JP2018060865A - 発光ダイオードチップの製造方法 - Google Patents

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を提供する。【解決手段】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、内部に複数の気泡が形成された透明基板２１の表面にウエーハの各ＬＥＤ回路に対応して複数の溝２３を形成する第１の透明基板加工工程と、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２５を形成する一体化工程と、ウエーハの裏面に貼着された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溝を形成する第２の透明基板加工工程と、ウエーハを分割予定ラインに沿って透明基板と共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５

Description

本発明は、発光ダイオードチップの製造方法に関する。

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。

特開２０１４−１７５３５４号公報

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を提供することである。

本発明によると、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、内部に複数の気泡が形成された透明基板の表面に該ウエーハの各ＬＥＤ回路に対応して複数の溝を形成する第１の透明基板加工工程と、該第１の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、該一体化工程を実施した後、該ウエーハの裏面に貼着された該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溝を形成する第２の透明基板加工工程と、該第２の透明基板加工工程を実施した後、該ウエーハを該分割予定ラインに沿って該透明基板と共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、透明基板加工工程において形成される溝は、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。

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は内部に複数の気泡を有すると共にその表面及び裏面に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溝部分で複雑に屈折すると共に、透明部材から外部に出射する光の一部が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。

光デバイスウエーハの表面側斜視図である。 図２（Ａ）は第１の透明基板加工工程を示す斜視図、図２（Ｂ）〜図２（Ｄ）は形成された溝形状を示す断面図である。 図３（Ａ）は表面及び裏面に第１の方向に伸長する複数の溝を有する透明基板をウエーハの裏面に貼着して一体化する一体化工程を示す斜視図、図３（Ｂ）は一体化ウエーハの斜視図である。 第１の方向及び第１の方向に直交する第２の方向に伸長する複数の溝を表面及び裏面に有する透明基板をウエーハの裏面を貼着して一体化する一体化工程を示す斜視図である。 図５（Ａ）は第２の透明基板加工工程を示す斜視図、図５（Ｂ）〜図５（Ｄ）は透明基板の裏面に形成された溝形状を示す断面図である。 一体化ウエーハをダイシングテープを介して環状フレームで支持する支持工程を示す斜視図である。 一体化ウエーハを発光ダイオードチップに分割する分割工程を示す斜視図である。 分割工程終了後の一体化ウエーハの斜視図である。 本発明実施形態に係る発光ダイオードチップの斜視図である。

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、内部に複数の気泡が形成された透明基板を準備する透明基板準備工程を実施する。

次に、ウエーハ１１の裏面１１ｂに貼着する透明基板２１の表面２１ａにＬＥＤ回路１９に対応して複数の溝を形成する第１の透明基板加工工程を実施する。この第１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。

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。

透明基板２１の表面２１ａに複数の溝２３を形成する第１の透明基板加工工程では、透明基板２１の裏面２１ｂ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の表面２１ａ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、表面２１ａに第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の表面２１ａを切削して、図２（Ａ）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。

第１の透明基板加工工程では、図４に示すように、透明基板２１の表面２１ａに第１の方向及び第１の方向に直交する第２の方向に伸長する複数の溝２３を形成するのが好ましい。

透明基板２１の表面２１ａに形成する溝は、図２（Ｂ）に示すような断面三角形状の溝２３、又は図２（Ｃ）に示すような断面四角形状の溝２３Ａ、又は図２（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の表面２１ａに複数の溝２３，２３Ａ，２３Ｂを形成する第１の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３（Ａ）に示すように、表面２１ａ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３（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、図４に示すように、透明基板２１の表面２１ａ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の表面２１ａ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の表面２１ａ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５（Ａ）に示すように、一体化ウエーハ２５のウエーハ１１側を図示しない切削装置のチャックテーブルで吸引保持し、透明基板２１の裏面２１ｂを露出させる。

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、透明基板２１の裏面２１ｂに第１の方向に伸長する溝２３を切削により形成する（第２の透明基板加工工程）。

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５（Ａ）に示すように、第１の方向に伸長する複数の溝２３を透明基板２１の裏面２１ｂに次々と形成する。

好ましくは、この第２の透明基板加工工程では、第１の方向に伸長する溝２３を透明基板２１の裏面２１ｂに次々と形成した後、図示しないチャックテーブルを９０°回転して、第１の方向に伸長する溝２３に直交する方向に同様な溝２３を次々と形成する。

透明基板２１の裏面２１ｂに形成する溝は、図５（Ｂ）に示すような断面三角形状の溝２３、又は図５（Ｃ）に示すような断面四角形状の溝２３Ａ、又は図５（Ｄ）に示すような断面半円形状の溝２３Ｂの何れであっても良い。

好ましくは、図５（Ｂ）〜図５（Ｄ）に示すように、透明基板２１の表面２１ａと裏面２１ｂに形成する溝２３，２３Ａ，２３Ｂは、互いに所定距離ずらして形成する。

第２の透明基板加工工程を実施した後、図６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７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８に示す状態にすることで、一体化ウエーハ２５を図９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９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の裏面に内部に複数の気泡２９が形成された透明部材２１Ａが貼着されている。更に、透明部材２１Ａの表面２１ａ及び裏面２１ｂに溝２３が形成されている。

従って、図９に示す発光ダイオードチップ３１では、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溝２３部分で複雑に屈折されてから透明部材２１Ａ内に進入する。

また、透明部材２１Ａから外部に出射する光の一部は裏面２１ｂに形成された溝２３Ａ部分で複雑に屈折しながら外部に出射する。従って、透明部材２１Ａから光が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。

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
２９ 気泡
３１ 発光ダイオードチップ

Claims (5)

1. 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、
   内部に複数の気泡が形成された透明基板の表面に該ウエーハの各ＬＥＤ回路に対応して複数の溝を形成する第１の透明基板加工工程と、
   該第１の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、
   該一体化工程を実施した後、該ウエーハの裏面に貼着された該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溝を形成する第２の透明基板加工工程と、
   該第２の透明基板加工工程を実施した後、該ウエーハを該分割予定ラインに沿って該透明基板と共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。
2. 該透明基板加工工程で形成される前記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。
3. 該透明基板加工工程において、前記溝は切削ブレード、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。
4. 該第１の透明基板加工工程及び該第２の透明基板加工工程において、該透明基板の表面と裏面に形成される前記溝は交差するように形成される請求項１記載の発光ダイオードチップの製造方法。
5. 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。