JP2010506383A - 発光ダイオードチップの製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、Ｎ型半導体層とＰ型半導体層との間に活性層を有する発光ダイオードチップの製造方法において、基板を準備する段階と、上記基板上に上記Ｎ型半導体層とＰ型半導体層との間に活性層を備える半導体層を積層する段階と、上記基板上に積層された半導体層に、上記基板が露出されるまで溝を形成し、その溝により複数のチップ単位に区分された半導体層に、傾斜した側壁を形成する段階とを備える発光ダイオードチップの製造方法を提供する。本発明によれば、発光ダイオードチップにおいて、基板上に生成された半導体層の側壁が、基板に対して傾斜を有することにより、傾斜を有していない発光ダイオードチップに比べて、その指向角が広くなる。発光ダイオードチップの指向角が広くなるほど、発光ダイオードチップと蛍光体とを利用して、白色発光素子を製作する際に、あえて蛍光体が素子の中心に集中して分布するように設計しなくても、光の均一度を合わせることができるに伴い、中心に分布する蛍光体の量の増加により発生された光遮蔽現状が減り、全体的な発光効率を向上させることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、発光ダイオードチップの製造方法に関し、より詳しくは、基板上に形成される半導体層の側壁を斜めにすることにより、発光効率を上げる発光ダイオードチップの製造方法に関する。

発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ：ＬＥＤ）は、Ｐ型半導体とＮ型半導体とが接合された構造を有する光電変換素子であり、順方向の電圧を加えれば、Ｐ型半導体とＮ型半導体との接合部分を通して、電子と正孔とが移動しながら再結合して、光を放出する。この時、放出される光の色は、ギャップエネルギーにより決定されるので、半導体材料の選択によって望む色の光を放出する発光ダイオードを製造することができる。

このような発光ダイオードは、多様な色の実現が可能であるので、各種の電子製品類、計器板、電光板などに、表示素子及びバックライトとして幅広く利用されている。

また、発光ダイオードは、既存の白熱電球又は蛍光灯のような照明器具に比べて、電力消耗が小さくて寿命が長いので、既存の照明器具に代わり、一般的な照明用途にその使用領域を広めている。ただし、発光ダイオードを一般的な照明用途に使用するためには、発光ダイオードの発光効率を上げることがかなり重要であるので、これのために多様な技術が開発されている。

一般的に、発光ダイオードは、基板上に半導体層を順次に形成し、形成された半導体層を順にエッチングすることにより、発光領域を形成し製造される。次いで、製造された発光ダイオードは、ダイアモンドチップを利用して基板を分離する工程を経て、個別の発光ダイオードチップに製造される。このように製造された発光ダイオードチップは、白色発光のための多様な技術を通して、白色発光素子を製作するのに使用される。

例えば、青色ＬＥＤを利用して白色発光素子を製作する際には、蛍光体を配合して、ホワイトバランス（ｗｈｉｔｅ ｂａｌａｎｃｅ）を調整する。今までは、白色発光効率を増加させるために、発光ダイオードチップの光パワーを増加させるか、ＥＰＩ、チップパターンなどの研究をするか、蛍光体の効率を改善する方向に関心を傾けてきた。

しかし、同一の蛍光体に光パワーが増加されたＬＥＤチップを使用したにもかかわらず、白色発光効率が改善されない問題点があった。

これは、白色発光ダイオードから放出される光の指向角特性と密接な関連がある。一般に、白色発光ダイオードのような発光ダイオード素子は、前面から見る時、中心部において光量が最も強く、周辺（ｓｉｄｅ）部へ行くほど弱くなる。これにより、白色発光ダイオードを製作する際に、光の白色比率を調整するために、中央（ｃｅｎｔｅｒ）部分における蛍光体の量を増加させる。しかし、蛍光体が増加された量ほどの光遮蔽現象が発生して、結果的には、白色発光ダイオードの白色発光効率が減少する。

本発明が解決しようとする技術的課題は、発光ダイオードチップの構造を改善して指向角を広くすることにより、蛍光体を利用した白色発光ダイオードを製作する際に、発光効率を増加させることである。

このような技術的課題を達成するための本発明の一側面によれば、Ｎ型半導体層とＰ型半導体層との間に、活性層を有する発光ダイオードチップの製造方法において、基板を準備する段階と、上記基板上に、上記Ｎ型半導体層とＰ型半導体層との間に、活性層を備える半導体層を積層する段階と、上記基板上に積層された半導体層に、上記基板が露出されるまで溝を形成し、その溝により複数のチップに区分された半導体層に、傾斜した側壁を形成する段階とを備える、発光ダイオードチップの製造方法を提供する。

上記側壁形成段階は、傾いた刃を有するブレードを利用して、上記半導体層に溝を形成することにより、上記複数のチップ単位に区分された半導体層に傾斜した側壁を形成することができる。

上記ブレード刃の傾斜は、その頂角が５０°乃至１５０°の範囲内であることが好ましい。

上記発光ダイオードチップの製造方法は、上記傾斜した側壁形成段階以後に、上記複数のチップ単位に区分して、上記基板にスクライビング（ｓｃｒｉｂｉｎｇ）を行う段階と、スクライビングされた基板を切断して、個別の発光ダイオードチップに分離する段階と、を更に備えることができる。

本発明の実施形態によれば、発光ダイオードチップにおいて、基板上に形成された半導体層の側壁が、基板に対して傾斜を有することにより、側壁が傾斜を有していない発光ダイオードチップに比べて、その指向角が広くなる。

発光ダイオードチップの指向角が広くなるほど、発光ダイオードチップと蛍光体とを利用して白色発光素子を製作する際に、あえて蛍光体が素子の中心に集中して分布するようにしなくても、光の均一性を調整することができるため、中心に分布する蛍光体の量の増加によって発生する光遮蔽現象が減少し、全体的な発光効率を向上させることができる。

本発明の一実施形態に係る発光ダイオードチップの製造方法を説明するためのフローチャートである。 本発明の一実施形態に係る発光ダイオードチップの製造方法を説明するための図面である。 本発明の一実施形態に係る発光ダイオードチップの製造方法を説明するための図面である。 本発明に係る発光ダイオードの製造方法に使用されるブレードの断面を示す図面である。 本発明の実施形態に係る発光ダイオードチップにおける指向角を測定したグラフである。 比較例に係る発光ダイオードチップの製造方法を説明するための図面である。 比較例に係る発光ダイオードチップにおける指向角を測定したグラフである。

以下、添付の図面を参照して、本発明の実施形態を詳しく説明する。以下に示す実施形態は、当業者に本発明の思想が十分に伝えられるようにするために、一例として提供されるものである。従って、本発明は、以下の実施形態に限定するものではなく、他の形態にも実施することができる。そして、これらの図面において、構成要素の幅、長さ、厚さなどは、便宜のために、誇張して表現される。明細書及び図面の全体にわたって、同一の参照番号は、同一の構成要素を示す。

図１は、本発明の一実施形態に係る発光ダイオードチップの製造方法を説明するためのフローチャートであり、図２及び図３は、本発明の一実施形態に係る発光ダイオードチップの製造方法を説明するための図面である。

図１及び図２を参照して、基板１００を準備する（Ｓ１）。基板１００は、例えば、サファイア（Ａｌ_２Ｏ_３）基板でもよいが、これに限定されず、基板１００上に形成される半導体層の物質に応じて多様に選択することができる。

次いで、基板１００上にそれぞれの半導体層を形成する（Ｓ２）。これらの半導体層としては、下部半導体層２１０、活性層２２０、及び上部半導体層２３０が順次に形成される。下部半導体層２１０、活性層２２０、及び上部半導体層２３０は、それぞれ窒化ガリウム系列の半導体物質、即ち（ボロン（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、インジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ））Ｎから形成する。特に、活性層２２０は、要求される波長の光、例えば、紫外線又は青色光を放出するように、組成元素及び組成比が決定され、下部半導体層２１０及び上部半導体層２３０は、活性層２２０に比べて、バンドギャップが大きい物質から形成される。

そして、下部半導体層２１０、上部半導体層２３０、及び活性層２２０は、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ：Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、分子線成長法（ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｂｅａｍ ｅｐｉｔａｘｙ）、又はハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ：Ｈｙｄｒｉｄｅ Ｖａｐｏｒ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ）技術などを使用することにより、断続的に又は連続的に成長させることができる。

ここで、下部半導体層２１０及び上部半導体層２３０は、それぞれｎ型及びｐ型、又はｐ型及びｎ型である。窒化ガリウム系列の化合物半導体層において、ｎ型半導体層は、不純物として、例えば、シリコン（Ｓｉ）をドーピングして形成することができ、ｐ型半導体層は、不純物として、例えば、マグネシウム（Ｍｇ）をドーピングして形成することができる。

下部半導体層２１０及び（又は）上部半導体層２３０は、図２に示すように、単一層で形成してもよいし、多層構造で形成してもよい。また、活性層２２０は、単一量子ウェル又は多重量子ウェル構造としてもよい。

また、下部半導体層２１０を形成する前に、半導体層２００と基板１００との間に、バッファ層（図示せず）を介在させてもよい。バッファ層は、基板１００と、その上に形成される下部半導体層２１０との格子不整合を緩和させるために形成され、例えば、窒化ガリウム（ＧａＮ）又は窒化アルミニウム（ＡｌＮ）から形成することができる。

次いで、上部半導体層２３０の上に各発光領域を決定するフォトレジストパターンを形成し、形成されたフォトレジストパターンをエッチングマスクとして使用して、上部半導体層２３０、活性層２２０、及び下部半導体層２１０を順にエッチングすることにより、これらの発光領域を形成する（Ｓ３）。

これにより、形成されたこれら発光領域のそれぞれは、基板２１１上に位置する下部半導体層２１０、下部半導体層２１０の一部領域の上部に位置する上部半導体層２３０、及び下部半導体層２１０と上部半導体層２３０との間に介在された活性層２２０を含み、下部半導体層２１０の他の領域は露出される。以後、上部半導体層２３０と露出された下部半導体層２１０との上に、金属配線を形成する。

一方、各金属配線を形成する前に、上部半導体層２３０上に金属層を形成してもよいし、露出された下部半導体層２１０上にオーミックコンタクト層を更に形成してもよく、上部半導体層２３０上にもオーミックコンタクト層を形成してもよいが、ここではその詳細な記載は省略する。

次いで、ブレードを利用して、上部半導体層２３０から下部半導体層２１０に至るまで、基板１００を露出するように切削して、溝を形成する（Ｓ４）。半導体層２００に形成された溝により、半導体層２００は、個別の発光ダイオードチップ単位に区分され、各発光ダイオードチップ単位に区分された半導体層の側壁は斜めに形成される。

本発明において、発光ダイオードチップの半導体層の側壁を斜めに形成するために使用されるブレードは、傾いた刃を有し、そのブレード刃の角度により発光ダイオードの側壁を斜めに形成する。

図２及び図３を参照すれば、ブレードを利用して半導体層２００に溝を形成することにより、基板１００上に形成された半導体層２００の側壁を斜めに形成した後、基板１００の下部面又は上部面にダイアモンドチップ又はレーザーを利用してスクライビンを行った後、基板１００に機械的な力を加えて切断することにより、複数の個別発光ダイオードチップに分離する（Ｓ５）。

図４は、本発明に係る発光ダイオードの製造方法に使用されるブレードの断面を示す図面である。

図４を参照すれば、発光ダイオードチップの側壁に傾斜を形成するために使用されるブレードＢは、その端部に形成されたブレード刃Ｓの両面が傾いており、その傾斜角は、ブレード刃の頂角φが５０°乃至１５０°程度に形成されることが好ましい。

本発明の好ましい実施形態において、発光ダイオードチップの側壁により形成される傾斜角θは、ブレード刃の角度によって決定されるので、その傾斜角θは、２５°乃至７５°の範囲であってもよい。

即ち、上記のような基板１００上に形成された半導体層の上に溝が形成されるようにブレードＢを移動させると、ブレード刃Ｓの傾斜に応じて半導体層が切削されて、傾いた溝が形成される。この場合、ブレード刃Ｓの厚さＷ及び高さＨは、半導体層２００の厚さを考慮して調節することができる。

図５は、本発明の実施形態に係る発光ダイオードチップにおける指向角を測定したグラフである。

図５を参照すれば、本発明の実施形態に係る発光ダイオードチップの指向角は１４６°である。

一方、図６は、比較例に係る発光ダイオードチップの製造方法を説明するための図面である。

図６を参照すれば、比較例に係る発光ダイオードチップの製造方法においては、基板４００の上に下部半導体層５１０、活性層５２０、及び上部半導体層５３０を積層した後、上部半導体層５３０、活性層５２０、及び下部半導体層５１０の一部をエッチングし、電極配線を形成することにより、各発光領域を形成する。

その後、本発明の一実施形態において行われたブレードを利用して、上部半導体層から下部半導体層に至るまで、基板が露出されるように、半導体層に溝を形成する工程を行わずに、基板４００の下部面又は上部面にダイアモンドチップ又はレーザーを利用してスクライビンを行った後、基板４００に機械的な力を加えて切断することにより、複数の個別の発光ダイオードチップを分離する。

図７は、比較例に係る発光ダイオードチップにおける指向角を測定したグラフである。

図７を参照すれば、比較例に係る発光ダイオードチップにおける指向角は、１２９°である。

図５及び図７のグラフから見られるように、本発明の実施形態に応じて、発光ダイオードチップを形成する際に、ブレードを利用して半導体層に溝を形成して、各発光ダイオードチップを構成する半導体層の側壁を傾斜させることにより、半導体層の側壁を傾斜させていない比較例に比べて、指向角がはるかに広くなったことを確認することができた。

本発明は、好ましい実施例及び多くの具体的な変形実施例を参照して説明された。しかし、具体的に説明されたものとは異なる多くの他の実施例が、また本発明の思想及び範囲内に含まれるということを、関連分野の当業者は理解するであろう。

Claims (4)

1. Ｎ型半導体層とＰ型半導体層との間に活性層を有する発光ダイオードチップの製造方法において、
   基板を準備する段階と、
   前記基板上に、前記Ｎ型半導体層とＰ型半導体層との間に活性層を備える半導体層を積層する段階と、
   前記基板上に積層された前記半導体層に、前記基板が露出されるまで溝を形成し、その溝により複数のチップ単位に区分された半導体層に傾斜した側壁を形成する段階と、を備えることを特徴とする発光ダイオードチップの製造方法。
2. 前記側壁形成段階は、傾いた刃を有するブレードを利用して、前記半導体層に溝を形成し、前記複数のチップ単位に区分された半導体層に傾斜した側壁を形成することを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオードチップの製造方法。
3. 前記ブレード刃の傾斜は、その頂角が５０°乃至１５０°の範囲内であることを特徴とする請求項２に記載の発光ダイオードチップの製造方法。
4. 前記側壁形成段階の後に、前記複数のチップ単位に区分するため前記基板にスクライビングを行う段階と、
   前記スクライビングされた基板を切断することにより、個別の発光ダイオードチップに分離する段階と、を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオードチップの製造方法。

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