DE102011122778B3 - Method for producing a luminescence conversion LED - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Lumineszenzkonversions-Leuchtdiode unter Verwendung eines integrierten Dünnschicht-Halbleiterkonverters auf Basis von Gruppe III-Nitriden. Nach dem Aufwachsen des Dünnschicht-Konverters wird das Substrat mittels Laser-Lift-Off entfernt. Der Dünnschicht-Halbleiterkonverter muss aufgrund der fehlenden mechanischen Stabilität der nur wenige Mikrometer dicken Halbleiterschicht in einem speziellen Verfahren auf den LED-Chips aufgebracht werden. Dies erfolgt bei dem vorgeschlagenen Verfahren entweder mittels einer Lochmaske oder eines temporären Trägers. Die vorgeschlagene Lumineszenzkonversions-Leuchtdiode weist eine hohe Konversionseffizienz, geringes thermal quenching sowie eine gut einstellbare Emissionswellenlänge auf und erreicht eine hohe Lichtausbeute.The present invention relates to a method for producing a luminescence conversion LED using a built-in thin film semiconductor converter based on group III nitrides. After growth of the thin film converter, the substrate is removed by laser lift-off. Due to the lacking mechanical stability of the semiconductor layer, which is only a few micrometers thick, the thin-film semiconductor converter has to be applied to the LED chips in a special process. This is done in the proposed method either by means of a shadow mask or a temporary carrier. The proposed luminescence conversion LED has a high conversion efficiency, low thermal quenching and a well tunable emission wavelength and achieves a high light output.
Description
Technisches AnwendungsgebietTechnical application
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Lumineszenzkonversions-Leuchtdiode, bei dem eine dünne Schicht aus einem Konvertermaterial, insbesondere einem Halbleiter-Konvertermaterial, auf die bereitgestellten Leuchtdioden-Chips aufgebracht wird.The present invention relates to a method for producing a luminescence conversion light-emitting diode, in which a thin layer of a converter material, in particular a semiconductor converter material, is applied to the provided light-emitting diode chips.
Bei Lumineszenzkonversions-Leuchtdioden (LUCO-LEDs) wird ein Teil oder das gesamte von einer LED abgestrahlte Licht durch einen Lumineszenzkonverter in Licht einer anderen Wellenlänge umgewandelt. Die meistverbreitete Anwendung ist die Realisierung von weißen LUCO-LEDs unter Verwendung einer blauen Pump-LED und eines gelben Lumineszenzkonverters, wobei das weiße Licht durch additive Farbmischung aus dem nicht konvertierten blauen Lichtanteil der Pump-LED und dem in gelbes Licht konvertierten Lichtanteil erhalten wird.In the case of luminescence conversion light-emitting diodes (LUCO LEDs), part or all of the light emitted by one LED is converted by a luminescence converter into light of a different wavelength. The most widespread application is the realization of white LUCO LEDs using a blue pump LED and a yellow luminescence converter, the white light being obtained by additive color mixing from the unconverted blue light component of the pump LED and the light component converted into yellow light.
Stand der TechnikState of the art
Moderne Hochleistungs-LEDs auf der Basis der Gruppe III-Nitriden werden als Dünnschicht-LEDs prozessiert, wie dies bspw. in A. Laubsch et al., „High-Power and High-Efficiency InGaN-Based Light Emitters”, IEEE Trans. Electron Devices, 57 (2010), Seiten 79 bis 87 beschrieben ist. Dabei wird die (AlGaIn)N-basierte LED-Struktur epitaktisch auf einem Saphir-Substrat gewachsen und anschließend mittels Waferbonden und Laser-Lift-Off auf ein Trägersubstrat transferiert. Durch Verwendung einer dünnen LED-Halbleiterschicht (≤ 10 μm), einer Oberflächenstrukturierung dieser Schicht sowie eines rückseitigen Metallreflektors wird mit dieser Technik eine Erhöhung der Lichtextraktionseffizienz erreicht.Modern high-performance LEDs based on the group III nitrides are processed as thin-film LEDs, as described, for example, in A. Laubsch et al., "High-Power and High-Efficiency InGaN-Based Light Emitters", IEEE Trans. Electron Devices, 57 (2010), pages 79 to 87 is described. The (AlGaIn) N-based LED structure is epitaxially grown on a sapphire substrate and then transferred by wafer bonding and laser lift-off on a carrier substrate. By using a thin LED semiconductor layer (≤ 10 μm), a surface structuring of this layer as well as a backside metal reflector, this technique achieves an increase of the light extraction efficiency.
Die Anforderungen, die an das Lumineszenzkonvertermaterial gestellt werden, sind hohe Konversionseffizienz, hohe Stabilität gegen Sauerstoff und Feuchtigkeit, geringer Effizienzverlust bei höheren Temperaturen (thermal quenching) und eine passende, möglichst gut einstellbare Emissionswellenlänge. In der Regel werden anorganische Leuchtstoffe für die Konversion verwendet. Die Konvertermaterialien bestehen aus wenigen Mikrometer großen Kristalliten, die in Epoxidharz oder eine Silikonmatrix eingegossen werden. Die Kristallite enthalten dabei optisch aktive Zentren, in der Regel die seltenen Erden Cer (Ce3+) oder Europium (Eu2+). Der nach wie vor am häufigsten eingesetzte Konverter im gelben Spektralbereich ist YAG:Ce (Cer-dotiertes Yttrium-Aluminium-Granat, Y3Al5O12:Ce3+). Für eine Abstimmung der Farbwiedergabe, sowie zur Erzeugung warm-weißer, niedriger Farbtemperaturen, werden auch Leuchtstoffmischungen verwendet, die das LED-Pumplicht auch in die Spektralbereiche rot und cyan konvertieren. Neuartige nitridische Leuchtstoffe, wie z. B. rot emittierende Nitrosilikate (M2Si5N8, M: Erdalkalimetall (Ba, Sr Ca)) und cyan emittierende Oxinitride (MSi2O2N2) zeigen eine gute Langzeitstabilität und werden in modernen warm-weißen LUCO-LEDs verwendet.The requirements placed on the luminescence converter material are high conversion efficiency, high stability against oxygen and moisture, low efficiency loss at higher temperatures (thermal quenching) and a suitable, as well as easily adjustable emission wavelength. As a rule, inorganic phosphors are used for the conversion. The converter materials consist of a few micrometers of crystallites, which are poured into epoxy resin or a silicone matrix. The crystallites contain optically active centers, usually the rare earths Cer (Ce 3+ ) or Europium (Eu 2+ ). The most frequently used converter in the yellow spectral range is YAG: Ce (cerium-doped yttrium-aluminum garnet, Y 3 Al 5 O 12 : Ce 3+ ). For color matching, as well as for producing warm white, low color temperatures, phosphor mixtures are also used which also convert the LED pump light into the red and cyan spectral ranges. Novel nitridic phosphors, such. B. red emitting nitrosilicates (M 2 Si 5 N 8 , M: alkaline earth metal (Ba, Sr Ca)) and cyan-emitting oxynitrides (MSi 2 O 2 N 2 ) show good long-term stability and are used in modern warm-white LUCO LEDs ,
Neben dem LUCO-LED-Prinzip ist auch eine Weißlichterzeugung mit mehreren verschiedenfarbigen LEDs in einem Modul möglich. Das Licht wird dabei aus mindestens drei LEDs in den Farben rot, grün und blau zusammengesetzt. Die Leistungsfähigkeit derartiger RGB-Module wird zurzeit jedoch durch die grünen LEDs limitiert. Diese sind weit weniger effizient als rote bzw. blaue LEDs und führen zum sog. „green gap” im Wellenlängenbereich zwischen 520 und 600 nm. Ein alternativer Ansatz für die hocheffiziente Erzeugung von Licht in diesem „green gap” ist die Vollkonversion von LED-Pumplicht mittels geeigneten Konvertermaterialien. Diese Vollkonversion kann mit Leuchtstoffen erfolgen, die jedoch nur eine eingeschränkte Abstimmbarkeit der Emissionswellenlänge bieten und ein im Vergleich zu LEDs breites Emissionsspektrum.In addition to the LUCO LED principle, it is also possible to produce white light with several differently colored LEDs in one module. The light is composed of at least three LEDs in the colors red, green and blue. However, the performance of such RGB modules is currently limited by the green LEDs. These are far less efficient than red or blue LEDs and lead to the so-called "green gap" in the wavelength range between 520 and 600 nm. An alternative approach for the highly efficient generation of light in this "green gap" is the full conversion of LED pump light by means of suitable converter materials. This full conversion can be done with phosphors but with limited emission wavelength tunability and a broad emission spectrum compared to LEDs.
In der
Aus Galler et al., „Green high-power light sources using InGaN multi-quantum-well structures for full conversion”, Phys. Status Solidi C 8 (2011), Seiten 2369 bis 2371 ist die Verwendung von GaInN-Multiquantenfilmstrukturen als Halbleiter-Konvertermaterial für Lumineszenzkonversions-Leuchtdioden bekannt. Die Substrate, auf denen derartige Gruppe III-Nitrid-Halbleitermaterialien aufgewachsen werden, insbesondere Saphir-Substrate, lassen sich jedoch nicht mit einem einfachen Ätzschritt von der aufgewachsenen Halbleiterschicht abtrennen. Das Saphir-Substrat mit der GaInN-Multiquantenwell-Konverterstruktur wird daher bei der Herstellung der Lumineszenzkonversions-Leuchtdioden nur auf etwa 100 μm abgedünnt. Das dadurch erhaltene dünne Plättchen mit der aufgewachsenen Konverterschicht wird dann auf die Pump-LED-Chips aufgeklebt. Durch die glatten Grenzflächen ist die Lichtextraktion jedoch durch Totalreflexion begrenzt. Auch die Entwärmung ist aufgrund der schlechten Wärmeleitfähigkeit des verbleibenden Saphir-Substrates nicht optimal.From Galler et al., "Green high-power light sources using InGaN multi-quantum-well structures for full conversion", Phys. Status Solidi C 8 (2011), pages 2369 to 2371, the use of GaInN multi-quantum film structures as a semiconductor converter material for luminescence conversion light-emitting diodes known. However, the substrates on which such Group III nitride semiconductor materials are grown, in particular sapphire substrates, can not be separated from the grown semiconductor layer with a simple etching step. The sapphire substrate with the GaInN multi-quantum well converter structure is therefore thinned in the preparation of the luminescence conversion LEDs only to about 100 microns. The resulting thin plate with the grown converter layer is then adhered to the pump LED chips. Due to the smooth interfaces is the Light extraction, however, limited by total reflection. Also, the heat dissipation is not optimal due to the poor thermal conductivity of the remaining sapphire substrate.
Die
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung einer Lumineszenzkonversions-Leuchtdiode anzugeben, das die oben genannten Anforderungen an Lumineszenzkonvertermaterialien erfüllt und insbesondere eine hohe Lichtausbeute der Lumineszenzkonversions-Leuchtdiode erreicht.The object of the present invention is to specify a method for producing a luminescence conversion light-emitting diode which fulfills the above-mentioned requirements for luminescence converter materials and, in particular, achieves a high light output of the luminescence conversion light-emitting diode.
Darstellung der ErfindungPresentation of the invention
Die Aufgabe wird mit den Verfahren gemäß den Patentansprüchen 1 und 2 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der vorgeschlagenen Verfahren zur Herstellung einer Lumineszenzkonversions-Leuchtdiode sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche oder lassen sich der nachfolgenden Beschreibung sowie den Ausführungsbeispielen entnehmen.The object is achieved by the method according to
Die mit den Verfahren herstellbare Lumineszenzkonversions-Leuchtdiode umfasst einen Leuchtdioden-Chip mit einer Schicht aus einem Halbleiter-Konvertermaterial auf Basis von Gruppe III-Nitriden, wobei die Schicht ohne ein Substrat auf dem Leuchtdioden-Chip aufgebracht ist. Durch die Nutzung eines Halbleiter-Konvertermaterials auf Basis von Gruppe III-Nitriden werden die Anforderungen hinsichtlich hoher Konversionseffizienz, hohe Stabilität gegen Sauerstoff und Feuchtigkeit, geringer Effizienzverlust bei höheren Temperaturen sowie eine einstellbare Emissionswellenlänge erfüllt. Ein derartiges Konvertermaterial, bspw. auf Basis von GaInN mit entsprechenden Multiquantenwell-Strukturen ist bspw. aus der oben genannten Veröffentlichung von Galler et al. bekannt. Die Einstellung der Emissionswellenlänge erfolgt dabei über die Zusammensetzung und Dimensionierung der Quantenwellstrukturen. Durch die Anordnung einer dünnen Schicht aus diesem Halbleiterkonvertermaterial auf der Oberfläche des Pump-LED-Chips ohne das Substrat, auf dem die Schicht aufgewachsen ist, wird eine hohe Lichtausbeute einer derartigen Lumineszenzkonversions-Leuchtdiode erzielt, wie nachfolgend beschrieben wird.The luminescence conversion light-emitting diode that can be produced by the method comprises a light-emitting diode chip with a layer of a semiconductor converter material based on group III nitrides, wherein the layer without a substrate is applied to the light-emitting diode chip. The use of a semiconductor converter material based on Group III nitrides fulfills the requirements for high conversion efficiency, high stability against oxygen and moisture, low efficiency loss at higher temperatures and an adjustable emission wavelength. Such a converter material, for example based on GaInN with corresponding multi-quantum well structures, is, for example, from the above publication by Galler et al. known. The emission wavelength is adjusted by the composition and dimensioning of the quantum well structures. By arranging a thin layer of this semiconductor converter material on the surface of the pump LED chip without the substrate on which the layer is grown, a high luminous efficacy of such a luminescence conversion LED is achieved, as described below.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist die Konverterschicht an der dem LED-Chip abgewandten Oberfläche aufgeraut. Durch diese Strukturierung bzw. Aufrauung der Auskoppeloberfläche der Konverterschicht bzw. der Lumineszenzkonversions-Leuchtdiode wird Totalreflexion vermieden und dadurch die Lichtextraktionseffizienz nochmals bedeutend erhöht.In a particularly advantageous embodiment, the converter layer is roughened on the surface facing away from the LED chip. Through this structuring or roughening of the coupling-out surface of the converter layer or of the luminescence conversion light-emitting diode, total reflection is avoided and the light extraction efficiency is thereby significantly increased again.
Durch das vollständige Entfernen des Substrates, auf dem die Halbleiter-Konverterschicht aufgewachsen ist, in diesem Fall in der Regel ein Saphir-Substrat, kann die Effizienz von weißen und monochromatischen LUCO-LEDs auf Basis von Gruppe III-Nitrid Lumineszenzkonvertern entscheidend verbessert werden. Da die Halbleiterschicht sehr dünn ist, bspw. nur ca. 5 μm dick, kommt es zu Vielfachreflexionen in der Konverterschicht, durch die die Auskopplung des Lichts begünstigt wird. Durch die vollständige Entfernung des Substrates wird eine verbesserte Entwärmung des Bauteils erreicht, da insbesondere Saphir einen schlechten Wärmeleiter darstellt. Zusätzlich verringert das Entfernen des Substrates die Gesamtdicke des Bauteils, was nicht nur bei der Lichtauskopplung sondern auch bei der Einhäusung vorteilhaft ist und das Anbringen von Primär- und Sekundärlinsen zur Strahlformung erleichtert. Ein weiterer Vorteil der Entfernung des Substrates besteht darin, dass mittels Laser-Mikrobearbeitung oder mit anderen Techniken eine Öffnung für den Bonddraht zum LED-Chip in die Konverterschicht eingebracht werden kann.By completely removing the substrate on which the semiconductor converter layer is grown, in this case usually a sapphire substrate, the efficiency of white and monochromatic LUCO LEDs based on group III-nitride luminescence converters can be significantly improved. Since the semiconductor layer is very thin, for example, only about 5 microns thick, it comes to multiple reflections in the converter layer, through which the coupling of the light is favored. Due to the complete removal of the substrate, improved cooling of the component is achieved, since in particular sapphire represents a poor conductor of heat. In addition, removal of the substrate reduces the overall thickness of the component, which is advantageous not only in light extraction but also in the package, and facilitates the attachment of primary and secondary lenses for beam forming. A further advantage of the removal of the substrate is that an opening for the bonding wire to the LED chip can be introduced into the converter layer by means of laser micromachining or with other techniques.
Für die Herstellung einer derartigen Lumineszenzkonversions-LED ist ein besonderes Verfahren erforderlich, da Halbleiterkonversions-Materialien auf Basis von Gruppe III-Nitriden nach dem Verbinden mit dem LED-Chip nicht durch einfache nasschemische Ätzprozesse von ihrem Substrat getrennt werden können. Die Transferierung der sehr dünnen Halbleiter-Konverterschicht ohne Substrat auf die Pump-LED ist nicht möglich, da diese dünne bspw. nur etwa 5 μm dicke Schicht mechanisch nicht stabil genug ist, um als frei stehende Struktur gehandhabt zu werden. Vor allem ermöglichen die Gruppe III-Nitride auch keine Aufrauung der Auskoppeloberfläche nach dem Aufbringen auf den LED-Chip, da der zur Aufrauung der Schichtoberfläche für diese Materialien erforderliche aggressive Ätzprozess die darunter liegende LED-Struktur schädigen würde.For the production of such a luminescence conversion LED, a special method is required since semiconductor conversion materials based on group III nitrides can not be separated from their substrate by simple wet-chemical etching processes after connection to the LED chip. The transfer of the very thin semiconductor converter layer without substrate to the pump LED is not possible because this thin, for example, only about 5 .mu.m thick layer is not mechanically stable enough to be handled as a free-standing structure. Above all, the group III nitrides also do not allow roughening of the decoupling surface after application to the LED chip, since the aggressive etching process required for roughening the layer surface for these materials would damage the underlying LED structure.
Für die Aufbringung und Aufrauung dieser dünnen Halbleiterschicht ohne das zum Aufwachsen erforderliche Substrat auf die Pump-LED-Chips, im Folgenden zur Unterscheidung von anderen eingesetzten Substraten auch als Grundsubstrat bezeichnet, werden daher die folgenden beiden Verfahrensvarianten vorgeschlagen. Die beiden Verfahrensvarianten sind dabei nicht auf Halbleiterkonversionsschichten auf Basis von Gruppe III-Nitriden beschränkt, sondern können auch für andere Konvertermaterialien eingesetzt werden.For the application and roughening of this thin semiconductor layer without the required substrate for growth on the pump LED chips, hereinafter also referred to different from other substrates used as the base substrate, therefore, the following two variants of the method are proposed. The two process variants are not based on semiconductor conversion layers based on group III nitrides but can also be used for other converter materials.
Bei dem ersten vorgeschlagenen Verfahren zur Herstellung einer Lumineszenzkonversions-LED wird zunächst eine Schicht aus dem Konvertermaterial auf einem Grundsubstrat erzeugt, insbesondere aufgewachsen. Auf die Schicht aus dem Konvertermaterial wird dann über eine erste Verbindungsschicht, beispielsweise mittels eines Polymerklebers, eine Lochmaske aufgebracht. Die Lochmaske weist eine Verteilung von Öffnungen (Löcher) auf, die einen größeren Durchmesser als die bereitgestellten LED-Chips haben. Die Lochmaske ist mechanisch stabil, um ohne zusätzlichen Träger gehandhabt zu werden. Anstelle der Lochmaske kann auch ein anderer entsprechend mit Öffnungen strukturierter Träger eingesetzt werden. Das Grundsubstrat wird anschließend mit einem Laser-Lift-Off-Prozess entfernt, wie er bspw. aus der
Mit diesem Verfahren können dünne, nicht selbst tragende Schichten aus dem Konvertermaterial nach der Ablösung von dem für die Erzeugung erforderlichen Grundsubstrat auf Pump-LED-Chips aufgebracht werden. Das Verfahren ermöglicht damit vor allem die Herstellung der vorgeschlagenen Lumineszenzkonversions- LEDs mit einer dünnen Konverterschicht, basierend auf Gruppe III-Nitriden. Die Erzeugung einer derartigen Schicht erfordert in der Regel ein Saphir-Substrat, das sich nicht durch einen einfachen nasschemischen Ätzprozess ablösen lässt. Durch den Einsatz der Lochmaske wird jedoch ein Übertrag der dünnen Halbleiterschicht auf die LED-Chips ermöglicht. Die mechanische Stabilität wird in einer vorteilhaften Ausgestaltung des vorgeschlagenen Verfahrens noch dadurch erhöht, dass vor dem Entfernen des Grundsubstrats ein Hilfssubstrat über eine dritte Verbindungsschicht auf die Lochmaske aufgebracht und nach dem Entfernen des Grundsubstrats wieder entfernt wird. Durch diese Technik wird die Stabilität der dünnen Konverterschicht einschließlich der Lochmaske beim Laser-Lift-Off-Prozess nochmals erhöht.With this method, thin, non-self-supporting layers of the converter material can be applied to pump LED chips after detachment from the base substrate required for the production. The method thus makes it possible, above all, to produce the proposed luminescence conversion LEDs with a thin converter layer based on group III nitrides. The production of such a layer usually requires a sapphire substrate that can not be detached by a simple wet chemical etching process. Through the use of the shadow mask, however, a transfer of the thin semiconductor layer is made possible on the LED chips. In an advantageous embodiment of the proposed method, the mechanical stability is increased even further by applying an auxiliary substrate to the shadow mask via a third connection layer prior to removal of the base substrate and removing it again after removal of the base substrate. This technique further increases the stability of the thin converter layer including the shadow mask in the laser lift-off process.
Eine zweite Alternative des vorgeschlagenen Verfahrens nutzt ein Hilfssubstrat zum Übertragen der dünnen Schicht aus dem Konvertermaterial auf die bereitgestellten LED-Chips. Auch hier wird zunächst die Schicht aus dem Konvertermaterial auf einem Grundsubstrat erzeugt, insbesondere aufgewachsen. Die Schicht wird anschließend auf dem Grundsubstrat durch Strukturierung in mehrere voneinander getrennte Felder oder Inseln unterteilt, die an eine Größe der LED-Chips angepasst sind. Die Größe dieser Felder oder Inseln entspricht somit der Größe der später auf den LED-Chips aufgebrachten Konverterschicht. Die Strukturierung kann durch bekannte Verfahren wie Trockenätzen oder Lasermikrobearbeitung erfolgen. Auf die auf diese Weise strukturierte Schicht aus dem Konvertermaterial wird dann über eine erste Verbindungsschicht ein erstes Hilfssubstrat aufgebracht. Das für die Erzeugung der Schicht erforderliche Grundsubstrat wird dann mittels eines Laser-Lift-Off-Prozesses entfernt. Durch das Entfernen des Grundsubstrats liegt eine Oberfläche der strukturierten Schicht aus dem Konvertermaterial frei. Diese Oberfläche wird anschließend zunächst aufgeraut, beispielsweise mit einem geeigneten nasschemischen Ätzprozess, und dann über eine zweite Verbindungsschicht mit einem zweiten Hilfssubstrat verbunden. Das erste Hilfssubstrat wird anschließend entfernt. Die LED-Chips werden schließlich, wie bei der ersten Verfahrensalternative über eine optisch transparente dritte Verbindungsschicht mit den Feldern der strukturierten Schicht aus dem Konvertermaterial verbunden. Alternativ kann auch der Wafer, aus dem die Leuchtdioden-Chips später vereinzelt werden, mit den Feldern der strukturierten Schicht aus dem Konvertermaterial verbunden werden. Die Abstände der Felder müssen dabei an die Abstände der Bereiche für die LED-Chips auf dem Wafer angepasst sein. Anschließend wird das zweite Hilfssubstrat entfernt, so dass die einzelnen Lumineszenzkonversions-LEDs erhalten werden. Im Falle der Verbindung auf Waferebene werden die einzelnen Lumineszenzkonversions-LEDs dann noch vereinzelt.A second alternative of the proposed method utilizes an auxiliary substrate for transferring the thin layer of the converter material to the provided LED chips. Again, the first layer of the converter material is produced on a base substrate, in particular grown. The layer is then subdivided on the base substrate by structuring into a plurality of separate fields or islands, which are adapted to a size of the LED chips. The size of these fields or islands thus corresponds to the size of the later applied to the LED chips converter layer. The structuring can be carried out by known methods such as dry etching or laser micromachining. A first auxiliary substrate is then applied to the layer of converter material structured in this way via a first connection layer. The base substrate required for the formation of the layer is then removed by means of a laser lift-off process. By removing the base substrate, a surface of the structured layer of the converter material is exposed. This surface is then first roughened, for example with a suitable wet-chemical etching process, and then connected via a second connection layer with a second auxiliary substrate. The first auxiliary substrate is then removed. Finally, as in the case of the first method alternative, the LED chips are connected to the fields of the structured layer of the converter material via an optically transparent third connection layer. Alternatively, the wafer from which the light-emitting diode chips are later separated can also be connected to the fields of the structured layer of the converter material. The distances of the fields must be adapted to the distances of the areas for the LED chips on the wafer. Subsequently, the second auxiliary substrate is removed so that the individual luminescence conversion LEDs are obtained. In the case of the wafer-level connection, the individual luminescence conversion LEDs are then separated.
Die Verbindungen mit einem Hilfssubstrat oder der Lochmaske erfolgen bei den vorgeschlagenen Verfahrensalternativen über geeignete Verbindungsschichten, beispielsweise geeignete Polymerkleber. Diese werden so gewählt, dass sich die Hilfssubstrate anschließend durch einfache nasschemische Ätzprozesse oder andere Prozesse, bspw. durch thermische Einwirkung, leicht wieder ablösen lassen. Eine Ablösung der Lochmaske ist dabei nicht erforderlich, da durch die Größe der Öffnungen der Lochmaske beim anschließenden Vereinzeln in der Regel keine Reste der Lochmaske mehr abgelöst werden müssen.The compounds with an auxiliary substrate or the shadow mask are carried out in the proposed method alternatives via suitable connecting layers, for example suitable polymer adhesive. These are chosen so that the auxiliary substrates then easily detach again by simple wet-chemical etching processes or other processes, for example by thermal action to let. A replacement of the shadow mask is not required, since the size of the openings of the shadow mask during subsequent separation usually no remnants of the shadow mask must be replaced.
Die beiden Verfahrensalternativen eignen sich vor allem zum Aufbringen einer dünnen Schicht von vorzugsweise ≤ 10 μm Schichtdicke eines Halbleiter-Konverter-Materials auf Basis von Gruppe III-Nitriden auf die Licht emittierende Oberfläche von LED-Chips. Die LED-Chips können dabei in bekannter Weise gemäß dem Stand der Technik hergestellt sein und emittieren vorzugsweise im blauen oder ultravioletten Wellenlängenbereich. Ein Beispiel für die Herstellung derartiger LED-Chips ist aus der weiter oben genannten Veröffentlichung von A. Laubsch et al. bekannt. Als Gruppe III-Nitride werden bevorzugt InN, GaN und AlN sowie ihre Mischkristalle oder Legierungen eingesetzt.The two alternative methods are particularly suitable for applying a thin layer of preferably ≦ 10 microns layer thickness of a semiconductor converter material based on group III nitrides on the light-emitting surface of LED chips. The LED chips can be produced in a known manner according to the prior art and emit preferably in the blue or ultraviolet wavelength range. An example of the production of such LED chips is from the above-mentioned publication by A. Laubsch et al. known. As group III nitrides InN, GaN and AlN and their mixed crystals or alloys are preferably used.
Die mit den vorgeschlagenen Verfahren herstellbaren LUCO-LEDs mit Gruppe III-Nitrid-basierten Halbleiterkonvertern können vorteilhaft für die Verwendung als grüne und auch weiße Lichtemitter eingesetzt werden. Durch die Verwendung von Dünnschicht-Konverterstrukturen und der damit verbundenen Möglichkeit der Oberflächenstrukturierung, kann beispielsweise die Lichtausbeute von LUCO-LEDs mit GaInN-basierten Lumineszenzkonvertern deutlich gesteigert werden. Derartige Lumineszenzkonversions-LEDs lassen sich für viele Anwendungen, insbesondere zur Allgemeinbeleuchtung und für hochqualitative Beleuchtungslösungen, einsetzen.The LUCO LEDs with group III nitride-based semiconductor converters which can be produced by the proposed methods can be advantageously used for use as green and also white light emitters. By using thin-film converter structures and the associated possibility of surface structuring, for example, the luminous efficacy of LUCO LEDs with GaInN-based luminescence converters can be significantly increased. Such luminescence conversion LEDs can be used for many applications, in particular for general lighting and for high-quality lighting solutions.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Die beiden vorgeschlagenen Verfahrensalternativen zur Herstellung einer Lumineszenzkonversions-Leuchtdiode werden nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen nochmals näher erläutert. Hierbei zeigen:The two proposed alternative methods for producing a luminescence conversion LED will be explained in more detail below with reference to exemplary embodiments in conjunction with the drawings. Hereby show:
Wege zur Ausführung der ErfindungWays to carry out the invention
Die erste Verfahrensalternative zur Herstellung einer Lumineszenzkonversions-Leuchtdiode wird beispielhaft anhand der in
Die Halbleiter-Konverterschicht
Optional wird die Anordnung über eine weitere Polymer-Klebeschicht
Im vorliegenden Beispiel wird diese freiliegende Oberfläche der Halbleiter-Konverterschicht
Bei nicht Bonddraht-freien LED-Chips kann mittels Lasermikrobearbeitung eine Öffnung für den frontseitigen Bonddraht in die Halbleiter-Konverterschicht
Wie bereits im Zusammenhang mit
Diese in Verbindung mit
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Halbleiter-KonverterschichtSemiconductor converter layer
- 22
- Saphir-SubstratSapphire substrate
- 33
- Polymer-KlebeschichtPolymer adhesive layer
- 44
- Lochmaskeshadow mask
- 55
- Polymer-KlebeschichtPolymer adhesive layer
- 66
- Trägersubstratcarrier substrate
- 77
- LED-ChipLED chip
- 88th
- optisch transparentes Verbindungsmaterialoptically transparent connecting material
- 99
- Lumineszenzkonversions-LEDLuminescence conversion LED
- 1010
- Polymerpolymer
- 1111
- Trägersubstratcarrier substrate
- 1212
- temporärer Trägertemporary carrier
- 1313
- Polymer-KlebeschichtPolymer adhesive layer
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