JP2018029112A - 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

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】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１１ｂ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、全面に渡り複数の貫通孔２９を有する透明基板２１の裏面２１ｂ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、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８

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。

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、全面に渡り複数の貫通孔を有する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複数の貫通孔を有する透明部材とを備え、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複数の貫通孔を有する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。

光デバイスウエーハの表面側斜視図である。 図２（Ａ）は切削ブレードによるウエーハの裏面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）はウエーハの裏面に形成された第１の方向に伸長する複数の溝を有するウエーハの裏面側斜視図、図３（Ｂ）はウエーハの裏面に形成された第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が形成されたウエーハの裏面側斜視図である。 図４（Ａ）はウエーハの裏面にマスクを貼着する様子を示す斜視図、図４（Ｂ）はウエーハの裏面に複数の穴を有するマスクが貼着された状態の斜視図、図４（Ｃ）〜図４（Ｅ）はウエーハの裏面に形成された凹部の形状を示すウエーハの部分的斜視図である。 図５（Ａ）はレーザービームによりウエーハの裏面に溝を形成する様子を示す斜視図、図５（Ｂ）は溝形状を示すウエーハの部分断面図、図５（Ｃ）はレーザービームによりウエーハの裏面に円形凹部を形成する様子を示す斜視図、図５（Ｄ）は形成された円形の凹部を示すウエーハの部分斜視図である。 図６（Ａ）は透明基板加工工程を示す斜視図、図６（Ｂ）〜図６（Ｄ）は形成された溝形状を示す断面図である。 図７（Ａ）は裏面に第１の方向に伸長する複数の溝が形成された透明基板の裏面側斜視図、図７（Ｂ）は裏面に互いに交差する複数の溝が形成された透明基板の裏面側斜視図である。 図８（Ａ）は裏面に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８（Ｂ）は一体化ウエーハの斜視図である。 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、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、図６に示す様に、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。透明基板２１には、全面に渡り複数の貫通孔２９が形成されている。

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３Ａ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３Ａ、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。

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
２９ 貫通孔
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、
   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、
   全面に渡り複数の貫通孔を有する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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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複数の貫通孔を有する透明部材とを備え、
   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。