專利名稱：用于制造發(fā)光二極管的方法
用于制造發(fā)光二極管的方法
提出了一種用于制造發(fā)光二極管的方法。文獻(xiàn)US 2006/01擬969描述了一種粉末，其適合用于借助熱噴涂來(lái)涂層。文獻(xiàn)WO 2006/082170描述了一種用于冷氣噴涂的方法。文獻(xiàn)DE 202009000537描述了一種用于等離子體沉積的設(shè)備。待解決的任務(wù)在于，提出一種用于制造發(fā)光二極管的方法，其可以特別簡(jiǎn)單并且節(jié)約成本地執(zhí)行。根據(jù)這里描述的方法的一個(gè)實(shí)施形式，首先提供包括半導(dǎo)體本體的發(fā)光二極管芯片。發(fā)光二極管芯片例如適于產(chǎn)生在UV輻射和/或藍(lán)光波長(zhǎng)范圍中的電磁輻射。發(fā)光二極管芯片包括半導(dǎo)體本體，其可以包括外延生長(zhǎng)的半導(dǎo)體層。尤其，半導(dǎo)體本體優(yōu)選包括至少一個(gè)有源區(qū)域，在該區(qū)域中在發(fā)光二極管工作時(shí)產(chǎn)生電磁輻射。發(fā)光二極管芯片可以單獨(dú)地或者在晶片復(fù)合物中提供。即，還可以提供多個(gè)發(fā)光二極管芯片，這些發(fā)光二極管芯片還沒有被分割，而是在晶片復(fù)合物中，即處于在具有多個(gè)發(fā)光二極管芯片的片中。根據(jù)這里所描述的方法的至少一個(gè)實(shí)施形式，發(fā)光轉(zhuǎn)換材料施加到半導(dǎo)體本體的外表面上。發(fā)光轉(zhuǎn)換材料為適合用于吸收電磁輻射并且再發(fā)射具有相比較于被吸收的電磁輻射更長(zhǎng)的波長(zhǎng)的電磁輻射的材料。發(fā)光轉(zhuǎn)換材料優(yōu)選地施加到半導(dǎo)體本體的外表面上， 使得在發(fā)光二極管工作時(shí)所產(chǎn)生的電磁輻射的至少一部分射到發(fā)光轉(zhuǎn)換材料上。這例如能夠通過(guò)如下方式實(shí)現(xiàn)發(fā)光轉(zhuǎn)換材料施加到發(fā)光二極管芯片的輻射出射面上。發(fā)光轉(zhuǎn)換材料然后可以局部地或者完全地覆蓋輻射出射面。在此，發(fā)光轉(zhuǎn)換材料借助熱噴涂來(lái)施加。熱噴涂為表面涂層方法。在熱噴涂中，添加材料(所謂噴涂添加劑)在噴涂燃燒器(Spritzbrenners)內(nèi)部或外部熔斷、熔化或熔合，加速為以噴射顆粒為形式的氣流并且離心旋轉(zhuǎn)到待涂層的本體的表面上。在此，待涂層的本體的表面不熔合并且僅以很小的量熱負(fù)荷。實(shí)現(xiàn)所噴射的材料的層形成，因?yàn)樗鶉娚涞?、例如以顆粒為形式的材料在撞擊到待涂層的本體上時(shí)根據(jù)工藝和材料或多或少地展平，并且首先通過(guò)機(jī)械卡夾保持附著在本體上并且分層地構(gòu)成噴涂層。根據(jù)這里描述的方法的至少一個(gè)實(shí)施形式，首先提供包括半導(dǎo)體本體的發(fā)光二極管芯片。接下來(lái)，借助熱噴涂將發(fā)光轉(zhuǎn)換材料施加到半導(dǎo)體本體的外表面上，這樣在發(fā)光二極管工作時(shí)所產(chǎn)生的電磁輻射的至少一部分射到發(fā)光轉(zhuǎn)換材料上。在在此描述的方法中可能的是，發(fā)光轉(zhuǎn)換材料無(wú)連接材料或者基體材料地與半導(dǎo)體本體直接接觸。這具有如下有點(diǎn)，即在電磁輻射的轉(zhuǎn)換中可以良好地導(dǎo)散所產(chǎn)生的熱量， 因?yàn)樵诎l(fā)光轉(zhuǎn)換材料的顆粒之間不存在例如有機(jī)基體。發(fā)光轉(zhuǎn)換材料優(yōu)選為適于下轉(zhuǎn)換(英語(yǔ)d0Wn-C0nversi0n)的發(fā)光轉(zhuǎn)換材料。也就是說(shuō)，發(fā)光轉(zhuǎn)換材料吸收電磁輻射并且再發(fā)射具有更大波長(zhǎng)的電磁輻射。根據(jù)在此描述的方法的至少一個(gè)實(shí)施形式，發(fā)光轉(zhuǎn)換材料借助熱噴涂施加到支承體的外表面上而不是直接到半導(dǎo)體本體的外表面上。支承體為透射輻射的支承體，該支承體至少對(duì)于在發(fā)光二極管芯片的工作中所產(chǎn)生的電磁輻射的一部分和/或通過(guò)發(fā)光轉(zhuǎn)換材料所轉(zhuǎn)換的電磁輻射的一部分是透射的。在附加的方法步驟中，支承體設(shè)置在發(fā)光二極管芯片的輻射出射面上，使得在發(fā)光二極管工作時(shí)所產(chǎn)生的電磁輻射的至少一部分射到發(fā)光轉(zhuǎn)換材料上。這例如可以通過(guò)如下方式實(shí)現(xiàn)支承體固定在發(fā)光二極管芯片的輻射出射面上或者在發(fā)光二極管芯片的發(fā)射方向上設(shè)置在輻射出射面之后。根據(jù)在此描述的方法的至少一個(gè)實(shí)施形式，首先，提供包括半導(dǎo)體本體的發(fā)光二極管芯片。此外提供透射輻射的支承體。發(fā)光轉(zhuǎn)換材料施加到支承體的外表面上。發(fā)光轉(zhuǎn)換材料借助熱噴涂施加。用發(fā)光轉(zhuǎn)換材料涂層的支承體設(shè)置在發(fā)光二極管芯片的輻射出射面上，使得在發(fā)光二極管工作時(shí)所產(chǎn)生的電磁輻射的至少一部分射到發(fā)光轉(zhuǎn)換材料上。有利地，發(fā)光轉(zhuǎn)換材料與支承體直接接觸，并且在發(fā)光轉(zhuǎn)換材料的顆粒之間不存在其他材料(例如基體材料)，使得在轉(zhuǎn)換時(shí)所產(chǎn)生的熱量可以尤其有效地在支承體上導(dǎo)散。根據(jù)至少一個(gè)實(shí)施形式，支承體通過(guò)下述材料的一種形成陶瓷、半導(dǎo)體材料、玻璃、塑料。支承體例如可以包含至少一種所提及的材料或者由所提及的材料之一組成。支承體例如可以構(gòu)建為柔性的膜，該膜可以作為薄片施加到發(fā)光二極管芯片的輻射出射面上。 支承體的外表面可以局部地或者完全地用發(fā)光轉(zhuǎn)換材料涂層。根據(jù)該方法的至少一個(gè)實(shí)施形式，熱噴涂為冷氣噴涂。冷氣噴涂為熱噴涂的衍生形式。在冷氣噴涂中，例如以粉末形式存在的涂層材料以高速度施加到待涂層的本體上。為此，加熱到幾百攝氏度的工藝氣體通過(guò)在拉瓦爾噴管中的膨脹加速到超音速，并且接下來(lái)涂層材料的顆粒注射到氣體射流中。在此，注射的噴涂顆粒加速到高的速度，使得其在不同于其他熱噴涂方法而在無(wú)事先的熔化或熔合的情況下在沖擊到待涂層的本體上時(shí)形成緊密并且牢固附著的層。動(dòng)能在涂層材料的顆粒的沖擊到本體上的時(shí)刻不足以完全熔合顆粒。冷氣噴涂是將發(fā)光轉(zhuǎn)換材料直接施加到半導(dǎo)體本體上或者施加到支承體的外表面上的特別溫和的可能性。根據(jù)該方法的至少一個(gè)實(shí)施形式，熱噴涂為納米粉末-等離子體沉積。該方法以大氣等離子體噴涂的原理為基礎(chǔ)。借助該方法可以沉積具有納米范圍中的平均直徑的顆粒。在此，支承體或者半導(dǎo)體本體不經(jīng)歷加熱。在此，所沉積的顆粒的平均直徑例如為在 Inm禾口 10 μ m之間。根據(jù)該方法的至少一個(gè)實(shí)施形式，發(fā)光轉(zhuǎn)換材料的顆粒具有在Inm和20 μ m之間的平均直徑。根據(jù)該方法的至少一個(gè)實(shí)施形式，發(fā)光轉(zhuǎn)換材料包括至少一種無(wú)機(jī)發(fā)光材料。無(wú)機(jī)發(fā)光材料例如可以為下述發(fā)光材料之一用稀土金屬摻雜的石榴石、用稀土金屬摻雜的堿土硫化物、用稀土金屬摻雜的硫代鎵酸鹽、用稀土金屬摻雜的鋁酸鹽、用稀土金屬摻雜的正硅酸鹽、用稀土金屬摻雜的氯硅酸鹽、用稀土金屬摻雜的堿土氮化硅、用稀土金屬摻雜的氮氧化物、用稀土金屬摻雜的氮氧化鋁。所描述的發(fā)光材料例如具有在紫外或藍(lán)色初級(jí)輻射范圍中的吸收，并且具有在例如黃色的可見光譜范圍中的熒光。根據(jù)該方法的至少一個(gè)實(shí)施形式，發(fā)光轉(zhuǎn)換材料包括至少一種有機(jī)發(fā)光材料。例如，發(fā)光轉(zhuǎn)換材料包括下述有機(jī)發(fā)光材料的中至少一種二萘嵌苯、苯并芘、香豆素、羅丹明、偶氮-著色劑、三萘嵌二苯著色劑、四萘嵌三苯著色劑、萘酰亞胺著色劑、菁著色劑、噸著色劑、惡嗪著色劑、蒽著色劑、并四苯著色劑、蒽醌著色劑、噻嗪著色劑?？赡艿氖?，發(fā)光轉(zhuǎn)換材料僅包括無(wú)機(jī)發(fā)光材料或僅包括有機(jī)發(fā)光材料。尤其還可能的是，發(fā)光轉(zhuǎn)換材料包括正好一種發(fā)光材料。根據(jù)方法的至少一個(gè)實(shí)施形式，發(fā)光轉(zhuǎn)換材料至少包括一種無(wú)機(jī)發(fā)光材料和一種有機(jī)發(fā)光材料。在此，發(fā)光轉(zhuǎn)換材料可以包括上述有機(jī)發(fā)光材料的至少一種和上述無(wú)機(jī)發(fā)光材料的至少一種。有機(jī)發(fā)光材料和無(wú)機(jī)發(fā)光材料的組合可以引起無(wú)機(jī)發(fā)光材料的散射作用引起在有機(jī)發(fā)光材料中的提高的吸收概率。在此，可以選擇發(fā)光材料，使得兩種發(fā)光材料吸收由發(fā)光二極管芯片在工作時(shí)所產(chǎn)生的電磁輻射，并且分別再發(fā)射色彩彼此不同的電磁輻射。以這種方式實(shí)現(xiàn)發(fā)光二極管，其發(fā)射物(例如白光)具有尤其高的顯色值。在此，不同的發(fā)光材料，例如有機(jī)和無(wú)機(jī)發(fā)光材料可以同時(shí)地，即混合地施加。此外可能的是，將帶有不同發(fā)光材料的層彼此交疊地施加。例如，背離半導(dǎo)體本體或支承體的第一層由無(wú)機(jī)發(fā)光材料構(gòu)成，而設(shè)置在第一層上的第二層由其他無(wú)機(jī)發(fā)光材料或有機(jī)發(fā)光材料構(gòu)成。根據(jù)該方法的至少一個(gè)實(shí)施形式，在施加到半導(dǎo)體本體或支承體上之后會(huì)部分地移除發(fā)光轉(zhuǎn)換材料。移除例如可以通過(guò)磨削、拋光或借助所施加的發(fā)光轉(zhuǎn)換材料的激光去除進(jìn)行。層厚度以及由發(fā)光轉(zhuǎn)換材料構(gòu)成的層的結(jié)構(gòu)化可以通過(guò)移除來(lái)調(diào)整。由此可能的是，可以特別精確地調(diào)整由發(fā)光二極管所發(fā)射的混合光的色度坐標(biāo)。下面根據(jù)實(shí)施例和所述的附圖詳細(xì)闡明在此描述的方法。

圖1A、1B、1C和2根據(jù)示意的剖面圖示出了在此描述的方法的不同的方法步驟。相同的、同類的或者起相同作用的元件在附圖中設(shè)有相同的附圖標(biāo)記。附圖和在附圖中示出的元件相互之間的大小關(guān)系不應(yīng)視為合乎比例的。更確切而言，可以為了更好的可示出性和/或?yàn)榱烁玫睦斫舛浯蟮厥境龈鱾€(gè)元件。圖IA借助示意性的剖面圖示出了這里所描述的方法的第一方法步驟。在該方法中，提供發(fā)光二極管芯片1。發(fā)光二極管芯片1包括半導(dǎo)體本體10。半導(dǎo)體本體10包括不同摻雜的半導(dǎo)體層11、13，有源區(qū)域12設(shè)置在這兩個(gè)層之間。有源區(qū)域12設(shè)置用于在發(fā)光二極管芯片1工作時(shí)產(chǎn)生電磁輻射4(為此還參見圖1C)。半導(dǎo)體本體10包括輻射出射面14，其例如可以是粗化的。輻射出射面14的粗化會(huì)引起在有源區(qū)域12中所產(chǎn)生的電磁輻射4的出射概率的提高。例如，借助噴嘴2通過(guò)熱噴涂(例如為冷噴涂)將發(fā)光轉(zhuǎn)換材料3施加到半導(dǎo)體本體10的輻射穿透面14上。發(fā)光轉(zhuǎn)換材料3例如包括陶瓷發(fā)光材料，其作為例如為電弧、 等離子體或激光的能量源的粉末或者懸浮液來(lái)輸送、熔合、在氣流中加速并且沉積到輻射穿透面14上。陶瓷材料例如可以為下述摻雜的石榴石的一種YAG:Ce、TAG:Ce、TbYAG:Ce、 LuAGCe發(fā)光材料的平均顆粒大小例如為在1 μ m和50 μ m之間，例如在2 μ m和15 μ m之間。在此，例如在2μπ 范圍中的較小的顆粒大小例如導(dǎo)致較暗的發(fā)光二極管，但是其特征在于高的色彩均勻性。例如在15ym范圍中的較大的顆粒大小由于較低的散射作用引起較亮的發(fā)光二極管。從圖IB的示意性剖面圖中可見的是，在發(fā)光轉(zhuǎn)換材料3的施加結(jié)束之后，將發(fā)光轉(zhuǎn)換材料3的層施加到發(fā)光二極管芯片1的半導(dǎo)體本體10的輻射穿通面14上。
在圖IC中示出在移除由發(fā)光轉(zhuǎn)換材料3構(gòu)成的層的一部分之后的發(fā)光二極管芯片1。例如，發(fā)光轉(zhuǎn)換材料3的一部分通過(guò)磨削或拋光來(lái)移除，以便產(chǎn)生具有發(fā)光轉(zhuǎn)換材料 3的層的光滑的并且均勻的外表面。在工作時(shí)，在有源區(qū)域12中產(chǎn)生的電磁輻射4進(jìn)入發(fā)光轉(zhuǎn)換材料3，并且在那里部分地轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)換過(guò)的電磁輻射5。這樣制造的發(fā)光二極管例如可以產(chǎn)生由直接產(chǎn)生的電磁輻射和轉(zhuǎn)換過(guò)的電磁輻射5構(gòu)成的混合光。借助圖2的示意性剖面圖，詳細(xì)闡明這里描述的方法的另一實(shí)施例。在該實(shí)施例中，發(fā)光轉(zhuǎn)換材料3施加到支承體6的外表面上，該支承體對(duì)于在發(fā)光二極管芯片1的有源區(qū)域12中所產(chǎn)生的電磁輻射4是輻射透射的。這樣涂層的支承體6接下來(lái)可以固定在在發(fā)光二極管芯片1上的輻射穿透面14上。支承體6例如可以借助光學(xué)粘合劑、借助硅樹脂或者借助玻璃固定在發(fā)光二極管芯片1上。玻璃材料可以為低熔點(diǎn)玻璃或從溶膠-凝膠過(guò)程中得到的玻璃。由發(fā)光轉(zhuǎn)換材料3構(gòu)成的層的一部分的移除在施加在發(fā)光二極管芯片1上之前或之后是可能的。本發(fā)明不通過(guò)借助實(shí)施例的描述局限于其。更確切而言，本發(fā)明包括任意新的特征以及特征的任意組合，這尤其包括權(quán)利要求中的特征的任意組合，即使該特征或該組合本身未在權(quán)利要求或?qū)嵤├忻鞔_說(shuō)明。本發(fā)明申請(qǐng)要求德國(guó)專利申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)102009022682. 6，其公開中容通過(guò)引用結(jié)
合于此。
權(quán)利要求
1.一種用于制造發(fā)光二極管的方法，具有如下步驟-提供包括半導(dǎo)體本體(10)的發(fā)光二極管芯片(1)，以及-借助熱噴涂將發(fā)光轉(zhuǎn)換材料C3)施加到半導(dǎo)體本體(10)的外表面(14)上，使得在發(fā)光二極管的工作時(shí)所產(chǎn)生的電磁輻射的至少一部分射到發(fā)光轉(zhuǎn)換材料C3)上。
2.一種用于制造發(fā)光二極管的方法，具有如下步驟-提供包括半導(dǎo)體本體(10)的發(fā)光二極管芯片(1)，-提供透射輻射的支承體(6)，-借助熱噴涂將發(fā)光轉(zhuǎn)換材料C3)施加到支承體(6)的外表面上，以及-在發(fā)光二極管芯片(1)的輻射出射面(14)上設(shè)置支承體(6)，使得在發(fā)光二極管工作時(shí)所產(chǎn)生的電磁輻射的至少一部分射到發(fā)光轉(zhuǎn)換材料C3)上。
3.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的方法，其中發(fā)光轉(zhuǎn)換材料(3)的顆粒具有在Iym和 50 μ m之間、尤其是在2 μ m和15 μ m之間的平均直徑，其中發(fā)光轉(zhuǎn)換材料適于下轉(zhuǎn)換電磁輻射。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的方法，其中熱噴涂是冷氣噴涂。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的方法，其中熱噴涂是大氣等離子體噴涂。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的方法，其中發(fā)光轉(zhuǎn)換材料C3)包括至少一種無(wú)機(jī)發(fā)光材料。
7.根據(jù)上一權(quán)利要求所述的方法，其中光轉(zhuǎn)換材料包括下述無(wú)機(jī)發(fā)光材料中的至少一種用稀土金屬摻雜的石榴石、用稀土金屬摻雜的堿土硫化物、用稀土金屬摻雜的硫代鎵酸鹽、用稀土金屬摻雜的鋁酸鹽、用稀土金屬摻雜的正硅酸鹽、用稀土金屬摻雜的氯硅酸鹽、 用稀土金屬摻雜的堿土氮化硅、用稀土金屬摻雜的氮氧化物、用稀土金屬摻雜的氮氧化鋁。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的方法，其中發(fā)光轉(zhuǎn)換材料包括至少一種有機(jī)發(fā)光材料。
9.根據(jù)上一權(quán)利要求所述的方法，其中發(fā)光轉(zhuǎn)換材料包括下述有機(jī)發(fā)光材料中的至少一種二萘嵌苯、苯并芘、香豆素、羅丹明、偶氮-著色劑、三萘嵌二苯著色劑、四萘嵌三苯著色齊 、萘酰亞胺著色劑、菁著色劑、噸著色劑、惡嗪著色劑、蒽著色劑、并四苯著色劑、蒽醌著色劑、噻嗪著色劑。
10.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的方法，其中發(fā)光轉(zhuǎn)換材料C3)至少包括一種無(wú)機(jī)發(fā)光材料和一種有機(jī)發(fā)光材料。
11.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的方法，其中在施加發(fā)光轉(zhuǎn)換材料C3)之后移除發(fā)光轉(zhuǎn)換材料(3)的一部分。
12.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的方法，其中熱噴涂是納米粉末-等離子體-沉積方法，并且發(fā)光轉(zhuǎn)換材料的沉積顆粒的平均直徑在Inm和IOOnm之間，其中發(fā)光轉(zhuǎn)換材料適合用于下轉(zhuǎn)換電磁輻射。
全文摘要
提出了一種用于制造發(fā)光二極管的方法，其包括以下步驟提供包括半導(dǎo)體本體(10)的發(fā)光二極管芯片(1)；以及借助熱噴涂將發(fā)光轉(zhuǎn)換材料(3)施加到半導(dǎo)體本體(10)的外表面(14)上，使得在發(fā)光二極管的工作時(shí)產(chǎn)生的電磁輻射(4)的至少一部分射到發(fā)光轉(zhuǎn)換材料(3)上。
文檔編號(hào)C23C4/04GK102439742SQ201080022204
公開日2012年5月2日 申請(qǐng)日期2010年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月26日
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