JP2001094147A - Ｌｅｄの基板構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 大幅にサファイヤ基板の使用厚さを減少で
き、後続の研磨、ダイシング工程を簡易化でき、製品の
歩留りを向上できる、ＬＥＤの基板構造。 【解決手段】 サファイヤ基板の上下に厚さが相似であ
るか或いは完全に同じバッファ薄膜層と抵抗薄膜層を形
成し、これら二つの薄膜層を同一環境下でさらに共にア
ニーリング冷却し、そのサファイヤ基板に対して発生す
る作用応力を同じ方向或いは反対とし、サファイヤ基板
に作用する合応力を明らかに低下させ、甚だしくは相殺
させ無作用力となし、これにより大幅に基板の使用厚さ
を縮小して、その後続の基板研磨工程を簡単にして生産
歩留りを向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は一種のＬＥＤの基板
構造に係り、特にサファイヤを基板とし青色光を発射可
能なＬＥＤの基板構造であって、大幅にサファイヤ基板
の使用厚さを減少できるだけでなく、その後続研磨工程
を簡易化でき、並びに生産歩留りを向上できる、ＬＥＤ
の基板構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＬＥＤは５０年代より発展して現在に至
っており、寿命が長く、体積が小さく、発熱量が少な
く、消耗電力が少なく、反応速度が速く、及び単性光発
光の特性とメリットから、わずか数十年間の間に各種の
生活用品及び機器設備、例えばコンピュータ周辺設備、
時計のディスレイ、広告看板、交通標識灯、通信業、或
いは消費型電子製品中に大量に使用されるようになって
おり、この製品の応用範囲の広さには驚かざるをえな
い。特に青色光ＬＥＤが発売された後、赤色光、緑色光
が前後して生産され、ゆえにこれらを組み合わせたフル
カラーの完全基本構造が、色彩上の変化性において利用
されたり、伝統的な白熱照明光源の代わりとして応用さ
れている。

【０００３】現在、青色光ＬＥＤの製造には、サファイ
ヤ基板を使用するものと炭化シリコン（ＳｉＣ）基板を
使用するものとに大きく分けられる。ただしサファイヤ
基板ＬＥＤは、その輝度、コントラスト等の物性や導電
率等の電性はいずれも炭化シリコン基板ＬＥＤより優れ
ているため、その期待性と将来の発展性は当然炭化シリ
コン基板ＬＥＤより高い。

【０００４】図１と図２は周知のサファイヤ基板とバッ
ファ薄膜層の構造図、及びサファイヤを基板とするＬＥ
Ｄの構造断面図である。一般の青色光ＬＥＤの構造は、
サファイヤ基板１０の上にバッファ薄膜層１２、例えば
ＧａＮ薄膜層を形成し、さらにバッファ薄膜層１２上に
スパッタ或いは蒸着によりｐｎ接合を有して青色光を発
射可能なＬＥＤエピタキシャル層１４を形成する。サフ
ァイヤ基板１０は絶縁体であるため、ただＬＥＤエピタ
キシャル層１４の上層にさらに個別に同平面の第１電極
１６（プラス電極）と第２電極１８（マイナス電極）を
鍍金して形成し、こうして平面式ＬＥＤを完成してい
る。

【０００５】製造フローにおいて、サファイヤ基板にＬ
ＥＤエピタキシャル層１４をスパッタ或いは蒸着するの
に便利なように、まずサファイヤ基板１０の上に一つの
バッファ薄膜層１２、例えばＧａＮ薄膜層を形成する。
ただしバッファ薄膜層１２はアニーリング冷却する時、
物理特性関係によりサファイヤ基板１０に対して一つの
作用応力を形成し（点線表示）、もし使用するサファイ
ヤ基板１０の厚さ（Ｈ１０）が一定量を超過していない
と（約３００ｕｍ、真正厚さしきい値とバッファ薄膜層
の厚さＨ１１は関係する）、この応力を阻止することが
できず、ゆえにサファイヤ基板１０に亀裂１０４が形成
され、サファイヤ基板１０の生産不良率が高くなった。
ゆえに、現在一般に量産される時には、基板厚さＨ１は
いずれも３００ｕｍより厚く、Ｈ１１は３〜４ｕｍとさ
れ、ゆえにＨ１とＨ１１の厚さ比が約１００：１とされ
る。

【０００６】このような厚さのサファイヤ基板１０は、
後続のダイヤモンドカッタ或いはレーザーによるダイシ
ングの過程で非常に大きな困難につきあたる。なぜなら
レーザーを使用してもダイヤモンドカッタを使用しても
このような厚さの基板をダイシングするのは難しいため
である。このため一般にはダイシング工程の前に、ダイ
ヤモンド等の高硬度材を利用してサファイヤ基板１０を
約２００ｕｍ厚さ以上研磨する。しかしこのような方法
は資源の浪費とコストアップをもたらすだけでなく、工
程が複雑化した。

【０００７】このため、いかに従来の技術の問題を解決
するか、即ち、いかに大幅にサファイヤ基板の厚さを減
少して製造コスト支出を減少し、及び研磨工程を簡単と
し、また相対的に製品の歩留りを向上できる新規なＬＥ
Ｄ基板構造を提供するかが、業者間の共通の課題とされ
てきた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明の主要な目的
は、一種のＬＥＤの基板構造を提供することにあり、そ
れは、サファイヤの上下両層に、それぞれ厚さが近似で
或いは完全に同じＧａＮ薄膜層を形成し、共にアニーリ
ング冷却する時に形成される基板に対する応力を相殺さ
せ、これによりその必要とする基板厚さを大幅に減ら
し、サファイヤ基板に起こりうる破裂の状況を発生させ
ず、製品の製品の歩留りを向上し、またこれにより基板
材料の使用と製造コスト支出を減少できるものとする。

【０００９】本発明の次の目的は、一種のＬＥＤの基板
構造を提供することにあり、それは必要な基板厚さを大
幅に減少し、相対的に後続の基板研磨の面倒な工程を簡
易化し、並びにそのダイシング工程を簡易化して製品の
歩留りを向上できるものとする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、サフ
ァイヤ基板と、該サファイヤ基板の上に形成される第１
のＧａＮ薄膜層と、該サファイヤ基板の下に形成される
第２のＧａＮ薄膜層とを具備し、該第２のＧａＮ薄膜層
が、アニーリング冷却される時に、第１のＧａＮ薄膜層
の発生する応力方向と反対方向の応力を発生することを
特徴とする、ＬＥＤの基板構造としている。請求項２の
発明は、前記第１のＧａＮ薄膜層と第２のＧａＮ薄膜層
の厚さが同じであることを特徴とする、請求項１に記載
のＬＥＤの基板構造としている。請求項３の発明は、前
記サファイヤ基板の厚さが０ｕｍより大きく１５０ｕｍ
以下であることを特徴とする、請求項１に記載のＬＥＤ
の基板構造としている。請求項４の発明は、基板と、該
基板の上に形成されたバッファ薄膜層と、該基板の下に
形成された抵抗薄膜層とを具備し、該抵抗薄膜層が、ア
ニーリング冷却される時に、バッファ薄膜層の発生する
応力方向と反対方向の応力を発生することを特徴とす
る、ＬＥＤの基板構造としている。請求項５の発明は、
前記バッファ薄膜層がＧａＮ薄膜層とされたことを特徴
とする、請求項４に記載のＬＥＤの基板構造としてい
る。請求項６の発明は、前記抵抗薄膜層がＧａＮ薄膜層
とされたことを特徴とする、請求項５に記載のＬＥＤの
基板構造としている。請求項７の発明は、前記ＬＥＤの
基板構造において上下のＧａＮ薄膜層の厚さが同じとさ
れたことを特徴とする、請求項６に記載のＬＥＤの基板
構造としている。請求項８の発明は、前記基板の厚さが
０ｕｍより大きく１５０ｕｍ以下であることを特徴とす
る、請求項４に記載のＬＥＤの基板構造としている。請
求項９の発明は、前記抵抗薄膜層が導電材料で製造され
たことを特徴とする、請求項４に記載のＬＥＤの基板構
造としている。請求項１０の発明は、前記抵抗薄膜層が
非金属導電材料で製造されたことを特徴とする、請求項
４に記載のＬＥＤの基板構造としている。請求項１１の
発明は、前記バッファ薄膜層の厚さと抵抗薄膜層の厚さ
が同じであることを特徴とする、請求項４に記載のＬＥ
Ｄの基板構造としている。請求項１２の発明は、前記基
板がサファイヤで製造されたことを特徴とする、請求項
４に記載のＬＥＤの基板構造としている。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明はサファイヤを基板とし青
色光を発射可能なＬＥＤ構造のＬＥＤの基板構造を提供
する、本発明は、サファイヤ基板の上下に厚さが相似で
あるか或いは完全に同じバッファ薄膜層と抵抗薄膜層を
形成し、これら二つの薄膜層を同一環境下でさらに共に
アニーリング冷却し、そのサファイヤ基板に対して発生
する作用応力を同じ方向或いは反対とし、サファイヤ基
板に作用する合応力を明らかに低下させ、甚だしくは相
殺させ無作用力となし、これにより大幅に基板の使用厚
さを縮小して、その後続の基板研磨工程を簡単にして生
産歩留りを向上する。

【００１２】

【実施例】図３、４は本発明の一つの実施例の工程構造
表示図である。図示されるように、まず、周知の技術よ
り薄い厚さＨ₂ のサファイヤ基板２０を選択し、並びに
サファイヤ基板２０の表面にスパッタ或いは蒸着或いは
これらに代替可能な方式を以て抵抗薄膜層２２４を形成
する（図３参照）。その後、この基板を逆にし、抵抗薄
膜層２２４をサファイヤ基板２０の下に位置するように
し、且つサファイヤ基板２０の上面にスパッタ或いは蒸
着或いはこれらに代替可能な方式を以てＬＥＤエピタキ
シャル層の形成に有利なバッファ薄膜層２２２を形成す
る。このバッファ薄膜層２２２は例えばＧａＮ薄膜層と
される（図４参照）。

【００１３】このとき、チャンバ内はまだ高温状態にあ
り、ゆえにサファイヤ基板２０に対してバッファ薄膜層
２２２或いは抵抗薄膜層２２４が単独で発生する作用応
力はアニーリング冷却時に発生するものよりも非常に小
さくその影響も然りであり、ほとんど無視できる程度で
ある。バッファ薄膜層２２２或いは抵抗薄膜層２２４の
材料の選択及び形成厚さの大きさ（それぞれＨ₃ 及びＨ
₄ ）はいずれも予め実験設計により取得し、アニーリン
グ冷却時に大きさが同じでしかし方向が反対である作用
応力を得られるものが選択される。こうして共にアニー
リング冷却される時に、そのサファイヤ基板２０の上下
両辺に対する作用応力は相互に相殺され大幅にその合応
力の発生が減少され、甚だしくは零となり、これによ
り、サファイヤ基板２０の厚さ（Ｈ₂ ）が大幅に縮小可
能となり、通常、１５０ｕｍより大きくなく、甚だしく
は１００ｕｍより小さくなり、こうしてさらにダイヤモ
ンド等高硬度物質による研磨の工程が不要となり、当
然、後のダイシングの工程に有利となる。

【００１４】さらに、図５に示されるのは、本発明のも
う一つの実施例の構造表示図であり、この実施例は、青
色光ＬＥＤ基板に応用され、その符号２２６で表示され
るバッファ薄膜層がＧａＮ薄膜層とされ、そのアニーリ
ング冷却時に発生する応力が完全に相殺され、ゆえにそ
の抵抗薄膜層にも同じＧａＮ薄膜層２２８が採用され、
且つその厚さ（Ｈ₃₁とＨ₃₂）が完全に同じとされ、ゆえ
に同様に冷却の環境下で、そのサファイヤ基板２０に作
用する応力が完全に同じで方向が反対とされ、ゆえにそ
の合応力が相殺され零となり、並びにサファイヤ基板２
０の厚さ（Ｈ₂）が大幅に縮小可能となり且つその製品
歩留りを改善できる。

【００１５】最後に、図６は、本発明のサファイヤ基板
を利用して完成したＬＥＤ構造の断面図である。図示さ
れるように、本発明により完成したサファイヤ基板２
０、第１のＧａＮ薄膜層２２６及び第２のＧａＮ薄膜層
２２８、さらに第１のＧａＮ薄膜層２２６の上にスパッ
タ或いは蒸着或いはこれらに代替可能な方式を以て形成
されｐｎ接合を有して青色光を発射可能なＬＥＤエピタ
キシャル層２４を形成する。サファイヤ基板２０が絶縁
層であるため、ＬＥＤエピタキシャル層２４の上にさら
にめっきにより同平面の第１電極２６（陽極電極）及び
第２電極２８（陰極電極）をそれぞれ形成し、こうして
平面式青色光ＬＥＤを完成する。

【００１６】このほか、本発明で完成したサファイヤ基
板、バッファ薄膜層及び抵抗薄膜層を利用し、また別に
一つのチャネルエッチング設計を透過して、一つの直立
式青色光ＬＥＤを形成可能であり、これにより大幅にＬ
ＥＤの作用面積を減らせる。この時、その抵抗薄膜層は
導電材料で製造しなければならず、特に非金属導電材料
で製造するのが望ましい。これについては本件出願人に
よる別の特許出願に係る発明に属する技術であるので、
ここでは説明を省略する。

【００１７】

【発明の効果】総合すると、本発明は、一種のＬＥＤの
基板構造に係り、特にサファイヤを基板とし青色光を発
射可能な青色光ＬＥＤの構造に関して、大幅にサファイ
ヤ基板の長結晶厚さを減少でき、またその後続の基板の
研磨とダイシングの工程を簡易化でき、並びに歩留りを
向上できる構造を提供している。ゆえに、本発明は新規
性、進歩性及び産業上の利用価値を有する発明であると
いえる。

【００１８】ただし、以上の説明は僅かに本発明の望ま
しい実施例に関するものであり、本発明の請求範囲を限
定するものではなく、例えばサファイヤ基板は必ずしも
１００ｕｍより小さいものである必要はなく、且つ基板
は必ずしもサファイヤを使用する必要はなく、また、薄
膜層の上にさらにＳｉＣ、ＡｌＮ、ＳｉＯ₂ 、ＩｎＧａ
Ｎ、ＳｎＯ₂ 、ＡｌＩｎＧａＰ層を増加することが可能
であり、本発明に基づきなしうる細部の修飾或いは改変
はいずれも本発明の請求範囲に属するものとする。

【図面の簡単な説明】

【図１】周知のサファイヤ基板とバッファ薄膜層の構造
断面図である。

【図２】周知のサファイヤ基板を使用したＬＥＤの構造
断面図である。

【図３】本発明の製造ステップにおける構造断面図であ
る。

【図４】本発明の製造ステップにおける構造断面図であ
る。

【図５】本発明のもう一つの実施例の構造表示図であ
る。

【図６】本発明の基板を利用して完成したＬＥＤの構造
断面図である。

【符号の説明】

１０ サファイア基板 １２ バッファ薄
膜層 １４ ＬＥＤエピタキシャル層 １６ 第１電極 １８ 第２電極 １０４ 亀裂 ２０ サファイア基板 ２２２バッファ薄
膜層 ２２４ 抵抗薄膜層 ２２６ ＧａＮ薄
膜層 ２２８ ＧａＮ薄膜層 ２４ ＬＥＤエピ
タキシャル層 ２６ 第１電極 ２８ 第２電極

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 サファイヤ基板と、該サファイヤ基板の
   上に形成される第１のＧａＮ薄膜層と、該サファイヤ基
   板の下に形成される第２のＧａＮ薄膜層とを具備し、該
   第２のＧａＮ薄膜層が、アニーリング冷却される時に、
   第１のＧａＮ薄膜層の発生する応力方向と反対方向の応
   力を発生することを特徴とする、ＬＥＤの基板構造。
2. 【請求項２】 前記第１のＧａＮ薄膜層と第２のＧａＮ
   薄膜層の厚さが同じであることを特徴とする、請求項１
   に記載のＬＥＤの基板構造。
3. 【請求項３】 前記サファイヤ基板の厚さが０ｕｍより
   大きく１５０ｕｍ以下であることを特徴とする、請求項
   １に記載のＬＥＤの基板構造。
4. 【請求項４】 基板と、該基板の上に形成されたバッフ
   ァ薄膜層と、該基板の下に形成された抵抗薄膜層とを具
   備し、該抵抗薄膜層が、アニーリング冷却される時に、
   バッファ薄膜層の発生する応力方向と反対方向の応力を
   発生することを特徴とする、ＬＥＤの基板構造。
5. 【請求項５】 前記バッファ薄膜層がＧａＮ薄膜層とさ
   れたことを特徴とする、請求項４に記載のＬＥＤの基板
   構造。
6. 【請求項６】 前記抵抗薄膜層がＧａＮ薄膜層とされた
   ことを特徴とする、請求項５に記載のＬＥＤの基板構
   造。
7. 【請求項７】 前記ＬＥＤの基板構造において上下のＧ
   ａＮ薄膜層の厚さが同じとされたことを特徴とする、請
   求項６に記載のＬＥＤの基板構造。
8. 【請求項８】 前記基板の厚さが０ｕｍより大きく１５
   ０ｕｍ以下であることを特徴とする、請求項４に記載の
   ＬＥＤの基板構造。
9. 【請求項９】 前記抵抗薄膜層が導電材料で製造された
   ことを特徴とする、請求項４に記載のＬＥＤの基板構
   造。
10. 【請求項１０】 前記抵抗薄膜層が非金属導電材料で製
    造されたことを特徴とする、請求項４に記載のＬＥＤの
    基板構造。
11. 【請求項１１】 前記バッファ薄膜層の厚さと抵抗薄膜
    層の厚さが同じであることを特徴とする、請求項４に記
    載のＬＥＤの基板構造。
12. 【請求項１２】 前記基板がサファイヤで製造されたこ
    とを特徴とする、請求項４に記載のＬＥＤの基板構造。