DE102014117803A1 - Method for producing a light-emitting diode - Google Patents
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Abstract
Es wird ein Verfahren zur Herstellung einer Leuchtdiode (1) angegeben, wobei eine Leuchtdiodenstruktur (1a) mit einer Strahlungsaustrittsseite (1b) bereitgestellt wird, wobei die Leuchtdiodenstruktur (1a) eine Halbleiterschichtenfolge (3) und eine aktive Schicht (3a) umfasst, und wobei säulenartige Strukturelemente (4) an der Strahlungsaustrittsseite (1b) ausgebildet sind und die Strukturelemente (4) eine Haupterstreckungsrichtung in Richtung senkrecht auf die Strahlungsaustrittsseite (1b) aufweisen, und ein Konvertermaterial (5) auf die Strahlungsaustrittsseite (1b) mit den Strukturelementen (4) aufgebracht wird, wobei das Konvertermaterial (5) in einer ersten Relativbewegung (A) relativ zur Leuchtdiodenstruktur (1a) und parallel zur Haupterstreckungsrichtung der Strukturelemente (4) bewegt wird, und das Konvertermaterial (5) in einer zweiten Relativbewegung (B) senkrecht zur Haupterstreckungsrichtung der Strukturelemente (4) bewegt wird.The invention relates to a method for producing a light-emitting diode (1), wherein a light-emitting diode structure (1a) is provided with a radiation exit side (1b), wherein the light-emitting diode structure (1a) comprises a semiconductor layer sequence (3) and an active layer (3a) columnar structure elements (4) are formed on the radiation exit side (1b) and the structural elements (4) have a main extension direction in the direction perpendicular to the radiation exit side (1b), and a converter material (5) on the radiation exit side (1b) with the structural elements (4) is applied, wherein the converter material (5) in a first relative movement (A) relative to the light emitting diode structure (1a) and parallel to the main extension direction of the structural elements (4) is moved, and the converter material (5) in a second relative movement (B) perpendicular to the main extension direction the structural elements (4) is moved.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Leuchtdiode.The invention relates to a method for producing a light-emitting diode.
Bei der Anordnung von Konvertermaterialien auf Halbleiterschichten mit Strukturelementen an der Oberfläche sind bei kleinskaligen Strukturen und Abständen zwischen den Strukturen im Mikrometerbereich große Partikel von Konvertermaterialien nicht für ein Anlagern der Konvertermaterialien in den Zwischenräumen zwischen den Strukturelementen geeignet. Auch Prozesse zur Verkleinerung der Partikel verbessern das Anordnen von kleinen Partikeln innerhalb der Zwischenräume nur geringfügig, da bei den meisten Verfahren nur eine unvollständige Zerkleinerung der Partikel erreicht wird und weiterhin eine gewisse Anzahl von größeren Partikeln oder Agglomerate zurückbleibt. Durch ein Anlagern von Partikeln an den Zwischenraum, welche die Größe des Zwischenraumes übersteigen, wird ein Befüllen des Zwischenraumes mit kleineren Partikeln von Konvertermaterialien erschwert.In the case of arranging converter materials on semiconductor layers with structural elements on the surface, in the case of small-scale structures and distances between the structures in the micrometer range, large particles of converter materials are not suitable for attaching the converter materials in the interstices between the structural elements. Also, particle size reduction processes only marginally improve the placement of small particles within the interstices, as most processes only achieve incomplete particle size reduction and still leave behind a certain number of larger particles or agglomerates. By attaching particles to the gap, which exceed the size of the gap, filling of the gap is made difficult with smaller particles of converter materials.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer Leuchtdiode anzugeben, welches sich durch eine verbesserte und effektivere Anordnung von Konvertermaterial auszeichnet. The invention has for its object to provide a method for producing a light-emitting diode, which is characterized by an improved and more effective arrangement of converter material.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß dem unabhängigen Patentanspruch gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This object is achieved by a method according to the independent claim. Advantageous embodiments and modifications of the invention are the subject of the dependent claims.
Bei einem Verfahren zur Herstellung einer Leuchtdiode wird in einem Verfahrensschritt eine Leuchtdiodenstruktur mit einer Strahlungsaustrittsseite bereitgestellt, wobei die Leuchtdiodenstruktur eine Halbleiterschichtenfolge und eine aktive Schicht umfasst, und wobei säulenartige Strukturelemente an der Strahlungsaustrittsseite ausgebildet sind und die Strukturelemente eine Haupterstreckungsrichtung in Richtung senkrecht auf die Strahlungsaustrittsseite aufweisen. In a method for producing a light-emitting diode, a light-emitting diode structure having a radiation exit side is provided in a method step, the light-emitting diode structure comprising a semiconductor layer sequence and an active layer, and wherein columnar structure elements are formed on the radiation exit side and the structure elements have a main extension direction in the direction perpendicular to the radiation exit side ,
Die bereitgestellte Leuchtdiodenstruktur umfasst vorteilhaft eine Strahlungsaustrittsseite mit dreidimensional ausgebildeten Strukturelementen, wobei die Strukturelemente die Auskopplung von Strahlung der aktiven Schicht aus der Leuchtdiodenstruktur verbessern. Die Strukturelemente können beispielsweise epitaktisch oder mittels anderer bekannter Prozesse an der Strahlungsaustrittsseite der Halbleiterschichtenfolge angeordnet werden. Die Strukturelemente umfassen vorzugsweise Halbleitermaterial und können bei einer Ausgestaltung die aktive Schicht umfassen. The provided light-emitting diode structure advantageously comprises a radiation exit side with three-dimensionally formed structural elements, wherein the structural elements improve the coupling-out of radiation of the active layer from the light-emitting diode structure. The structural elements can be arranged, for example, epitaxially or by means of other known processes on the radiation exit side of the semiconductor layer sequence. The structural elements preferably comprise semiconductor material and in one embodiment may comprise the active layer.
Durch die dreidimensionale Ausdehnung bewirken die Strukturelemente vorteilhaft eine Vergrößerung der Oberfläche der Strahlungsaustrittsseite. Aufgrund ihrer säulenartigen Struktur weisen die Strukturelemente vorteilhaft eine größere Höhe als laterale Ausdehnung (Breite) auf. Dabei können die Strukturelemente eine runde, ovale oder eckige, beispielsweise eine hexagonale Querschnittsfläche aufweisen. Due to the three-dimensional expansion, the structural elements advantageously bring about an enlargement of the surface of the radiation exit side. Due to their columnar structure, the structural elements advantageously have a greater height than lateral extent (width). The structural elements may have a round, oval or angular, for example, a hexagonal cross-sectional area.
Zwischen den einzelnen Strukturelementen sind dabei Zwischenbereiche, insbesondere Abstände, angeordnet. Die Abstände können gleich groß ausgebildet sein oder es ist auch möglich, dass die Strukturelemente eine ungleichmäßige Verteilung aufweisen.Intermediate areas, in particular distances, are arranged between the individual structural elements. The distances may be the same size or it is also possible that the structural elements have an uneven distribution.
Weiterhin wird in einem Verfahrensschritt zur Herstellung einer Leuchtdiode auf die Strahlungsaustrittsseite mit den Strukturelementen ein Konvertermaterial aufgebracht, wobei das Konvertermaterial in einer ersten Relativbewegung relativ zur Leuchtdiodenstruktur und parallel zur Haupterstreckungsrichtung der Strukturelemente bewegt wird.Furthermore, in a method step for producing a light-emitting diode, a converter material is applied to the radiation exit side with the structure elements, the converter material being moved in a first relative movement relative to the light-emitting diode structure and parallel to the main extension direction of the structure elements.
Die Bewegung des Konvertermaterials relativ zur Leuchtdiodenstruktur kann entweder mittels eines Bewegens der Leuchtdiodenstruktur selbst oder durch ein Bewegen des Konvertermaterials erzielt werden. Dabei wird das Konvertermaterial beispielsweise als Teilchenstrom oder in einer Suspension auf die Strukturelemente zu und entlang dieser bewegt.The movement of the converter material relative to the light-emitting diode structure can be achieved either by moving the light-emitting diode structure itself or by moving the converter material. In this case, the converter material is moved, for example, as a particle stream or in a suspension to the structural elements to and along this.
Dadurch kann ein Anhäufen und folglich Anordnen oder Anlagern des Konvertermaterials auf der Strahlungsaustrittsseite der Leuchtdiodenstruktur, vorzugsweise an einer abstrahlenden Oberfläche der Halbleiterschichtenfolge und den Oberflächen der Strukturelemente erfolgen. Vorteilhafterweise wird somit das Konvertermaterial in die Zwischenräume zwischen die Strukturelemente eingebracht. Die Strahlungsaustrittsseite der Halbleiterschichtenfolge weist also eine räumliche Struktur auf, wobei aufgrund der Strukturierung ausgebildete Ausnehmungen, Vertiefungen oder Gräben mit der Konversionsschicht zumindest stellenweise gefüllt sind. As a result, an accumulation and consequently arrangement or attachment of the converter material on the radiation exit side of the light-emitting diode structure, preferably on a radiating surface of the semiconductor layer sequence and the surfaces of the structural elements, can take place. Advantageously, the converter material is thus introduced into the intermediate spaces between the structural elements. The radiation exit side of the semiconductor layer sequence thus has a spatial structure, wherein due to the structuring formed recesses, depressions or trenches with the conversion layer are at least locally filled.
Eine Anbindung des Konvertermaterials an Seitenflächen der Strukturelemente bewirkt vorteilhaft eine Konversion der von den Strukturelementen seitlich abgestrahlter Strahlung.A connection of the converter material to side surfaces of the structural elements advantageously effects a conversion of the radiation laterally emitted by the structural elements.
Weiterhin bietet die Ausgestaltung mit Strukturelementen eine gute Anbindung des Konvertermaterials an die Oberfläche der Leuchtdiodenstruktur wodurch vorteilhaft eine gute Wärmeabfuhr aus dem Konvertermaterial erzielt werden kann. Beispielsweise kann so etwa ein mit zunehmender Temperatur verstärkt einsetzender Effizienzverlust des Konvertermaterials, das sich aufgrund von Konversionsverlusten wie beispielsweise Stokes-Verluste stark erwärmen kann, vorteilhaft verringert werden.Furthermore, the configuration with structural elements offers a good connection of the converter material to the surface of the light-emitting diode structure, whereby advantageously a good heat dissipation from the converter material can be achieved. For example, an increasing loss of efficiency of the converter material, which increases as a result of increasing temperature, can occur as a result of Conversion losses such as Stokes losses can strongly heat, can be reduced advantageously.
Zur Steigerung der Abstrahlung von Licht aus den Strukturelementen ist es vorteilhaft, das aus den Strukturelementen seitlich auskoppelnde Licht in eine Wellenlänge zu konvertieren, welche von den benachbarten Strukturelementen nicht oder nur geringfügig reabsorbiert wird. Somit kann der Anteil von seitlich aus den Strukturelementen ausgekoppeltem Licht erhöht und die Gesamteffizienz gesteigert werden. Beispielsweise kann bei der Erzeugung von Weißlicht eine seitlich abgestrahlte und konvertierte Lichtkomponente vorteilhaft zur Lichtmischung mit vorwärts abgestrahltem Licht führen. Bei der seitlichen Emission von beispielsweise blauem Licht, kann so eine Konversion vorteilhaft in langwelligeres, etwa gelbes Licht, erfolgen. Die Strukturelemente können Nitridverbindungshalbleitermaterialien, insbesondere InAlGaN aufweisen und beispielsweise je nach In-Gehalt Licht blauer bis grüner Wellenlänge im Bereich von 400 nm bis 550 nm emittieren.To increase the emission of light from the structural elements, it is advantageous to convert the light coupled out laterally from the structural elements into a wavelength which is not or only slightly reabsorbed by the adjacent structural elements. Thus, the proportion of light coupled out laterally from the structural elements can be increased and the overall efficiency increased. For example, in the generation of white light, a laterally emitted and converted light component can advantageously lead to light mixing with forwardly emitted light. In the case of the lateral emission of, for example, blue light, such a conversion can advantageously take place in longer-wave, approximately yellow, light. The structural elements can have nitride compound semiconductor materials, in particular InAlGaN, and, for example, emit light of blue to green wavelength in the range from 400 nm to 550 nm, depending on the content of In.
In einem weiteren Verfahrensschritt wird das Konvertermaterial in einer zweiten Relativbewegung senkrecht zur Haupterstreckungsrichtung der Strukturelemente bewegt.In a further method step, the converter material is moved in a second relative movement perpendicular to the main extension direction of the structural elements.
Große Partikel oder Agglomerate von Konvertermaterial, welche während oder nach der ersten Relativbewegung die Zwischenräume zwischen den Strukturelementen verstopfen und/oder sich an Spitzen der Strukturelemente anlagern können, werden vorteilhaft mittels einer zweiten Bewegungskomponente von der Vorderseite der Strukturelemente entfernt. Durch eine Bewegung senkrecht zu den Strukturelementen kann vorteilhaft an den Spitzen der Strukturelemente eine Strömung des Konvertermaterials erzielt werden, welche größer ist als eine Strömung in den Zwischenräumen der Strukturelemente. Somit ist es möglich gezielt Konvertermaterialpartikel an den Spitzen der Strukturelemente wieder zu entfernen.Large particles or agglomerates of converter material, which clog the interstices between the structural elements during or after the first relative movement and / or can attach to tips of the structural elements, are advantageously removed by means of a second movement component from the front side of the structural elements. By a movement perpendicular to the structural elements can advantageously be achieved at the tips of the structural elements, a flow of the converter material, which is greater than a flow in the interstices of the structural elements. Thus, it is possible to specifically remove converter material particles at the tips of the structural elements again.
Die erste und die zweite Relativbewegung können dabei sequentiell nacheinander oder parallel stattfinden. Vorteilhaft kann mit den Strukturelementen und den beiden Relativbewegungen eine optimale Befüllung der Zwischenräume der Strukturelemente sowie ein Herausfiltern von in diese Zwischenräume hineinpassenden Partikeln und Agglomerate von Konvertermaterial und eine gezielte Abscheidung von Konvertermaterial erfolgen. Das beschriebene Verfahren zum Entfernen zu großer Partikel von den Spitzen ist dabei effektiver als eine bloße Sedimentation in einer Suspension. Weiterhin ist es auch möglich während oder zwischen den Relativbewegungen einen Sedimentationsschritt des Konvertermaterials durchzuführen. The first and the second relative movement can take place sequentially in succession or in parallel. Advantageously, with the structural elements and the two relative movements, optimum filling of the interstices of the structural elements as well as filtering out of particles and agglomerates of converter material fitting into these interstices and targeted deposition of converter material can take place. The method described for removing too large particles from the tips is more effective than mere sedimentation in a suspension. Furthermore, it is also possible to carry out a sedimentation step of the converter material during or between the relative movements.
Das Aufbringen von Konvertermaterial durch beide Relativbewegungen kann auch auf planaren Bauteilen erfolgen, wobei die Strukturelemente nachträglich, beispielsweise durch einen Lithographieschritt an einem Lack auf einer Strahlungsaustrittsseite eines lichtemittierenden Bauteils ausgebildet werden. Der Lack kann auch zur Strukturierung eines Materials an der Strahlungsaustrittsseite eines lichtemittierenden Bauteils verwendet werden, beispielsweise zur Strukturierung eines Dielektrikums durch Ätzen oder eines durch Galvanik aufgebrachten Metalls, welches dann als Strukturelement dient. Die passiven, ohne aktive (lichterzeugende) Schicht, ausgebildeten Strukturelemente können dabei als Filter für die Aufbringung der Partikel des Konvertermaterials dienen. Beispielsweise weisen die Strukturelemente ein Verhältnis ihrer Höhe zu Breite von nahezu eins auf. Nach der Durchführung des Verfahrens mit den zwei Relativbewegungen können die passiven Strukturelemente vorteilhaft vom planaren Bauteil abgelöst werden oder verbleiben auf diesem.The application of converter material by both relative movements can also take place on planar components, wherein the structural elements are subsequently formed, for example by a lithographic step on a lacquer on a radiation exit side of a light-emitting component. The lacquer can also be used for structuring a material on the radiation exit side of a light-emitting component, for example for structuring a dielectric by etching or a metal applied by electroplating, which then serves as a structural element. The passive, without active (light-generating) layer formed structural elements can serve as a filter for the application of the particles of the converter material. For example, the structural elements have a ratio of their height to width of almost one. After carrying out the method with the two relative movements, the passive structural elements can advantageously be detached from the planar component or remain thereon.
Das Konvertermaterial kann Partikel unterschiedlicher Größen umfassen.The converter material may comprise particles of different sizes.
Das Konvertermaterial kann vorteilhaft nur ein bestimmtes Material oder ein Gemisch mehrerer Materialien mit Agglomeraten und Partikeln unterschiedlicher Korngrößen umfassen.The converter material can advantageously comprise only a specific material or a mixture of several materials with agglomerates and particles of different grain sizes.
Die Größen von Partikeln und Agglomeraten können dabei von wenigen 100 nm bis mehrere 10 µm reichen. Kleine Partikel können vorteilhaft gut in Zwischenräume zwischen den Strukturelementen eingebracht werden. Ein Herausfiltern von in die Zwischenräume der Strukturelemente hineinpassenden Partikeln und Agglomerate von Konvertermaterial kann durch die erste und zweite Relativbewegung auch für Gemische unterschiedlicher großer Partikel von Konvertermaterialien erfolgen. The sizes of particles and agglomerates can range from a few 100 nm to several 10 microns. Small particles can advantageously be introduced well into intermediate spaces between the structural elements. A filtering out of particles and agglomerates of converter material which fit into the interstices of the structural elements can also take place for mixtures of different large particles of converter materials by the first and second relative movement.
Vorteilhaft können sehr kleine Partikel von Konvertermaterial auf den Seitenflächen der Strukturelemente angeordnet werden, was zu einer guten seitwärts wirkenden Streuung von ausgekoppeltem Licht in den Zwischenräumen führt. Mit anderen Worten wird durch besonders kleine Partikel von wenigen 100 nm bis wenigen Mikrometern das ausgekoppelte Licht an Seitenflächen besonders gut in Richtung der Haupterstreckungsrichtung der Strukturelemente und somit in Abstrahlrichtung der Leuchtdiode gestreut.Advantageously, very small particles of converter material can be arranged on the side surfaces of the structural elements, which leads to a good sideways-acting scattering of coupled-out light in the intermediate spaces. In other words, due to particularly small particles of a few 100 nm to a few micrometers, the coupled-out light is scattered on side surfaces particularly well in the direction of the main extension direction of the structural elements and thus in the emission direction of the light-emitting diode.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird die Leuchtdiodenstruktur mit der Halbleiterschichtenfolge und den Strukturelementen in ein Bad eingebracht, wobei das Bad das Konvertermaterial enthält, und die erste Relativbewegung durch eine Strömung im Bad und/oder durch ein Bewegen der Leuchtdiodenstruktur erfolgt.In accordance with at least one embodiment of the method, the light-emitting diode structure with the semiconductor layer sequence and the structural elements is introduced into a bath, wherein the bath contains the converter material, and the first relative movement is effected by a flow in the bath and / or by a movement of the light-emitting diode structure.
Das Bad umfasst vorteilhaft eine Flüssigkeit mit dem Konvertermaterial, wobei das Konvertermaterial und die Flüssigkeit eine Suspension bilden. Mit anderen Worten werden Partikel des Konvertermaterials in der Flüssigkeit nicht gelöst. Bei einer Suspension mit Partikeln unterschiedlicher Größe kann in dem Bad auch ein Zwischenschritt des Verfahrens mit einer Sedimentation der Partikel, vorzugsweise einer größeren Partikelsorte erfolgen. The bath advantageously comprises a liquid with the converter material, wherein the converter material and the liquid form a suspension. In other words, particles of the converter material are not dissolved in the liquid. In the case of a suspension with particles of different sizes, an intermediate step of the process with a sedimentation of the particles, preferably a larger particle type, can also take place in the bath.
Weiterhin ist es möglich, in einem Zwischenschritt nach einer Abfolge von beiden Relativbewegungen einen Prozessschritt durchzuführen, etwa nach der Sedimentation nicht auf die Leuchtdiodenstruktur aufgebrachter Konverterpartikel, mit welchem die Partikel des Konvertermaterials verkleinert werden können, beispielsweise durch Mahlprozesse. Das somit bearbeitete Konvertermaterial kann erneut ins Bad eingebracht werden.Furthermore, it is possible to carry out a process step in an intermediate step after a sequence of two relative movements, for example after the sedimentation of converter particles not applied to the light-emitting diode structure with which the particles of the converter material can be reduced, for example by grinding processes. The thus processed converter material can be re-introduced into the bathroom.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgt die erste Relativbewegung durch elektrophoretisches Abscheiden.In accordance with at least one embodiment of the method, the first relative movement takes place by electrophoretic deposition.
Mittels eines angelegten elektrischen Feldes können elektrisch geladene Konvertermaterialien gemäß der ersten Relativbewegung auf die Strukturelemente zu bewegt werden und somit den Teilchenstrom im Bad generieren.By means of an applied electric field, electrically charged converter materials can be moved towards the structural elements according to the first relative movement and thus generate the particle flow in the bath.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgt die zweite Relativbewegung durch eine Strömung im Bad und/oder durch ein Bewegen der Leuchtdiodenstruktur.In accordance with at least one embodiment of the method, the second relative movement is effected by a flow in the bath and / or by a movement of the light-emitting diode structure.
Die zweite Relativbewegung kann vorteilhaft entsprechend der ersten Relativbewegung durch Bewegen der Leuchtdiodenstruktur selbst und/oder durch ein Bewegen des Konvertermaterials, beispielsweise durch eine Strömung, erzielt werden. Die Bewegung ist dabei vorteilhaft in alle Richtungen senkrecht auf die Haupterstreckungsrichtung der Strukturelemente möglich.The second relative movement can advantageously be achieved in accordance with the first relative movement by moving the light-emitting diode structure itself and / or by moving the converter material, for example by a flow. The movement is advantageously possible in all directions perpendicular to the main extension direction of the structural elements.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgt vor dem Bewegen des Konvertermaterials ein Durchmischen des Bades.According to at least one embodiment of the method, a mixing of the bath takes place before the converter material is moved.
Um eine homogenere Verteilung des Konvertermaterials im Bad zu erzielen, wird vorteilhaft das Bad mit dem Konvertermaterial vor den Relativbewegungen durchmischt. Damit kann bei Partikeln unterschiedlicher Größe erzielt werden, dass auch kleinere Partikel während der Relativbewegungen, insbesondere während der ersten Relativbewegung, in die Zwischenräume der Strukturelemente gelangen können.In order to achieve a more homogeneous distribution of the converter material in the bath, the bath is advantageously mixed with the converter material before the relative movements. This can be achieved with particles of different sizes that even smaller particles during relative movements, especially during the first relative movement, can get into the interstices of the structural elements.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens trifft ein Gasstrom umfassend das Konvertermaterial in der ersten Relativbewegung auf die Leuchtdiodenstruktur auf.In accordance with at least one embodiment of the method, a gas flow comprising the converter material in the first relative movement impinges on the light-emitting diode structure.
Hierbei wird das Konvertermaterial in Richtung der Haupterstreckungsrichtung der Strukturelemente bewegt. Der Gasstrom kann vorteilhaft nur eine Sorte und Größe oder ein Gemisch mehrerer Sorten und Partikelgrößen des Konvertermaterials umfassen.In this case, the converter material is moved in the direction of the main extension direction of the structural elements. The gas stream may advantageously comprise only one type and size or a mixture of several types and particle sizes of the converter material.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgt die zweite Relativbewegung durch ein Bewegen der Leuchtdiodenstruktur.In accordance with at least one embodiment of the method, the second relative movement takes place by moving the light-emitting diode structure.
Bei einem Gasstrom können durch eine zweite Relativbewegung die an den Spitzen der Strukturelemente angehäuften Partikel und Agglomerate von Konvertermaterialien abgelöst werden damit die Zwischenräume der Strukturelemente weiter mit kleineren Partikeln befüllt werden können. Im Falle eines Gasstroms von Konvertermaterialien kann als zweite Relativbewegung die Leuchtdiodenstruktur in einer permanenten Hin- und Herbewegung (Rüttelbewegung) bewegt werden, wobei die Bewegung in jeder Richtung senkrecht auf die Haupterstreckungsrichtung der Strukturelemente erfolgen kann. Ein gemeinsames Wirken von zweiter Relativbewegung und Gravitationskraft verstärkt vorteilhaft den Abstreifeffekt der für die Befüllung von Zwischenräumen zu großen Partikel des Konvertermaterials.In the case of a gas flow, the particles and agglomerates accumulated at the tips of the structural elements can be detached from converter materials by a second relative movement, so that the interstices of the structural elements can be further filled with smaller particles. In the case of a gas flow of converter materials can be moved as a second relative movement, the light emitting diode structure in a permanent reciprocating motion (shaking), wherein the movement can take place in any direction perpendicular to the main extension direction of the structural elements. A joint action of second relative movement and gravitational force advantageously enhances the stripping effect of the particles of the converter material which are too large for the filling of intermediate spaces.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgt die zweite Relativbewegung parallel zur Gravitationskraft.In accordance with at least one embodiment of the method, the second relative movement takes place parallel to the gravitational force.
Auf diese Weise wirken die zweite Relativbewegung und die Gravitationskraft gemeinsam und somit verstärkt auf die Konvertermaterialien. Ein Abstreifen großer Partikel und Agglomerate wird somit noch effektiver möglich.In this way, the second relative movement and the gravitational force act together and thus increasingly on the converter materials. Stripping large particles and agglomerates is thus possible even more effectively.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens werden die erste Relativbewegung und die zweite Relativbewegung wiederholt, bis Zwischenräume zwischen den Strukturelementen zumindest teilweise mit dem Konvertermaterial gefüllt sind.In accordance with at least one embodiment of the method, the first relative movement and the second relative movement are repeated until intermediate spaces between the structural elements are at least partially filled with the converter material.
So können vorteilhaft die erste Relativbewegung und die zweite Relativbewegung in einer Abfolge nacheinander wiederholt werden oder über einen längeren Zeitraum erfolgen. Nach jeder Abfolge von Relativbewegungen kann ein erneutes Durchmischen der Konvertermaterialien erfolgen.Thus, advantageously, the first relative movement and the second relative movement can be repeated successively in a sequence or take place over a longer period of time. After each sequence of relative movements, a renewed mixing of the converter materials can take place.
Für Leuchtdioden, welche Weißlicht abstrahlen, ist es vorteilhaft, die Zwischenräume zwischen den Strukturelementen weit aufzufüllen oder sogar zu überfüllen, um den Konversionsgrad zu erhöhen. Dies ist insbesondere durch eine Ausführung des Verfahrens in Verbindung mit einem Bad mit mehreren Wiederholungen und etwaigen Zwischenschritten wie Sedimentation oder Prozessen zur Zerkleinerung von Partikeln vorteilhaft. Dabei kann auch eine Wiederverwendung von Partikeln in einem Bad oder für andere Prozesse erfolgen und Konvertermaterial bei mehrmaligen Beschichtungsprozessen eingespart werden.For light-emitting diodes which emit white light, it is advantageous to fill up the gaps between the structural elements to a great extent or even to overfill them in order to increase the degree of conversion. This is in particular by an embodiment of the method in connection with a bath with several repetitions and any intermediate steps such as sedimentation or processes for comminuting particles advantageous. In this case, a reuse of particles in a bath or for other processes can take place and converter material can be saved in repeated coating processes.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens weisen die Strukturelemente unterschiedliche Zwischenräume zueinander auf.In accordance with at least one embodiment of the method, the structural elements have different interspaces relative to one another.
Durch unterschiedlich große Abstände zueinander kann Konvertermaterial mit Partikeln und Agglomeraten unterschiedlicher Größe zwischen die jeweiligen Bereiche der Strukturelemente eingebracht werden. So erfolgt während der beiden Relativbewegungen vorteilhaft ein Herausfiltern und Anordnen von Partikeln unterschiedlicher Größen entsprechend an den jeweils unterschiedlich großen Zwischenräumen. Mit anderen Worten können vorteilhaft Partikel einer jeweiligen Größe gezielt an dafür vorgesehenen Bereichen angeordnet werden. Um eine Anlagerung von Konvertermaterial an bestimmten Bereichen der Strahlungsaustrittsseite zu vermeiden, können Abdeckelemente in diesen Bereichen aufgebracht und nach dem Aufbringen des Konvertermaterials wieder entfernt werden.By varying distances to each other converter material can be introduced with particles and agglomerates of different sizes between the respective regions of the structural elements. Thus, during the two relative movements, it is advantageous to filter out and arrange particles of different sizes correspondingly at the interspaces of different sizes. In other words, advantageously particles of a particular size can be arranged specifically at designated areas. In order to avoid an accumulation of converter material at certain areas of the radiation exit side, cover elements can be applied in these areas and removed again after the application of the converter material.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Konvertermaterial unterschiedliche Leuchtstoffe zur Konversion der von der aktiven Schicht emittierten Strahlung in Licht unterschiedlicher Wellenlängen.In accordance with at least one embodiment of the method, the converter material comprises different phosphors for converting the radiation emitted by the active layer into light of different wavelengths.
Das Konvertermaterial umfasst vorteilhaft ein Gemisch von unterschiedlichen Leuchtstoffen, welche Partikel und Agglomerate unterschiedlicher Größe bilden.The converter material advantageously comprises a mixture of different phosphors which form particles and agglomerates of different sizes.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens werden auf der Strahlungsaustrittsseite die unterschiedlichen Leuchtstoffe in Abhängigkeit von den Zwischenräumen der Strukturelemente in verschiedenen Bereichen abgeschieden.According to at least one embodiment of the method, the different phosphors are deposited on the radiation exit side as a function of the interstices of the structural elements in different regions.
Unter einer Anwendung von unterschiedlichen Konvertermaterialien zur Konversion in unterschiedliche Wellenlängen kann gemäß dem Verfahren zur gezielten Anordnung von Partikeln in Abhängigkeit ihrer Größe an dafür vorgesehenen Bereichen eine Strahlungsaustrittsseite mit Bereichen realisiert werden, welche Licht in verschiedenen Wellenlänge abstrahlen. Mit diesem Verfahren werden vorteilhaft in einem selbstorganisierten Prozess durch die beiden Relativbewegungen Bereiche der Strahlungsaustrittsseite mit unterschiedlichen Konvertermaterialien in einer hohen Präzision erzeugt.By using different converter materials for conversion to different wavelengths, according to the method for the targeted arrangement of particles, depending on their size, a radiation exit side can be realized with areas which emit light in different wavelengths. With this method, areas of the radiation exit side with different converter materials are advantageously produced in a self-organized process by the two relative movements in a high precision.
Insbesondere bei der Herstellung kleinskaliger und mikropixelierter Displays und Leuchtdioden ist diese Art der Anordnung verschiedener Konvertermaterialien vorteilhaft. Aufwändige Justageschritte und sequentielle Strukturierungsprozesse können entfallen und die Genauigkeit der Bereicheinteilung wird signifikant verbessert und kann besonders kleinskalig erfolgen. Das Anordnen der Konvertermaterialien kann vorteilhaft positionsgenau an einem durch die Abstände der Strukturelemente vordefinierten Bereich erfolgen.This type of arrangement of different converter materials is particularly advantageous in the production of small-scale and micropixeled displays and light-emitting diodes. Elaborate adjustment steps and sequential structuring processes can be dispensed with and the accuracy of the range division is significantly improved and can be carried out particularly small-scale. The arrangement of the converter materials can advantageously be carried out with exact position accuracy at an area predefined by the spacings of the structural elements.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens umfassen die Strukturelemente einen säulenförmigen Kern aus einem ersten Halbleitermaterial, und eine aktive Schicht und ein weiteres Halbleitermaterial bedecken den Kern nacheinander vollständig einschließlich der Seitenflanken des Kerns.In accordance with at least one embodiment of the method, the structural elements comprise a columnar core of a first semiconductor material, and an active layer and another semiconductor material completely cover the core completely including the side edges of the core.
Strukturelemente in der Ausführung mit einer Hülle um einen dreidimensionalen Kern (core shell) eignen sich vorteilhaft gut für die Vergrößerung der aktiven Fläche des Halbleiters. Dabei kann die Abfolge von Schichten einen ersten n- oder p-dotierten Halbleiter, eine aktive Schicht und einen zweiten n- oder p-dotierten Halbleiter, welcher entgegen dem ersten Halbleiter dotiert ist, umfassen.Structural elements in the embodiment with a shell around a three-dimensional core (core shell) are advantageously well suited for enlarging the active area of the semiconductor. In this case, the sequence of layers may comprise a first n- or p-doped semiconductor, an active layer and a second n- or p-doped semiconductor which is doped against the first semiconductor.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgt das Ausbilden der Strukturelemente an der Strahlungsaustrittsseite mittels einer Maskenschicht, wobei die Strukturelemente jeweils in einer Öffnung der Maskenschicht angeordnet werden.According to at least one embodiment of the method, the formation of the structure elements takes place at the radiation exit side by means of a mask layer, wherein the structure elements are each arranged in an opening of the mask layer.
Die Strukturelemente werden beispielsweise mittels eines Aufwachsverfahrens in den Öffnungen der Maske ausgebildet. Die Maske kann beispielsweise als Fotolack mit einem Lithographieverfahren strukturiert werden. Das Aufwachsen kann auch für Strukturelemente erfolgen, welche keine aktive Schicht aufweisen und beispielsweise auf planaren Leuchtdioden erzeugt werden. Die Maske kann beispielsweise SiNx oder SiO2 umfassen.The structural elements are formed, for example, by means of a growth process in the openings of the mask. The mask can be structured, for example, as a photoresist using a lithographic process. The growth can also take place for structural elements which have no active layer and are produced, for example, on planar light-emitting diodes. The mask may comprise, for example, SiNx or SiO 2 .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens weisen die Strukturelemente zumindest bereichsweise die Form eines Zylinders, eines Quaders, eines Prismas, einer Pyramide oder eines Pyramidenstumpfs auf. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens werden die Strukturelemente und das Konvertermaterial auf der Strahlungsaustrittsseite mit einem Verguss verkapselt. According to at least one embodiment of the method, the structural elements at least partially on the shape of a cylinder, a cuboid, a prism, a pyramid or a truncated pyramid. According to at least one embodiment of the method, the structural elements and the converter material are encapsulated on the radiation exit side with a potting.
Der Verguss umfasst vorteilhaft ein Matrixmaterial, welches transparent für die von den Strukturelementen und Konversionsmaterialien emittierten Wellenlängen ist. Der Verguss kann zur Fertigstellung der Leuchtdiode vorteilhaft in Form variiert und ausgehärtet werden.The potting advantageously comprises a matrix material that is transparent to the wavelengths emitted by the features and conversion materials. The encapsulation can advantageously be varied in shape and cured to complete the light-emitting diode.
Weitere Vorteile, vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen. Further advantages, advantageous embodiments and developments emerge from the embodiments described below in conjunction with the figures.
Die
Die
Die
Die
Gleiche oder gleichwirkende Elemente sind in den Figuren jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die in den Figuren dargestellten Bestandteile sowie die Größenverhältnisse der Bestandteile untereinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen.Identical or equivalent elements are each provided with the same reference numerals in the figures. The components shown in the figures and the size ratios of the components with each other are not to be regarded as true to scale.
Die
Die Leuchtdiodenstruktur
Auf der Strahlungsaustrittsseite
Die Strukturelemente
Die
In der
Die
In der
Große Partikel oder Agglomerate von Konvertermaterial
Die
In der
Die zweite Relativbewegung B erfolgt beispielsweise in einer permanenten Rüttelbewegung der Leuchtdiodenstruktur
Die
In der
Mit diesem Verfahren werden vorteilhaft in einem selbstorganisierten Prozess durch die beiden Relativbewegungen Bereiche der Strahlungsaustrittsseite mit unterschiedlichen Konvertermaterialien in einer hohen Präzision erzeugt. Insbesondere bei der Herstellung kleinskaliger und mikropixellierter Displays und Leuchtdioden ist diese Art der Anordnung verschiedener Konvertermaterialien vorteilhaft. With this method, areas of the radiation exit side with different converter materials are advantageously produced in a self-organized process by the two relative movements in a high precision. This type of arrangement of different converter materials is particularly advantageous in the production of small-scale and micropixellated displays and light-emitting diodes.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist. The invention is not limited by the description based on the embodiments of these. Rather, the invention encompasses any novel feature as well as any combination of features, including in particular any combination of features in the claims, even if this feature or combination itself is not explicitly stated in the patent claims or exemplary embodiments.
Claims (16)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102014117803.3A DE102014117803A1 (en) | 2014-12-03 | 2014-12-03 | Method for producing a light-emitting diode |
Applications Claiming Priority (1)
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DE102014117803.3A DE102014117803A1 (en) | 2014-12-03 | 2014-12-03 | Method for producing a light-emitting diode |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE102014117803A1 true DE102014117803A1 (en) | 2016-06-09 |
Family
ID=55974804
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---|---|---|---|
DE102014117803.3A Withdrawn DE102014117803A1 (en) | 2014-12-03 | 2014-12-03 | Method for producing a light-emitting diode |
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Country | Link |
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Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE112011103158T5 (en) * | 2010-09-21 | 2013-12-05 | Cree, Inc. | A light-emitting semiconductor device having a densely packed phosphor layer on a light-emitting surface |
DE102013114466A1 (en) * | 2013-12-19 | 2015-06-25 | Osram Gmbh | Optoelectronic semiconductor component and method for producing an optoelectronic semiconductor component |
-
2014
- 2014-12-03 DE DE102014117803.3A patent/DE102014117803A1/en not_active Withdrawn
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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