TWI699009B - Led基板之形成方法 - Google Patents
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Abstract
本發明係一種LED基板之形成方法,其中,以簡易的作業,廉價地形成LED基板之LED基板的形成方法。
解決手段為作成由於矽基板之表面形成緩衝層之緩衝層形成工程,和於緩衝層表面而形成之發光層之發光層形成工程,和殘留矽基板背面的外周部分而研削中央部,形成環狀補強部之環狀補強部形成工程,和於矽基板的背面,形成反射膜之反射膜形成工程,和形成電極於該反射膜電極形成工程,和沿著分割預定線而分割成晶片之分割工程而形成LED基板之構成。
Description
本發明係有關LED基板之形成方法。
以往係將n-GaN層、活性層、p-GaN層所成之發光層,層積於藍寶石基板上而加以形成LED(Light Emitting Diode)基板。作為LED基板,係知道有未分離具有絕緣性之藍寶石基板,而在p型電極的旁邊,配置n型電極之水平構造的LED基板(例如,參照專利文獻1)。水平構造的LED基板係蝕刻p-GaN層側而使n-GaN層部分性地露出,再於p-GaN層之表面與n-GaN層之表面,各配置p型電極與n型電極。自p型電極,n型電極所朝向時,電流則集中,而有LED基板之耐久性下降之可能性。
另外,作為LED基板,係知道有分離具有絕緣性之藍寶石基板,而將p型電極與n型電極配置成垂直之垂直構造的LED基板(例如,參照專利文獻2)。垂直構造之LED基板係經由雷射剝離(LLO:Laser Lift Off)而自n-GaN層使藍寶石基板分離,再於p-GaN層之表面與n-
GaN層之背面,各配置p型電極與n型電極之後,經由支持基板而加以支持。因此,與水平構造之LED基板不同,未有自p型電極,n型電極所朝向時電流集中情況,而加以提升LED之耐久性。
在近年中,取代藍寶石基板,而亦開發有:於矽基板上,藉由緩衝層而層積發光層,形成LED基板之技術(Gan on Silicon技術)(例如,參照專利文獻3,4)。矽基板係與藍寶石基板做比較,作為磊晶基板而為廉價,成為可大幅削減LED基板之製造時的成本。
[專利文獻1]日本特開平09-116192號公報
[專利文獻2]日本專利第5653327號公報
[專利文獻3]日本特開2012-243807號公報
[專利文獻4]日本專利第5752855號公報
但在矽基板與GaN中,晶格不匹配之故,對於為了層積GaN層,係於矽基板上,必須形成幾層緩衝層。另外,對於形成垂直構造之LED基板之情況,使用上述之雷射剝離而自LED基板分離矽基板之情況則為不易。假設,即使可作為自LED基板分離矽基板,而自矽
基板重新貼合於支持基板之情況,亦有僅重新貼合作業所產生之部分則產生煩雜之問題。
本發明係有鑑於有關的點而做成之構成,其目的為提供:可以簡易的作業,廉價地形成LED基板之LED基板的形成方法。
本發明之LED基板的形成方法係具有:於矽基板之一方的面形成緩衝層之緩衝層形成工程,和於在該緩衝層形成工程而形成之緩衝層表面,形成發光層之發光層形成工程,和在該發光層形成工程之後,經由研削矽基板之另一方的面之中央而形成凹部之時,於該凹部外側形成環狀補強部之環狀補強部形成工程,和在該環狀補強部形成工程之後,於該凹部形成反射膜之反射膜形成工程,和於在該反射膜形成工程所形成之該反射膜表面,形成電極之電極形成工程,和在該電極形成工程之後,沿著分割預定線而分割成晶片之分割工程。
如根據此構成,加以研削矽基板之另一方的面之中央部分,而於中央部分之周圍,加以形成環狀補強部。經由環狀補強部而加以確保矽基板之剛性之故,即使矽基板之中央部分為薄,亦未有產生彎曲。因而,未有產生自矽基板對於支持基板之重新貼合作業者。另外,矽基板之中央部分為薄之故,自發光層的背面所發光的光則由透過矽基板而以反射膜進行反射者,而加以提升發光效
率。另外,由將矽基板做為磊晶基板者,可大幅削減成本者。
如根據本發明,由加以研削矽基板之另一方的面之中央部分者,而於中央部分之周圍,加以形成環狀補強部。經由此,可將廉價的矽基板做為磊晶基板而使用,而未使發光層產生自矽基板對於支持基板之基板的重新貼合作業。另外,由薄化研削矽基板者而可使來自發光層背面的光,透過矽基板而由反射膜進行反射,由再次使其透過矽基板者,而可使亮度提升。
10‧‧‧矽基板
11‧‧‧凹部
12‧‧‧環狀補強部
20‧‧‧緩衝層
30‧‧‧發光層
31‧‧‧n-GaN層
32‧‧‧活性層
33‧‧‧p-GaN層
40‧‧‧反射膜
51‧‧‧n型電極(電極)
52‧‧‧p型電極(電極)
C‧‧‧晶片
圖1係比較例之LED構造的說明圖。
圖2係顯示本實施形態之緩衝層形成工程的一例圖。
圖3係顯示本實施形態之發光層形成工程的一例圖。
圖4係顯示本實施形態之環狀補強部形成工程的一例圖。
圖5係顯示本實施形態之反射膜形成工程的一例圖。
圖6係顯示本實施形態之電極形成工程的一例圖。
圖7係顯示本實施形態之分割工程的一例圖。
圖8係顯示第1變形例之電極形成工程的一例圖。
圖9係顯示第2變形例之電極形成工程的一例圖。
圖10係顯示本實施形態之分割工程的其他一例圖。
在對於本實施形態加以說明前,對於比較例之LED構造加以簡單地說明。圖1係比較例之LED構造的說明圖。然而,在比較例之LED構造中,說明的方便上,使用與本實施形態相同符號而加以說明。
如圖1A所示,於矽基板10上,加以形成緩衝層20,而於緩衝層20上,加以形成n-GaN層31、活性層32、p-GaN層33所成之發光層(LED發光層)30。矽基板10係與藍寶石基板做比較而為大口徑,更且做為磊晶基板而較藍寶石基板為廉價。另外,對於矽基板10與n-GaN層31之間,係為了吸收矽與GaN之晶格不匹配的不同,而加以形成幾層的緩衝層20。在此構造中,使用雷射剝離而自發光層30分離矽基板10,而形成垂直構造的LED基板者則為不易。
通常,雷射剝離係被使用於層積發光層之藍寶石基板,由將雷射光線集光於n-GaN層者,而自發光層,使藍寶石基板分離。在本構造中,對於n-GaN層31而言無法直接將雷射光線進行集光,而自發光層30分離矽基板10者則為困難。此情況,亦考慮未使矽基板10,自n-GaN層31分離,而作為支持基板而利用。經由此,未有支持基板之重新貼合而可將作業簡略化,但在矽基板10保持為厚之中,自發光層30的背面所發光的光則被吸
收於矽基板10,而發光效率則下降。
另一方面,如圖1B所示,亦考慮研削矽基板10的背面而薄化者。經由此,雖加以降低經由矽基板10之光的吸收量,但在電極51,52之蒸鍍時,加以加熱矽與GaN而加以薄化研削之矽基板10則有破裂之問題。
因此,在本實施形態中,著眼於與藍寶石基板作比較,矽基板10則容易研削的點,由殘留矽基板10之外周,僅研削中央部分者,確保矽基板10之剛性。經由此,作為呈抑制矽基板10之破裂同時,抑制經由矽基板10,來自發光層30之光的吸收量。更且,於矽基板10之背面形成反射膜,由反射膜而使透過薄厚之矽基板10的光進行反射。
以下,參照附加圖面,對於本實施形態的LED基板之形成方法加以詳細說明。圖2係緩衝層形成工程,圖3係發光層形成工程,圖4係環狀補強部形成工程,圖5係反射膜形成工程,圖6係電極形成工程,圖7係分割工程之顯示各一例的圖。
如圖2所示,首先加以實施緩衝層形成工程。在緩衝層形成工程中,於矽基板10之一方的面(表面),加以形成緩衝層20。作為緩衝層20之形成方法,係可利用MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法、MBE(Molecular Beam Epitaxy)法、CVD(Chemical Vapor Deposition)法、濺鍍法等之氣層製膜法。然而,緩衝層20係為了防止在GaN形成後之冷卻時產生的斷裂,
而以多層構造加以形成者為佳。
如圖3所示,在緩衝層形成工程之後,係加以實施發光層形成工程。在發光層形成工程中,於緩衝層20表面加以形成發光層30。發光層30係於緩衝層20的表面,依序加以形成n-GaN層31、活性層32、p-GaN層33。然而,作為發光層30之形成方法,例如,可利用上述之MOVCD法或MBE法。如此,由藉由緩衝層20而加以層積發光層30於矽基板10之一方的面者,加以抑制自矽與GaN之晶格不匹配所產生之斷裂。另外,發光層(Epi層)之層積順序係亦可於緩衝層20之表面為p-GaN層33、活性層32、n-GaN層31。
如圖4所示,在發光層形成工程之後,係加以實施環狀補強部形成工程。在環狀補強部形成工程中,加以研削矽基板10之另一方的面(背面)之中央而加以形成凹部11,再於凹部11之外側,加以形成環狀補強部12。此情況,如圖4A所示,於加以層積於矽基板10之發光層30,加以貼著保護膠帶T1,再將附有此保護膠帶T1之矽基板10加以搬入至研削裝置(未圖示)。在研削裝置中,由將矽基板10之另一方的面朝向上方的狀態,藉由保護膠帶T1而吸附保持矽基板10於夾盤61。
如圖4B所示,研削單元62之研削輪63旋轉同時,接近於夾盤61,由研削輪63與矽基板10之另一方的面旋轉接觸者,加以研削矽基板10。此時,使用較矽基板10的半徑為小徑之研削輪63,在矽基板10之另
一方的面之中,僅加以研削最終作為LED裝置所使用之中央部分。經由此,對於矽基板10之另一方的面,係加以形成圓形的凹部11之同時,於矽基板10之外周部分,加以形成環狀補強部12。
如圖4C所示,矽基板10係經由凹部11而加以薄化中央部分,而經由圍繞凹部11之環狀補強部12,加以確保剛性。加以薄化作為LED裝置所使用矽基板10的之中央部分之故,而加以抑制在矽的中央部分之光的吸收量。然而,此矽基板10之中央部分係為了使光透過,而加以研削至成為1[μm]-40[μm]之厚度為止者為佳。另外,矽基板10則經由環狀補強部12而加以確保剛性之故,而加以抑制矽基板10之彎曲,進而防止經由蒸鍍之電極形成時的熱或搬送時之破損等。
如圖5所示,在環狀補強部形成工程之後,係加以實施反射膜形成工程。在反射膜形成工程中,於加以形成於矽基板10之另一方的面之凹部11的底面,加以形成反射膜40。經由此,在發光層30的背面發出的光則透過矽基板10而由反射膜40進行反射,而由反射光則再次透過矽基板10,自發光層30之表面側進行出射者,加以提升發光效率。然而,作為反射膜40之形成方法,係可利用濺鍍法或蒸鍍法等。另外,反射膜40係由金屬膜而加以形成,但如為可反射透過矽基板10的光,由其他材料而加以形成亦可。
如圖6所示,在反射膜形成工程之後,係加
以實施電極形成工程。在電極形成工程中,於反射膜40之表面,加以形成n型電極51。另外,於反射膜40之表面加以形成n型電極51之後,自發光層30之表面加以剝離保護膠帶T1(參照圖5),而於發光層30之表面,加以形成p型電極52。n型電極51,p型電極52係經由蒸鍍法而加以形成,但由環狀補強部12加以確保矽基板10之剛性之故,即使矽與GaN的熱膨脹係數為不同,亦未由蒸鍍時的熱,而矽基板10則產生彎曲的情況。隨之,即使薄化矽基板10,亦未產生有彎曲之故,可容易地進行電極形成。
然而,在本實施形態中,自發光層30之表面剝離保護膠帶T1(參照圖5)之後,作成於發光層30的表面加以形成p型電極52之構成,但並不限定於此構成。在貼著保護膠帶T1於發光層30之表面之前,於發光層30之表面,加以形成p型電極52亦可。即,於發光層形成工程與環狀補強部形成工程之間,於發光層30之表面,加以形成p型電極52亦可。然而,n型電極51,p型電極52之形成方法係不限於蒸鍍法,而亦可利用濺鍍法等。
如圖7所示,在電極形成工程之後,係加以實施分割工程。在分割工程中,將矽基板10沿著分割預定線(未圖示)而加以分割成各個晶片C(LED基板)。此情況,如圖7A所示,於被覆環框(未圖示)之開口部的切割膠帶T2,加以貼著發光層30之表面,而由環框所支持之
矽基板10則加以搬入至切削裝置(未圖示)。在切削裝置中,由將矽基板10之另一方的面,即n型電極51朝向上方的狀態,藉由切割膠帶T2而吸附保持矽基板10於夾盤71。此情況,呈可確認分割預定線地,加以使用透明的夾盤71,在夾盤71之下方加以調整。
如圖7B所示,切削刃72則對於矽基板10之分割預定線而言加以位置調整,在矽基板10之徑方向外側,可切入至切割膠帶T2之途中為止之高度為止,加以下降切削刃72。並且,由對於高速旋轉之切削刃72而言,加以切削輸送夾盤71者,沿著分割預定線而全切割矽基板10及發光層30。當沿著一條之分割預定線而加以全切割矽基板10及發光層30時,對於旁邊的分割預定線加以位置調整切削刃72而加以全切割矽基板10及發光層30。
由反覆此切削動作者,沿著所有的分割預定線而加以全切割矽基板10及發光層30。其結果,將矽基板10沿著分割預定線而加以分割成各個晶片C。然而,分割工程係如可分割矽基板10為各個晶片C,例如,由經由雷射光線之燒蝕加工,沿著分割預定線而分割矽基板10亦可。另外,由雷射光線,於矽基板10內,形成沿著分割預定線之改質層,將此改質層作為分割起點而賦予外力於矽基板10而進行分割亦可。
然而,如上述,對於將反射膜40作為朝上而保持於夾盤71進行切削之情況,無法在反射膜40確認分
割預定線之故,而有必要使用透明之夾盤71而自夾盤71側進行調整。因此,如圖10A及圖10B所示,將由夾盤71所吸引保持之矽基板10的面作為相反亦可。此情況,於被覆環框的開口部之切割膠帶T2,加以貼著反射膜40(電極)的表面,由將支持於環框之矽基板10的表面,即發光層30朝向上方之狀態,藉由切割膠帶T2而吸附保持矽基板10於夾盤71。如此,自矽基板10之上方進行調整進行切削亦可。
另外,僅將環狀補強部12先行除去之後,於被覆環框的開口部之切割膠帶T2,貼著矽基板10而進行分割亦可。然而,環狀補強部12之除去係研削環狀補強部12而作為薄化亦可,而以切削刃而切削環狀補強部12之內周,或照射雷射光線至環狀補強部12之內周,分離凹部11與環狀補強部12亦可。
如以上,本實施形態之LED基板的形成方法係由將矽基板10作為支持基板而利用者,未有自矽基板10對於支持基板之重新貼合作業而提升作業效率。另外,由殘留矽基板10之外周部分而僅研削中央部分者,確保矽基板10之剛性同時,加以薄化形成。因而,無關於薄化對於LED裝置必要之處的矽基板10,而未有作為支持基板,剛性降低之情況。由形成反射膜40於矽基板10之另一方的面者,使透過變薄之矽基板10的光,由反射膜40反射至前方,而使發光效率提升。另外,由將矽基板10作為磊晶基板者,與將藍寶石基板作為磊晶基板
之構成作比較,可削減成本。
然而,本發明係未加以限定於上述實施形態,而可作種種變更而實施者。在上述實施形態中,對於附加圖面所圖示之尺寸或形狀等,係未加以限定於此,而可在發揮本發明之效果的範圍內作適宜變更。其他,只要在不脫離本發明之目的之範圍,可作適宜變更而實施者。
例如,將矽基板之另一方的面之n型電極,穿過Si貫通電極(TSV:Through-Silicon Via)而連接於n-GaN層亦可。以下,參照圖8,對於第1變形例的LED基板之形成方法加以說明。圖8係顯示第1變形例之電極形成工程的一例圖。第1變形例係僅對於電極形成工程而與本實施形態不同。隨之,僅對於電極形成工程加以簡單說明。
如圖8所示,在第1變形例的電極形成工程中,自反射膜40側加以蝕刻,加以形成自反射膜40到達至n-GaN層31為止之貫通孔15。由加以充填金屬等之導電性材料於貫通孔15者,加以形成Si貫通電極53,更且加以形成連接於Si貫通電極53之n型電極51。經由此,直接加以連接n型電極51與n-GaN層31,而可縮小n型電極51與n-GaN層31之間的阻抗。因而,可以較小的消耗電力而提升LED基板的亮度。
另外,於矽基板之另一方的面形成n型電極與p型電極,各由Si貫通電極而連接於n-GaN層與p-GaN層亦可。以下,參照圖9,對於第2變形例的LED基
板之形成方法加以說明。圖9係顯示第2變形例之電極形成工程的一例圖。第2變形例係僅對於電極形成工程而與本實施形態不同。隨之,僅對於電極形成工程加以簡單說明。
如圖9所示,在第2變形例的電極形成工程中,自反射膜40側加以蝕刻,加以形成自反射膜40到達至n-GaN層31為止之貫通孔15,和自反射膜40到達至p-GaN層33為止之貫通孔16。由加以充填金屬等之導電性材料於貫通孔15,16者,加以形成Si貫通電極53,54,更且加以形成連接於Si貫通電極53,54之n型電極51,p型電極52。經由此,直接加以連接n型電極51與n-GaN層31之同時,直接加以連接p型電極52與p-GaN層33。因而,可縮小n型電極51與n-GaN層31之間,p型電極51與p-GaN層33之間的阻抗,而減少LED基板之消耗電力者。另外,經由發光層30之表面的發光則未由p型電極52所遮蔽,而可增加發光層30之發光面積。因而,較第1變形例,更可提升LED基板的亮度者。
另外,在上述之實施形態中,作成自保護膠帶T1重新貼合於切割膠帶T2之構成,但並未加以限定於此構成。在保護膠帶T1之貼著前,如於發光層30之表面加以形成p型電極52,未去除保護膠帶T1而加以貼合切割膠帶T2於保護膠帶T1表面亦可。
如以上說明,本發明係具有可以簡易的作業,且廉價地形成LED基板之效果,特別是對於將矽基板作為磊晶基板而形成發光層之LED基板的形成方法而為有用。
10‧‧‧矽基板
11‧‧‧凹部
12‧‧‧環狀補強部
20‧‧‧緩衝層
30‧‧‧發光層
31‧‧‧n-GaN層
32‧‧‧活性層
33‧‧‧p-GaN層
61‧‧‧夾盤
T1‧‧‧保護膠帶
Claims (1)
- 一種LED基板的形成方法,其特徵為具有:於矽基板之一方的面形成緩衝層之緩衝層形成工程,和於在該緩衝層形成工程而形成之緩衝層表面,形成發光層之發光層形成工程,和在該發光層形成工程之後,經由研削矽基板之另一方的面之中央而形成凹部之時,於該凹部外側形成環狀補強部之環狀補強部形成工程,和在該環狀補強部形成工程之後,經由該環狀補強部抑制該矽基板之彎曲之狀態下,於該凹部形成反射膜之反射膜形成工程,和於在該反射膜形成工程所形成之該反射膜表面,經由該環狀補強部抑制該矽基板之彎曲之狀態下,形成電極之電極形成工程,和在該電極形成工程之後,沿著分割預定線而分割成各個晶片之分割工程者。
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