JP2018148014A - 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】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１９が形成されたウエーハを準備するウエーハ準備工程と、全面に渡り複数の貫通孔が形成された第１の透明基板又は全面に渡り複数の貫通孔が形成された第２の透明基板の少なくともどちらか一方の表面又は裏面にＬＥＤ回路に対応して複数の溝を形成する透明基板加工工程と、第１の透明基板の表面をウエーハの裏面に貼着すると共に第２の透明基板の表面を第１の透明基板の裏面に貼着して一体化ウエーハを形成する透明基板貼着工程と、ウエーハを分割予定ラインに沿って切断して個々の発光ダイオードチップ３１に分割する分割工程と、を備える。【選択図】図９

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、全面に渡り複数の貫通孔が形成された第１の透明基板又は全面に渡り複数の貫通孔が形成された第２の透明基板の少なくともどちらか一方の表面又は裏面にＬＥＤ回路に対応して複数の溝を形成する透明基板加工工程と、該透明基板加工工程を実施した後、該第１の透明基板の表面をウエーハの裏面に貼着すると共に該第２の透明基板の表面を該第１の透明基板の裏面に貼着して一体化ウエーハを形成する透明基板貼着工程と、該透明基板貼着工程を実施した後、該ウエーハを該分割予定ラインに沿って該第１及び第２の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。
該第１及び第２の透明基板は、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、該透明基板貼着工程において、該第１の透明基板は透明接着剤でウエーハに接着され、該第２の透明基板は透明接着剤で該第１の透明基板に接着される。
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第１の透明部材と、該第１の透明部材の裏面に貼着された複数の貫通孔を有する第２の透明部材と、を備え、該第１の透明部材又は該第２の透明部材の少なくともどちらか一方の表面又は裏面に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、少なくとも２層の透明部材に形成された複数の貫通孔と溝とによって光が複雑に屈折して第１及び第２の透明部材内に閉じ込められる光が減少し、第１及び第２の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）は表面に第１の方向に伸長する複数の溝を有する第１の透明基板をウエーハの裏面に貼着して第１一体化ウエーハを形成する透明基板貼着工程を示す斜視図、図３（Ｂ）は第１一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に有する第１の透明基板をウエーハの裏面に貼着して一体化する透明基板貼着工程を示す斜視図である。 図５（Ａ）は第１一体化ウエーハの裏面に第２の透明基板の表面を貼着して第２一体化ウエーハを形成する様子を示す斜視図、図５（Ｂ）は第２一体化ウエーハの斜視図である。 第２一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。 第２一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。 分割工程終了後の第２一体化ウエーハの斜視図である。 図９（Ａ）〜図９（Ｄ）は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。また、図２（Ａ）及び図５に示すような全面に渡り複数の貫通孔が形成された第１の透明基板２１と全面に渡り複数の貫通孔が形成された第２の透明基板２１Ａとを準備する透明基板準備工程を実施する。
ウエーハ及び透明基板準備工程を実施した後、ウエーハ１１の裏面１１ｂに貼着する第１の透明基板２１の表面又は裏面、或いは第１の透明基板２１の裏面に貼着する第２の透明基板２１Ａの表面又は裏面に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。
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。
第１の透明基板２１の表面２１ａに複数の溝２３を形成する透明基板加工工程では、第１の透明基板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第１の透明基板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第１の透明基板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。
第１の透明基板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、第１の透明基板２１の表面２１ａを切削して、図３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３（Ａ）に示すように、第１の透明基板２１の表面２１ａ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４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を第１の透明基板２１の表面２１ａに形成するようにしてもよい。
第１の透明基板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。
第１の透明基板２１及び第２の透明基板２１Ａ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第１の透明基板２１及び第２の透明基板２１Ａ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。
上述した実施形態では、第１の透明基板２１の表面２１ａに複数の溝２３，２３Ａ，２３Ｂを形成しているが、この実施形態に替えて、第１の透明基板２１の裏面２１ｂに複数の溝２３，２３Ａ，２３Ｂを形成するようにしてもよい。
或いは、第１の透明基板２１の表面及び裏面には何ら加工を施すことなく、第２の透明基板２１Ａの表面２１ａ又は裏面２１ｂにウエーハ１１の各ＬＥＤ回路１９に対応して複数の溝２３，２３Ａ，２３Ｂを形成するようにしてもよい。
透明基板加工工程を実施した後、ウエーハ１１の裏面１１ｂに第１の透明基板２１の表面２１ａを貼着すると共に第１の透明基板２１の裏面２１ｂに第２の透明基板２１Ａの表面２１ａを貼着する透明基板貼着工程を実施する。
この透明基板貼着工程では、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が形成された第１の透明基板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と第１の透明基板２１とを一体化して第１一体化ウエーハ２５を形成する。
代替実施形態として、図４に示すように、第１の透明基板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を有する第１の透明基板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と第１の透明基板２１とを一体化するようにしてもよい。ここで、第１の透明基板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。
次いで、図５（Ａ）に示すように、第１一体化ウエーハ２５の第１の透明基板２１の裏面２１ｂに第２の透明基板２１Ａの表面２１ａを貼着して、図５（Ｂ）に示すような第２一体化ウエーハ２５Ａを形成する。
この透明基板貼着工程は、上述した順序に限定されるものではなく、第１の透明基板２１の裏面２１ｂに第２の透明基板２１Ａの表面２１ａを貼着した後、第１の透明基板２１の表面２１ａをウエーハ１１の裏面１１ｂに貼着して第２一体化ウエーハ２５Ａを形成するようにしてもよい。
透明基板貼着工程を実施した後、図６に示すように、第２一体化ウエーハ２５Ａの第２の透明基板２１Ａ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、第２一体化ウエーハ２５Ａ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工程を実施する。この分割工程について、図７を参照して説明する。
分割工程では、第２一体化ウエーハ２５Ａ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、第２一体化ウエーハ２５Ａ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及び第１、第２の透明基板２１，２１Ａ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、第２一体化ウエーハ２５Ａ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、第２一体化ウエーハ２５Ａ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２１，２１Ａ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２１，２１Ａの内部に厚み方向に複数層の改質層を形成し、次いで、第２一体化ウエーハ２５Ａに外力を付与して、改質層を分割起点に第２一体化ウエーハ２５Ａ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（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の裏面に複数の貫通孔２９が形成された第１の透明部材２１´が貼着されている。また、第１の透明部材２１´の表面に溝２３Ｂが形成されている。更に、第１の透明部材２１´の裏面に複数の貫通孔が形成された第２の透明部材２１Ａ´が貼着されている。
図９（Ｂ）に示す発光ダイオードチップ３１Ａは、表面にＬＥＤ回路１９を有するＬＥＤ１３Ａの裏面に複数の貫通孔が形成された第１の透明部材２１´が貼着されている。また、第１の透明部材２１´の裏面に溝２３Ｂが形成されている。更に、第１の透明部材２１´の裏面に第２の透明部材２１Ａ´の表面が貼着されている。
図９（Ｃ）に示す発光ダイオードチップ３１Ｂは、表面にＬＥＤ回路１９を有するＬＥＤ１３Ａの裏面に複数の貫通孔が形成された第１の透明部材２１´が貼着されている。更に、第１の透明部材２１´の裏面に第２の透明部材２１Ａ´が貼着されている。また、第２の透明部材２１Ａ´の表面に溝２３Ｂが形成されている。
図９（Ｄ）に示す発光ダイオードチップ３１Ｃは、表面にＬＥＤ回路１９を有するＬＥＤ１３Ａの裏面に複数の貫通孔が形成された第１の透明部材２１´が貼着されている。更に、第１の透明部材２１´の裏面に第２の透明部材２１Ａ´の表面が貼着されている。また、第２の透明部材２１Ａ´の裏面に溝２３Ｂが形成されている。
従って、図９（Ａ）に示す発光ダイオードチップ３１では、第１の透明部材２１´の表面に溝２３Ｂが形成されているため、第１の透明部材２１´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から出射され第１の透明部材２１´に入射する光の一部は溝２３Ｂ部分で屈折されてから第１の透明部材２１´内に進入する。
よって、第１の透明部材２１´及び第２の透明部材２１Ａ´から外部に屈折して光が出射する際、第１及び第２の透明部材２１´，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、第１、第２の透明部材２１´，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９（Ｂ）〜図９（Ｄ）に示す発光ダイオードチップ３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃについても、図９（Ａ）に示す発光ダイオードチップ３１と同様な作用効果を奏する。
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 第１の透明基板
２１´ 第１の透明部材
２１Ａ 第２の透明基板
２１Ａ´ 第２の透明部材
２３，２３Ａ，２３Ｂ 溝
２５ 第１一体化ウエーハ
２５Ａ 第２一体化ウエーハ
２７ 切断溝
２９ 貫通孔
３１，３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ 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、
    全面に渡り複数の貫通孔が形成された第１の透明基板又は全面に渡り複数の貫通孔が形成された第２の透明基板の少なくともどちらか一方の表面又は裏面にＬＥＤ回路に対応して複数の溝を形成する透明基板加工工程と、
    該透明基板加工工程を実施した後、該第１の透明基板の表面をウエーハの裏面に貼着すると共に該第２の透明基板の表面を該第１の透明基板の裏面に貼着して一体化ウエーハを形成する透明基板貼着工程と、
    該透明基板貼着工程を実施した後、該ウエーハを該分割予定ラインに沿って該第１及び第２の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及び第２の透明基板は、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、該透明基板貼着工程において該第１の透明基板は透明接着剤を使用してウエーハに接着され、該第２の透明基板は透明接着剤を使用して該第１の透明基板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第１の透明部材と、
    該第１の透明部材の裏面に貼着された複数の貫通孔を有する第２の透明部材と、
    を備え、
    該第１の透明部材又は該第２の透明部材の少なくともどちらか一方の表面又は裏面に溝が形成されている発光ダイオードチップ。
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