TWI784639B

TWI784639B - 垂直共振腔面射型雷射二極體晶粒陣列的切割方法

Info

Publication number: TWI784639B
Application number: TW110127538A
Authority: TW
Inventors: 祁幼銘; 黃國鈞; 郭淳文; 陳政維; 王希平; 蔡俊宏
Original assignee: 宏捷科技股份有限公司
Priority date: 2021-07-27
Filing date: 2021-07-27
Publication date: 2022-11-21
Also published as: TW202305901A

Abstract

一種垂直共振腔面射型雷射(以下簡稱VCSEL)二極體晶粒陣列的切割方法，實質上由以下步驟所構成：(a)以一鑽石刀具自一切割道朝向一磊晶基板的一切割方向切割一晶圓單元至磊晶基板內的第一位置處，以在磊晶基板內留下一晶圓切割道，晶圓單元具有磊晶基板、配置於磊晶基板上的VCSEL二極體晶粒陣列，及形成在磊晶基板下表面的金屬防變形層，且第一位置鄰近磊晶基板下表面每兩相鄰VCSEL二極體晶粒間共同定義有該切割道；及(b)於該步驟(a)後，以一雷射刀具沿切割方向自晶圓切割道處切斷磊晶基板與金屬防變形層，令每兩相鄰之VCSEL二極體晶粒彼此分離。

Description

垂直共振腔面射型雷射二極體晶粒陣列的切割方法

本發明是有關於一種切割方法，特別是指一種垂直共振腔面射型雷射(vertical-cavity surface-emitting laser，以下簡稱VCSEL)二極體晶粒陣列的切割方法。

在現有的VCSEL二極體晶粒的磊晶過程中，基於磊晶基板的厚度相對大於其上表面所磊製的磊晶膜層結構；因此，為了避免磊晶過程因磊晶基板變形導致磊製在磊晶基板上的磊晶膜層結構產生變形，相關業者在磊晶前，會先在磊晶基板的下表面鍍上一層可做為背電極並同時防止該磊晶基板變形的金屬防變形層。

如圖1與圖2所示，顯示有一種現有的VCSEL二極體晶粒陣列的切割方法(以下稱前案1)。該前案1的切割方法是使用一鑽石刀具2(見圖1)或一雷射刀具3(見圖2)自一晶圓單元1的一切割道14處朝向該晶圓單元1切割；其中，該晶圓單元1包括一磊晶基板11、一磊製於該磊晶基板11上的垂直共振腔面射型雷射(VCSEL)二極體晶粒12陣列，及一形成於該磊晶基板11之一下表面111的金屬防變形層13，且每兩鄰垂直共振腔面射型雷射(VCSEL)二極體晶粒12間共同定義出該切割道14。眾所周知的是，各垂直共振腔面射型雷射(VCSEL)二極體晶粒12具有一第一布拉格反射鏡(distributed bargg reflector，以下簡稱DBR)膜層結構121、一第二DBR膜層結構122、一夾置於該第一DBR膜層結構121與該第二DBR膜層結構122間的多重量子井(MQW)發光膜層結構123、一覆蓋該等膜層結構121、122、123並局部裸露出該第二DBR膜層結構122的覆蓋層124，及一對接觸電極(圖未示)。此外，相關業界也知道，常見的第一DBR膜層結構121與第二DBR膜層結構122分別是一 n型半導體膜層堆疊與一p型半導體膜層堆疊，而該對接觸電極(圖未示)則是分別電連接於該 n型半導體膜層堆疊與該p型半導體膜層堆疊。

上述前案1雖可透過該鑽石刀具2或雷射刀具3縱向切割該晶圓單元1，以令兩相鄰垂直共振腔面射型雷射(VCSEL)二極體晶粒12彼此分離。然而，當使用該鑽石刀具2切割至該金屬防變形層13時，該金屬變形層13容易使該鑽石刀具2受損。此外，當使用該雷射刀具3切割該晶圓單元1時，又基於該磊晶基板11厚度過大因而需要高輸出功率的雷射能量實施切割程序，而過高的雷射輸出功率經長時間實施也容易損壞垂直共振腔面射型雷射(VCSEL)二極體晶粒12，導致良率出現問題。

有鑑於前述問題，業界則開發另一種現有的VCSEL二極體晶粒陣列的切割方法(以下稱前案2)。如圖3與圖4所示，該前案2之切割方法是先對該金屬防變形層13實施一如圖3所示的通道形成程序，其是搭配使用黃光微影製程(phtotlithagrphy process)與濕蝕刻(wet etching)在對應於該切割道14處的該金屬防變形層13處先形成一如圖3所示的通道130。後續，再利用該鑽石刀具2實施一鑽石切割程序，其是自圖3所示的該切割道14處縱向切割圖3所示的磊晶基板11，以令兩相鄰垂直共振腔面射型雷射(VCSEL)二極體晶粒12彼此分離(見圖4)。

雖然該前案2的切割方法可避免該金屬防變形層13損壞該鑽石刀具2；然而，為了在該金屬防變形層13濕蝕刻出該通道130，相關業者仍需實施上光阻、軟烤、曝光、顯影、硬烤、濕蝕刻與剝除等多道程序才能完成該通道130。該前案2的切割方法相較於該前案1，雖然可免除該鑽石刀具2遭受該金屬防變形層13的破壞，但相形之下也徒增許多製程上的時間成本。

經上述說明可知，在簡化切割程序的前提下又能解決刀具受損問題與良率下降問題，是所屬技術領域中的相關技術人員有待突破的課題。

因此，本發明的目的，即在提供一種程序簡化又能解決刀具受損與良率下降等問題的垂直共振腔面射型雷射二極體晶粒陣列的切割方法。

於是，本發明垂直共振腔面射型雷射二極體晶粒陣列的切割方法，實質上由以下步驟所構成：一步驟(a)及一步驟(b)。該步驟(a)是以一鑽石刀具自一切割道朝向一磊晶基板的一切割方向切割一晶圓單元至該磊晶基板內的一第一位置處，以在該磊晶基板內留下一晶圓切割道，其中，該晶圓單元具有該磊晶基板、一配置於該磊晶基板上的垂直共振腔面射型雷射二極體晶粒陣列，及一形成在該磊晶基板之一下表面的金屬防變形層，且該第一位置處鄰近該磊晶基板的下表面，每兩相鄰之垂直共振腔面射型雷射二極體晶粒間共同定義有該切割道。該步驟(b)是於該步驟(a)後，以一雷射刀具沿該切割方向自該晶圓切割道處切斷該磊晶基板與該金屬防變形層，令每兩相鄰之垂直共振腔面射型雷射二極體晶粒彼此分離。

本發明的功效在於：只需要兩道步驟，在該步驟(a)使用該鑽石刀具切割該等垂直共振腔面射型雷射二極體晶粒與該磊晶基板，直到切割至該磊晶基板內的第一位置處後，再實施該步驟(b)改用該雷射刀具3切斷該磊晶基板與該金屬防變形層，該金屬防變形層並未傷及該鑽石刀具，也基於該第一位置處鄰近該下表面，因而該雷射刀具在切割該磊晶基板時所需時間不多，且該金屬防變形層遇及該雷射刀具時更能迅速熔解斷開，不足以損壞該等垂直共振腔面射型雷射二極體晶粒，能維持應有的良率且程序簡化。

在本發明被詳細描述的前，應當注意在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。

本發明垂直共振腔面射型雷射二極體晶粒陣列的切割方法的一實施例，其實質上由以下步驟所構成：一步驟(a)及一步驟(b)。

參閱圖5與圖6，該步驟(a)是以該鑽石刀具2自該切割道14朝向該磊晶基板11的一切割方向Z切割該晶圓單元1至該磊晶基板11內的一第一位置處，以在該磊晶基板內留下一晶圓切割道112，其中，該晶圓單元1具有該磊晶基板11、配置於該磊晶基板11上的垂直共振腔面射型雷射二極體晶粒12陣列，及形成在該磊晶基板11之下表面111的金屬防變形層13，且該第一位置處是鄰近該磊晶基板11的下表面111，每兩相鄰之垂直共振腔面射型雷射二極體晶粒12間共同定義有該切割道14。

參閱圖7與圖8，該步驟(b)是於該步驟(a)後，以該雷射刀具3沿該切割方向Z自該晶圓切割道112處切斷該磊晶基板11與該金屬防變形層13，令每兩相鄰之垂直共振腔面射型雷射二極體晶粒12彼此分離。

為避免該金屬防變形層13損傷該鑽石刀具2；較佳地，該步驟(a)之第一位置處至該磊晶基板11的下表面111具有一至少小於等於24.5 μm的殘留厚度t。

為避免於實施該步驟(b)時所使用的雷射能量損及該等垂直共振腔面射型雷射二極體晶粒12；較佳地，該步驟(b)之雷射刀具於該第一位置處至該磊晶基板11下表面111間的一第一輸出功率是介於3.5 W至5.5 W間，且該步驟(b)之雷射刀具於該磊晶基板11下表面111至該金屬防變形層13間的一第二輸出功率是介於3 W至4 W間。

經本發明該實施例之切割方法的詳細說明可知，本發明該實施例，無須如同該前案2般，仍需實施上光阻、軟烤、曝光、顯影、硬烤、濕蝕刻與剝除等多道程序，本發明該實施例只需要兩道步驟，在前期實施該步驟(a)，使用該鑽石刀具2自該切割道14沿該切割方向Z來切割該等垂直共振腔面射型雷射二極體晶粒12與該磊晶基板11，直到切割至該磊晶基板11內的第一位置處後，再實施該步驟(b)，改用該雷射刀具3以著沿該切割方向Z縱向切斷該磊晶基板11與該金屬防變形層13。因此，該金屬防變形層13並未傷及該鑽石刀具2。即使該雷射刀具3於執行該步驟(b)時，仍有切割該磊晶基板11，但也基於該磊晶基板11內的第一位置處距離該下表面111僅剩下小於等於24.5 μm的殘留厚度t，因而該雷射刀具3在切割該磊晶基板11時所需時間不多，且該金屬防變形層13遇及該雷射刀具3時更能迅速熔解斷開。因此，該雷射刀具3的雷射能量不足以損壞該等垂直共振腔面射型雷射二極體晶粒12，能維持應有的良率。相較於該前案1與該前案2，本發明該實施例不只程序簡化，又能解決刀具受損與良率下降等問題。

綜上所述，本發明垂直共振腔面射型雷射二極體晶粒陣列的切割方法只需要兩道步驟，不僅程序簡化，又能解決刀具受損與良率下降等問題，故確實能達成本發明的目的。

惟以上所述者，僅為本發明的實施例而已，當不能以此限定本發明實施的範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作的簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋的範圍內。

1:晶圓單元

11:磊晶基板

111:下表面

112:晶圓切割道

12:垂直共振腔面射型雷射二極體晶粒

121:第一DBR膜層結構

122:第二DBR膜層結構

123:發光膜層結構

124:覆蓋層

13:金屬防變形層

130:通道

14:切割道

2:鑽石刀具

3:雷射刀具

Z:切割方向

t:殘留厚度

本發明的其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是一正視示意圖，說明一種現有的VCSEL二極體晶粒陣列的切割方法，其使用一鑽石刀具；圖2是一正視示意圖，說明該現有的VCSEL二極體晶粒陣列的切割方法，其使用一雷射刀具；圖3是一正視示意圖，說明另一種現有的VCSEL二極體晶粒陣列的切割方法的一通道形成程序；圖4是一正視示意圖，說明該該另一種現有的VCSEL二極體晶粒陣列的切割方法的一鑽石切割程序；圖5是一正視示意圖，說明實施本發明VCSEL二極體晶粒陣列的切割方法的一實施例的一步驟(a)前；圖6是一正視示意圖，說明實施本發明該實施例之切割方法的的步驟(a)後；圖7是一正視示意圖，說明本發明實施該實施例之切割方法的一步驟(b)時；及圖8是一正視示意圖，說明實施完本發明該實施例之切割方法的的步驟(b)後。