバイスを示している）ある発光点Ｌ０から発せられた光線がサファイア層２Ｂから出射するには、図中Ｅで示すエスケープコーンと一般に呼ばれている範囲を進行する必要がある。このエスケープコーンＥは、発光点Ｌ０から発せられた光線がサファイア層２Ｂとサファイア層２Ｂに隣接する層との界面を透過し得る範囲を指しており、本発明は、サファイア層の断面形状が、内角が鈍角である多角形状であることにより、このエスケープコーンＥを広げることができると考えられる。
【００２１】
さて、上記発光デバイス１は、サファイア層２に分割される親基板であるサファイア基板の表面に多数の発光層３の領域が積層された発光デバイス素材を、発光層３の領域、すなわち発光デバイス領域ごとに切断、分割することにより得られる。図５（ａ）は、上記の平面視正六角形の発光デバイス１となる発光デバイス領域１Ａが多数形成された発光デバイス素材５を示しており、発光デバイス１は、発光デバイス領域１Ａを区画する正六角形状の分割予定ライン９を切断することにより個片化されて得られる。
【００２２】
なお、本発明の発光デバイスは正六角形状に限定はされず、正五角形状、正八角形状等の、内角が鈍角である多角形状のものを含む。例えば図５（ｂ）は、多数の正五角形状の発光デバイス領域１Ｂが分割予定ライン９で区画された発光デバイス素材５Ｂを示しており、分割予定ライン９を切断することにより、多数の平面視正五角形の発光デバイスが得られる。
【００２３】
（２）発光デバイスの製造方法およびレーザ加工装置
続いて、図１に示した平面視正六角形の発光デバイス１を製造するにあたって好適な本発明の一実施形態に係る製造方法およびレーザ加工装置を説明する。一実施形態の製造方法は、図５（ａ）に示す発光デバイス素材５から多数の発光デバイス１を得るものとする。
【００２４】
（２−１）発光デバイス素材
発光デバイス素材５は、図６に示すように、円板状のサファイア基板６の表面（一の面）６ａ全面に発光層７が積層されたもので、図５（ａ）に示すように、発光デバイス１に対応した多数の正六角形状の発光デバイス領域１Ａがハニカム状に区画されている。１つの発光デバイス領域１Ａは、図７に示すように、矢印Ａで示す第１の方向に延びる一対の第１分割予定ライン９Ａと、矢印Ｂで示す第２の方向に延びる一対の第２分割予定ライン９Ｂと、矢印Ｃで示す第３の方向に延びる一対の第３分割予定ライン９Ｃとで囲繞された正六角形の領域である。各分割予定ライン９Ａ，９Ｂ，９Ｃは、その延長上に直線的に、かつ、間欠的に多数が形成されており、１つの直線上に位置する分割予定ライン９Ａ（９Ｂ，９Ｃ）の端部間に、１つの発光デバイス領域１Ａが形成されている。
【００２５】
発光デバイス素材５から多数の発光デバイス１を得る一実施形態の製造方法は、まず、図８に示すレーザ加工装置２０により、サファイアに対して透過性を有するパルスレーザ光線を、発光デバイス素材５のサファイア基板６内に集光点を合わせた状態で各分割予定ライン９Ａ，９Ｂ，９Ｃに沿って照射することにより、分割予定ライン９Ａ，９Ｂ，９Ｃに沿った変質層をサファイア基板６内に形成する。そして、この変質層で強度が低下した分割予定ライン９Ａ，９Ｂ，９Ｃに外力を与えて割断し、発光デバイス素材５を多数の発光デバイス１に分割するといった方法である。なお、変質層の形成は、例えば、波長が１０６４ｎｍのフェムト秒レーザーをＮＡ０．８以上のレンズで集光して多光子吸収を起こすレーザ光線により行う。
【００２６】
なお、ここで言う変質層とは、密度、屈折率、機械的強度、あるいはその他の物理的特性が周囲とは異なる状態になった領域を言う。例えば、溶融処理領域、クラック領域、絶縁破壊領域、屈折率変化領域等が挙げられ、さらにこれらの単独状態、または混在状態を含むものとされる。
【００２７】
発光デバイス素材５は、図９に示すように、環状のフレーム１１の内側の開口部１１ａに粘着テープ１２を介して支持された状態で、レーザ加工装置２０に供給される。フレーム１１は、ステンレス等の剛性を有する金属板からなるものである。粘着テープ１２は、合成樹脂シート等からなる基材の片面に粘着層が形成されたもので、粘着層を介してフレーム１１の裏面に開口部１１ａを覆って貼着されている。発光デバイス素材５は、フレーム１１の開口部１１ａに同心状に配置され、発光層７側が粘着テープ１２の粘着層に貼着される。発光デバイス素材５は、フレーム１１を取り扱うことにより搬送される。
【００２８】
（２−２）レーザ加工装置の構成
以下、図８を参照して、発光デバイス素材５にレーザ光線を照射するレーザ加工装置２０を説明する。図８の符号２１は基台であり、この基台２１上には、ＸＹ移動テーブル２２が、水平なＸ軸方向およびＹ軸方向に移動自在に設けられている。このＸＹ移動テーブル２２には、発光デバイス素材５を保持するチャックテーブル（保持手段、レーザ光線走査手段）５１が設置されている。チャックテーブル５１の上方には、チャックテーブル５１に保持された発光デバイス素材５に向けてレーザ光線を照射するレーザ光線照射手段６０のレーザ光線照射部６２が、チャックテーブル５１に対向する状態に配設されている。
【００２９】
ＸＹ移動テーブル２２は、基台２１上にＸ軸方向に移動自在に設けられたＸ軸ベース３０と、このＸ軸ベース３０上にＹ軸方向に移動自在に設けられたＹ軸ベース４０との組み合わせで構成されている。Ｘ軸ベース３０は、基台２１上に固定されたＸ軸方向に延びる一対の平行なガイドレール３１に摺動自在に取り付けられており、モータ３２でボールねじ３３を作動させるＸ軸駆動機構３４によってＸ軸方向に移動させられる。一方、Ｙ軸ベース４０は、Ｘ軸ベース３０上に固定されたＹ軸方向に延びる一対の平行なガイドレール４１に摺動自在に取り付けられており、モータ４２でボールねじ４３を作動させるＹ軸駆動機構４４によってＹ軸方向に移動させられる。
【００３０】
Ｙ軸ベース４０の上面には、円筒状のチャックベース５０が固定されており、このチャックベース５０の上に、チャックテーブル５１がＺ軸方向（上下方向）を回転軸として回転自在に支持されている。チャックテーブル５１は、真空吸引作用によりワーク（この場合は発光デバイス素材５）を吸着して保持する一般周知の真空チャック式のものである。チャックテーブル５１は、チャックベース５０内に収容された図示せぬ回転駆動手段によって一方向または両方向に回転駆動されるようになっている。チャックテーブル５１の周囲には、上記フレーム５を着脱自在に保持する一対のクランプ５２が、互いに１８０°離れた位置に配設されている。これらクランプ５２は、チャックベース５０に取り付けられている。
【００３１】
ＸＹ移動テーブル２２においては、Ｘ軸ベース３０がＸ軸方向に移動する時が、レーザ光線照射を分割予定ライン９Ａ，９Ｂ，９Ｃに沿って照射する加工送りとされる。そして、Ｙ軸ベース４０がＹ軸方向に移動することにより、レーザ光線を照射する対象の分割予定ラインを切り替える割り出しがなされる。なお、加工送り方向と割り出し方向は、この逆、つまり、Ｙ軸方向が加工送り方向、Ｘ軸方向が割り出し方向に設定されてもよく、限定はされない。
【００３２】
上記レーザ光線照射手段６０を説明する。レーザ光線照射手段６０は、チャックテーブル５１の上方に向かってＹ軸方向に延びる直方体状のケーシング６１を有しており、このケーシング６１の先端に、上記レーザ光線照射部６２が設けられている。ケーシング６１は、基台２１に立設されたコラム２３に、鉛直方向（Ｚ軸方向）に沿って上下動可能に設けられており、コラム２３内に収容された図示せぬ上下駆動手段によって上下動させられる。
【００３３】
ケーシング６１内には、レーザ光線照射手段６０の構成要素として、パルスレーザ光線発振器、このパルスレーザ光線発振器が発振したレーザ光線の出力（パルスエネルギー）を調整するレーザ光線出力調整器等が収容されている。レーザ光線照射手段６０によれば、サファイア基板６を透過可能なパルスレーザ光線が、レーザ光線照射部６２から下方に向けて照射されるようになっている。レーザ光線照射部６２は、レーザ光線発振器で発振されたレーザ光線を下方に向けて方向転換させるミラーや、このミラーによって方向転換されたレーザ光線を集光するレンズ等を備えている。
【００３４】
レーザ光線照射手段６０のケーシング６１の先端であってレーザ光線照射部６２の近傍には、撮像手段７０が配設されている。この撮像手段７０は、レーザ光線照射部６２から発光デバイス素材５に照射されるレーザ光線の照射領域を撮像して検出するものであり、チャックテーブル５１に保持された発光デバイス素材５を照明する照明手段や光学系、該光学系で捕らえられた像を撮像するＣＣＤ等からなる撮像素子等を備えている。この撮像手段７０で撮像された画像情報は、制御手段８０に供給されるようになっている。制御手段８０は、撮像手段７０から供給された画像情報に基づき、上記チャックテーブル５１の回転、Ｘ軸駆動機構３４によるＸ軸ベース３０の移動（加工送り）、Ｙ軸駆動機構４４によるＹ軸ベース４０の移動（割り出し）、レーザ光線照射手段５０によるレーザ光線照射といった動作を適宜に制御する。
【００３５】
（２−３）レーザ加工装置の動作
次に、上記レーザ加工装置２０によって発光デバイス素材５のサファイア基板６にレーザ加工を施す動作例を説明する。当該動作は、制御手段８０によって自動制御されるものであり、本発明の製造方法を含む。
【００３６】
本実施形態のレーザ加工は、サファイア基板６を透過する波長のパルスレーザ光線を、サファイア基板６の内部に集光点を合わせ、第１〜第３分割予定ライン９Ａ，９Ｂ，９Ｃに沿って照射することにより、サファイア基板６の内部に第１〜第３分割予定ライン９Ａ，９Ｂ，９Ｃに沿った変質層を形成するものである。ここでは、第１分割予定ライン９Ａ、第２分割予定ライン９Ｂ、第３分割予定ライン９Ｃの順でレーザ加工するものとする。
【００３７】
（２−３−１）発光デバイス素材の保持工程
はじめに、チャックテーブル５１を真空運転し、図９に示したように粘着テープ１２を介してフレーム１１に支持された発光デバイス素材５を、サファイア基板６を上側に配した状態として、チャックテーブル５１に載置する。これにより発光デバイス素材５は、図１０に示すように、粘着テープ１２を介して発光層７側がチャックテーブル５１に真空吸引作用で吸着、保持される。また、フレーム１１をクランプ５２によって保持する。
【００３８】
次いで、ＸＹ移動テーブル２２を適宜にＸ軸方向およびＹ軸方向に移動させてサファイア基板６を撮像手段７０の直下に移動させ、サファイア基板６の表面６ａを撮像手段７０で撮像する。制御手段８０は、撮像されたサファイア基板６の表面６ａの第１〜第３分割予定ライン９Ａ，９Ｂ，９Ｃに基づき、チャックテーブル５１を回転させて最初にレーザ光線を照射する第１分割予定ライン９Ａを加工送り方向（Ｘ軸方向）と平行に設定するアライメント作業を行う。すなわち、第１分割予定ライン９Ａを加工送り方向と平行に設定する。
【００３９】
（２−３−２）第１のレーザ加工工程
Ｘ軸ベース３０をＸ軸方向に移動させて、発光デバイス素材５をレーザ光線照射部６２の下方からＸ軸方向に外れた準備位置に位置付ける。また、Ｙ軸ベース４０を割り出し方向（Ｙ軸方向）に移動させて、１本の第１分割予定ライン９ＡのＹ軸方向位置をレーザ光線照射部６２から照射されるレーザ光線の焦点に合致させる割り出しを行う。さらに、ケーシング６１の上下位置を調整して、レーザ光線照射部６２から照射されるレーザ光線の焦点をサファイア基板６内の所定深さ位置に定める。
【００４０】
続いて、発光デバイス素材５がレーザ光線照射部６２に向かう方向にＸ軸ベース３０を移動させる加工送りを行いながら、レーザ光線照射のＯＮ・ＯＦＦを繰り返すことにより、割り出されたＸ軸方向に間欠的に延びている第１分割予定ライン９Ａのみにレーザ光線を照射する。図１０に示すように、レーザ光線ＬＢが照射されることにより、サファイア基板６の内部には、強度が低下した変質層Ｐが第１分割予定ライン９Ａに沿って形成される。同図で矢印Ｆ１はチャックテーブル５１の移動方向であり、したがって矢印Ｆ２はレーザ光線ＬＢの走査方向である加工送り方向である。
【００４１】
次に、Ｙ軸ベース４０を割り出し方向に移動させて、先にレーザ加工を施した第１分割予定ライン９Ａに隣接する第１分割予定ライン９ＡのＹ軸方向位置をレーザ光線の焦点に合致させる割り出しを行う。続いて、発光デバイス素材５を加工送りしながら、上記と同様にしてレーザ光線照射のＯＮ・ＯＦＦを繰り返すことにより、割り出されたＸ軸方向に間欠的に延びている第１分割予定ライン９Ａのみにレーザ光線を照射する。
【００４２】
このように、第１分割予定ライン９Ａにレーザ光線を間欠的に照射して変質層Ｐを間欠的に形成する加工送りと、Ｙ軸方向のレーザ光線照射位置を定める割り出しを交互に繰り返し行い、図１１（ａ）に示すように全ての第１分割予定ライン９Ａにレーザ光線を走査させて、第１分割予定ライン９Ａに沿った間欠的な変質層Ｐを形成する。なお、図１１（ａ）において矢印Ｆ２−Ａは、第１のレーザ加工工程におけるレーザ光線の走査方向を示している。
【００４３】
（２−３−３）第２のレーザ加工工程
全ての第１分割予定ライン９Ａに変質層Ｐを形成したら、次に、第２分割予定ライン９Ｂにレーザ光線を照射する第２のレーザ加工工程に移る。それには、チャックテーブル５１を一方向に１２０°回転させて第２分割予定ライン９ＢをＸ軸方向と平行に設定する。そして、チャックテーブル５１をＸ軸方向に移動させて加工送りしながらのレーザ光線の間欠的な照射と、チャックテーブル５１をＹ軸方向に移動させる割り出しを交互に繰り返して、図１１（ｂ）に示すように全ての第２分割予定ライン９Ｂにレーザ光線を走査させて（矢印Ｆ２−Ｂ方向）、サファイア基板６内に第２分割予定ライン９Ｂに沿った間欠的な変質層Ｐを形成する。
【００４４】
（２−３−４）第３のレーザ加工工程
次に、最後に残った第３分割予定ライン９Ｃにレーザ光線を照射する第３のレーザ加工工程を行う。それには、チャックテーブル５１をさらに上記一方向に１２０°回転させ、第３分割予定ライン９ＣをＸ軸方向と平行に設定する。この後は、上記第２のレーザ加工工程と同様の動作を行って、図１１（ｃ）に示すように全ての第３分割予定ライン９Ｃにレーザ光線を走査させて（矢印Ｆ２−Ｃ方向）、サファイア基板６内に第３分割予定ライン９Ｃに沿った間欠的な変質層を形成する。
【００４５】
（２−３−５）分割工程
以上によって第１〜第３分割予定ライン９Ａ，９Ｂ，９Ｃに変質層Ｐが形成され、したがってサファイア基板６の１つ１つの正六角形状の発光デバイス領域１Ａは、変質層Ｐに囲繞された状態となっている。本実施形態では、次に、変質層Ｐが形成された全ての分割予定ライン９Ａ〜９Ｃに外力を与え、発光デバイス素材５を全ての該分割予定ライン９Ａ〜９Ｃに沿って割断する。これにより、各発光デバイス領域１Ａは発光デバイス１に個片化される。すなわち、発光デバイス素材５は多数の図１に示した発光デバイス１に分割される。
【００４６】
各分割予定ライン９Ａ〜９Ｃに外力を与える方法としては、粘着テープ１２を全体的に径方向外方に引っ張って拡張するといった方法が好適に採用される。この方法は、例えば特開２００７−２７２５０号公報や特開２００８−１４０８７４号公報等に開示される拡張装置を用いて実施することが可能である。
【００４７】
（２−４）上記製造方法の優位性
上記のようにしてレーザ加工装置２０により発光デバイス素材５から多数の正六角形状の発光デバイス１を得る方法によれば、次のような優位な点がある。
【００４８】
まず、第１〜第３分割予定ライン９Ａ〜９Ｃに沿ってレーザ光線を照射してサファイア基板６内に変質層Ｐを形成するにあたり、各分割予定ライン９Ａ〜９Ｃごとにレーザ光線照射の工程を分け、各工程ではレーザ光線の走査をチャックテーブル５１の回転動作を交えることなく直線的、かつ、間欠的に行っている。このため、レーザ光線を例えばジグザグ状に走査させる機構は必要なく、また、ＸＹ移動テーブル２２を複雑にＸ・Ｙ軸方向に移動させる動作も必要ない。したがって、チャックテーブル５１のＸ軸方向への移動とレーザ光線のＯＮ・ＯＦＦといったシンプルな動作で、最終的に全ての発光デバイス領域１Ａを囲む正六角形状の分割予定ライン９Ａ〜９Ｃに変質層Ｐを確実に形成することができる。
【００４９】
なお、多光子吸収を起こすことができずにサファイアを透過する波長のレーザ光線の照射では、レーザ光線がサファイアを透過してしまい加工ができない場合があるため、サファイアの裏面上でレーザ光線の照射をＯＮ・ＯＦＦして間欠的な変質層を形成するには不向きである。この点、本発明においてはレーザ加工を多光子吸収による加工とすることにより、サファイアを透過する波長のレーザ光線の照射であってもサファイア基板に対し上記変質層Ｐのような弱部を間欠的に形成するといった加工を的確に実施することができる。
【符号の説明】
【００５０】
１…発光デバイス
１Ａ，１Ｂ…発光デバイス領域
２…サファイア層
２ａ…サファイア層の表面
２ｂ…サファイア層の裏面
２ｄ…サファイア層の側面
３…発光層
５…発光デバイス素材
６…サファイア基板
６ａ…サファイア基板の表面（一の面）
６ｂ…サファイア基板の裏面（他の面）
９Ａ…第１分割予定ライン
９Ｂ…第２分割予定ライン
９Ｃ…第３分割予定ライン
２０…レーザ加工装置
５１…チャックテーブル（保持手段、レーザ光線走査手段）
６０…レーザ光線照射手段
８０…制御手段
Ａ…第１の方向
Ｂ…第２の方向
Ｃ…第３の方向
ＬＢ…レーザ光線
Ｐ…変質層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
サファイア層と、該サファイア層に積層されて該サファイア層に光線を放射する発光層とを有する発光デバイスであって、
前記サファイア層は、前記発光層に対する反対側の面である裏面と、該裏面から該発光層に至る側面とを有しており、
前記裏面は、内角が鈍角である多角形状に形成されていることを特徴とする発光デバイス。
【請求項２】
前記裏面の形状が、内角１２０°である正六角形であることを特徴とする請求項１に記載の発光デバイス。
【請求項３】
請求項２に記載の発光デバイスを製造する方法であって、
サファイア基板の一の面に発光層が積層されており、該サファイア基板に設定された、第１の方向に間欠的に延びる複数の第１分割予定ラインと第２の方向に間欠的に延びる複数の第２分割予定ラインと第３の方向に間欠的に延びる複数の第３分割予定ラインとにより、正六角形をなす複数の発光デバイス領域がハニカム状に区画された発光デバイス素材を、前記サファイア基板の、前記一の面とは反対側の他の面を露出させた状態で保持手段に保持する保持工程と、
前記サファイア基板を透過する波長のレーザ光線を該サファイア基板の内部に集光点を合わせて照射することにより該サファイア基板の内部に変質層を形成するレーザ加工を、前記第１分割予定ラインに対して行う第１のレーザ加工工程と、
前記レーザ加工を、前記第２分割予定ラインに対して行う第２のレーザ加工工程と、
前記レーザ加工を、前記第３分割予定ラインに対して行う第３のレーザ加工工程と、
前記レーザ加工により前記変質層が形成された前記発光デバイス素材の前記第１分割予定ライン、前記第２分割予定ラインおよび前記第３分割予定ラインに外力を与えることにより、全ての該分割予定ラインを割断して該発光デバイス素材を複数の前記発光デバイスに分割する分割工程と
を含むことを特徴とする発光デバイスの製造方法。
【請求項４】
請求項３に記載の発光デバイス素材を加工する装置であって、
サファイア基板の一の面に発光層が積層されており、該サファイア基板の該一の面とは反対側の他の面に設定された、第１の方向に間欠的に延びる複数の第１分割予定ラインと第２の方向に間欠的に延びる複数の第２分割予定ラインと第３の方向に間欠的に延びる複数の第３分割予定ラインとにより、正六角形をなす複数の発光デバイス領域がハニカム状に区画された発光デバイス素材を、前記サファイア基板の前記他の面を露出させた状態で保持する保持面を有する保持手段と、
該保持手段を回転駆動する回転駆動手段と、
前記保持手段に対向配置され、該保持手段に保持された前記発光デバイス素材における前記サファイア基板を透過する波長のレーザ光線を該サファイア基板に照射するレーザ光線照射手段と、
前記保持手段と前記レーザ光線照射手段とを、前記保持面と平行な方向に相対移動させて、前記レーザ光線を、該保持面に保持された前記サファイア基板に対して走査させるレーザ光線走査手段と
を備えることを特徴とする発光デバイス素材の加工装置。
【請求項１】
サファイア層と、該サファイア層に積層されて該サファイア層に光線を放射する発光層とを有する発光デバイスであって、
前記サファイア層は、前記発光層に対する反対側の面である裏面と、該裏面から該発光層に至る側面とを有しており、
前記裏面は、内角が鈍角である多角形状に形成されていることを特徴とする発光デバイス。
【請求項２】
前記裏面の形状が、内角１２０°である正六角形であることを特徴とする請求項１に記載の発光デバイス。
【請求項３】
請求項２に記載の発光デバイスを製造する方法であって、
サファイア基板の一の面に発光層が積層されており、該サファイア基板に設定された、第１の方向に間欠的に延びる複数の第１分割予定ラインと第２の方向に間欠的に延びる複数の第２分割予定ラインと第３の方向に間欠的に延びる複数の第３分割予定ラインとにより、正六角形をなす複数の発光デバイス領域がハニカム状に区画された発光デバイス素材を、前記サファイア基板の、前記一の面とは反対側の他の面を露出させた状態で保持手段に保持する保持工程と、
前記サファイア基板を透過する波長のレーザ光線を該サファイア基板の内部に集光点を合わせて照射することにより該サファイア基板の内部に変質層を形成するレーザ加工を、前記第１分割予定ラインに対して行う第１のレーザ加工工程と、
前記レーザ加工を、前記第２分割予定ラインに対して行う第２のレーザ加工工程と、
前記レーザ加工を、前記第３分割予定ラインに対して行う第３のレーザ加工工程と、
前記レーザ加工により前記変質層が形成された前記発光デバイス素材の前記第１分割予定ライン、前記第２分割予定ラインおよび前記第３分割予定ラインに外力を与えることにより、全ての該分割予定ラインを割断して該発光デバイス素材を複数の前記発光デバイスに分割する分割工程と
を含むことを特徴とする発光デバイスの製造方法。
【請求項４】
請求項３に記載の発光デバイス素材を加工する装置であって、
サファイア基板の一の面に発光層が積層されており、該サファイア基板の該一の面とは反対側の他の面に設定された、第１の方向に間欠的に延びる複数の第１分割予定ラインと第２の方向に間欠的に延びる複数の第２分割予定ラインと第３の方向に間欠的に延びる複数の第３分割予定ラインとにより、正六角形をなす複数の発光デバイス領域がハニカム状に区画された発光デバイス素材を、前記サファイア基板の前記他の面を露出させた状態で保持する保持面を有する保持手段と、
該保持手段を回転駆動する回転駆動手段と、
前記保持手段に対向配置され、該保持手段に保持された前記発光デバイス素材における前記サファイア基板を透過する波長のレーザ光線を該サファイア基板に照射するレーザ光線照射手段と、
前記保持手段と前記レーザ光線照射手段とを、前記保持面と平行な方向に相対移動させて、前記レーザ光線を、該保持面に保持された前記サファイア基板に対して走査させるレーザ光線走査手段と
を備えることを特徴とする発光デバイス素材の加工装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１１−１２４３２３（Ｐ２０１１−１２４３２３Ａ）
【公開日】平成２３年６月２３日（２０１１．６．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２７９３９１（Ｐ２００９−２７９３９１）
【出願日】平成２１年１２月９日（２００９．１２．９）
【出願人】（０００１３４０５１）株式会社ディスコ (2,397)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月２３日（２０１１．６．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月９日（２００９．１２．９）
【出願人】（０００１３４０５１）株式会社ディスコ (2,397)
【Ｆターム（参考）】
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