説明

発光素子構造及びその製造方法

【課題】発光素子構造及びその製造方法である。
【解決手段】この発光素子構造は、基板と、発光構造と、を備える。この基板は、対向する上表面と下表面、及び対向する2つの傾斜側面を有し、傾斜側面のそれぞれの両側が、それぞれ上表面と下表面に接合される。発光構造は、上表面に設けられる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、発光構造に関し、特に発光素子構造及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
現在、発光ダイオードのチップの切削プロセスとして、いずれも、まずシングルビームレーザ(single beam)によってウエハの表面でスクライビング(scribing)を行ってから、スプリッチング(splitting)を行う。従来の発光素子構造の製造工程を示す断面図である図1A〜図1Cを参照する。一般に、発光素子構造を製作する場合、メイン基板100が、まず提供される。メイン基板100は、対向する2つの表面である表面102と104を有する。
【0003】
次に、図1Aに示すように、複数の発光構造106aと106bをメイン基板100の表面102に設ける。各発光構造106aと106bのいずれも、エピタキシャル構造108と、透明導電層110と、第1の電極112と、第2の電極114と、を備える。透明導電層110は、エピタキシャル構造108の一部を被覆し、第1の電極112は、エピタキシャル構造108の他の一部に設けられ、第2の電極114は、透明導電層110の一部に設けられる。
【0004】
次いで、図1Aに示すように、シングルビームレーザ116をメイン基板100の表面102に集光させ、シングルビームレーザ116によって隣接する発光構造106aと106bとの間のメイン基板100の表面102に対してスクライビングを行う。スクライビング処理が終了した後、図1Bに示すように、メイン基板100の表面102にスクライビング領域118が発生する。
【0005】
その後、メイン基板100をこれらのスクライビング領域118に沿ってスプリッチングして、複数の基板122に分裂させる。このようにして、図1Cに示すように、それぞれこれらの基板122に位置する発光構造106aと106bを分離させることができ、発光素子構造120の製作をおよそ終了する。
【0006】
前記スクライビング処理は、メイン基板の正面で行われるが、メイン基板の背面で行われてもよい。従来のもう1つの発光素子構造の製造工程を示す断面図である図2A〜図2Cを参照する。この従来の製造工程において、複数の発光構造106aと106bをメイン基板100の表面102に設けた後、メイン基板100をそれにおける発光構造106aと106bと一緒に反転させ、メイン基板100の表面104を上向きにする。
【0007】
そして、図2Aに示すように、シングルビームレーザ116をメイン基板100の表面104に集光させ、シングルビームレーザ116によって隣接する発光構造106aと106bとの間のメイン基板100の表面104に対してスクライビングを行う。スクライビング処理が終了した後、図2Bに示すように、メイン基板100の表面102にスクライビング領域118が発生する。
【0008】
次いで、これらのスクライビング領域118に沿ってメイン基板100をスプリッチングして、複数の基板122に分裂させ、更にそれぞれこれらの基板122に位置して隣接する発光構造106aと106bを分離させることができる。そうすれば、図2Cに示すように、発光素子構造120の製作をおよそ終了する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
しかしながら、従来の発光素子構造の基板の光路を示す図である図3を参照する。シングルビームレーザがメイン基板100の正面又は背面にしか集光してメイン基板100表面に対するスクライビング処理を行えないことに限られるため、光取り出しに有利な傾斜側面を基板122に形成しにくい。従って、まずシングルビームレーザによってメイン基板に対してスクライビングを行ってからスプリッチングする前記方式によれば、スプリッチング後に形成される基板122の側面126はほとんど垂直面である。そのため、発光構造106aから下方の基板122へ発射した光124は、この垂直な側面126で全反射しやすくなる。このように、発光素子構造120の光取り出し強度を低下させてしまう。
【0010】
砥石車とバイトによって直接に発光素子のメイン基板で切削しても、形成された基板の側面に一定角度の傾斜角を持たせることができる。しかしながら、砥石車とバイトの摩耗が相当大きくて、切削速度が遅いため、コストが高すぎるだけでなく、生産高が低く、量産には非常に不利である。
【課題を解決するための手段】
【0011】
そのため、本発明の一態様は、メイン基板の切削を多重ビームレーザによって行う発光素子構造及びその製造方法を提供する。従って、基板が傾斜側面を有する発光素子構造を順調に製作し、発光素子構造の基板の光取り出し効率を増加させることができる。
【0012】
本発明のもう1つの態様は、傾斜側面を有する基板を砥石車とバイトによらず順調に製作できるため、発光素子構造の切削速度を向上させて、生産コストを効果的に低下させることができ、量産に非常に有利である発光素子構造及びその製造方法を提供する。
【0013】
本発明の前記態様によって、発光素子構造を提案する。この発光素子構造は、基板と、発光構造と、を備える。この基板は、対向する上表面と下表面、及び対向する2つの傾斜側面を有し、傾斜側面のそれぞれの両側が、それぞれ上表面と下表面に接合される。発光構造は、上表面に設けられる。
【0014】
本発明の一実施例によると、前記傾斜側面のそれぞれの傾斜角の範囲は、0.5°〜89.5°である。
【0015】
本発明のもう1つの実施例によると、前記基板の幅は、上表面から下表面まで次第に広がっている。
【0016】
本発明のまた1つの実施例によると、前記基板の幅は、上表面から下表面まで次第に狭くなっている。
【0017】
本発明の前記態様によって、対向する上表面と下表面を有するメイン基板を提供するステップと、複数の発光構造を上表面に形成するステップと、隣接する発光構造の間のメイン基板に溝を形成するように、複数のレーザビームによって隣接する前記発光構造の間のメイン基板に対して切削(dicing)処理を行うステップと、メイン基板を前記溝に沿って分裂させて、複数の発光素子構造を形成するように、分裂を行うステップを備え、そのうち発光素子構造のそれぞれが、メイン基板から分割された基板を含んで、基板のそれぞれが、対向する2つの傾斜側面を含む、発光素子構造の製造方法を更に提案する。
【0018】
本発明の一実施例によると、前記レーザビームの間隔の範囲は、0.1μm〜100mmである。
【0019】
本発明のもう1つの実施例によると、前記レーザビームのエネルギーの範囲は、1μW〜100Wである。
【0020】
本発明のまた1つの実施例によると、前記レーザビームの焦点深度の範囲は、0.1nm〜10mmである。
【0021】
本発明の更にもう1つの実施例によると、前記溝の形状は、U字状又はV字状である。
【0022】
本発明の更にもう1つの実施例によると、前記切削処理は、メイン基板の上表面で行われる。
【0023】
本発明の更にもう1つの実施例によると、前記切削処理は、メイン基板の下表面で行われる。
【図面の簡単な説明】
【0024】
下記の図面の説明は、本発明の前記又はその他の目的、特徴、利点及び実施例をより分りやすくするためのものである。
【0025】
【図1A】従来の発光素子構造の製造工程を示す断面図である。
【図1B】従来の発光素子構造の製造工程を示す断面図である。
【図1C】従来の発光素子構造の製造工程を示す断面図である。
【図2A】従来のもう1つの発光素子構造の製造工程を示す断面図である。
【図2B】従来のもう1つの発光素子構造の製造工程を示す断面図である。
【図2C】従来のもう1つの発光素子構造の製造工程を示す断面図である。
【図3】従来の発光素子構造の基板の光路を示す図である。
【図4A】本発明の一実施形態による発光素子構造の製造工程を示す断面図である。
【図4B】本発明の一実施形態による発光素子構造の製造工程を示す断面図である。
【図4C】本発明の一実施形態による発光素子構造の製造工程を示す断面図である。
【図5A】本発明のもう1つの実施形態による発光素子構造の製造工程を示す断面図である。
【図5B】本発明のもう1つの実施形態による発光素子構造の製造工程を示す断面図である。
【図5C】本発明のもう1つの実施形態による発光素子構造の製造工程を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0026】
本発明の一実施形態による発光素子構造の製造工程を示す断面図である図4A〜図4Cを参照する。本実施形態において、図4Cに示すような発光素子構造230を製作する場合、メイン基板200がまず提供される。発光素子構造230は、例えば、発光ダイオード(LED)素子であってよい。メイン基板200は、ウエハであってよい。メイン基板200は、エピタキシー時の成長基板であってもよいし、エピタキシャル構造214が形成された後にウエハボンディング(wafer bonding)方式によってエピタキシャル構造214に接合されるボンディング基板であってもよい。メイン基板200は、対向する上表面202と下表面204を有する。
【0027】
次いで、複数の発光構造206をメイン基板200の上表面202に形成する。一実施例において、発光構造206は、エピタキシャル構造214と、電極218と、電極220とを備えてよい。もう1つの実施例において、発光構造206は、透明導電層216を更に選択的に備えてよく、そのうち透明導電層216が、発光構造206に入力された電流を分散するように、エピタキシャル構造214と電極220との間に設けられる。
【0028】
図4Aを参照し、例示的な一実施例において、発光構造206は、水平導通タイプの構造である。エピタキシャル構造214は、第1の電気半導体層208と、活性層210と、第2の電気半導体層212とを含む。第1の電気半導体層208は、メイン基板200の上表面202に位置し、活性層210は、第1の電気半導体層208の一部に位置し、第2の電気半導体層212は、活性層210に位置する。透明導電層216は、第2の電気半導体層212に位置し、電極220は、透明導電層216に設けられ、電極218は、第1の電気半導体層208の他の一部に設けられる。そのうち、第1の電気特性と第2の電気特性は、異なる電気特性である。例えば、第1の電気特性と第2の電気特性のうち、1つはn型であり、もう1つはp型である。
【0029】
もう1つの実施例において、発光構造は、垂直導通タイプの構造であってもよく、つまり発光構造の2つの電極が、それぞれ発光構造の対向する両側に位置する。
【0030】
次に、図4Aに示すように、複数のレーザビーム222をいずれか2つの隣接する発光構造206の間のメイン基板200の上表面202に集光させて、これらのレーザビーム222によって隣接する発光構造206の間のメイン基板200の上表面202に対して切削処理を行う。これらのレーザビーム222は、ビームを2つ以上有するシングルパルスレーザによって提供されてよく、つまりこのパルスレーザが、多重ビームレーザ(multiple beam laser)である。図4Bに示すように、これらのレーザビーム222によって切削処理を行った後、隣接する発光構造206の間のメイン基板200の上表面202に溝224を形成することができる。
【0031】
各レーザビーム222の間隔、エネルギー、焦点深度を同時に制御することを通して、隣接する発光構造206の間のメイン基板200に多様な形状の溝224を製作することができる。ある実施例において、溝224の形状は、U字状又はV字状であってよい。製造工程の要求によって、レーザビーム222の間の間隔、レーザビーム222のそれぞれのエネルギー、レーザビームのそれぞれの焦点深度を調整することができる。ある実施例において、レーザビーム222の間の間隔の範囲は、0.1μm〜100mmであってよく、レーザビーム222のそれぞれのエネルギーの範囲は、1μW〜100Wであってよく、レーザビーム222のそれぞれの焦点深度の範囲は、0.1nm〜10mmであってよい。もう1つの実施例において、レーザビーム222は、メイン基板200を貫通してもよいし、メイン基板200を貫通しなくてもよい。また、製造工程の要求によると、切削処理において、メイン基板200を貫通してもよいし、メイン基板200を貫通しなくてもよい。
【0032】
その後、メイン基板200をその上表面202における溝224に沿って、複数の基板226に分裂させるように、例えば、スプリッチング又はエクスパンション等の機械的方式によって、メイン基板200に対して分裂ステップを行う。このように、複数の発光素子構造230を形成することができる。ただし、図4Cに示すように、発光素子構造230のそれぞれは、メイン基板から分割された基板226と、この基板226の上表面232における発光構造206と、を備える。
【0033】
前の切削処理において、複数のレーザビーム222によって隣接する発光構造206の間のメイン基板200の上表面202に溝224を形成したため、メイン基板200を分裂させることによって形成された基板226は、少なくとも対向する2つの傾斜側面228を含む。そのうち、基板226の傾斜側面228のそれぞれの両側が、それぞれ基板226の対向する上表面232と下表面234に接合される。ある実施例において、傾斜側面228の傾斜角θの範囲は、例えば、0.5°〜89.5°であってよい。一実施例において、例えば、図4Cの発光素子構造230における傾斜側面228の傾斜角θの範囲は5°〜85°であるものとすることが好ましい。
【0034】
一実施例において、レーザビーム222のそれぞれは、メイン基板200における焦点、及び焦点に隣接する領域において穴又は凹凸構造を発生して、溝224に粗い表面を持たせる。そのため、メイン基板200を溝224に沿って分裂させることによって形成された基板226の傾斜側面228は、レーザビーム222がメイン基板200を切削する場合に形成された粗い表面を有し、発光構造206から基板226へ発射した光は、粗い傾斜側面228から順調に射出されることができ、更に発光素子構造230の光取り出しを増加させることができる。一実施例において、例えば、傾斜側面228の粗い表面の一番突起する点と一番陥没する点との距離は10nmを越えるもの(即ち>0.01μm)とすることが好ましい。
【0035】
発光素子構造230において、基板226の幅は、上表面232から下表面234まで次第に広がっている。また、基板226の側面形状は、例えば、台形を呈してよい。
【0036】
前記実施形態のレーザ切削処理は、正面切削の方式を利用するが、本発明のレーザ切削処理は、背面切削の方式を利用してもよい。本発明のもう1つの実施形態による発光素子構造の製造工程を示す断面図である図5A〜図5Cを参照する。本実施形態において、図5Cに示すような発光素子構造248を製作する場合にも同様に、まず複数の発光構造206をメイン基板200の上表面202に形成する。次に、メイン基板200をその上表面202における発光構造206と一緒に反転させて、メイン基板200の下表面204を上向きにする。
【0037】
次いで、図5Aに示すように、複数のレーザビーム236をいずれか2つの隣接する発光構造206の間のメイン基板200の下表面204に集光させて、これらのレーザビーム236によって隣接する発光構造206の間のメイン基板200の下表面204に対して切削処理を行う。図5Bに示すように、これらのレーザビーム236によって切削処理を行った後、隣接する発光構造206の間のメイン基板200の下表面204に溝238を形成することができる。
【0038】
同様に、各レーザビーム236の間隔、エネルギー、焦点深度を同時に制御することを通して、隣接する発光構造206の間のメイン基板200に多様な形状の溝238を製作することができる。ある実施例において、溝238の形状は、U字状又はV字状であってよい。製造工程の要求によって、レーザビーム236の間の間隔、レーザビーム236のそれぞれのエネルギー、レーザビームのそれぞれの焦点深度を調整することができる。ある実施例において、レーザビーム236の間の間隔の範囲は、0.1μm〜100mmであってよく、レーザビーム236のそれぞれのエネルギーの範囲は、1μW〜100Wであってよく、レーザビーム236のそれぞれの焦点深度の範囲は、0.1nm〜10mmであってよい。また、製造工程の要求によると、切削処理において、メイン基板200を貫通してもよいし、メイン基板200を貫通しなくてもよい。
【0039】
次いで、メイン基板200をその下表面204における溝238に沿って、複数の基板240に分裂させるように、例えば、スプリッチング又はエクスパンション等の機械的方式によって、メイン基板200に対して分裂ステップを行う。このように、複数の発光素子構造248を形成することができる。そのうち、図5Cに示すように、発光素子構造248のそれぞれは、メイン基板から分割された基板240と、この基板240の上表面242における発光構造206と、を備える。
【0040】
前の切削処理において、複数のレーザビーム236によって隣接する発光構造206の間のメイン基板200の下表面204に溝238を形成したため、メイン基板200を分裂することによって形成された基板240は、少なくとも対向する2つの傾斜側面246を含む。同様に、基板240の傾斜側面246のそれぞれの両側が、それぞれ基板240の対向する上表面242と下表面244に接合される。ある実施例において、傾斜側面240の傾斜角ψの範囲は、例えば、0.5°〜89.5°であってよい。一実施例において、例えば、図5Cの発光素子構造248における傾斜側面240の傾斜角ψの範囲は2°〜88°であるものとすることが好ましい。
【0041】
発光素子構造248において、基板240の幅は、上表面242から下表面244まで次第に狭くなっている。また、基板240の側面形状は、例えば、台形を呈してよい。
【0042】
図5Cに示すように、発光素子構造248の基板240が、傾斜側面246を有するため、発光構造206からの光250は、全反射せず傾斜側面246から順調に射出されることができる。従って、発光素子構造248の光取り出し強度を大幅に向上させることができる。
【0043】
前記実施形態から分かれるように、本発明は、メイン基板の切削を多重ビームレーザによって行うため、基板が傾斜側面を有する発光素子構造を順調に製作し、発光素子構造の基板の光取り出し効率を増加させることができることを利点としている。
【0044】
前記実施形態から分かれるように、本発明は、傾斜側面を有する基板を砥石車とバイトによらず順調に製作できるため、発光素子構造の切削速度を向上させて、生産コストを効果的に低下させることができ、量産に非常に有利であることをもう1つの利点としている。
【0045】
本発明を複数の実施例により上記のように開示したが、これは本発明を限定するものではなく、本発明の精神及び範囲から逸脱しない限り、当業者ならだれでも、多様な変動や修飾を加えることができ、従って、本発明の保護範囲は、後の請求の範囲で指定した内容を基準とする。
【符号の説明】
【0046】
100、200 メイン基板、102、104 表面、106a、106b、206 発光構造、108、214 エピタキシャル構造、110、216 透明導電層、112 第1の電極、114 第2の電極、116 レーザ、118 スクライビング領域、120、230、248 発光素子構造、122、226、240 基板、124、250 光、126 側面、202、232、242 上表面、204、234、244 下表面、208 第1の電気半導体層、210 活性層、212 第2の電気半導体層、218、220 電極、222、236 レーザビーム、224、238 溝、228、246 傾斜側面、θ、ψ 傾斜角

【特許請求の範囲】
【請求項1】
対向する一方の面と他方の面、及び対向する2つの傾斜側面を有し、前記傾斜側面のそれぞれの両側が、それぞれ前記一方の面と前記他方の面に接合される基板と、
前記一方の面に設けられる発光構造と
を備える発光素子構造。
【請求項2】
前記傾斜側面のそれぞれの傾斜角の範囲は、0.5°〜89.5°である請求項1に記載の発光素子構造。
【請求項3】
前記基板の幅は、前記一方の面から前記他方の面まで次第に広がっている請求項1または2に記載の発光素子構造。
【請求項4】
前記基板の幅は、前記一方の面から前記他方の面まで次第に狭くなっている請求項1または2に記載の発光素子構造。
【請求項5】
前記発光素子は、発光ダイオードである請求項1から4の何れか1項に記載の発光素子構造。
【請求項6】
前記傾斜側面のそれぞれは、粗い表面である請求項1から5の何れか1項に記載の発光素子構造。
【請求項7】
対向する一方の面と他方の面を有するメイン基板を提供するステップと、
複数の発光構造を前記一方の面に形成するステップと、
隣接する前記発光構造の間の前記メイン基板に溝を形成するように、複数のレーザビームによって隣接する前記発光構造の間の前記メイン基板に対して切削処理を行うステップと、
前記メイン基板を前記溝に沿って分裂させて、複数の発光素子構造を形成するように、分裂を行うステップと
を備え、
前記発光素子構造のそれぞれは、前記メイン基板から分割された基板を含んで、前記基板のそれぞれが、対向する2つの傾斜側面を含む、発光素子構造の製造方法。
【請求項8】
前記レーザビームの間隔の範囲は、0.1μm〜100mmである請求項7に記載の発光素子構造の製造方法。
【請求項9】
前記レーザビームのそれぞれのエネルギーの範囲は、1μW〜100Wである請求項7または8に記載の発光素子構造の製造方法。
【請求項10】
前記レーザビームのそれぞれの焦点深度の範囲は、0.1nm〜10mmである請求項7から9の何れか1項に記載の発光素子構造の製造方法。
【請求項11】
前記溝のそれぞれの形状は、U字状である請求項7から10の何れか1項に記載の発光素子構造の製造方法。
【請求項12】
前記溝のそれぞれの形状は、V字状である請求項7から10の何れか1項に記載の発光素子構造の製造方法。
【請求項13】
前記傾斜側面のそれぞれの傾斜角の範囲は、0.5°〜89.5°である請求項7から12の何れか1項に記載の発光素子構造の製造方法。
【請求項14】
前記基板のそれぞれは、対向する一方の面と他方の面を有し、且つ前記基板の幅が、前記一方の面から前記他方の面まで次第に広がっている請求項7から13の何れか1項に記載の発光素子構造の製造方法。
【請求項15】
前記基板のそれぞれは、対向する一方の面と他方の面を有し、且つその前記2つの傾斜側面間の距離が、前記一方の面から前記他方の面まで次第に狭くなっている請求項7から13の何れか1項に記載の発光素子構造の製造方法。
【請求項16】
前記切削処理は、前記メイン基板の前記一方の面で行われる請求項7から14の何れか1項に記載の発光素子構造の製造方法。
【請求項17】
前記切削処理は、前記メイン基板の前記他方の面で行われる請求項7から13及び15の何れか1項に記載の発光素子構造の製造方法。
【請求項18】
前記レーザビームのぞれぞれは、前記メイン基板を貫通する請求項7から17の何れか1項に記載の発光素子構造の製造方法。
【請求項19】
前記レーザビームのぞれぞれは、前記メイン基板を貫通しない請求項7から17の何れか1項に記載の発光素子構造の製造方法。
【請求項20】
前記切削処理において、前記レーザビームのそれぞれは、前記メイン基板における焦点、前記焦点に近接する領域において穴又は凹凸構造を形成する請求項7から19の何れか1項に記載の発光素子構造の製造方法。

【図1A】
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【図1B】
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【図1C】
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【図2A】
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【図2B】
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【図2C】
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【図3】
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【図4A】
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【図4B】
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【図4C】
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【図5A】
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【図5B】
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【図5C】
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【公開番号】特開2013−4957(P2013−4957A)
【公開日】平成25年1月7日(2013.1.7)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−228257(P2011−228257)
【出願日】平成23年10月17日(2011.10.17)
【出願人】(504455908)国立成功大学 (18)
【Fターム(参考)】