JP2013539918A

JP2013539918A - Ｌｅｄチップの製造方法、ｌｅｄチップ及びｌｅｄ

Info

Publication number: JP2013539918A
Application number: JP2013533080A
Authority: JP
Inventors: 肖兆新
Original assignee: Shenzhen Refond Optoelectronics Co Ltd
Current assignee: Shenzhen Refond Optoelectronics Co Ltd
Priority date: 2010-10-15
Filing date: 2011-09-23
Publication date: 2013-10-28
Also published as: CN101980382A; CN101980382B; KR20130118721A; US20120205704A1; DE112011100115T5; WO2012048616A1; US8513035B2

Abstract

本発明は照明分野に適用し、特にＬＥＤチップの製造方法、ＬＥＤチップ及びＬＥＤに関し、前記ＬＥＤチップの製造方法は、基板に第１半導体層、発光層及び第２半導体層を順に形成するステップと、前記第２半導体層に蛍光粉層を形成するステップと、一部の蛍光粉層及び一部の第２半導体層を除去して少なくとも１つの溝を形成し、前記溝から一部の第２半導体層が露出されるステップと、一部の蛍光粉層、一部の第２半導体層、一部の発光層及び一部の第１半導体層を除去して少なくとも１つの切欠きを形成し、前記切欠きから一部の第１半導体層が露出させるステップと、前記切欠きに第１電極を形成し、前記溝に第２電極を形成するステップと、を含む。本発明はＬＥＤの製造プロセスにおいて蛍光粉を塗布する工程がＬＥＤチップの製造工程に含まれるため、プロセスが簡単で制御可能になり、ＬＥＤの光射出効率を向上し、大量の蛍光粉を節約し、コストを大幅に低減する。

Description

本発明は照明分野に属し、特にＬＥＤチップの製造方法、ＬＥＤチップ及びＬＥＤに関する。

周知のように、ＬＥＤは新世代の環境にやさしい照明光源として、光効率が高く、寿命が長く、色が鮮やかで、省エネ、環境にやさしいなどの多くの利点を有し、応用分野がますます広くなり、例えば屋内外照明、バックライト、医療、交通、植物の成長等の分野を挙げる。

ＬＥＤチップはＬＥＤにおける重要な部品であり、ＬＥＤ製品の光効率を向上する２つの手法はＬＥＤチップの光電パラメーターの向上と新しい蛍光粉の塗布技術の実施であり、ＬＥＤチップの光電パラメーターが主にチップのメーカーによってだんだん向上されるが、新型の蛍光粉の塗布技術が実装工場によって益々改善されている。

従来の技術では、ＬＥＤへの蛍光粉の塗布の方式は主に、蛍光粉がチップから離れる実装方式、蛍光粉が実装材料に均一に分布される実装方式、及び蛍光粉がチップ表面に密着される実装方式がある。ここで、蛍光粉が実装材料に均一に分布される実装方式は容易に操作できるが、蛍光粉の励起効率が低い。蛍光粉がチップから離れる実装方式はプロセスが煩雑であり、且つ制御しにくいため、今でも工業化の生産が実現できていない。蛍光粉がチップに密着される実装方式は仲介実装材料を介してチップに接着されることであり、仲介実装材料の屈折率が低く、チップが発生した光が全反射によって熱が集めやすくなってしまい、逆にチップの光射出効率を低減して蛍光粉の励起（蛍光粉がある位置の励起温度が比較的高い）に影響を与える欠陥がある。ダイ接着及びワイヤーボンディングを経た半製品に蛍光粉を直接塗布すると、大量の蛍光粉が無駄になってしまう。

本発明の目的は、ＬＥＤチップの製造方法を提供し、従来の技術におけるＬＥＤチップの製造プロセスにＬＥＤチップの表面に蛍光粉を成形できなく、ＬＥＤの光射出効率が低くなり、後続の工程で大量の蛍光粉が無駄にされる問題を解決しようとすることにある。

本発明の実施例は以下のように実現される。
基板に第１半導体層、発光層及び第２半導体層を順に形成するステップと、
前記第２半導体層に蛍光粉層を形成するステップと、
一部の蛍光粉層及び一部の第２半導体層を除去して少なくとも１つの溝を形成し、前記溝から一部の第２半導体層が露出されるステップと、
一部の蛍光粉層、一部の第２半導体層、一部の発光層及び一部の第１半導体層を除去して少なくとも１つの切欠きを形成し、前記切欠きから一部の第１半導体層が露出されるステップと、
前記切欠きに第１電極を形成し、前記溝に第２電極を形成するステップとを含むＬＥＤチップの製造方法。

本発明の実施例の他の目的は上記製造方法によって製造されたＬＥＤチップを提供することにある。
本発明の実施例の他の目的は上記ＬＥＤチップを有するＬＥＤを提供する。

本発明はＬＥＤの製造プロセスにおいて蛍光粉を塗布する工程がＬＥＤチップの製造工程に含まれるため、プロセスが簡単で制御可能であり、ＬＥＤの光射出効率を向上し、大量の蛍光粉を節約し、コストを大幅に低減することができる。

図１は本発明の実施例が提供したＬＥＤチップの製造方法を実現するフローチャートである。図２はエピタキシャルダイの構成模式図である。図３はエピタキシャルダイに光透過導電層を形成した後の構成模式図である。図４は光透過導電層に蛍光粉層を形成した構成模式図である。図５は蛍光粉層に第１フォトレジスト層を形成した構成模式図である。図６は第２半導体層までにエッチングした構成模式図である。図７は第２フォトレジスト層を形成する構成模式図である。図８は第１半導体層までにエッチングした構成模式図である。図９は第３フォトレジスト層を形成する構成模式図である。図１０は金属電極を形成する構成模式図である。図１１はＬＥＤチップの構成模式図である。

以下、本発明の目的、技術方案及び利点を分かりやすくするために、図面及び実施例を参照して本発明を詳しく説明する。理解すべきことは、ここに記載した具体的な実施例はただ本発明を説明するためのものであり、本発明を限定するものではない。

本発明の実施例はＬＥＤの製造プロセスにおいて蛍光粉塗布の工程がＬＥＤチップの製造工程に含まれるため、プロセスが簡単で制御可能であり、ＬＥＤの光射出効率を向上し、大量の蛍光粉を節約し、コストを大幅に低減することができる。

本発明の実施例が提供したＬＥＤチップの製造方法は、
基板に第１半導体層、発光層及び第２半導体層を順に形成するステップと、
前記第２半導体層に蛍光粉層を形成するステップと、
一部の蛍光粉層及び一部の第２半導体層を除去して少なくとも１つの溝を形成し、前記溝から一部の第２半導体層が露出されるステップと、
一部の蛍光粉層、一部の第２半導体層、一部の発光層及び一部の第１半導体層を除去して少なくとも１つの切欠きを形成し、前記切欠きから一部の第１半導体層が露出されるステップと、
前記切欠きに第１電極を形成し、前記溝に第２電極を形成するステップとを含む。

本発明の実施例が提供したＬＥＤチップは上記製造方法によって製造される。
本発明の実施例が提供したＬＥＤは上記ＬＥＤチップを有する。

以下、具体的な実施例を参照しながら本発明の実現を詳しく説明する。
図１は本発明の実施例が提供したＬＥＤチップの製造方法を実現するフローを示し、具体的には、以下の通りである。
ステップＳ１０１では、基板に第１半導体層、発光層、第２半導体層を順に形成する。

図２に示すように、まず、基板１に第１半導体層２を成長し、そして第１半導体層２に発光層３を沈積し、さらに発光層３に第２半導体層４を成長し、エピタキシャルダイを形成する。ここで、基板１の材料として、例えばサファイア、シリコン、炭化ケイ素又は合金を挙げるが、これらに限られなく、伝熱性を有するものが好ましい。

一般に、第１半導体層２はＮ型半導体層（例えばＮ−ＧａＮ）であり、第２半導体層４はＰ型半導体層（如Ｐ−ＧａＮ）であり、発光層３は例えばエネルギーギャップ層又は多重量子井戸（ＭｕｌｔｉｐｌｅＱｕｔｕｍＷｅｌｌ，ＭＱＷ）であるが、これらに限られない。
ステップＳ１０２では、第２半導体層に蛍光粉層を形成する。

本発明の１つの実施例として、まず、第２半導体層４に光透過導電層５（ＴｒａｎｓｐａｒｅｎｔＣｏｎｄｕｃｔｉｖｅＬａｙｅｒ，ＴＣＬ）を形成し、光透過導電層５（例えばインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）半導体）が図３に示すように蒸着の方式で第２半導体層４に形成される。この光透過導電層５によって、電流が第２半導体層４に均一に分布されるため、ＬＥＤチップの発光がより均一になる。

図４に示すように、光透過導電層５に蛍光粉層６を形成する。本発明の実施例は磁気制御スパッタリング塗膜機を用い、ＬＥＤチップ（例えば青色発光ＬＥＤチップ）と合わせる蛍光粉（例えば黄色蛍光粉）をターゲット材として光透過導電層５に蛍光粉層６を塗布し、プロセスパラメーターは以下の通りである。
ａ．磁気制御スパッタリング塗膜機に保護ガス、好ましくは、アルゴン（Ａｒ）を注入する。
ｂ．蛍光粉（ターゲット材）と光透過導電層５との間の距離が５０〜２０ｍｍになるように蛍光粉（ターゲット材）の位置を調節する。
ｃ．磁気制御スパッタリング塗膜機の真空度が２*１０^−３Ｐａを超えないように真空抽出する。
ｄ．スパッタリングのパワーを２００〜５００Ｗにする。
ｅ．スパッタリングの時間は蛍光粉層６の厚み（０．１〜１０μｍ）によるが、一般に、２０〜１２０ｍｉｎである。

本発明の実施例はＬＥＤチップの製造プロセスにおいてエピタキシャルダイに蛍光粉層を形成し、極めて少ない蛍光粉を使用し、コストも低い。
好ましくは、光透過導電層５を蒸着する前、第２半導体層４の表面を粗面化して光透過導電層５と第２半導体層４との結合をより緊密にすることで、チップの信頼性の向上に役に立つ。もちろん、光透過導電層５に蛍光粉層６を形成する前、光透過導電層５の表面を粗面化して光透過導電層５と蛍光粉層６の結合をより緊密にすることで、同様に、チップの信頼性の向上に役に立つ。

ステップＳ１０３では、一部の蛍光粉層及び一部の第２半導体層を除去して少なくとも１つの溝を形成し、この溝から一部の第２半導体層が露出される。

図５に示すように、まず、蛍光粉層６にフォトレジストを塗布して厚み０．５〜２．０ｍｍの第１フォトレジスト層７を形成し、ここで、第１フォトレジスト層７から一部の蛍光粉層１７が露出される。そして、ＮａＯＨの希溶液（濃度が０．０１ｍｏｌ／Ｌである）によって蛍光粉層をウェットエッチングし、露出した一部の蛍光粉層１７を除去する。そして、図６に示すように、インダクタンス結合プラズマ反応器（ＩＣＰ）によって第２半導体層までにエッチングして一部の第２半導体層を除去して溝１６を形成する。そして、露光、現像を行ってフォトレジストを除去する。

ステップＳ１０４では、一部の蛍光粉層、一部の第２半導体層、一部の発光層及び一部の第１半導体層を除去して少なくとも１つの切欠きを形成し、この切欠きから一部の第１半導体層が露出される。

図７に示すように、まず、蛍光粉層６及び溝１６にフォトレジストを塗布し、厚み０．５〜２．０ｍｍの第２フォトレジスト層８を形成し、ここで、第２フォトレジスト層８から縁部の一部の蛍光粉層１５が露出される。そして、ＮａＯＨの希溶液（濃度が０．０１ｍｏｌ／Ｌである）によって蛍光粉層に対してウェットエッチングを行い、縁部一部の蛍光粉層１５を除去する。そして、図８に示すように、インダクタンス結合プラズマ反応器（ＩＣＰ）を用いて第１半導体層２までにエッチングし、一部の蛍光粉層、一部の第２半導体層、一部の発光層及び一部の第１半導体層を除去して平面部及び直立部を有する切欠き１８を形成する。そして、露光、現像を行なってフォトレジストを除去する。
ステップＳ１０５では、切欠きに第１電極を形成し、溝に第２電極を形成する。

図９に示すように、まず、蛍光粉層及び切欠き１８にフォトレジストを塗布し、厚み０．５〜２．０ｍｍの第３フォトレジスト層９を形成し、ここで、第３フォトレジスト層９から上記溝１６及び切欠きの電極が設置される部分が露出される。そして、図１０に示すように、電極を蒸着し、好ましくは、金属（例えばＡｕ）で蒸着を行い、第３フォトレジスト層９に金属メッキ層１０を形成し、第１電極１１（例えば負電極）が切欠き１８、即ち露出した第１半導体層に成形され、第２電極１２（例えば正電極）が溝１６、即ち露出した第２半導体層に成形される。そして、図１１に示すように、露光、現像、洗浄を行い、フォトレジスト及び第３フォトレジスト層９に位置するメッキ層を除去することによって、ＬＥＤチップ（例えば白色発光ＬＥＤチップ）を製造し、このＬＥＤチップが透明接着剤によって所要の色のＬＥＤ（例えば白色発光ＬＥＤ）に直接実装される。ＬＥＤチップが発生した光が比較的高い屈折率を有する蛍光粉層に直接射入し、全反射の確率を低減し、光射出を増加するとともにチップの温度を低減する。また、蛍光粉層がＬＥＤチップが発生した光を直接に受け、吸収による損失がなく、励起されやすくなる。もちろん、大きい寸法のＬＥＤチップを所要寸法のＬＥＤチップに切断してもよい。

本発明の実施例はＬＥＤの製造プロセスにおいて蛍光粉を塗布する工程がＬＥＤチップの製造工程に含まれるため、プロセスが簡単で制御可能であり、ＬＥＤの光射出効率を向上し、大量の蛍光粉を節約し、コストを大幅に低減することができる。まず、第２半導体層に光透過導電層を形成し、そして光透過導電層に蛍光粉層を形成することで、ＬＥＤの発光が均一になる。また、磁気制御スパッタリング塗膜機によって光透過導電層に蛍光粉層が形成され、蛍光粉をターゲット材とすることで、制御しやすくなる。

以上はただ本発明の好適な実施例であり、本発明を制限するものではなく、本発明の精神や原則内になされるいずれかの変更や同等の入れ替え、改良等はいずれも本発明の保護範囲に含まれるべきである。

Claims

基板に第１半導体層、発光層及び第２半導体層を順に形成するステップと、
前記第２半導体層に蛍光粉層を形成するステップと、
一部の蛍光粉層及び一部の第２半導体層を除去して少なくとも１つの溝を形成し、前記溝から一部の第２半導体層が露出されるステップと、
一部の蛍光粉層、一部の第２半導体層、一部の発光層及び一部の第１半導体層を除去して少なくとも１つの切欠きを形成し、前記切欠きから一部の第１半導体層が露出されるステップと、
前記切欠きに第１電極を形成し、前記溝に第２電極を形成するステップと、
を含むことを特徴とするＬＥＤチップの製造方法。
前記第２半導体層に蛍光粉層を形成するステップの前に、
前記第２半導体層に光透過導電層を形成するステップを更に含むことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤチップの製造方法。
前記蛍光粉層の厚みは０．１〜１０μｍであり、前記第２半導体層及び光透過導電層はいずれも粗面化処理が行われ、前記蛍光粉層が前記光透過導電層に成形されることを特徴とする請求項２に記載のＬＥＤチップの製造方法。
前記蛍光粉層は磁気制御スパッタリング塗膜機によって前記光透過導電層に成形され、具体的には、
前記磁気制御スパッタリング塗膜機に保護ガスを注入し、
蛍光粉をターゲット材とし、前記ターゲット材と光透過導電層との間の距離を２０〜５０ｍｍにするように前記ターゲット材の位置を調整し、
前記磁気制御スパッタリング塗膜機の真空度が２*１０^−３Ｐａを超えないように真空抽出し、
スパッタリングのパワーが２００〜５００Ｗになるように制御することを特徴とする請求項３に記載のＬＥＤチップの製造方法。
前記一部の蛍光粉層及び一部の第２半導体層を除去して少なくとも１つの溝を形成し、前記溝一部の第２半導体層が露出されるステップは、具体的には、
前記蛍光粉層にフォトレジストを塗布して第１フォトレジスト層塗布を形成し、前記第１フォトレジスト層から一部の蛍光粉層が露出され、
前記蛍光粉層をエッチングして露出した一部の蛍光粉層を除去し、
前記第２半導体層までにエッチングし、一部の第２半導体層を除去して溝を形成し、
露光、現像を行なってフォトレジストを除去することを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤチップの製造方法。
前記一部の蛍光粉層、一部の第２半導体層、一部の発光層及び一部の第１半導体層を除去して少なくとも１つの切欠きを形成し、前記切欠きから一部の第１半導体層が露出されるステップは、具体的には、
前記蛍光粉層及び溝にフォトレジストを塗布して第２フォトレジスト層を形成し、前記第２フォトレジスト層から縁部の一部の蛍光粉層が露出され、
前記蛍光粉層をエッチングして縁部の一部の蛍光粉層を除去し、
第１半導体層までにエッチングし、一部の蛍光粉層、一部の第２半導体層、一部の発光層及び一部の第１半導体層を除去して切欠きを形成し、
露光、現像を行なってフォトレジストを除去することを特徴とする請求項５に記載のＬＥＤチップの製造方法。
ＮａＯＨ溶液を用いて前記蛍光粉層に対してウェットエッチングを行うことを特徴とする請求項５又は６に記載のＬＥＤチップの製造方法。
前記切欠きに第１電極を形成し、前記溝に第２電極を形成するステップは、具体的には、
前記蛍光粉層及び切欠きにフォトレジストを塗布して第３フォトレジスト層を形成し、前記第３フォトレジスト層から前記溝及び切欠きの電極が設置される部分が露出され、
電極を蒸着して前記切欠きに第１電極を成形し、前記溝に第２電極を成形し、
露光、現像、洗浄を行い、フォトレジスト及び前記第３フォトレジスト層に位置するメッキ層を除去することを特徴とする請求項６に記載のＬＥＤチップの製造方法。
ＬＥＤチップにおいて、請求項１〜８のいずれか一項に記載の製造方法によって製造されることを特徴とするＬＥＤチップ。
ＬＥＤにおいて、請求項９に記載のＬＥＤチップを有することを特徴とするＬＥＤ。