(57)【要約】本発明は、発光ダイオードを製造する方法であって、半導体ボディ（１０）を備えている発光ダイオードチップ（１）を形成するステップと、発光ダイオードの動作時に発生する電磁放射（４）の少なくとも一部分がルミネセンス変換材料（３）に入射するように、半導体ボディ（１０）の外面にルミネセンス変換材料（３）を溶射によって塗布するステップと、を有する方法、を開示する。【選択図】図１Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光ダイオードを製造する方法であって、
半導体ボディ（１０）を備えている発光ダイオードチップ（１）を形成するステップと、
前記発光ダイオードの動作時に発生する電磁放射（４）の少なくとも一部分がルミネセンス変換材料（３）に入射するように、前記ルミネセンス変換材料（３）を前記半導体ボディ（１０）の外側領域に溶射によって塗布するステップと、
を有する、方法。
【請求項２】
発光ダイオードを製造する方法であって、
半導体ボディ（１０）を備えている発光ダイオードチップ（１）を形成するステップと、
放射に対して透過性のキャリア（６）を形成するステップと、
前記キャリア（６）の外側領域にルミネセンス変換材料（３）を溶射によって塗布するステップと、
前記発光ダイオードの動作時に発生する電磁放射（４）の少なくとも一部分が前記ルミネセンス変換材料（３）に入射するように、前記発光ダイオードチップ（１）の放射出口領域（１４）に前記キャリア（６）を配置するステップと、
を有する、方法。
【請求項３】
前記ルミネセンス変換材料（３）の粒子が、１μｍ〜５０μｍの範囲内、特に、２μｍ〜１５μｍの範囲内の平均直径を有し、
前記ルミネセンス変換材料が、電磁放射の下方変換に適している、
請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記溶射が冷間ガス溶射である、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記溶射が大気プラズマ溶射である、
請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記ルミネセンス変換材料（３）が少なくとも１種類の無機蛍光体を備えている、
請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記ルミネセンス変換材料が、無機蛍光体として、
希土類金属をドープしたガーネット、希土類金属をドープしたアルカリ土類金属硫化物、希土類金属をドープしたチオガレート、希土類金属をドープしたアルミン酸塩、希土類金属をドープしたオルト珪酸塩、希土類金属をドープしたクロロシリケート、希土類金属をドープしたアルカリ土類金属系窒化ケイ素、希土類金属をドープした酸窒化物、希土類金属をドープしたアルミニウム酸窒化物、のうちの少なくとも１種類を備えている、
請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記ルミネセンス変換材料が少なくとも１種類の有機蛍光体を備えている、
請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記ルミネセンス変換材料が、有機蛍光体として、
ペリレン、ベンゾピレン、クマリン、ローダミン、アゾ染料、テリレン染料、クアテリレン染料、ナフタルイミド染料、シアニン染料、キサンテン染料、オキサジン染料、アントラセン染料、ナフタセン染料、アントラキノン染料、チアジン染料、のうちの少なくとも１種類を備えている、
請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記ルミネセンス変換材料（３）が、少なくとも１種類の無機蛍光体と有機蛍光体とを備えている、
請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記ルミネセンス変換材料（３）が塗布された後、前記ルミネセンス変換材料（３）の一部分が除去される、
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記溶射がナノ粉末のプラズマ堆積法であり、
前記ルミネセンス変換材料の、堆積する前記粒子の平均直径が１ｎｍ〜１００ｎｍの範囲内であり、
前記ルミネセンス変換材料が、電磁放射の下方変換に適している、
請求項１〜１１のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発光ダイオードを製造する方法を開示する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、溶射による被覆に適する粉末が記載されている。
特許文献２には、冷間ガス溶射の方法が記載されている。
特許文献３には、プラズマ堆積の装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許出願第２００６／０１８２９６９号明細書
【特許文献２】国際公開第２００６／０８２１７０号
【特許文献３】独国特許第２０２００９０００５３７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の１つの目的は、特に簡単かつ低コストで実施することのできる、発光ダイオードの製造方法を開示することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本明細書に記載した方法の一実施形態によると、最初に、半導体ボディを備えている発光ダイオードチップを形成する。発光ダイオードチップは、例えば、紫外線もしくは青色光またはその両方の波長域の電磁放射を発生させるのに適している。発光ダイオードチップは半導体ボディを備えており、半導体ボディは、エピタキシャル成長させた半導体層を備えていることができる。特に、半導体ボディは、発光ダイオードの動作時に電磁放射を発生させる少なくとも１つの活性領域を備えていることが好ましい。本発光ダイオードは、個々に形成する、またはウェハアセンブリ（wafer  assemblage）において形成することができる。すなわち、個片化されておらずウェハアセンブリとして（すなわち多数の発光ダイオードチップを有するウェハ内に）存在する多数の発光ダイオードチップを作製することも可能である。
【０００６】
本明細書に記載した方法の少なくとも一実施形態によると、半導体ボディの外側領域にルミネセンス変換材料を塗布する。このルミネセンス変換材料は、電磁放射を吸収して、吸収した電磁放射よりも長い波長の電磁放射を再放出するのに適している材料である。ルミネセンス変換材料は、発光ダイオードの動作時に発生する電磁放射の少なくとも一部分がルミネセンス変換材料に入射するように、半導体ボディの外側領域に塗布することが好ましい。このことは、例えば、発光ダイオードチップの放射出口領域にルミネセンス変換材料を塗布することによって、達成することができる。この場合、ルミネセンス変換材料は、放射出口領域を部分的または完全に覆うことができる。
【０００７】
本発明の場合、ルミネセンス変換材料は、溶射によって塗布する。溶射とは、表面被覆法である。溶射時、さらなる材料（いわゆる溶射材）が溶融する、または溶射トーチの内側もしくは外側で溶融し、溶射粒子の形でガス流中で加速され、被覆する基材の表面上に付着する。この場合、被覆する基材の表面は溶融せず、わずかに熱負荷がかかるのみである。溶射された材料は層として形成され、なぜなら、（例えば粒子の形で）溶射された材料は、被覆する基材に衝突すると、プロセスおよび材料に応じて多かれ少なかれ扁平化し、主として機械的な噛み合わせによって基材に付着し、溶射された層が積層していく。
【０００８】
本明細書に記載した方法の少なくとも一実施形態によると、最初に、半導体ボディを備えている発光ダイオードチップを形成する。次いで、発光ダイオードの動作時に発生する電磁放射の少なくとも一部分がルミネセンス変換材料に入射するように、半導体ボディの外側領域にルミネセンス変換材料を溶射によって塗布する。
【０００９】
本明細書に記載した方法においては、結合材料あるいはマトリックス材を使用せずに、ルミネセンス変換材料を半導体ボディに直接接触させることが可能である。この利点として、ルミネセンス変換材料の粒子の間に例えば有機マトリックスが存在しないため、電磁放射の変換時に発生する熱を良好に放散させることができる。
【００１０】
ルミネセンス変換材料は、下方変換に適しているルミネセンス変換材料であることが好ましい。すなわち、ルミネセンス変換材料は、電磁放射を吸収し、より長い波長の電磁放射を再放出する。
【００１１】
本明細書に記載した方法の少なくとも一実施形態によると、ルミネセンス変換材料を、半導体ボディの外側領域に直接塗布する代わりに、キャリアの外側領域に溶射によって塗布する。キャリアは、放射に対して透過性のキャリアであり、少なくとも、動作時に発光ダイオードチップによって発生する電磁放射の一部分、もしくはルミネセンス変換材料によって変換される電磁放射の一部分、またはその両方に対して透過性である。発光ダイオードの動作時に発生する電磁放射の少なくとも一部分がルミネセンス変換材料に入射するように、さらなる方法ステップにおいて、発光ダイオードチップの放射出口領域にキャリアを配置する。これは、例えば、発光ダイオードチップの放射出口領域の上にキャリアを固定することによって、または、発光ダイオードチップの放出方向において放射出口領域の下流にキャリアを配置することによって、達成することができる。
【００１２】
本明細書に記載した方法の少なくとも一実施形態によると、最初に、半導体ボディを備えている発光ダイオードチップを形成する。さらに、放射に対して透過性であるキャリアを形成する。キャリアの外側領域にルミネセンス変換材料を塗布する。ルミネセンス変換材料は、溶射によって塗布する。発光ダイオードの動作時に発生する電磁放射の少なくとも一部分がルミネセンス変換材料に入射するように、ルミネセンス変換材料によって被覆されたキャリアを、発光ダイオードチップの放射出口領域に配置する。
【００１３】
ルミネセンス変換材料はキャリアに直接接触しており、ルミネセンス変換材料の粒子の間には、さらなる材料（例えばマトリックス材）が存在しておらず、したがって、変換時に発生する熱を特に効率的にキャリアに放散させることができ、これは有利である。
【００１４】
少なくとも一実施形態によると、キャリアは、その材料として、セラミック、半導体材料、ガラス、プラスチックのうちの１種類によって形成されている。キャリアは、例えば、これらの材料の少なくとも１種類を含んでいる、または、これらの材料のうちの１種類からなることができる。キャリアは、例えば可撓性の膜（発光ダイオードチップの放射出口領域の上に薄層として塗布することができる）として具体化することができる。キャリアの外側領域の一部または全体をルミネセンス変換材料によって被覆することができる。
【００１５】
本方法の少なくとも一実施形態によると、溶射は、冷間ガス溶射である。冷間ガス溶射は、溶射の一形態である。
【００１６】
冷間ガス溶射時、被覆材料（例えば粉末形態で存在する）を、被覆する基材に高速で吹き付ける。この目的のため、数百℃に加熱したプロセスガスをラバールノズル中で膨張によって音速まで加速し、被覆材料の粒子をガスジェットに注入する。この場合、注入された溶射粒子は十分に高速に加速され、他の溶射法とは異なり、事前の初期溶融（incipient  melting）または溶融がなくても、被覆するボディに衝突すると高密度の固着層を形成する。被覆材料の粒子がボディに衝突するときの運動エネルギは、粒子が完全に溶融するには不十分である。冷間ガス溶射は、ルミネセンス変換材料を半導体ボディまたはキャリアの外側領域に直接塗布するための特に穏やかなオプションである。
【００１７】
本方法の少なくとも一実施形態によると、溶射は、ナノ粉末のプラズマ堆積法である。この方法は、大気プラズマ溶射の原理に基づいている。この方法によって、ナノメートルオーダーの平均直径を有する粒子を堆積させることが可能である。この場合、キャリアまたは半導体ボディは加熱されない。この場合、堆積する粒子の平均直径は、例えば、１ｎｍ〜１０μｍの範囲内である。
【００１８】
本方法の少なくとも一実施形態によると、ルミネセンス変換材料の粒子は、１ｎｍ〜２０μｍの範囲内の平均直径を有する。
【００１９】
本方法の少なくとも一実施形態によると、ルミネセンス変換材料は、少なくとも１種類の無機蛍光体を備えている。無機蛍光体は、例えば、希土類金属をドープしたガーネット、希土類金属をドープしたアルカリ土類金属硫化物、希土類金属をドープしたチオガレート、希土類金属をドープしたアルミン酸塩、希土類金属をドープしたオルト珪酸塩、希土類金属をドープしたクロロシリケート、希土類金属をドープしたアルカリ土類金属系窒化ケイ素、希土類金属をドープした酸窒化物、希土類金属をドープしたアルミニウム酸窒化物、のうちの１種類とすることができる。
【００２０】
上記の蛍光体は、例えば、紫外線または青色一次放射の範囲における吸収を示し、可視（例えば黄色）スペクトル範囲における蛍光発光を有する。
【００２１】
本方法の少なくとも一実施形態によると、ルミネセンス変換材料は、少なくとも１種類の有機蛍光体を備えている。一例として、ルミネセンス変換材料は、有機蛍光体として、ペリレン、ベンゾピレン、クマリン、ローダミン、アゾ染料、テリレン染料、クアテリレン染料、ナフタルイミド染料、シアニン染料、キサンテン染料、オキサジン染料、アントラセン染料、ナフタセン染料、アントラキノン染料、チアジン染料、のうちの少なくとも１種類を備えている。
【００２２】
ルミネセンス変換材料が、無機蛍光体のみ、または有機蛍光体のみを備えていることも可能である。特に、ルミネセンス変換材料が１種類のみの蛍光体を備えていることも可能である。
【００２３】
本方法の少なくとも一実施形態によると、ルミネセンス変換材料は、少なくとも１種類の無機蛍光体と有機蛍光体とを備えている。この場合、ルミネセンス変換材料は、上述した有機蛍光体のうちの少なくとも１種類と、上述した無機蛍光体のうちの少なくとも１種類とを備えていることができる。有機蛍光体と無機蛍光体を組み合わせることにより、無機蛍光体による散乱効果によって有機蛍光体に吸収される確率が高まる。この場合、蛍光体の選択は、相互に異なる色それぞれについて、両方の蛍光体が、動作時に発光ダイオードチップによって発生する電磁放射を吸収して再放出するように行う。このようにすることで、特に高演色性の光（例：白色光）を放出する発光ダイオードが実現する。
【００２４】
この場合、複数の異なる蛍光体（例えば、有機蛍光体と無機蛍光体）を、同時に（すなわち混合して）塗布することができる。さらには、異なる蛍光体を備えた層を上下に重ねて塗布することが可能である。一例として、半導体ボディまたはキャリアに面している第１の層が無機蛍光体からなり、この第１の層の上に配置されている第２の層が、異なる無機蛍光体または有機蛍光体からなる。
【００２５】
本方法の少なくとも一実施形態によると、ルミネセンス変換材料を半導体ボディまたはキャリアに塗布した後、その一部分を除去する。除去は、例えば、研削または研磨によって、あるいは塗布したルミネセンス変換材料のレーザ除去によって、行うことができる。この除去によって、ルミネセンス変換材料からなる層の厚さおよび構造化を設定することができる。これによって、発光ダイオードによって放出される混合光の色位置（color  locus）を特に正確に設定することが可能である。
【００２６】
以下では、本明細書に記載する方法について、例示的な実施形態および関連する図に基づいてさらに詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１Ａ】本明細書に記載した方法の一連の方法ステップを概略的な断面図として示している。
【図１Ｂ】本明細書に記載した方法の一連の方法ステップを概略的な断面図として示している。
【図１Ｃ】本明細書に記載した方法の一連の方法ステップを概略的な断面図として示している。
【図２】本明細書に記載した方法の一連の方法ステップを概略的な断面図として示している。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
図面において、同じ要素、タイプが同じ要素、または機能が同じ要素には、同じ参照数字を付してある。これらの図と、図に示してある要素の互いのサイズの関係は、正しい縮尺ではないものとみなされたい。むしろ、便宜上、または深く理解できるようにする目的で、個々の要素を誇張した大きさで示してある。
【００２９】
図１Ａは、本明細書に記載した方法の最初の方法ステップを概略的な断面図として示している。この方法では、発光ダイオードチップ１を形成する。発光ダイオードチップ１は、半導体ボディ１０を備えている。半導体ボディ１０は、異なる導電型にドープされた半導体層１１，１３を備えており、これらの層の間に活性領域１２が配置されている。活性領域１２は、発光ダイオードチップ１の動作時に電磁放射４を発生させるように設けられている（この点において図１Ｃも参照）。
【００３０】
半導体ボディ１０は放射出口領域１４を備えており、この領域は、例えば粗面化することができる。放射出口領域１４を粗面化することによって、活性領域１２において発生した電磁放射４が放出される確率を高めることができる。
【００３１】
半導体ボディ１０の放射出口領域１４に、ルミネセンス変換材料３を例えばノズル２により溶射（例：コールドスプレー）によって塗布する。ルミネセンス変換材料３は、例えばセラミック蛍光体を備えており、セラミック蛍光体は、粉末または懸濁液としてエネルギ源（例：アーク、プラズマ、またはレーザ）に供給されて溶融し、ガス流の中で加速されて放射出口領域１４の上に堆積する。セラミック蛍光体は、例えば、ドープされたガーネットであるＹＡＧ：Ｃｅ、ＴＡＧ：Ｃｅ、ＴｂＹＡＧ：Ｃｅ、ＬｕＡＧ：Ｃｅのいずれかとすることができる。
【００３２】
蛍光体の平均粒子サイズは、例えば、１μｍ〜５０μｍの範囲内、例えば２μｍ〜１５μｍの範囲内である。この場合、粒子サイズが小さいほど（例：２μｍ程度）、発光ダイオードは例えば暗いが、特徴として色の均一性が高い。粒子サイズが大きいほど（例：１５μｍ程度）、散乱効果が小さいため発光ダイオードは明るい。
【００３３】
図１Ｂの概略的な断面図から明らかであるように、ルミネセンス変換材料３の吹き付けが完了すると、発光ダイオードチップ１の半導体ボディ１０の放射出口領域１４にルミネセンス変換材料３の層が塗布されている。
【００３４】
図１Ｃは、ルミネセンス変換材料３からなる層の一部分を除去した後の発光ダイオードチップ１を示している。ルミネセンス変換材料３を備えた層のなめらかで均一な外側領域を形成する目的で、一例として、ルミネセンス変換材料３の一部分を研削または研磨によって除去する。
【００３５】
動作時に活性領域１２において発生した電磁放射４は、ルミネセンス変換材料３に入り、その一部分が変換され、変換後の電磁放射５となる。このようにして作製される発光ダイオードは、例えば、直接生成される電磁放射と、変換された電磁放射５とからなる混合光を発生させることができる。
【００３６】
本明細書に記載した方法のさらなる例示的な実施形態について、図２の概略的な断面図を参照しながらさらに詳しく説明する。この例示的な実施形態においては、ルミネセンス変換材料３をキャリア６の外側領域に塗布し、キャリア６は、発光ダイオードチップ１の活性領域１２において発生する電磁放射４に対して透過性である。次いで、このようにして被覆されたキャリア６を、放射出口領域１４において発光ダイオードチップ１に固定することができる。
【００３７】
キャリア６は、一例として、光学接着剤によって、シリコーンによって、またはガラスによって、発光ダイオードチップ１に固定することができる。ガラスは、融点の低いガラス、またはゾル・ゲルプロセスによるガラスとすることができる。ルミネセンス変換材料３からなる層の一部分の除去は、発光ダイオードチップ１への塗布の前または後に行うことができる。
【００３８】
ここまで、本発明について例示的な実施形態に基づいて説明してきたが、本発明はこれらの実施形態に限定されない。本発明は、任意の新規の特徴および特徴の任意の組合せを包含しており、特に、請求項における特徴の任意の組合せを含んでいる。これらの特徴または特徴の組合せは、それ自体が請求項あるいは例示的な実施形態に明示的に記載されていない場合であっても、本発明に含まれる。
【００３９】
本特許出願は、独国特許出願第１０２００９０２２６８２．６号の優先権を主張し、この文書の開示内容は参照によって本出願に組み込まれている。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２】
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【国際調査報告】
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2012528473.tif 000008
2012528473.tif 000009
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