JP2008219057A - ルミネセンス変換層を備えた発光ダイオード光源を製造するための方法 - Google Patents

Abstract

【課題】表側の電気的なコンタクトを有する発光ダイオードチップの簡単且つ廉価なコーティングが実現される方法を提供する。
【解決手段】チップをルミネセンス変換材料でもってコーティングする前に、ウェハ結合体全体を該ウェハ結合体の裏側を用いて支持体に被着し、チップが依然として支持体に一緒に保持されるようにチップをウェハ結合体から個別化し、個別化されたチップの側方縁を該チップのコーティングの際に少なくとも部分的にルミネセンス変換材料でもって覆い、続いてチップを基板およびルミネセンス変換材料による結合体から発光ダイオード光源に個別化する。
【選択図】図２Ｂ

Description

本発明は、チップから放射される一次ビームの少なくとも一部がルミネセンス変換によって変換される、例えば混合色発光ダイオード光源を製造するための方法に関する。

ルミネセンス変換素子を備えた構成素子は例えば特許文献１から公知である。この構成素子は動作時に一次ビームを放射する半導体チップと、この一次ビームの一部を別の波長の光に変換して通過させるルミネセンス変換素子とを有する。光学的に知覚可能な発光ダイオード光源の合成ビームは２つのビームを重畳させることによって生じるので、これにより殊に白色光も放出する光源を形成することができる。

通常の場合ルミネセンス変換素子は蛍光材料を有し、この蛍光材料はマトリクス材料内に埋め込まれている。蛍光材料として例えば無機の蛍光材料、例えば希土類元素（殊にＣｅ）でドーピングされたガーネット、または有機の蛍光材料、例えばペリレン蛍光材料が適している。別の適切な蛍光材料は例えば特許文献２に記載されており、その限りにおいてこの刊行物の記載内容は参照により引用される。

ビームの殊に良好な混合、したがって色的に十分に均一な合成ビームを得るために、蛍光材料を直接的且つ均等にチップ表面に被着させ、その結果ルミネセンス変換素子を通過する一次ビームの光路長差は可能な限り小さいものとなることは好適である。例えば、チップがリードフレームに取り付けられて電気的に接触される前であっても、ルミネセンス変換材料を一定の厚さの薄い均質な層の形状で発光ダイオードチップ表面に被着させることが可能である。薄い層の被着は種々の様式で実現することができ、またウェハ結合体において複数の同種のチップと共に設けられている発光ダイオードチップからなる複数の発光ダイオード光源の同時的な製造に殊に適している。さらにはこれによって、発光ダイオード光源の色位置変動も変換材料の沈積（Sedimentation）に基づき十分に回避される。

しかしながら薄い層を簡単に被着することは、使用される発光ダイオードチップが表側（すなわち放射方向に向いている側）において、例えばＳｉＣ基板上のＧａＮベースのダイオードでは一般的であるように電気的なコンタクト層を有する場合には容易に実現することができない。そのような発光ダイオードチップの表面をコーティングする場合には、電気的な接触能力が保証されたままであることを顧慮しなければならない。
WO 97/50132 WO 98/12757

したがって本発明の課題は、表側の電気的なコンタクトを有する発光ダイオードチップの簡単且つ廉価なコーティングが実現される方法を提供することである。

この課題は、方法が表側の電気的なコンタクトを電気的なコンタクト面の形状で有するチップを準備するステップと、表側の電気的なコンタクトを電気的なコンタクト面に導電性材料を被着させることにより厚くするステップと、チップをルミネセンス変換材料でもってコーティングするステップとを有し、一次ビームを放射するチップは複数の別の同種のチップと共にウェハ結合体に存在し、各ステップをウェハ結合体全体の複数のチップに対してその都度同時に行い、チップをルミネセンス変換材料でもってコーティングする前に、ウェハ結合体全体を該ウェハ結合体の裏側を用いて支持体に被着し、チップが依然として支持体に一緒に保持されるようにチップをウェハ結合体から個別化し、個別化されたチップの側方縁を該チップのコーティングの際に少なくとも部分的にルミネセンス変換材料でもって覆い、続いてチップを基板およびルミネセンス変換材料による結合体から発光ダイオード光源に個別化することにより解決される。

請求項１による方法は殊に、ウェハ結合体において同一の発光ダイオードチップからなる複数の発光ダイオード光源を同時に製造することを可能にする。

さらにこの方法においては、有利には発光ダイオード光源の色位置（ＣＩＥカラーチャート）を簡単に制御することが可能であり、またこれによって製造プロセス中に色位置を制御しながら調節することも可能である。

本方法では、電気的なコンタクト面の形状で上側の電気的なコンタクトを少なくとも１つ有する発光ダイオードチップが供給される。この電気的なコンタクトは続けて高められ、これは導電性材料を電気的なコンタクト面に被着させてこの電気的なコンタクトが厚くされることにより行われる。コンタクトの高さは、ルミネセンス変換層の最終的な厚さと少なくとも同程度であることが望ましい。さらなるステップにおいてはルミネセンス変換材料でもってチップ表面がコーティングされる。

本発明による方法を用いることにより、表側におけるコンタクトを考慮せずに表側において電気的に接触可能なチップのコーティングを行うことが可能である。これによって（例えばマスクを用いる）電気的なコンタクトないしコンタクト面の露出を伴うコーティングの煩雑な工程は、表面全体において簡単且つ廉価に実現すべきコーティングに縮小される。

ルミネセンス変換材料は有利にはビーム透過性のマトリクス材料を有し、このマトリクス材料には蛍光材料が混合されている。

マトリクス材料は例えばＳｉＯ₂および／またはＡｌ₂Ｏ₃を有してもよく、これによってルミネセンス変換材料の安定性（例えば固さ）を達成することができるので、このルミネセンス変換材料を種々のやり方で問題なく且つ制御して薄くすることができる。

本方法の殊に有利な実施形態において、ビーム透過性のマトリクス材料は屈折率が１．５〜３．４である酸化物および／または窒化物を有する。屈折率が発光ダイオードチップ表面の屈折率とは大きく異ならず、且つ発光ダイオードチップ表面の屈折率と周囲の屈折率との間にあるルミネセンス変換材料によって、境界面における反射に起因するビーム強度の損失を回避することができる。

殊に有利には本方法ではルミネセンス変換材料でもって覆われている電気端子が、続くルミネセンス変換材料の薄層化によって少なくとも部分的に露出される。すなわち、電気端子は必ずしも完全に露出される必要はなく、むしろ電気端子の表面の一部のみが露出されさえすれば十分である。この簡単な措置は種々異なるコーティング方法、例えば表側の電気端子が覆われる蒸着またはスパッタリグの使用を可能にする。

本方法の有利な実施形態では、続けてルミネセンス変換材料からなる層は薄層化により平坦化される。コーティングを行うと例えば表側の電気的なコンタクトが高くなっていることに起因して層内に隆起部が生じる。この隆起部を薄くすることによって、発光ダイオード光源の色位置（ＣＩＥカラーチャート）の僅かな変動また良好な再現性が得られる。

発光ダイオード光源の色位置は電気的なコンタクトが上側に設けられているので、続けて殊に有利に制御することができる。この制御は有利には被着されているルミネセンス変換材料の薄層化の経過において行われ、上側における電気的なコンタクトが露出されると即座に可能にある。

ルミネセンス変換材料からなる層の厚さは好適には薄くすることによって調節することができる。

さらには、発光ダイオード光源の色位置を制御することによって、ルミネセンス変換層の厚さと色位置との間の相関関係を求めることができる。このことは殊に有利には、被着されているルミネセンス変換材料の薄層化によって色位置を所期のように調節するために使用することができる。

本方法は、有利にはまだ本来のウェハ結合体において相互に存在している同種の複数の発光ダイオードチップを使用して、殊に有利には複数の発光ダイオード光源を同時に製造することに適している。ウェハ結合体のチップに対するそれぞれのステップは少なくとも実質的に同時に行われる。これによって発光ダイオード光源の著しく効率的且つ廉価な製造がもたらされる。

発光ダイオードチップは表側においてだけでなく側方からも放射することができるので、この種のチップにおいては発光ダイオードチップの側縁も少なくとも部分的にルミネセンス変換材料でもってコーティングすることは殊に有利である。ここで好適には、ウェハ結合体における複数の発光ダイオードチップのコーティングに際し、コーティングの前に個々のチップ間の切断線に沿って溝が形成され、この溝はチップを続けてコーティングする際に少なくとも部分的にルミネセンス変換材料でもって充填される。

別の可能性は、ウェハ結合体全体をその裏側を用いて先ず支持体に固定的に被着させ、続けてチップが依然として支持体において一体的に保持されるように、すなわちチップが続けて支持体を用いてさらに結合体に保持されるようにチップをウェハ結合体から個別化することである。これによっても、発光ダイオードチップの側縁が続くコーティングにおいて少なくとも部分的にルミネセンス変換材料でもって覆われることが保証されている。

発光ダイオード光源の色位置をルミネセンス変換材料の薄層化の経過において検査する可能性は、ウェハ結合体における複数の同一のチップからなる多数の発光ダイオード光源を同時に製造するための本発明による方法の適用時に有利には使用することができる。ウェハ結合体における発光ダイオード光源の色位置および場所を決定および検出することは、発光ダイオード光源をその色位置に応じて分類する可能性を提供し、したがってより正確な色位置仕様の発光ダイオード光源がもたらされる。

本発明による方法は殊に有利には、ウェハ結合体全体の発光ダイオード光源に対して所定の色位置を可能な限り正確に調節するために使用することができる。ウェハ結合体の発光ダイオードチップの高さはウェハ全体にわたり均一ではなく、また例えば２０μｍの大きな変動が生じる可能性があるので、ウェハ全体にわたってルミネセンス変換材料を一様に薄くするとルミネセンス変換材料の厚さが異なるものになる。この問題は本発明による方法を用いることにより、ウェアの発光ダイオード光源の色位置および場所が決定および検出された後に、ウェハが同様の色位置の発光ダイオード光源を有する領域に分けられることにより解決される。これらの各領域に対する所定の色位置の調節は、個々の領域のルミネセンス変換層が領域選択的に薄くされ、またこの際それぞれの領域における発光ダイオード光源の内の１つの色位置の制御が繰り返し実施されることによって達成することができる。

図１ａはＳｉＣ基板１１とビーム放射アクティブ領域（図示せず）を有するＩｎＧａＮベースのエピタキシャル半導体層列１０とを包含するウェハ１を示す。アクティブ領域は例えば、ビーム生成ｐｎ接合部またはビーム生成単一量子井戸構造または多重量子井戸構造を有する。そのような構造は当業者には公知であり、したがってここでは詳細には説明しない。多重量子井戸構造は例えばWO 01/39282 A2に記載されており、その限りにおいてこの刊行物の内容は参照により取り入れられる。ウェハ１にはチップパターン内でそれぞれ表側に電気的なコンタクト面２が被着されている。

さらなるステップが図１ｂに示されており、このステップ１ｂにおいては導電性材料３が電気的なコンタクト面２に付着されることによって電気的なコンタクトが高くされる。導電性材料はここでは近似的に楕円形であり、例えば金からなるものでよい。導電性材料３は最小限の高さしか有していないが、それぞれが同一の高さを有する必要はないという事実は本方法の別の利点である。

続けて図１ｃに示されているように、ウェハ結合体１の表側では表面全体がルミネセンス変換材料４でもってコーティングされ、このことは例えば蒸着、スパッタリング、スピンコーティングまたは表面コーティングの他の方式によって行うことができる。ルミネセンス変換材料はＣｅドーピングされたガーネット材料、殊にＹＡＧ：Ｃｅからなるものでよい。このステップにおいても、ルミネセンス変換材料４からなる被着層がウェハ領域の全体にわたって所期のように最小限の厚さを有することが重要である。

被着層であるルミネセンス変換材料４の均等の厚さは、硬化したルミネセンス変換層の続く薄層化によって得られる。これは図１ｄに示されている。薄層化は研磨面５を用いて研磨的に行われる。

この薄層化によって導電性の材料３が露出されると即座に、個々のチップの領域における適切な電気的な接触および電圧の印加が可能となる。これによって、放射される光６の色位置をスペクトロメータ７を用いて求めることが可能になる。これは図１ｅに示されている。発光ダイオード光源が例えば全て白色光を放射するまでルミネセンス変換材料はさらに所期のように薄くされる。

例えば、ルミネセンス変換材料をチップ全体にわたって実質的に均等に薄くすることが可能である。ウェハの発光ダイオードチップの色位置はウェハにわたって分散しており、通常は変化しているので、択一的に、色位置が類似する発光ダイオードを有する領域にウェハを区分することもできる。続けてルミネセンス変換材料は領域選択的に薄くされ、また領域の発光ダイオード光源の色位置が、例えば有利には領域においてただ１つの発光ダイオード光源の色位置を薄層化の間に繰り返し制御することによって調節される。続けて、全ての発光ダイオード光源からウェハにおけるそれぞれの色位置および場所を、例えばいわゆるウェハマップの作成によって算出および検出することができる。

最後に図１ｆは分離線８に沿ったウェハ結合体１からのチップの個別化を示す。この個別化は例えばソーイングによって行うことができる。個別化されたチップは色位置に応じて分類される。

図２ａおよび２ｂには本発明による方法の第２の実施例が示されている。図１から１ｆに従い説明した上述の実施例との相違は、ルミネセンス変換材料４でもってコーティングされる前にウェハ１にはチップパターン内で表側に分離線１３に沿って溝１２が形成されることである。（図２ａ）この溝の形成は例えばソーイングによって行うことができる。この方法のさらなる経過においては、層が溝１２の上方において少なくとも電気的なコンタクト２に被着される導電性材料３よりも上に達するようにルミネセンス変換材料４がチップの表側に被着される（図２ｂ）。これによって溝１２の側面１４は完全にルミネセンス変換材料４でもって覆われる。溝１２に被着されるルミネセンス変換材料４は、チップの縁部を介して出力結合されるビームも同様に変換するよう作用する。図２ｂに示されているように、チップはルミネセンス変換材料４を薄くした後に分離線１３に沿って個別化される。

ウェハにおいて表側に分離線に沿って溝を形成する代わりに、択一的にはウェハをその裏側を用いて支持体に被着させて、続けてチップが支持体に一体的に保持され、かつ個々のチップが相互に所定の間隔を有するようにして、チップをウェハ結合体から個別化することができる（図示せず）。個別化は例えばソーイングによって行うことができる。支持体として例えば、接着性および／または伸張可能なシートを使用することができる。伸張可能なシートは例えばチップの個別化後にチップの間隔が相互に均等であるように一方向または複数の方向に拡大されるように伸ばされる。

続けて支持体にはルミネセンス変換材料が被着され、隣接するチップ間の中間領域は部分的または完全に充填される。この実施例においては裏側を除いてチップの表面全てが完全にルミネセンス変換材料でもって覆われる。これによってこのように製造される発光ダイオード光源の殊に均質な放射特性を達成することができる。

図３ａおよび３ｂには第３の実施例が示されており、図１ａから１ｆに従い説明した実施例との相違は、被着されている導電性材料３が表側において覆われないようにルミネセンス変換材料４が被着されることである。このことは例えば、粘性が非常に低いルミネセンス変換材料４を使用することにより行うことができる。このようなルミネセンス変換材料は電気的なコンタクト間の少なくとも１個所に塗布され、これに基づきルミネセンス変換材料が非常に低い粘性に基づき均等に表面上に分散する。この実施例においてはルミネセンス変換材料の薄層化が省略され、導電性材料３は少なくとも部分的に露出されたままにされる。ルミネセンス変換材料４の硬化後に発光ダイオード光源を個別化することができる。

実施例に基づく本方法の説明は、勿論本発明をこれに制限するものとしてみなすべきではない。例えばチップの表側は、基板における半導体層列側とは反対の側でも良く、これは例えばフリップチップ実装のために設けられているＬＥＤチップの場合である。さらには、チップが複数の電気的なコンタクトをチップの表側に有することも可能である。一般的に本発明は、開示されている特徴のそれぞれの新たな特徴ならびにそれぞれの組み合わせを含むものであり、このことは殊に、請求項における特徴のそれぞれの組み合わせを含み、これはたとえその組み合わせが明示的に請求項に記載されていなくとも含まれるものである。

第１の実施例におけるウェハの概略的な断面図。 第１の実施例におけるウェハの概略的な断面図。 第１の実施例におけるウェハの概略的な断面図。 第１の実施例におけるウェハの概略的な断面図。 第１の実施例におけるウェハの概略的な断面図。 第１の実施例におけるウェハの概略的な断面図。 第２の実施例におけるウェハの概略的な断面図。 第２の実施例におけるウェハの概略的な断面図。 第３の実施例におけるウェハの概略的な断面図。 第３の実施例におけるウェハの概略的な断面図。

Claims (13)

1. チップから放射される一次ビームの少なくとも一部がルミネセンス変換によって変換される、例えば混合色発光ダイオード光源を製造するための方法において、
   表側の電気的なコンタクトを電気的なコンタクト面の形状で有するチップを準備するステップと、
   前記表側の電気的なコンタクトを前記電気的なコンタクト面に導電性材料を被着させることにより厚くするステップと、
   前記チップをルミネセンス変換材料でもってコーティングするステップとを有し、
   前記一次ビームを放射するチップは複数の別の同種のチップと共にウェハ結合体に存在し、前記の各ステップを前記ウェハ結合体全体の複数のチップに対してその都度同時に行い、
   前記チップをルミネセンス変換材料でもってコーティングする前に、
   前記ウェハ結合体全体を該ウェハ結合体の裏側を用いて支持体に被着し、
   前記チップが依然として前記支持体に一緒に保持されるように前記チップを前記ウェハ結合体から個別化し、
   個別化された前記チップの側方縁を該チップのコーティングの際に少なくとも部分的にルミネセンス変換材料でもって覆い、
   続いて前記チップを前記基板および前記ルミネセンス変換材料による結合体から発光ダイオード光源に個別化することを特徴とする、発光ダイオード光源を製造するための方法。
2. 前記ルミネセンス変換材料は、蛍光材料と混合されているビーム透過性のマトリクス材料を有する、請求項１記載の方法。
3. 前記ビーム透過性のマトリクス材料はＳｉＯ₂および／またはＡｌ₂Ｏ₃を有する、請求項２記載の方法。
4. 前記ビーム透過性のマトリクス材料は酸化物および／または窒化物を有し、該酸化物および／または窒化物の屈折率は１．５から３．４である、請求項２または３記載の方法。
5. ルミネセンス変換材料でもって覆われている電気的な端子を、続けて前記ルミネセンス変換材料の薄層化により露出させる、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
6. ルミネセンス変換材料からなる前記層を薄層化により平坦化する、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
7. 前記ルミネセンス変換材料からなる前記層の薄層化によって該層の厚さを調節する、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
8. 支持体としてシートを使用する、請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
9. 前記シートは伸張可能である、請求項８記載の方法。
10. 前記ウェハ結合体から前記チップを個別化した後且つ前記チップをルミネセンス変換材料でもってコーティングする前に、前記チップの間隔が相互に一方向または複数の方向に拡大されるように前記シートを伸ばす、請求項９記載の方法。
11. 隣接するチップ間の中間領域が部分的または完全に充填されるように前記チップをルミネセンス変換材料でもってコーティングする、請求項１から１０までのいずれか１項記載の方法。
12. 被着された前記導電性材料が少なくとも部分的に露出されるように前記チップをルミネセンス変換材料でもってコーティングする、請求項１から１１までのいずれか１項記載の方法。
13. 前記ルミネセンス変換材料は低い粘性を有し、
    該ルミネセンス変換材料を前記電気的なコンタクト間の少なくとも１個所に塗布し、前記低い粘性に基づき均等に分散させる、請求項１２記載の方法。

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