JP2017224725A - 発光ダイオードチップの製造方法及び発光ダイオードチップ - Google Patents
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Abstract
【課題】十分な輝度が得られる発光ダイオードチップの製造方法及び発光ダイオードチップを提供する。【解決手段】発光ダイオードチップの製造方法であって、結晶成長用の透明基板上に発光層を含む複数の半導体層が形成された積層体層を有し、積層体層の表面に互いに交差する複数の分割予定ラインによって区画された各領域にそれぞれLED回路が形成されたウエーハ11を準備するウエーハ準備工程と、ウエーハの裏面に各LED回路に対応して複数の凹部5又は第1の溝を形成するウエーハ裏面加工工程と、透明基板の裏面にウエーハの各LED回路に対応して複数の第2の溝を形成する透明基板加工工程と、上記2つの工程を実施した後、ウエーハの裏面に透明基板の表面を貼着して一体化ウエーハを形成する一体化工程と、ウエーハを分割予定ラインに沿って透明基板とともに切断して一体化ウエーハを個々の発光ダイオードチップに分割する分割工程と、を備える。【選択図】図4
Description
本発明は、発光ダイオードチップの製造方法及び発光ダイオードチップに関する。
サファイア基板、GaN基板、SiC基板等の結晶成長用基板の表面にn型半導体層、発光層、p型半導体層が複数積層された積層体層が形成され、この積層体層に交差する複数の分割予定ラインによって区画された領域に複数のLED(Light Emitting Diode)等の発光デバイスが形成されたウエーハは、分割予定ラインに沿って切断されて個々の発光デバイスチップに分割され、分割された発光デバイスチップは携帯電話、パソコン、照明機器等の各種電気機器に広く利用されている。
発光デバイスチップの発光層から出射される光は等方性を有しているため、結晶成長用基板の内部にも照射されて基板の裏面及び側面からも光が出射する。然し、基板の内部に照射された光のうち空気層との界面での入射角が臨界角以上の光は界面で全反射されて基板内部に閉じ込められ、基板から外部に出射されることがないから発光デバイスチップの輝度の低下を招くという問題がある。
この問題を解決するために、発光層から出射された光が基板の内部に閉じ込められるのを抑制するために、基板の裏面に透明部材を貼着して輝度の向上を図るようにした発光ダイオード(LED)が特開2014−175354号公報に記載されている。
然し、特許文献1に開示された発光ダイオードでは、基板の裏面に透明部材を貼着することにより輝度が僅かに向上したものの十分な輝度が得られないという問題がある。
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、十分な輝度が得られる発光ダイオードチップの製造方法及び発光ダイオードチップを提供することである。
請求項1記載の発明によると、発光ダイオードチップの製造方法であって、結晶成長用の透明基板上に発光層を含む複数の半導体層が形成された積層体層を有し、該積層体層の表面に互いに交差する複数の分割予定ラインによって区画された各領域にそれぞれLED回路が形成されたウエーハを準備するウエーハ準備工程と、該ウエーハの裏面に各LED回路に対応して複数の凹部又は第1の溝を形成するウエーハ裏面加工工程と、透明基板の裏面に該ウエーハの各LED回路に対応して複数の第2の溝を形成する透明基板加工工程と、該ウエーハ裏面加工工程及び該透明基板加工工程を実施した後、該ウエーハの裏面に該透明基板の表面を貼着して一体化ウエーハを形成する一体化工程と、該ウエーハを該分割予定ラインに沿って該透明基板とともに切断して該一体化ウエーハを個々の発光ダイオードチップに分割する分割工程と、を備えたことを特徴とする発光ダイオードチップの製造方法が提供される。
好ましくは、透明基板加工工程において形成される第2の溝の断面形状は、三角形状、四角形状、又は半円形状の何れかである。好ましくは、ウエーハ裏面加工工程において形成される凹部又は第1の溝は、切削ブレード、エッチング、サンドブラスト、レーザーの何れかで形成され、透明基板加工工程において形成される第2の溝は、切削ブレード、エッチング、サンドブラスト、レーザーの何れかで形成される。
好ましくは、該透明基板は、透明セラミックス、光学ガラス、サファイア、透明樹脂の何れかで形成され、該一体化工程において該透明基板は透明接着剤でウエーハに接着される。
請求項5記載の発明によると、発光ダイオードチップであって、表面にLED回路が形成された裏面に凹部又は第1の溝が形成された発光ダイオードと、該発光ダイオードの裏面に貼着された透明部材とを備え、該透明部材の該発光ダイオードとの貼着面の反対側の面には第2の溝が形成されている発光ダイオードチップが提供される。
本発明の発光ダイオードチップは、LEDの裏面に貼着された透明部材の裏面に第2の溝が形成されているので、透明部材の表面積が増大することに加え、LEDの発光層から照射され透明部材に入射する光が該凹部又は該第1の溝並びに第2の溝部分で複雑に屈折するため、透明部材から光が出射する際に透明部材と空気層との界面での入射角が臨界角以上の光の割合が減少し、透明部材から出射される光の量が増大して発光ダイオードチップの輝度が向上する。
以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。図1を参照すると、光デバイスウエーハ(以下、単にウエーハと略称することがある)11の表面側斜視図が示されている。
光デバイスウエーハ11は、サファイア基板13上に窒化ガリウム(GaN)等のエピタキシャル層(積層体層)15が積層されて構成されている。光デバイスウエーハ11は、エピタキシャル層15が積層された表面11aと、サファイア基板13が露出した裏面11bとを有している。
ここで、本実施形態の光デバイスウエーハ11では、結晶成長用基板としてサファイア基板13を採用しているが、サファイア基板13に替えGaN基板又はSiC基板等を採用するようにしてもよい。
積層体層(エピタキシャル層)15は、電子が多数キャリアとなるn型半導体層(例えば、n型GaN層)、発光層となる半導体層(例えば、InGaN層)、正孔が多数キャリアとなるp型半導体層(例えば、p型GaN層)を順にエピタキシャル成長させることにより形成される。
サファイア基板13は例えば100μmの厚みを有しており、積層体層15は例えば5μmの厚みを有している。積層体層15に複数のLED回路19が格子状に形成された複数の分割予定ライン17によって区画されて形成されている。ウエーハ11は、LED回路19が形成された表面11aと、サファイア基板13が露出した裏面11bとを有している。
本発明実施形態の発光ダイオードチップの製造方法によると、まず図1に示すような光デバイスウエーハ11を準備するウエーハ準備工程を実施する。更に、ウエーハ11の裏面11bにLED回路19に対応して複数の溝3を形成するウエーハ裏面加工工程を実施する。
このウエーハ裏面加工工程は、例えば、よく知られた切削装置を用いて実施する。図2(A)に示すように、切削装置の切削ユニット10は、スピンドルハウジング12と、スピンドルハウジング12中に回転可能に挿入された図示しないスピンドルと、スピンドルの先端に装着された切削ブレード14とを含んでいる。
切削ブレード14の切り刃は、例えば、ダイヤモンド砥粒をニッケルメッキで固定した電鋳砥石で形成されており、その先端形状は三角形状、四角形状、又は半円形状をしている。
切削ブレード14の概略上半分はブレードカバー(ホイールカバー)16で覆われており、ブレードカバー16には切削ブレード14の奥側及び手前側に水平に伸長する一対の(1本のみ図示)クーラーノズル18が配設されている。
ウエーハ11の裏面11bに複数の溝3を形成するウエーハ裏面加工工程では、ウエーハ11の表面11aを図示しない切削装置のチャックテーブルで吸引保持する。そして、切削ブレード14を矢印R方向に高速回転させながらウエーハ11の裏面11bに所定深さ切り込み、図示しないチャックテーブルに保持されたウエーハ11を矢印X1方向に加工送りすることにより、第1の方向に伸長する溝3を切削により形成する。
ウエーハ11を矢印X1方向に直交する方向にウエーハ11の分割予定ライン17のピッチずつ割り出し送りしながら、ウエーハ11の裏面11bを切削して、図3(A)に示すように、第1の方向に伸長する複数の溝3を次々と形成する。
図3(A)に示すように、ウエーハ11の裏面11bに形成する複数の溝3は一方向にのみ伸長する形態であってもよいし、或いは、図3(B)に示すように、第1の方向及び該第1の方向に直交する第2の方向に伸長する複数の溝3をウエーハ11の裏面11bに形成するようにしてもよい。
ウエーハ11の裏面11bに形成する溝は、図2(B)に示すような断面三角形状の溝3、又は図2(C)に示すような断面四角形状の溝3A、又は図2(D)に示すような断面半円形状の溝3Bの何れであってもよい。
ウエーハ11の裏面11bに切削により複数の溝3,3A,3Bを形成する実施形態に替えて、ウエーハ11の裏面11bにLED回路19に対応して複数の凹部を形成するようにしてもよい。この実施形態では、図4(A)に示すように、ウエーハ11のLED回路19に対応した複数の穴4を有するマスク2を使用する。
図4(B)に示すように、マスク2の穴4をウエーハ11の各LED回路19に対応させてウエーハ11の裏面11bに貼着する。そして、ウェットエッチング又はプラズマエッチングによりウエーハ11の裏面11bに、図4(C)に示すように、マスク2の穴4の形状に対応した三角形状の凹部5を形成する。
マスク2の穴4の形状を四角形状、又は円形状に変更することにより、ウエーハ11の裏面11bに図4(D)に示すような四角形状の凹部5Aを形成するか、図4(E)に示すようなウエーハ11の裏面11bに円形状の凹部5Bを形成するようにしてもよい。
本実施形態の変形例として、ウエーハ11の裏面11bにマスク2を貼着した後、サンドブラスト加工を実施することにより、ウエーハ11の裏面11bに、図4(C)に示すような三角形状の凹部5、又は図4(D)に示すような四角形状の凹部5A、又は図4(E)に示すような円形状凹部5Bを形成するようにしてもよい。
ウエーハ11の裏面11bにLED回路19に対応した複数の溝又は複数の凹部を形成するのに、レーザー加工装置を利用するようにしてもよい。レーザー加工による第1実施形態では、図5(A)に示すように、ウエーハ11に対して吸収性を有する波長(例えば、266nm)のレーザービームを集光器(レーザーヘッド)24からウエーハ11の裏面11bに照射しながら、ウエーハ11を保持した図示しないチャックテーブルを矢印X1方向に加工送りすることにより、第1の方向に伸長する溝7をウエーハ11の裏面11bにアブレーションにより形成する。
ウエーハ11を矢印X1方向に直交する方向にウエーハ11の分割予定ライン17のピッチずつ割り出し送りしながら、ウエーハ11の裏面11bをアブレーション加工して、第1の方向に伸長する複数の溝7を次々と形成する。溝7の断面形状は、例えば図5(B)に示すような、半円形状であってもよいし、他の形状であってもよい。
代替実施形態として、図5(C)に示すように、集光器24からウエーハ11に対して吸収性を有する波長(例えば、266nm)のパルスレーザービームを間欠的に照射して、ウエーハ11の裏面11bにLED回路19に対応した複数の凹部9を形成するようにしてもよい。凹部9の形状は、通常はレーザービームのスポット形状に対応した図5(D)に示すような円形状となる。
ウエーハ裏面加工工程を実施した後、又は実施する前に、ウエーハ11の裏面11bに貼着する透明基板21の裏面21bにLED回路19に対応して複数の溝を形成する透明基板加工工程を実施する。
この透明基板加工工程は、例えば、よく知られた切削装置を用いて実施する。透明基板21の裏面21bに複数の溝23を形成する透明基板加工工程では、透明基板21を図示しない切削装置のチャックテーブルで吸引保持する。
そして、切削ブレード14を矢印R方向に高速回転させながら透明基板21の裏面21bに所定深さ切り込み、図示しないチャックテーブルに保持された透明基板21を矢印X1方向に加工送りすることにより、第1の方向に伸長する溝23を切削により形成する。
透明基板21を矢印X1方向に直交する方向にウエーハ11の分割予定ライン17のピッチずつ割り出し送りしながら、透明基板21の裏面21bを切削して、図6に示すように、第1の方向に伸長する複数の溝23を次々と形成する。
図7(A)に示すように、透明基板21の裏面21bに形成する複数の溝23は一方向にのみ伸長する形態であってもよいし、或いは、図7(B)に示すように、第1の方向及び該第1の方向に直交する第2の方向に伸長する複数の溝23を透明基板21の裏面21bに形成するようにしてもよい。
透明基板21の裏面21bに形成する溝は、図6(B)に示すような断面三角形状の溝23、又は図6(C)に示すような断面四角形状の溝23A、又は図6(D)に示すような断面半円形状の溝23Bの何れであってもよい。
透明基板21は、透明樹脂、光学ガラス、サファイア、透明セラミックスの何れかから形成される。本実施形態では、光学ガラスに比べて耐久性のあるポリカーボネイト、アクリル等の透明樹脂から透明基板21を形成した。尚、溝を形成する方法として、サンドブラスト、エッチング、レーザーを用いてもよい。
透明基板21の裏面21bに複数の溝23,23A,23Bを形成する透明基板加工工程を実施した後、ウエーハ11の裏面11bに透明基板21を貼着して一体化ウエーハ25を形成する一体化工程を実施する。
この一体化工程では、図8(A)に示すように、裏面21bに第1の方向に伸長する複数の溝23が形成された透明基板21の表面に、ウエーハ11の裏面11bを透明接着剤により接着して、図8(B)に示すように、ウエーハ11と透明基板21とを一体化して一体化ウエーハ25を形成する。
代替実施形態として、透明基板21の裏面21bに第1の方向及びこの第1の方向に直交する第2の方向に伸長する複数の溝23を有する透明基板21の裏面21bに、図8(A)に示すように、ウエーハ11の裏面11bを透明接着剤により接着して、ウエーハ11と透明基板21とを一体化するようにしてもよい。ここで、透明基板21の裏面21bに形成した溝23のピッチはウエーハ11の分割予定ライン17のピッチに対応する。
一体化工程を実施した後、図9に示すように、一体化ウエーハ25の透明基板21を外周部が環状フレームFに貼着されたダイシングテープTに貼着してフレームユニットを形成し、一体化ウエーハ25をダイシングテープTを介して環状フレームFで支持する支持工程を実施する。
支持工程を実施した後、フレームユニットを切削装置に投入し、切削装置で一体化ウエーハ25を切削して個々の発光ダイオードチップに分割する分割ステップを実施する。この分割ステップについて、図10を参照して説明する。
分割ステップでは、一体化ウエーハ25をフレームユニットのダイシングテープTを介して切削装置のチャックテーブル20で吸引保持し、環状フレームFは図示しないクランプでクランプして固定する。
そして、切削ブレード14を矢印R方向に高速回転させながら切削ブレード14の先端がダイシングテープTに届くまでウエーハ11の分割予定ライン17に切り込み、クーラーノズル18から切削ブレード14及びウエーハ11の加工点に向かって切削液を供給しつつ、一体化ウエーハ25を矢印X1方向に加工送りすることにより、ウエーハ11の分割予定ライン17に沿ってウエーハ11及び透明基板21を切断する切断溝27を形成する。
切削ユニット10をY軸方向に割り出し送りしながら、第1の方向に伸長する分割予定ライン17に沿って同様な切断溝27を次々と形成する。次いで、チャックテーブル20を90°回転してから、第1の方向に直交する第2の方向に伸長する全ての分割予定ライン17に沿って同様な切断溝27を形成して、図11に示す状態にすることで、一体化ウエーハ25を図12(A)に示すような発光ダイオードチップ31に分割する。
上述した実施形態では、一体化ウエーハ25を個々の発光ダイオードチップ31に分割するのに切削装置を使用しているが、ウエーハ11及び透明基板21に対して透過性を有する波長のレーザービームを分割予定ライン13に沿ってウエーハ11に照射して、ウエーハ11及び透明基板21の内部に厚み方向に複数層の改質層を形成し、次いで、一体化ウエーハ25に外力を付与して、改質層を分割起点に一体化ウエーハ25を個々の発光ダイオードチップ31に分割するようにしてもよい。
図12(A)に示された発光ダイオードチップ31は、表面にLED回路19を有するLED13Aの裏面に透明部材21Aが貼着されている。更に、ウエーハ11の裏面11bに凹部5又は溝3が形成されており、透明部材21Aの裏面に溝23が形成されている。
従って、図12(A)に示す発光ダイオードチップ31では、透明部材21Aの裏面に溝23が形成されているため、透明部材21Aの表面積が増大する。更に、発光ダイオードチップ31のLED回路19から出射され、透明部材21Aに入射する光の一部は、ウエーハ11の裏面11bに形成された凹部5又は溝3、更に透明部材21Aの裏面に形成された溝23部分で屈折されてから透明部材21Aに進入する。
よって、透明部材21Aから外部に屈折して出射する際、透明部材21Aと空気層との界面での入射角が臨界角以上となる光の割合が減少し、透明部材21Aから出射される光の量が増大し、発光ダイオードチップ31の輝度が向上する。
図12(B)に示す発光ダイオードチップ31Aでは、LED13Aの裏面に凹部5又は溝3が形成されているのに加えて、LED13Aの裏面に断面四角形状の溝23Aを有する透明部材21Aが透明な接着剤により接着されている。
本実施形態の発光ダイオードチップ31Aでも、図12(A)に示した発光ダイオードチップ31と同様に、LED回路19から出射され透明部材21Aに入射する光の一部は、LED13Aの裏面に形成された凹部5又は溝3及び透明部材21Aの裏面に形成された溝23A部分で屈折されてから透明部材21Aに進入する。
従って、透明部材21Aから外部に出射する際、透明部材21Aと空気層との界面での入射角が臨界角以上となる光の割合が減少し、透明部材21Aから出射される光の量が増大し、発光ダイオードチップ31Aの輝度が向上する。
図12(C)を参照すると、更に他の実施形態の発光ダイオードチップ31Bの斜視図が示されている。本実施形態の発光ダイオードチップ31Bでは、LED13Aの裏面に凹部5又は溝3が形成されていると共に、透明部材21Aの裏面に断面半円形の溝23Bが互いに直交する方向に形成されている。
本実施形態の発光ダイオードチップ31Bでは、透明部材21Aの裏面に断面半円形状の溝23Bが互いに直交する方向に形成されているため、LED回路19から出射され透明部材21Aに進入した光の一部は、溝23B内で複雑に屈折して外部に出射する。
従って、透明部材21Aから光が外部に出射する際、透明部材21Aと空気層との界面での入射角が臨界角以上となる光の量が減少するため、透明部材21Aから外部に出射する光の量は増大し、発光ダイオードチップ31Bの輝度が向上する。
2 マスク
3,3A,3B 溝
4 穴
5,5A,5B 凹部
7 溝
9 凹部
10 切削ユニット
11 光デバイスウエーハ(ウエーハ)
13 サファイア基板
14 切削ブレード
15 積層体層
17 分割予定ライン
19 LED回路
21 透明基板
21A 透明部材
23,23A,23B 溝
25 一体化ウエーハ
27 切断溝
31,31A,31B 発光ダイオードチップ
3,3A,3B 溝
4 穴
5,5A,5B 凹部
7 溝
9 凹部
10 切削ユニット
11 光デバイスウエーハ(ウエーハ)
13 サファイア基板
14 切削ブレード
15 積層体層
17 分割予定ライン
19 LED回路
21 透明基板
21A 透明部材
23,23A,23B 溝
25 一体化ウエーハ
27 切断溝
31,31A,31B 発光ダイオードチップ
Claims (5)
- 発光ダイオードチップの製造方法であって、
結晶成長用の透明基板上に発光層を含む複数の半導体層が形成された積層体層を有し、該積層体層の表面に互いに交差する複数の分割予定ラインによって区画された各領域にそれぞれLED回路が形成されたウエーハを準備するウエーハ準備工程と、
該ウエーハの裏面に各LED回路に対応して複数の凹部又は第1の溝を形成するウエーハ裏面加工工程と、
透明基板の裏面に該ウエーハの各LED回路に対応して複数の第2の溝を形成する透明基板加工工程と、
該ウエーハ裏面加工工程及び該透明基板加工工程を実施した後、該ウエーハの裏面に該透明基板の表面を貼着して一体化ウエーハを形成する一体化工程と、
該ウエーハを該分割予定ラインに沿って該透明基板とともに切断して該一体化ウエーハを個々の発光ダイオードチップに分割する分割工程と、
を備えたことを特徴とする発光ダイオードチップの製造方法。 - 該透明基板加工工程で形成される前記第2の溝の断面形状は三角形状、四角形状、半円形状の何れかである請求項1記載の発光ダイオードチップの製造方法。
- 該ウエーハ裏面加工工程において、前記凹部又は前記第1の溝は切削ブレード、エッチング、サンドブラスト、レーザーの何れかで形成され、
該透明基板加工工程において、前記第2の溝は切削ブレード、エッチング、サンドブラスト、レーザーの何れかで形成される請求項1記載の発光ダイオードチップの製造方法。 - 該透明基板は、透明セラミックス、光学ガラス、サファイア、透明樹脂の何れかで形成され、該一体化工程において該透明基板は透明接着剤を使用して該ウエーハに貼着される請求項1記載の発光ダイオードチップの製造方法。
- 発光ダイオードチップであって、
表面にLED回路が形成され裏面に凹部又は第1の溝が形成された発光ダイオードと、
該発光ダイオードの裏面に貼着された透明部材とを備え、
該透明部材の該発光ダイオードとの貼着面の反対側の面には第2の溝が形成されている発光ダイオードチップ。
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