CN107527986B - 发光二极管芯片的制造方法和发光二极管芯片 - Google Patents
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Abstract
提供发光二极管芯片的制造方法和发光二极管芯片，得到充分的亮度。发光二极管芯片的制造方法具有如下工序：晶片准备工序，准备如下晶片：晶片在晶体成长用透明基板上具有层叠体层，在层叠体层的正面上由互相交叉的多条分割预定线划分出的各区域中分别形成有LED电路，层叠体层形成有包含发光层在内的多个半导体层；晶片背面加工工序，在晶片的背面上与各LED电路对应地形成多个凹部或第1槽；透明基板加工工序，在透明基板的正面上与晶片的各LED电路对应地形成多个第2槽；一体化工序，将透明基板的正面粘贴在晶片的背面上而形成一体化晶片；和分割工序，沿着分割预定线将晶片与透明基板一起切断而将一体化晶片分割成各个发光二极管芯片。
Description
技术领域
本发明涉及发光二极管芯片的制造方法和发光二极管芯片。
背景技术
在蓝宝石基板、GaN基板、SiC基板等晶体成长用基板的正面上形成有层叠体层，该层叠体层通过将n型半导体层、发光层和p型半导体层层叠多层而形成，在该层叠体层上在由交叉的多条分割预定线划分出的区域内形成有多个LED(Light Emitting Diode：发光二极管)等发光器件的晶片被沿着分割预定线切断而分割成各个发光器件芯片，分割得到的发光器件芯片被广泛地应用在移动电话、个人计算机、照明设备等各种电子设备中。
由于从发光器件芯片的发光层射出的光具有各向同性，所以光也会照射到晶体成长用基板的内部而也从基板的背面和侧面射出。然而，在照射到基板的内部的光中，由于基板与空气层的界面处的入射角为临界角以上的光在界面上发生全反射而被关在基板内部，不会从基板射出到外部，所以存在导致发光器件芯片的亮度降低的问题。
为了解决该问题，在日本特开2014-175354号公报中记载了如下的发光二极管(LED)：为了抑制从发光层射出的光被关在基板的内部，将透明部件粘贴在基板的背面上而实现亮度的提高。
专利文献1：日本特开2014-175354号公报
然后，在专利文献1所公开的发光二极管中，存在如下问题：虽然通过将透明部件粘贴在基板的背面而稍微提高了亮度，但无法得到充分的亮度。
发明内容
本发明是鉴于这样的点而完成的，其目的在于，提供发光二极管芯片的制造方法和发光二极管芯片，能够得到充分的亮度。
根据技术方案1所述的发明，提供发光二极管芯片的制造方法，其特征在于，该发光二极管芯片的制造方法具有如下的工序：晶片准备工序，准备如下的晶片：该晶片在晶体成长用透明基板上具有层叠体层，在该层叠体层的正面上由互相交叉的多条分割预定线划分出的各区域中分别形成有LED电路，其中，所述层叠体层形成有包含发光层在内的多个半导体层；晶片背面加工工序，在该晶片的背面上与各LED电路对应地形成多个凹部或第1槽；透明基板加工工序，在透明基板的正面上与该晶片的各LED电路对应地形成多个第2槽；一体化工序，在实施了该晶片背面加工工序和该透明基板加工工序之后，将该透明基板的正面粘贴在该晶片的背面上而形成一体化晶片；以及分割工序，沿着该分割预定线将该晶片与该透明基板一起切断而将该一体化晶片分割成各个发光二极管芯片。
优选在透明基板加工工序中形成的第2槽的截面形状为三角形、四边形以及半圆形中的任意形状。优选通过切削刀具、蚀刻、喷沙以及激光中的任意方式来形成晶片背面加工工序中所形成的凹部或第1槽，通过切削刀具、蚀刻、喷沙以及激光中的任意方式来形成透明基板加工工序中所形成的第2槽。
优选该透明基板由透明陶瓷、光学玻璃、蓝宝石以及透明树脂中的任意材料形成，在该一体化工序中使用透明粘接剂将该透明基板粘接在晶片上。
根据技术方案5所述的发明，提供发光二极管芯片，该发光二极管芯片具有：发光二极管，其在正面上形成有LED电路并且在背面上形成有凹部或第1槽；以及透明部件，其粘贴在该发光二极管的背面上，在该透明部件的与该发光二极管粘贴的面上形成有第2槽。
关于本发明的发光二极管芯片，由于在粘贴于LED的背面的透明部件的正面上形成有第2槽，所以透明部件的表面积增大，而且从LED的发光层照射并入射到透明部件的光在该凹部或该第1槽以及第2槽部分中复杂地折射，因此能够减少在光从透明部件射出时透明部件与空气层的界面处的入射角为临界角以上的光的比例，从透明部件射出的光的量增大而使发光二极管芯片的亮度提高。
附图说明
图1是光器件晶片的正面侧立体图。
图2的(A)是示出切削刀具所进行的晶片的背面加工工序的立体图，图2的(B)～图2的(D)是示出所形成的槽形状的剖视图。
图3的(A)是具有形成在晶片的背面的沿第1方向伸长的多个槽的晶片的背面侧立体图，图3的(B)是形成有沿第1方向和与第1方向垂直的第2方向伸长的形成在晶片的背面的多个槽的晶片的背面侧立体图。
图4的(A)是示出将掩模粘贴在晶片的背面上的情形的立体图，图4的(B)是在晶片的背面上粘贴了具有多个孔的掩模的状态的立体图，图4的(C)～图4的(E)是示出形成在晶片的背面的凹部的形状的晶片的局部的立体图。
图5的(A)是示出通过激光束在晶片的背面上形成槽的情形的立体图，图5的(B)是示出槽形状的晶片的局部剖视图，图5的(C)是示出通过激光束在晶片的背面上形成圆形凹部的情形的立体图，图5的(D)是示出所形成的圆形的凹部的晶片的部分立体图。
图6的(A)是示出透明基板加工工序的立体图，图6的(B)～图6的(D)是示出所形成的槽形状的剖视图。
图7的(A)是示出将正面上具有沿第1方向伸长的多个槽的透明基板粘贴在晶片的背面上而进行一体化的一体化工序的立体图，图7的(B)是一体化晶片的立体图。
图8是示出将正面上具有沿第1方向和与第1方向垂直的第2方向伸长的多个槽的透明基板粘贴在晶片的背面上而进行一体化的一体化工序的立体图。
图9是示出借助划片带而利用环状框架对一体化晶片进行支承的支承工序的立体图。
图10是示出将一体化晶片分割成发光二极管芯片的分割工序的立体图。
图11是分割工序结束后的一体化晶片的立体图。
图12的(A)～图12的(C)是本发明实施方式的发光二极管芯片的立体图。
标号说明
2：掩模；3、3A、3B：槽；4：孔；5、5A、5B：凹部；7：槽；9：凹部；10：切削单元；11：光器件晶片(晶片)；13：蓝宝石基板；14：切削刀具；15：层叠体层；17：分割预定线；19：LED电路；21：透明基板；21A：透明部件；23、23A、23B：槽；25：一体化晶片；27：切断槽；31、31A、31B：发光二极管芯片。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行详细地说明。参照图1，示出了光器件晶片(以下，有时简称为晶片)11的正面侧立体图。
光器件晶片11构成为在蓝宝石基板13上层叠有氮化镓(GaN)等外延层(层叠体层)15。光器件晶片11具有层叠有外延层15的正面11a和蓝宝石基板13所露出的背面11b。
这里，在本实施方式的光器件晶片11中，采用蓝宝石基板13来作为晶体成长用基板，但也可以代替蓝宝石基板13而采用GaN基板或SiC基板等。
层叠体层(外延层)15是通过使电子为多数载流子的n型半导体层(例如，n型GaN层)、作为发光层的半导体层(例如，InGaN层)、空穴为多数载流子的p型半导体层(例如，p型GaN层)按顺序外延成长而形成的。
蓝宝石基板13具有例如100μm的厚度，层叠体层15具有例如5μm的厚度。在层叠体层15上通过形成为格子状的多条分割预定线17划分而形成有多个LED电路19。晶片11具有形成有LED电路19的正面11a和蓝宝石基板13所露出的背面11b。
根据本发明实施方式的发光二极管芯片的制造方法，首先，实施晶片准备工序，准备图1所示的光器件晶片11。进而，实施晶片背面加工工序，在晶片11的背面11b上与LED电路19对应地形成多个槽3。
例如，使用公知的切削装置来实施该晶片背面加工工序。如图2的(A)所示，切削装置的切削单元10包含：主轴外壳12；未图示的主轴，其以能够旋转的方式插入在主轴外壳12中；以及切削刀具14，其安装在主轴的前端。
切削刀具14的切削刃例如由通过镀镍而固定了金刚石磨粒的电铸磨具形成，其前端形状为三角形、四边形或半圆形。
切削刀具14的大致上部分被刀具罩(轮罩)16覆盖，在刀具罩16上配设有在切削刀具14的里侧和近前侧水平伸长的一对(仅图示了1个)冷却喷嘴18。
在晶片背面加工工序中，在晶片11的背面11b上形成多个槽3，利用未图示的切削装置的卡盘工作台对晶片11的正面11a进行吸引保持。然后，一边使切削刀具14按照箭头R方向高速旋转一边对晶片11的背面11b切入规定的深度，并对保持在未图示的卡盘工作台上的晶片11按照箭头X1方向进行加工进给，从而通过切削来形成沿第1方向伸长的槽3。
一边对晶片11按照晶片11的分割预定线17的间距在与箭头X1方向垂直的方向上进行分度进给，一边对晶片11的背面11b进行切削而如图3的(A)所示依次形成沿第1方向伸长的多个槽3。
如图3的(A)所示，形成于晶片11的背面11b的多个槽3可以是仅沿一个方向伸长的方式，或者如图3的(B)所示，也可以在晶片11的背面11b上形成沿第1方向和与该第1方向垂直的第2方向伸长的多个槽3。
形成于晶片11的背面11b的槽可以是图2的(B)所示的截面三角形的槽3、或图2的(C)所示的截面四边形的槽3A、或图2的(D)所示的截面半圆形的槽3B。
也可以在晶片11的背面11b上与LED电路19对应地形成多个凹部，从而代替通过切削在晶片11的背面11b上形成多个槽3、3A、3B的实施方式。在该实施方式中，如图4的(A)所示，使用具有与晶片11的LED电路19对应的多个孔4的掩模2。
如图4的(B)所示，使掩模2的孔4与晶片11的各LED电路19对应而粘贴在晶片11的背面11b上。然后，如图4的(C)所示，通过湿蚀刻或等离子蚀刻在晶片11的背面11b上形成与掩模2的孔4的形状对应的三角形的凹部5。
也可以通过将掩模2的孔4的形状变更为四边形或圆形而在晶片11的背面11b上形成图4的(D)所示的四边形的凹部5A，或者在晶片11的背面11b上形成图4的(E)所示的圆形的凹部5B。
作为本实施方式的变形例，在将掩模2粘贴在晶片11的背面11b之后，也可以通过实施喷沙加工而在晶片11的背面11b上形成图4的(C)所示的三角形的凹部5、或图4的(D)所示的四边形的凹部5A、或图4的(E)所示的圆形凹部5B。
要想在晶片11的背面11b上形成与LED电路19对应的多个槽或多个凹部，则也可以利用激光加工装置。在激光加工所进行的第1实施方式中，如图5的(A)所示，一边从聚光器(激光头)24对晶片11的背面11b照射对于晶片11具有吸收性的波长(例如，266nm)的激光束，一边对保持着晶片11的未图示的卡盘工作台按照箭头X1方向进行加工进给，从而通过烧蚀在晶片11的背面11b上形成沿第1方向伸长的槽7。
一边对晶片11按照晶片11的分割预定线17的间距在与箭头X1方向垂直的方向上进行分度进给，一边对晶片11的背面11b进行烧蚀加工而依次形成沿第1方向伸长的多个槽7。槽7的截面形状例如可以是图5的(B)所示的半圆形，也可以是其他的形状。
作为代替实施方式，如图5的(C)所示，也可以从聚光器24间歇地照射对于晶片11具有吸收性的波长(例如，266nm)的脉冲激光束而在晶片11的背面11b上形成与LED电路19对应的多个凹部9。凹部9的形状通常是与激光束的光斑形状对应的图5的(D)所示的圆形。
在实施了晶片背面加工工序之后或实施之前，实施透明基板加工工序，在粘贴于晶片11的背面11b的透明基板21的正面21a上与LED电路19对应地形成多个槽。
例如，使用公知的切削装置来实施该透明基板加工工序。在透明基板加工工序中，利用未图示的切削装置的卡盘工作台对透明基板21进行吸引保持，在透明基板21的正面21a上形成多个槽23。
然后，一边使切削刀具14按照箭头R方向高速旋转一边对透明基板21的正面21a切入规定的深度，并对保持在未图示的卡盘工作台上的透明基板21按照箭头X1方向进行加工进给，从而通过切削来形成沿第1方向伸长的槽23。
一边对透明基板21按照晶片11的分割预定线17的间距在与箭头X1方向垂直的方向上进行分度进给，一边对透明基板21的正面21a进行切削而如图6所示依次形成沿第1方向伸长的多个槽23。
如图7的(A)所示，形成于透明基板21的正面21a的多个槽23可以是仅沿一个方向伸长的方式，或者如图8所示，也可以在透明基板21的正面21a上形成沿第1方向和与该第1方向垂直的第2方向伸长的多个槽23。
形成于透明基板21的正面21a的槽可以是图6的(B)所示的截面三角形的槽23、或图6的(C)所示的截面四边形的槽23A、或图6的(D)所示的截面半圆形的槽23B。
透明基板21由透明树脂、光学玻璃、蓝宝石、透明陶瓷中的任意一种形成。在本实施方式中，由比光学玻璃具有耐久性的聚碳酸酯、丙烯等透明树脂来形成透明基板21。另外，作为形成槽的方法，也可以使用喷沙、蚀刻、激光。
在实施了在透明基板21的正面21a上形成多个槽23、23A、23B的透明基板加工工序之后，实施将透明基板21粘贴在晶片11的背面11b上而形成一体化晶片25的一体化工序。
在该一体化工序中，如图7的(A)所示，通过透明粘接剂将晶片11的背面11b粘接在正面21a上形成有沿第1方向伸长的多个槽23的透明基板21的正面上从而如图7的(B)所示将晶片11和透明基板21一体化而形成一体化晶片25。
作为代替实施方式，如图8所示，也可以在透明基板21的正面21a上具有沿第1方向和与该第1方向垂直的第2方向伸长的多个槽23，通过透明粘接剂将晶片11的背面11b粘接在透明基板21的正面21a上而使晶片11和透明基板21一体化。这里，形成于透明基板21的正面21a的槽23的间距与晶片11的分割预定线17的间距对应。
在实施了一体化工序之后，如图9所示，实施支承工序，将一体化晶片25的透明基板21粘贴在外周部被粘贴于环状框架F的划片带T上而形成框架单元，借助划片带T而利用环状框架F对一体化晶片25进行支承。
在实施了支承工序之后，实施分割步骤，将框架单元投入到切削装置中，利用切削装置对一体化晶片25进行切削而分割成各个发光二极管芯片。参照图10对该分割步骤进行说明。
在分割步骤中，一体化晶片25隔着框架单元的划片带T被吸引保持在切削装置的卡盘工作台20上，环状框架F被未图示的夹具夹住而固定。
然后，一边使切削刀具14按照箭头R方向高速旋转一边使切削刀具14的前端切入晶片11的分割预定线17直到到达划片带T，并且一边从冷却喷嘴18朝向切削刀具14和晶片11的加工点提供切削液，一边对一体化晶片25在箭头X1方向上进行加工进给，由此，沿着晶片11的分割预定线17形成将晶片11和透明基板21切断的切断槽27。
一边使切削单元10在Y轴方向上进行分度进给，一边沿着在第1方向上伸长的分割预定线17依次形成同样的切断槽27。接着，在使卡盘工作台20旋转90°之后，沿着在与第1方向垂直的第2方向上伸长的全部的分割预定线17形成同样的切断槽27而成为图11所示的状态，从而将一体化晶片25分割成图12的(A)所示的发光二极管芯片31。
在上述的实施方式中，虽然使用切削装置将一体化晶片25分割成各个发光二极管芯片31，但也可以沿着分割预定线13对晶片11照射对于晶片11和透明基板21具有透过性的波长的激光束而在晶片11和透明基板21的内部沿厚度方向形成多层的改质层，接着对一体化晶片25施加外力而以改质层为分割起点将一体化晶片25分割成各个发光二极管芯片31。
图12的(A)所示的发光二极管芯片31中，对在正面上具有LED电路19的LED13A的背面粘贴透明部件21A。进而，在晶片11的背面11b上形成有凹部5或槽3，在透明部件21A的正面上形成有槽23。
因此，在图12的(A)所示的发光二极管芯片31中，由于在透明部件21A的正面上形成有槽23，所以透明部件21A的表面积增大。进而，从发光二极管芯片31的LED电路19射出并入射到透明部件21A的光的一部分在形成于晶片11的背面11b的凹部5或槽3以及形成于透明部件21A的正面的槽23部分中发生折射而进入到透明部件21A内。
因此，能够减少当从透明部件21A向外部折射而射出时透明部件21A与空气层的界面处的入射角为临界角以上的光的比例，从透明部件21A射出的光的量增大，发光二极管芯片31的亮度提高。
在图12的(B)所示的发光二极管芯片31A中，除了在LED 13A的背面上形成凹部5或槽3之外，通过透明的粘接剂将正面上具有截面四边形的槽23A的透明部件21A粘接在LED13A的背面上。
在本实施方式的发光二极管芯片31A中，也与图12的(A)所示的发光二极管芯片31同样，从LED电路19射出并入射到透明部件21A的光的一部分在形成于LED13A的背面的凹部5或槽3以及形成于透明部件21A的正面的槽23A部分中发生折射而进入到透明部件21A。
因此，能够减少当从透明部件21A向外部射出时透明部件21A与空气层的界面处的入射角为临界角以上的光的比例，从透明部件21A射出的光的量增大，发光二极管芯片31A的亮度提高。
参照图12的(C)，还示出了其他的实施方式的发光二极管芯片31B的立体图。在本实施方式的发光二极管芯片31B中，在LED 13A的背面上形成有凹部5或槽3，并且在透明部件21A的正面上沿互相垂直的方向形成有截面四边形的槽23A。
因此，在从LED电路19射出而入射到透明部件21A的光中，在形成于LED 13A的背面的凹部5或槽3以及形成于透明部件21A的正面的槽23A部分中折射而入射的光的量增大。
因此，由于能够减少透明部件21A与空气层的界面处的入射角为临界角以上的光的量，所以从透明部件21A向外部射出的光的量增大，发光二极管芯片31D的亮度提高。
在图12的(A)～图12的(C)所示的实施方式中，透明部件21A具有截面三角形的槽23或截面四边形的槽23A，但在透明部件21A具有图6的(D)所示的截面半圆形的槽23B的情况下也具有同样的效果。
Claims (5)
1.一种发光二极管芯片的制造方法，其特征在于，该发光二极管芯片的制造方法具有如下的工序：
晶片准备工序，准备如下的晶片：该晶片在晶体成长用透明基板上具有层叠体层，在该层叠体层的正面上由互相交叉的多条分割预定线划分出的各区域中分别形成有LED电路，其中，所述层叠体层形成有包含发光层在内的多个半导体层；
晶片背面加工工序，在该晶片的背面上与各LED电路对应地形成多个凹部或第1槽；
透明基板加工工序，在透明基板的正面上与该晶片的各LED电路对应地形成多个第2槽；
一体化工序，在实施了该晶片背面加工工序和该透明基板加工工序之后，将该透明基板的正面粘贴在该晶片的背面上而形成一体化晶片，其中，在所述一体化晶片中，形成于该透明基板的正面上的所述多个第2槽在与该晶片的正面和背面垂直的方向上的投影与形成于该晶片的背面上的所述多个凹部或第1槽在与该晶片的正面和背面垂直的方向上的投影不重叠；以及
分割工序，沿着该分割预定线将该晶片与该透明基板一起切断而将该一体化晶片分割成各个发光二极管芯片。
2.根据权利要求1所述的发光二极管芯片的制造方法，其中，
在该透明基板加工工序中形成的所述第2槽的截面形状为三角形、四边形以及半圆形中的任意形状。
3.根据权利要求1所述的发光二极管芯片的制造方法，其中，
在该晶片背面加工工序中，通过切削刀具、蚀刻、喷沙以及激光中的任意方式来形成所述凹部或所述第1槽，
在该透明基板加工工序中，通过切削刀具、蚀刻、喷沙以及激光中的任意方式来形成所述第2槽。
4.根据权利要求1所述的发光二极管芯片的制造方法，其中，
该透明基板由透明陶瓷、光学玻璃、蓝宝石以及透明树脂中的任意材料形成，在该一体化工序中使用透明粘接剂将该透明基板粘贴在该晶片上。
5.一种发光二极管芯片，其中，
该发光二极管芯片具有：
发光二极管，其在正面上形成有LED电路并且在背面上形成有凹部或第1槽；以及
透明部件，其粘贴在该发光二极管的背面上，
在该透明部件的与该发光二极管粘贴的面上形成有第2槽，
形成于该透明部件的与该发光二极管的背面粘贴的面上的所述第2槽在与该发光二极管的正面和背面垂直的方向上的投影与形成于该发光二极管的背面上的所述凹部或第1槽在与该发光二极管的正面和背面垂直的方向上的投影不重叠。
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