(57)【要約】【課題】サファイア層に発光層が積層された構成の発光デバイスにおいて、サファイア層内から光線が効率よく出射されるようにする。【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２の裏面２ｂの近傍や側面２ｃの近傍に、光線Ｌの伝播方向を変化させるクラック等の構造変化領域１０をレーザ光によって形成する。構造変化領域１０に入射することによりサファイア層２と空気との界面への光線Ｌの入射角度を臨界角度θ内とし、該界面を透過させる。【選択図】図２
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【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、
前記サファイア層には、該サファイア層内に前記発光層から放射された前記光線の伝播方向を変化させる構造変化領域がレーザ光によって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、
該サファイア層の該裏面の近傍および／または該側面の近傍に、前記構造変化領域が形成されてい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】
前記構造変化領域は、前記光線を散乱させるクラックであることを特徴とする請求項１または２に記載の発光デバイス。
【請求項４】
前記構造変化領域は、前記光線を屈折させる屈折率変化領域であることを特徴とする請求項１または２に記載の発光デバイス。
【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、サファイア基板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、多数の発光層が親基板であるサファイア基板の表面に積層され、該サファイア基板における各発光層間のストリートが切断されることにより、多数の発光デバイスに分割されて製造される。
【０００３】
従来、サファイア基板のような基板をストリートに沿って切断し、分割する方法として、該ストリートに沿ってパルスレーザ光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を基板の内部に集光点を合わせて照射して、内部にストリート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ストリート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】
上記サファイア基板等の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内を透過して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放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との界面を透過せずに反射し、該光線がサファイア層中に閉じ込められてしまって効率よく光線がサファイア層から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、サファイア層には、該サファイア層内に発光層から放射された光線の伝播方向を変化させる構造変化領域がレーザ光によって形成されていることを特徴としている。
【０００８】
本発明によれば、サファイア層内において光線が構造変化領域によって伝播方向を変化させられることにより、サファイア層とサファイア層に隣接する層との界面に対する入射角度が該界面を透過可能な角度に変位し、その結果、サファイア層内から出射する光線の量を多くすることができる。
【０００９】
本発明では、上記サファイア層は、上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、該サファイア層の該裏面の近傍および／または該側面の近傍に、上記構造変化領域が形成されていることを好ましい形態とする。
【００１０】
本発明の上記構造変化領域の形態としては、光線を散乱させるクラックや、光線を屈折させる屈折率変化領域が有効である。
【発明の効果】
【００１１】
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】
【００１２】
【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斜視図である。
【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してい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を光線が透過している状態を模式的に示す断面図である。
【図４】レーザ光照射によってサファイア層内に構造変化領域を形成する方法の一例を示す側面図である。
【図５】レーザ光照射によってサファイア層の裏面近傍に構造変化領域を形成している様子を模式的に示す側面図である。
【図６】（ａ）レーザ光照射によってサファイア層の側面近傍に構造変化領域を形成している様子を模式的に示す側面図、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ矢視断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。
図１は、一実施形態の発光デバイスを模式的に示している。この発光デバイス１は、基板であるサファイア層２の表面２ａに発光層３が積層された構成である。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図示せぬサファイア基板の表面に多数の発光層３が積層され、該サファイア基板を発光層３間のストリートに沿って切断、分割することにより得られる。サファイア基板の切断は、例えば上述したレーザ加工溝形成後、またはレーザ光による変質層形成後に、外力を与えて割断するといった方法でなされる。
【００１４】
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。
【００１５】
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内を透過してサファイア層２の外（例えば空気中）に出射する。サファイア層２は直方体状であり、発光層３が積層された表面２ａとは反対側に、該表面２ａと平行な裏面２ｂが形成されている。また、裏面２ｂと表面２ａとの間に、裏面２ｂから発光層３に至る４つの側面２ｃが形成されている。発光層３からサファイア層２に放射された光線は、裏面２ｂおよび各側面２ｃから出射する。
【００１６】
そして本実施形態においては、サファイア層２の裏面２ｂおよび側面２ｃの近傍に、本発明に係る構造変化領域１０が形成されている（図２参照）。この構造変化領域１０は、発光層３からサファイア層２に放射された光線Ｌの伝播方向を変化させる機能を有し、例えば、光線Ｌを散乱させるクラックが好適とされる。この他の構造変化領域１０の形態としては、サファイア層２内を透過する光線Ｌを屈折させる屈折率変化領域が挙げられる。
【００１７】
図２は、サファイア層２の一側面２ｃ’の近傍に構造変化領域１０が形成された例を示している。このクラック構造変化領域１０が形成されたことにより、サファイア層２内からの光線Ｌの出射量が多くなる。その理由を述べると、図３に示すように、サファイア層２内において光線Ｌが側面２ｃに入射した場合において、光線Ｌが側面２ｃ、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。臨界角度θ内の角度で光線Ｌが側面２ｃに入射すれば光線Ｌは側面２ｃを透過するが、臨界角度θ以上の角度で側面２ｃ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。
【００１８】
そこで、図２に示すように構造変化領域１０を側面２ｃ’の近傍に形成しておくと、サファイア層２内で反射角度が保存され側面２ｃ’に入射しようとする光線は、側面２ｃ’の手前で構造変化領域１０に入射する。構造変化領域１０に入射した光線Ｌは散乱し、側面２ｃ’に対して臨界角度θ内である透過角度で側面２ｃに入射する。このため、構造変化領域１０に入射した光線Ｌは反射角度が解消され、側面２ｃ’を透過してサファイア層２内から空気中に出射する。このように、構造変化領域１０が存在しなければ消光していた光線Ｌが構造変化領域１０に入射して散乱することによりサファイア層２内から出射することが可能になるため、サファイア層２内からの光線Ｌの出射量は多くなり、サファイア層２内から効率よく光線Ｌが出射する。
【００１９】
ところで、発光デバイス１にあっては、サファイア層２の形状や発光デバイス１自体の構造等に起因して、裏面２ｂ内や各側面２ｃ内の各箇所における発光量（光線Ｌの出射量）の分布が一定ではない場合がある。その場合には、裏面２ｂや各側面２ｃでの発光量を調べてから、発光量の少ない裏面２ｂや各側面２ｃの近傍（例えば、表面から深さ１０μｍ程度までの領域）に構造変化領域１０を形成する。これにより、臨界角度θ外から裏面２ｂや各側面２ｃに到達する光が多く存在すると考えられる箇所に構造変化領域１０を形成することができ、その結果、効率よくサファイア層２内からの光線Ｌの出射効率を向上させることができる。
【００２０】
上記構造変化領域１０は、レーザ光照射によって形成され、特にパルス幅が１００ｐｓ（ピコ秒）以下のパルスレーザ（フェトム秒レーザを含む）を照射することにより好適に形成することができる。レーザ光照射によって構造変化領域１０を形成するには、図４に示すように、多数の発光層３がサファイア層２を構成するサファイア基板２Ａの表面（図４で下側の面）に形成され発光デバイス１に分割される前の段階で、サファイア基板２Ａの裏面側から照射したレーザ光Ｂをサファイア基板２Ａ内に集光させることによって行うことができる。
【００２１】
図５は、図４に示した方法によりサファイア層２の裏面２ｃ（サファイア基板２Ａの裏面）の上記近傍にレーザ光Ｂを照射して構造変化領域１０を形成している様子を模式的に示している。裏面２ｃの近傍に構造変化領域１０を形成するには、レーザ光Ｂの集光点を裏面２ｂの近傍に設定し、裏面２ｂと平行にレーザ光Ｂを走査させることによって構造変化領域１０を形成することができる。
【００２２】
また、図６（ａ），（ｂ）は、図４に示した方法によりサファイア層２の側面２ｃの上記近傍にレーザ光Ｂを照射して構造変化領域１０を形成している様子を模式的に示している。側面２ｃの近傍に構造変化領域１０を形成するには、図６（ｂ）に示すように、走査させるレーザ光Ｂの集光点をレーザ光Ｂの照射側より遠い方から徐々に近くする、すなわち矢印Ｐ方向に段階的に移動させながら照射すると、先に形成した構造変化領域１０の影響を受けずにレーザ光Ｂが集光されて側面２ｃ近傍に複数の構造変化領域１０を一定の品質で形成することができる。なお、側面２ｃへのレーザ光照射による構造変化領域１０の形成は、上記サファイア基板２Ａを切断するためにレーザ光を照射した時に、同時に形成するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００２３】
１…発光デバイス
２…サファイア層
２ａ…表面
２ｂ…裏面
２ｃ，２ｃ’…側面
３…発光層
１０…構造変化領域
Ｌ…光線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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