CN106952985A - Led基板的形成方法 - Google Patents
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Abstract
提供LED基板的形成方法，能够通过简单的作业且低廉地形成LED基板。该LED基板的形成方法通过如下的工序来形成LED基板：缓冲层形成工序，在硅基板的正面上形成缓冲层；发光层形成工序，在缓冲层的表面上形成发光层；环状加强部形成工序，留出硅基板的背面的外周部分而对中央部分进行磨削从而形成环状加强部；反射膜形成工序，在硅基板的背面上形成反射膜；电极形成工序，在该反射膜上形成电极；以及分割工序，沿着分割预定线分割成芯片。
Description
技术领域
本发明涉及LED基板的形成方法。
背景技术
以往，在蓝宝石基板上层叠由n-GaN层、活性层、p-GaN层构成的发光层而形成LED(Light Emitting Diode)基板。作为LED基板，公知不与具有绝缘性的蓝宝石基板分离而在与p型电极相邻的位置处配置了n型电极的水平构造的LED基板(例如，参照专利文献1)。关于水平构造的LED基板，对p-GaN层侧进行蚀刻而使n-GaN层部分地露出，并在p-GaN层的正面和n-GaN层的正面上分别配置有p型电极和n型电极。存在因电流从p型电极朝向n型电极时聚集而导致LED基板的耐久性降低的可能性。
并且，作为LED基板，公知与具有绝缘性的蓝宝石基板分离而垂直地配置了p型电极和n型电极的垂直构造的LED基板(例如，参照专利文献2)。关于垂直构造的LED基板，当通过激光剥离(LLO：Laser Lift Off)将蓝宝石基板从n-GaN层分离，并在p-GaN层的正面和n-GaN层的背面分别配置了p型电极和n型电极之后通过支承基板来进行支承。因此，与水平构造的LED基板不同，在电流从p型电极朝向n型电极时不会聚集，提高了LED的耐久性。
近年来，还开发出了代替蓝宝石基板在硅基板上隔着缓冲层而层叠发光层来形成LED基板的技术(GaN on Silicon(硅上氮化镓)技术)(例如，参照专利文献3、4)。作为外延基板，硅基板比蓝宝石基板更低廉，能够大幅削减LED基板的制造时的成本。
专利文献1：日本特开平09-116192号公报
专利文献2：日本特许第5653327号公报
专利文献3：日本特开2012-243807号公报
专利文献4：日本特许第5752855号公报
但是，在硅基板和GaN中，由于晶格失配较大，所以为了层叠GaN层而需要在硅基板上形成好几层缓冲层。并且，在形成垂直构造的LED基板的情况下，很难使用上述的激光剥离将硅基板从LED基板分离。即使假设能够将硅基板从LED基板分离而从硅基板转贴到支承基板上，也存在产生转贴作业而作业相应地变得复杂的问题。
发明内容
本发明是鉴于该点而完成的，其目的在于提供LED基板的形成方法，能够通过简单的作业且低廉地形成LED基板。
本发明的LED基板的形成方法具有如下的工序：缓冲层形成工序，在硅基板的一个面上形成缓冲层；发光层形成工序，在通过该缓冲层形成工序所形成的缓冲层的表面上形成发光层；环状加强部形成工序，在该发光层形成工序之后，对硅基板的另一个面的中央进行磨削并形成凹部，由此在该凹部的外侧形成环状加强部；反射膜形成工序，在该环状加强部形成工序之后，在该凹部上形成反射膜；电极形成工序，在通过该反射膜形成工序所形成的该反射膜的表面上形成电极；以及分割工序，在该电极形成工序之后，沿着分割预定线分割成芯片。
根据该结构，对硅基板的另一个面的中央部分进行磨削而在中央部分的周围形成环状加强部。由于通过环状加强部来确保硅基板的刚性，所以即使硅基板的中央部分变薄也不会产生翘曲。因此，不产生从硅基板到支承基板的基板的转贴作业。并且，由于硅基板的中央部分较薄，所以从发光层的背面发出的光透过硅基板而经反射膜反射，由此，提高了发光效率。并且，能够通过将硅基板作为外延基板来大幅削减成本。
根据本发明，通过对硅基板的另一个面的中央部分进行磨削，而在中央部分的周围形成环状加强部。由此，能够将低廉的硅基板作为外延基板来进行使用，不产生将发光层从硅基板转贴到支承基板的作业。并且，通过将硅基板磨削得较薄，使来自发光层的背面的光透过硅基板而经反射膜反射并再次透过硅基板，由此，能够使亮度提高。
附图说明
图1的(A)、(B)是比较例的LED构造的说明图。
图2是示出本实施方式的缓冲层形成工序的一例的图。
图3是示出本实施方式的发光层形成工序的一例的图。
图4的(A)～(C)是示出本实施方式的环状加强部形成工序的一例的图。
图5是示出本实施方式的反射膜形成工序的一例的图。
图6是示出本实施方式的电极形成工序的一例的图。
图7的(A)、(B)是示出本实施方式的分割工序的一例的图。
图8是示出第1变形例的电极形成工序的一例的图。
图9是示出第2变形例的电极形成工序的一例的图。
图10的(A)、(B)是示出本实施方式的分割工序的另一例的图。
标号说明
10：硅基板；11：凹部；12：环状加强部；20：缓冲层；30：发光层；31：n-GaN层；32：活性层；33：p-GaN层；40：反射膜；51：n型电极(电极)；52：p型电极(电极)；C：芯片。
具体实施方式
在对本实施方式进行说明之前，对比较例的LED构造进行简单地说明。图1是比较例的LED构造的说明图。另外，为了方便说明，在比较例的LED构造中使用与本实施方式相同的标号来进行说明。
如图1的(A)所示，在硅基板10上形成有缓冲层20，在缓冲层20上形成有由n-GaN层31、活性层32、p-GaN层33构成的发光层(LED发光层)30。与蓝宝石基板相比硅基板10为大口径，而且作为外延基板比蓝宝石基板更低廉。并且，为了吸收硅与GaN的晶格失配的差异而在硅基板10与n-GaN层31之间形成有好几层缓冲层20。在该构造中，很难使用激光剥离将硅基板10从发光层30分离而形成垂直构造的LED基板。
通常，对层叠了发光层的蓝宝石基板使用激光剥离，通过将激光光线会聚于n-GaN层而使蓝宝石基板从发光层分离。在本构造中，不能直接将激光光线会聚于n-GaN层31，很难将硅基板10从发光层30分离。在该情况下，也考虑了不使硅基板10从n-GaN层31分离而是作为支承基板来进行利用。由此，虽然能够省去支承基板的转贴而简化作业，但在硅基板10仍然较厚的状态下，从发光层30的背面发出的光被硅基板10吸收而使发光效率降低。
另一方面，如图1的(B)所示，还考虑了对硅基板10的背面进行磨削而使其变薄。由此，虽然降低了被硅基板10吸收的光的吸收量，但存在当进行电极51、52的蒸镀时硅和GaN被加热而磨削得较薄的硅基板10破裂的问题。
因此，在本实施方式中，着眼于硅基板10与蓝宝石基板相比更容易磨削这一点，留出硅基板10的外周而仅对中央部分进行磨削，由此，确保了硅基板10的刚性。由此，一边抑制硅基板10的破裂，一边抑制硅基板10对来自发光层30的光的吸收量。进而，在硅基板10的背面上形成反射膜，而使透过厚度较薄的硅基板10的光经反射膜而反射。
以下，参照附图对本实施方式的LED基板的形成方法进行详细地说明。图2是示出缓冲层形成工序的图，图3是示出发光层形成工序的图，图4是示出环状加强部形成工序的图，图5是示出反射膜形成工序的图，图6是示出电极形成工序的图，图7是示出分割工序的各一例的图。
如图2所示，首先实施缓冲层形成工序。在缓冲层形成工序中，在硅基板10的一个面(正面)上形成缓冲层20。作为缓冲层20的形成方法，能够利用MOCVD(Metal OrganicChemical Vapor Deposition：金属有机气相沉积)法、MBE(Molecular Beam Epitaxy：分子束外延)法、CVD(Chemical Vapor Deposition：化学气相淀积)法、溅镀法等气相成膜法。另外，为了防止在GaN形成后的冷却时产生的裂纹，优选缓冲层20由多层构造形成。
如图3所示，在缓冲层形成工序之后实施发光层形成工序。在发光层形成工序中，在缓冲层20的表面上形成发光层30。将n-GaN层31、活性层32、p-GaN层33按照该顺序层叠在缓冲层20的表面上而形成发光层30。另外，作为发光层30的形成方法，例如，能够利用上述的MOVCD法或MBE法。这样，在硅基板10的一个面上隔着缓冲层20层叠发光层30，由此，抑制了因硅与GaN的晶格失配而产生的裂纹。并且，在缓冲层20的表面上，发光层(Epi层)的层叠顺序也可以是p-GaN层33、活性层32、n-GaN层31。
如图4所示，在发光层形成工序之后实施环状加强部形成工序。在环状加强部形成工序中，对硅基板10的另一面(背面)的中央进行磨削而形成凹部11，并在凹部11的外侧形成环状加强部12。在该情况下，如图4的(A)所示，在层叠于硅基板10的发光层30上粘接保护带T1，并将附着了该保护带T1的硅基板10搬入到磨削装置(未图示)中。在磨削装置中，在使硅基板10的另一面朝向上方的状态下，隔着保护带T1将硅基板10吸引保持在卡盘工作台61上。
如图4的(B)所示，磨削单元62的磨削磨轮63一边旋转一边接近卡盘工作台61，通过使磨削磨轮63与硅基板10的另一面旋转接触而对硅基板10进行磨削。此时，使用比硅基板10的半径小径的磨削磨轮63而仅对硅基板10的另一面中最终作为LED器件使用的中央部分进行磨削。由此，在硅基板10的另一面上形成圆形的凹部11，并且在硅基板10的外周部分上形成环状加强部12。
如图4的(C)所示，硅基板10的中央部分因凹部11而被薄化，通过围绕凹部11的环状加强部12来确保刚性。由于作为LED器件来使用的硅基板10的中央部分被薄化，所以抑制了硅的中央部分的光的吸收量。另外，关于该硅基板10的中央部分，为了使光透过而优选将其磨削至厚度为1【μm】～40【μm】。并且，由于硅基板10通过环状加强部12来确保刚性，所以抑制了硅基板10的翘曲，防止了基于蒸镀的电极形成时的热量和搬送时的破损等。
如图5所示，在环状加强部形成工序之后实施反射膜形成工序。在反射膜形成工序中，在形成于硅基板10的另一面上的凹部11的底面上形成反射膜40。由此，在发光层30的背面发出的光透过硅基板10而经反射膜40反射，并且反射光再次透过硅基板10而从发光层30的正面侧射出，由此，提高了发光效率。另外，作为反射膜40的形成方法，能够利用溅镀和蒸镀法等。并且，虽然反射膜40由金属膜形成，但如果能够使透过硅基板10的光反射，则也可以由其他材料形成。
如图6所示，在反射膜形成工序之后实施电极形成工序。在电极形成工序中，在反射膜40的表面上形成n型电极51。并且，当在反射膜40的表面上形成n型电极51之后，将保护带T1(参照图5)从发光层30的正面剥离而在发光层30的正面上形成p型电极52。虽然n型电极51、p型电极52通过蒸镀法来形成，但由于利用环状加强部12来确保硅基板10的刚性，所以即使硅与GaN的热膨胀系数不同也不会因蒸镀时的热量而使硅基板10翘曲。因此，由于即使硅基板10变薄也不会产生翘曲，所以能够容易地进行电极形成。
另外，在本实施方式中，采用了在将保护带T1(参照图5)从发光层30的正面剥离之后在发光层30的正面上形成p型电极52的结构，但并不仅限于该结构。也可以在将保护带T1粘接在发光层30的正面上之前在发光层30的正面上形成p型电极52。即，也可以在发光层形成工序与环状加强部形成工序之间在发光层30的正面上形成p型电极52。另外，n型电极51、p型电极52的形成方法并不仅限于蒸镀法，也可以利用溅镀等。
如图7所示，在电极形成工序之后实施分割工序。在分割工序中，沿着分割预定线(未图示)将硅基板10分割成各个芯片C(LED基板)。在该情况下，如图7的(A)所示，将发光层30的正面粘接在对环状框架(未图示)的开口部进行覆盖的划片带T2上，并将支承在环状框架上的硅基板10搬入到切削装置(未图示)中。在切削装置中，在使硅基板10的另一面即n型电极51朝向上方的状态下，隔着划片带T2将硅基板10吸引保持在卡盘工作台71上。在该情况下，使用透明的卡盘工作台71并在卡盘工作台71的下方进行对准，以便能够对分割预定线进行确认。
如图7的(B)所示，切削刀具72相对于硅基板10的分割预定线被对位，在硅基板10的径向外侧将切削刀具72下降到能够切入到划片带T2的中途的高度。然后，使卡盘工作台71相对于高速旋转的切削刀具72进行切削进给，由此，沿着分割预定线对硅基板10和发光层30进行全切割。当沿着一条分割预定线对硅基板10和发光层30进行了全切割时，将切削刀具72对位于相邻的分割预定线而对硅基板10和发光层30进行全切割。
通过重复进行该切削动作，沿着全部的分割预定线对硅基板10和发光层30进行全切割。其结果是，沿着分割预定线将硅基板10分割成各个芯片C。另外，分割工序只要能够将硅基板10分割成各个芯片C即可，例如，也可以沿着分割预定线借助由激光光线进行的烧蚀加工对硅基板10进行分割。并且，也可以利用激光光线在硅基板10内形成沿着分割预定线的改质层，并以该改质层为分割起点对硅基板10施加外力而进行分割。
另外，如上述的那样，在将反射膜40朝上地保持于卡盘工作台71上而进行切削的情况下，由于通过反射膜40无法确认分割预定线，所以需要使用透明的卡盘工作台71来从卡盘工作台71侧进行对准。因此，也可以如图10的(A)和图10的(B)所示，将吸引保持在卡盘工作台71上的硅基板10的面反转。在该情况下，将反射膜40(电极)的正面粘接在对环状框架的开口部进行覆盖的划片带T2上，在使支承在环状框架上的硅基板10的正面即发光层30朝向上方的状态下隔着划片带T2将硅基板10吸引保持在卡盘工作台71上。这样，也可以从硅基板10的上方进行对准从而进行切削。
并且，也可以是，在仅将环状加强部12先去除之后，将硅基板10粘接在对环状框架的开口部进行覆盖的划片带T2上并进行分割。另外，关于环状加强部12的去除，可以对环状加强部12进行磨削而使其变薄，也可以利用切削刀具对环状加强部12的内周进行切削或者对环状加强部12的内周照射激光光线而使凹部11与环状加强部12分离。
如以上所述那样，本实施方式的LED基板的形成方法将硅基板10作为支承基板来进行利用，由此，省去了从硅基板10转贴到支承基板的作业而提高了作业效率。并且，留出硅基板10的外周部分而仅对中央部分进行磨削，由此，一边确保了硅基板10的刚性一边使硅基板10形成得较薄。由此，尽管使LED器件所需的部位的硅基板10变薄，但作为支承基板刚性不会降低。通过在硅基板10的另一面上形成反射膜40，透过变薄的硅基板10的光经反射膜40向前方反射而提高了发光效率。并且，将硅基板10作为外延基板，从而与将蓝宝石基板作为外延基板的结构相比能够削减成本。
另外，本发明并不仅限于上述实施方式，能够实施各种变更。在上述实施方式中，关于在附图中图示的大小或形状等，并不仅限于此，能够在发挥本发明的效果的范围内进行适当变更。另外，只要在不脱离本发明的目的的范围内便能够实施适当变更。
例如，也可以通过Si贯通电极(TSV：Through-Silicon Via)将硅基板的另一面的n型电极连接在n-GaN层。以下，参照图8对第1变形例的LED基板的形成方法进行说明。图8是示出第1变形例的电极形成工序的一例的图。在第1变形例中，仅电极形成工序与本实施方式不同。因此，仅对电极形成工序进行简单地说明。
如图8所示，在第1变形例的电极形成工序中，从反射膜40侧进行蚀刻而形成从反射膜40到n-GaN层31为止的贯通孔15。通过向贯通孔15中填充金属等导电性材料而形成Si贯通电极53，进而形成与Si贯通电极53连接的n型电极51。由此，能够将n型电极51与n-GaN层31直接连接，并使n型电极51与n-GaN层31之间的电阻变小。因此，能够以较少的电力消耗来提高LED基板的亮度。
并且，也可以在硅基板的另一面上形成n型电极和p型电极，并分别通过Si贯通电极来与n-GaN层和p-GaN层连接。以下，参照图9对第2变形例的LED基板的形成方法进行说明。图9是示出第2变形例的电极形成工序的一例的图。关于第2变形例，仅电极形成工序与本实施方式不同。因此，仅对电极形成工序进行简单地说明。
如图9所示，在第2变形例的电极形成工序中，从反射膜40侧进行蚀刻而形成从反射膜40到n-GaN层31为止的贯通孔15和从反射膜40到p-GaN层33为止的贯通孔16。通过向贯通孔15、16中填充金属等导电性材料而形成Si贯通电极53、54，进而形成与Si贯通电极53、54连接的n型电极51、p型电极52。由此，将n型电极51与n-GaN层31直接连接，并且将p型电极52与p-GaN层33直接连接。因此，能够使n型电极51与n-GaN层31之间、p型电极51与p-GaN层33之间的电阻变小，从而降低LED基板的电力消耗。并且，发光层30的正面的发光不会被p型电极52遮挡，能够增加发光层30的发光面积。因此，与第1变形例相比，能够进一步提高LED基板的亮度。
并且，在上述的实施方式中，采用了从保护带T1转贴到划片带T2的结构，但并不仅限于该结构。如果在进行保护带T1的粘接之前p型电极52未形成在发光层30的正面上，则也可以不取下保护带T1而在保护带T1的正面上粘接划片带T2。
如以上说明的那样，本发明具有能够通过简单的作业低廉地形成LED基板的效果，特别是对于将硅基板作为外延基板而形成了发光层的LED基板的形成方法有用。
Claims (1)
1.一种LED基板的形成方法，其中，该LED基板的形成方法具有如下的工序：
缓冲层形成工序，在硅基板的一个面上形成缓冲层；
发光层形成工序，在通过该缓冲层形成工序所形成的缓冲层的表面上形成发光层；
环状加强部形成工序，在该发光层形成工序之后，对硅基板的另一个面的中央进行磨削并形成凹部，由此在该凹部的外侧形成环状加强部；
反射膜形成工序，在该环状加强部形成工序之后，在该凹部上形成反射膜；
电极形成工序，在通过该反射膜形成工序所形成的该反射膜的表面上形成电极；以及
分割工序，在该电极形成工序之后，沿着分割预定线分割成芯片。
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