白色发光二极管芯片及其制造方法转让专利
申请号 : CN200810181346.0
文献号 : CN101442095B
文献日 : 2011-01-26
发明人 : 金河哲
申请人 : 日进半导体株式会社
摘要 :
本发明涉及白色发光二极管芯片及其制造方法。白色发光二极管芯片制造方法包括：在包括绝缘体基板、形成在上述绝缘体基板上的缓冲层、形成在上述缓冲层上的第1包层、形成在上述第1包层上而使上述第1包层的上表面中的一部分露出的活性层、形成在上述活性层上的第2包层、及分别形成在上述第2包层和上述第1包层的阳极电极和阴极电极的蓝色发光二极管芯片中，除去上述绝缘体基板的步骤；以及在上述缓冲层下和上述第2包层上中的一个以上形成荧光体层的步骤。
权利要求 :
1.一种白色发光二极管芯片制造方法，其特征在于，包括：在包括绝缘体基板、形成在上述绝缘体基板上的缓冲层、形成在上述缓冲层上的第1包层、形成在上述第1包层上而使上述第1包层的上表面中的一部分露出的活性层、形成在上述活性层上的第2包层、及分别形成在上述第2包层和上述第1包层的阳极电极和阴极电极的蓝色发光二极管芯片中，除去上述绝缘体基板的步骤；以及在上述缓冲层下和上述第2包层上中的一个以上形成荧光体层的步骤，其中形成上述荧光体层的步骤包括：在上述缓冲层下形成第1荧光体层的步骤；及在上述第2包层上的除上述阳极电极以外的部分形成第2荧光体层的步骤。
2.如权利要求1所述的白色发光二极管芯片制造方法，其特征在于，还包括在上述第1荧光体层下形成反射层的步骤。
3.如权利要求1所述的白色发光二极管芯片制造方法，其特征在于，上述第1荧光体层和上述第2荧光体层中的任一个是红色荧光体层，剩余的一个是绿色荧光体层。
4.如权利要求3所述的白色发光二极管芯片制造方法，其特征在于，上述红色荧光体层由对CaAlSiN3将铕用作活性剂的红色激励荧光体形成，上述绿色荧光体层由对CaSc2O4将铈用作活性剂的绿色激励荧光体或对BaSrSiO4将铕用作活性剂的绿色激励荧光体形成。
5.一种白色发光二极管芯片制造方法，其特征在于，利用包括绝缘体基板、形成在上述绝缘体基板上的缓冲层、形成在上述缓冲层上的第1包层、形成在上述第1包层上而使上述第1包层的上表面中的一部分露出的活性层、形成在上述活性层上的第2包层、及分别形成在上述第2包层和上述第1包层的阳极电极和阴极电极的蓝色发光二极管芯片制造白色发光二极管芯片；
该白色发光二极管芯片制造方法包括在上述绝缘体基板下和上述第2包层上中的一个以上形成荧光体层的步骤，其中形成上述荧光体层的步骤包括：在上述绝缘体基板下形成第1荧光体层的步骤；
及在上述第2包层上的除上述阳极电极以外的部分形成第2荧光体层的步骤。
6.如权利要求5所述的白色发光二极管芯片制造方法，其特征在于，还包括在上述第1荧光体层下形成反射层的步骤。
7.如权利要求5所述的白色发光二极管芯片制造方法，其特征在于，上述第1荧光体层和上述第2荧光体层中的任一个是红色荧光体层，剩余的一个是绿色荧光体层。
8.如权利要求7所述的白色发光二极管芯片制造方法，其特征在于，上述红色荧光体层由对CaAlSiN3将铕用作活性剂的红色激励荧光体形成，上述绿色荧光体层由对CaSc2O4将铈用作活性剂的绿色激励荧光体或对BaSrSiO4将铕用作活性剂的绿色激励荧光体形成。
9.一种白色发光二极管芯片，其特征在于，包括：
蓝色发光二极管芯片，其包括缓冲层、形成在上述缓冲层上的第1包层、形成在上述第
1包层上而使上述第1包层的上表面中的一部分露出的活性层、形成在上述活性层上的第2包层、及分别形成在上述第2包层和上述第1包层的阳极电极和阴极电极；以及荧光体层，形成在上述缓冲层下和上述第2包层上中的一个以上，其中上述荧光体层包括：第1荧光体层，形成在上述缓冲层下；及第2荧光体层，形成在上述第2包层上的除上述阳极电极以外的部分。
10.如权利要求9所述的白色发光二极管芯片，其特征在于，还包括在上述第1荧光体层下形成的反射层。
11.如权利要求9所述的白色发光二极管芯片，其特征在于，上述第1荧光体层和上述第2荧光体层中的任一个是红色荧光体层，剩余的一个是绿色荧光体层。
12.如权利要求11所述的白色发光二极管芯片，其特征在于，上述红色荧光体层由对CaAlSiN3将铕用作活性剂的红色激励荧光体形成，上述绿色荧光体层由对CaSc2O4将铈用作活性剂的绿色激励荧光体或对BaSrSiO4将铕用作活性剂的绿色激励荧光体形成。
13.一种白色发光二极管芯片，其特征在于，包括：
蓝色发光二极管芯片，其包括绝缘体基板、形成在上述绝缘体基板上的缓冲层、形成在上述缓冲层上的第1包层、形成在上述第1包层上而使上述第1包层的上表面中的一部分露出的活性层、形成在上述活性层上的第2包层、及分别形成在上述第2包层和上述第1包层的阳极电极和阴极电极；以及荧光体层，形成在上述绝缘体基板下和上述第2包层上中的一个以上，其中上述荧光体层包括：第1荧光体层，形成在上述绝缘体基板下；及第2荧光体层，形成在上述第2包层上的除上述阳极电极以外的部分。
14.如权利要求13所述的白色发光二极管芯片，其特征在于，还包括在上述第1荧光体层下形成的反射层。
15.如权利要求13所述的白色发光二极管芯片，其特征在于，上述第1荧光体层和上述第2荧光体层中的任一个是红色荧光体层，剩余的一个是绿色荧光体层。
说明书 :
白色发光二极管芯片及其制造方法
技术领域
[0001] 本发明涉及白色发光二极管芯片及其制造方法。更详细地，本发明涉及制造在蓝色发光二极管芯片内部形成荧光体层而发出白色光的白色发光二极管芯片的制造方法及由此制造的白色发光二极管芯片。
背景技术
[0002] 发光二极管元件是将电信号转换为光信号的器件，若施加电信号，则发光二极管元件发出光。一般，发光二极管元件是在包括电极引脚的引脚框安装发光二极管芯片形成。根据发光二极管芯片的种类，发光二极管元件发出发光波长相当于蓝色、红色、绿色的光。 [0003] 发光二极管元件具有优良的单色峰值波长，并具有光效率优良且可小型化的优点，因此，发光二极管元件广泛使用于多种显示装置及光源。特别是，白色发光二极管元件作为可取代照明装置或显示装置的背光源的高功率及高效率的光源受注目。 [0004] 作为实现这种白色发光二极管元件的方法，过去主要使用在蓝色发光二极管芯片的外部包敷荧光体而转换为白色光的方法。
[0005] 作为一例，有形成覆盖蓝色发光二极管芯片的周围及上部的荧光体树脂层而实现发出白色光的白色发光二极管元件的方法。这时，荧光体树脂层由混合YAG(Y-Al-Ga类)荧光体和环氧树脂或硅树脂的荧光体形成。在由包围蓝色发光二极管芯片的注射反射板形成的空间中填充荧光体树脂层，从而可以形成覆盖蓝色发光二极管芯片的周围及上部的荧光体树脂层。由蓝色发光二极管芯片发出的蓝色光中的一部分通过包含在树脂层中的YAG荧光体被激励为峰值波长为555nm的黄绿色光，该黄绿色光和由蓝色发光二极管芯片直接发出的蓝色光被合成而发出希望的白色光。
[0006] 但是，通过这种方式制造的白色发光二极管元件存在具有低的量子效率及低的显色指数的问题。并且，这种白色发光二极管元件具有显色指数随着电流密度变化的缺点，而具有难以发出接近太阳光的白色光的缺点。
[0007] 此外，这种过去的制造方法需要在发光二极管芯片的上部包覆荧光体的工序，所以有制造成本上升的问题。
[0008] 此外，根据过去的白色发光二极管元件制造方法，对填充在注射反射板内部的树脂的量、时间及粘度的变化敏感，可能做出根据工作时的条件发出其它颜色的光的二极管元件，降低工序的合格率。
[0009] 另外，在蓝色发光二极管芯片的上部形成荧光体层，从而具有白色发光二极管芯片的整体厚度增大的问题。
发明内容
[0010] 本发明是为解决如上述的问题而做出的，本发明所要解决的课题是：最大限度地利用蓝色发光二极管芯片的效率的同时，以简单的工序提供一种具有高显色指数的高效率的白色发光二极管芯片及其制造方法。
[0011] 本发明要实现的另一课题是：将蓝色发光二极管芯片变换为发出白色光的二极管芯片，可以大幅减小应用该芯片的白色发光二极管元件的厚度的白色发光二极管芯片及其制造方法。
[0012] 为实现上述课题的根据本发明的一实施例的白色发光二极管芯片制造方法包括：在包括绝缘体基板、形成在上述绝缘体基板上的缓冲层、形成在上述缓冲层上的第1包层、形成在上述第1包层上而使上述第1包层的上表面中的一部分露出的活性层、形成在上述活性层上的第2包层、及分别形成在上述第2包层和上述第1包层的阳极电极和阴极电极的蓝色发光二极管芯片中，除去上述绝缘体基板的步骤；以及在上述缓冲层下和上述第2包层上中的一个以上形成荧光体层的步骤。
[0013] 在形成上述荧光体层的步骤中，仅在上述缓冲层下和上述第2包层上中的某一个形成荧光体层，上述荧光体层为红色荧光体层或绿色荧光体层。
[0014] 根据本发明的实施例的白色发光二极管芯片制造方法，还可以包括形成反射层的步骤。在上述缓冲层下形成上述荧光体层时，上述反射层可以形成在上述荧光体层下；在上述缓冲层下未形成上述荧光体层时，上述反射层可以形成在上述缓冲层下。 [0015] 形成上述荧光体层的步骤可以包括：在上述缓冲层下形成第1荧光体层的步骤；及在上述第2包层上中的除上述阳极电极以外的部分形成第2荧光体层的步骤。 [0016] 上述第1荧光体层和上述第2荧光体层中的任一个是红色荧光体层，剩余的一个是绿色荧光体层。
[0017] 根据本发明的另一实施例的白色发光二极管芯片制造方法，利用包括绝缘体基板、形成在上述绝缘体基板上的缓冲层、形成在上述缓冲层上的 第1包层、形成在上述第1包层上而使上述第1包层的上表面中的一部分露出的活性层、形成在上述活性层上的第2包层、及分别形成在上述第2包层和上述第1包层的阳极电极和阴极电极的蓝色发光二极管芯片制造白色发光二极管芯片。白色发光二极管芯片制造方法包括在上述绝缘体基板下和上述第2包层上中的一个以上形成荧光体层的步骤。
[0018] 在形成上述荧光体层的步骤中，仅在上述绝缘体基板下和上述第2包层上中的某一个形成荧光体层，上述荧光体层为红色荧光体层或绿色荧光体层。
[0019] 根据本发明的实施例的白色发光二极管芯片制造方法还可以包括形成反射层的步骤。在上述绝缘体基板下形成上述荧光体层时，上述反射层形成在上述荧光体层下；在上述绝缘体基板下未形成上述荧光体层时，上述反射层可以形成在上述绝缘体基板下。 [0020] 形成上述荧光体层的步骤可以包括：在上述绝缘体基板下形成第1荧光体层的步骤；及在上述第2包层上中的除上述阳极电极以外的部分形成第2荧光体层的步骤。 [0021] 上述第1荧光体层和上述第2荧光体层中的任一个是红色荧光体层，剩余的一个是绿色荧光体层。
[0022] 上述红色荧光体层由对CaAlSiN3将铕用作活性剂的红色激励荧光体形成，上述绿色荧光体层由对CaSc2O4将铈用作活性剂的绿色激励荧光体或对BaSrSiO4将铕用作活性剂的绿色激励荧光体形成。
[0023] 根据本发明的另一实施例的白色发光二极管芯片制造方法还可以包括在上述第1荧光体层下形成反射层的步骤。
[0024] 根据本发明的实施例的白色发光二极管芯片，可以通过上述的根据本发明的实施例的白色发光二极管芯片制造方法中的任一种制造方法制造。
[0025] 根据本发明的一实施例的白色发光二极管芯片包括蓝色发光二极管芯片和荧光体层。蓝色发光二极管芯片包括缓冲层、形成在上述缓冲层上的第1包层、形成在上述第1包层上而使上述第1包层的上表面中的一部分露出的活性层、形成在上述活性层上的第2包层、及分别形成在上述第2包层和上述第1包层的阳极电极和阴极电极。荧光体层形成在上述缓冲层下和上述第2包层上中的一个以上。
[0026] 上述荧光体层可以仅形成在上述缓冲层下和上述第2包层上中的某一个；上述荧光体层可以是红色荧光体层或绿色荧光体层。
[0027] 根据本发明的另一实施例的白色发光二极管芯片还可以包括反射层。 在上述缓冲层下形成上述荧光体层时，上述反射层可以形成在上述荧光体层下；在上述缓冲层下未形成上述荧光体层时，上述反射层可以形成在上述缓冲层下。
[0028] 上述荧光体层可以包括：第1荧光体层，形成在上述缓冲层下；及第2荧光体层，形成在上述第2包层上中的除上述阳极电极以外的部分。
[0029] 上述第1荧光体层和上述第2荧光体层中的任一个是红色荧光体层，剩余的一个可以是绿色荧光体层。
[0030] 根据本发明的另一实施例的白色发光二极管芯片包括蓝色发光二极管芯片和荧光体层。蓝色发光二极管芯片包括绝缘体基板、形成在上述绝缘体基板上的缓冲层、形成在上述缓冲层上的第1包层、形成在上述第1包层上而使上述第1包层的上表面中的一部分露出的活性层、形成在上述活性层上的第2包层、及分别形成在上述第2包层和上述第1包层的阳极电极和阴极电极。
[0031] 荧光体层形成在上述绝缘体基板下和上述第2包层上中的一个以上。 [0032] 上述荧光体层可以仅形成在上述绝缘体基板下和上述第2包层上中的某一个；上述荧光体层为红色荧光体层或绿色荧光体层。
[0033] 根据本发明的实施例的白色发光二极管芯片还可以包括反射层。在上述绝缘体基板下形成上述荧光体层时，上述反射层形成在上述荧光体层下；在上述绝缘体基板下未形成上述荧光体层时，上述反射层形成在上述绝缘体基板下。
[0034] 上述荧光体层可以包括：第1荧光体层，形成在上述绝缘体基板下；及第2荧光体层，形成在上述第2包层上中的除上述阳极电极以外的部分。
[0035] 上述第1荧光体层和上述第2荧光体层中的任一个是红色荧光体层，剩余的一个是绿色荧光体层。
[0036] 上述红色荧光体层由对CaAlSiN3将铕用作活性剂的红色激励荧光体形成，上述绿色荧光体层由对CaSc2O4将铈用作活性剂的绿色激励荧光体或对BaSrSiO4将铕用作活性剂的绿色激励荧光体形成。
[0037] 根据本发明的再一实施例的白色发光二极管芯片还可以包括形成在上述第1荧光体层下的反射层。
[0038] 本发明的有益效果如下：
[0039] 根据本发明，白色发光二极管芯片本身可以发出蓝色光子、红色光子、及绿色光子的全部的、具有高显色指数的高亮度的白色光，并且可以具有使用过去的YAG类荧光体做成的白色发光二极管元件不具备的90以上的 高显色指数。
[0040] 另外，在芯片本身形成荧光体层，从而可以省略过去在发光二极管芯片上配设荧光环氧树脂的工序，可以削减制造成本，并且可以减少工序投资费用。 附图说明
[0041] 图1是根据本发明的一实施例的白色发光二极管芯片的立体图。 [0042] 图2是根据本发明的另一实施例的白色发光二极管芯片的立体图。 [0043] 图中符号：
[0044] 111：阳极电极
[0045] 112：阴极电极
[0046] 115：缓冲层
[0047] 116：绝缘体基板
[0048] 114：第1包层
[0049] 1134、1135、1136、1137：活性层
[0050] 1133、113：第2包层
[0051] 1171：红色荧光体层
[0052] 1131：绿色荧光体层
[0053] 118：反射层
具体实施方式
[0054] 以下参照附图详细说明本发明的实施例。
[0055] 在图中，为了清楚地表现各层及区域，放大厚度而表示。在整个说明书，对类似的部分附加相同的附图符号。在说层或膜等的部分位于其它部分“上”或“下”时，这不仅包括就在其它部分“上”或“下”的情况，还包括在其中间有其它部分的情况。相反，某个部分就在其它部分“上”或“下”时，表示其中间没有其它部分。
[0056] 首先，参照图1详细说明根据本发明一实施例的白色发光二极管芯片及其制造方法。
[0057] 图1是根据本发明的一实施例的白色发光二极管芯片的立体图。 [0058] 根据本发明的实施例的白色发光二极管芯片可以在过去的蓝色发光二极管芯片的上端和下端中的任一个以上形成荧光体层来实现。
[0059] 图1所示的根据本发明的一实施例的白色发光二极管芯片包括去除位 于过去的蓝色发光二极管芯片的最下端的绝缘体基板(图1未示出)之后分别形成在芯片的下端及上端的红色荧光体层1171和绿色荧光体层1131。
[0060] 首先，对用于根据本发明的实施例的白色发光二极管芯片的制造的过去的蓝色发光二极管芯片进行说明。
[0061] 蓝色发光二极管芯片在其最下端包括绝缘体基板。绝缘体基板可以用如蓝宝石(Al2O3)的绝缘体形成。
[0062] 在绝缘体基板上依次形成缓冲层115、第1包层114、活性层1137、1136、1135、1134、以及第2包层1133、113。利用如MOCVD(Metal Oxide ChemicalVapor Deposition：
金属氧化物化学气相沉积)依次生长缓冲层115、第1包层114、活性层1137、1136、1135、
1134、以及第2包层1133、113之后，利用如反应离子蚀刻的方法蚀刻第2包层1133、113和活性层1137、1136、1135、1134的预定的部分，从而可以做出如图1所示的形态的层状结构。
例如，缓冲层115可以生长AlGaN类、GaN类、或AlInN类形成，在图中示出缓冲层115由三个层构成的情况，但缓冲层115的数量不限于此。第1包层114可以由掺杂硅(Si)的GaN类形成。活性层1137、1136、1135、1134可以由GaN类或InGaN类的双异质结构形成。第2包层1133、113可以由掺杂镁(Mg)的AlGaN类和GaN类形成。
金属氧化物化学气相沉积)依次生长缓冲层115、第1包层114、活性层1137、1136、1135、
1134、以及第2包层1133、113之后，利用如反应离子蚀刻的方法蚀刻第2包层1133、113和活性层1137、1136、1135、1134的预定的部分，从而可以做出如图1所示的形态的层状结构。
例如，缓冲层115可以生长AlGaN类、GaN类、或AlInN类形成，在图中示出缓冲层115由三个层构成的情况，但缓冲层115的数量不限于此。第1包层114可以由掺杂硅(Si)的GaN类形成。活性层1137、1136、1135、1134可以由GaN类或InGaN类的双异质结构形成。第2包层1133、113可以由掺杂镁(Mg)的AlGaN类和GaN类形成。
[0063] 并且，阴极电极(N型电极)112和阳极电极(P型电极)111分别形成在第1包层114和第2包层1133、113。阴极电极112形成在第1包层114的上表面中的露出的部分，形成为与活性层1137、1136、1135、1134隔开。
[0064] 另一方面，在图中虽未图示，蓝色发光二极管芯片还可以包括形成在第2包层113上的、用于在静电放电中保护芯片的ESD(electrostaticdischarge静电放电)层。这时，形成于蓝色发光二极管芯片的上端的荧光体层(在图1中用1131指示的层)可以形成在ESD层上，这时当然也属于本发明的保护范围。
[0065] 首先，如上所述，去除位于蓝色发光二极管芯片的最下端的绝缘体基板(在图1中未图示)。例如，绝缘体基板可以通过研磨去除。通过去除绝缘体基板，露出位于其上的缓冲层115的下表面。绝缘体基板的材质的特性上降低光的亮度，但是，通过去除绝缘体基板，可以改善从白色发光二极管芯片发出的光的亮度。
[0066] 根据本发明的实施例，在缓冲层115下或第2包层1133、113上中的一个以上形成荧光体层。
[0067] 红色荧光体层1171形成在露出的缓冲层115的下表面。红色荧光体层1171可以蒸镀或镀敷红色激励荧光体(CaAlSiN3：Eu)而形成。
[0068] 另外，绿色荧光体层1131形成在蓝色发光二极管芯片的上表面即第2包层1133、113的上表面。绿色荧光体层1131可以蒸镀或镀敷绿色激励荧光体(CaSc2O4:Ce) [0069] 由此，如图1所示，实现在缓冲层115下形成红色荧光体层1171并在第2荧光体层1133、113形成绿色荧光体层1131的白色发光二极管芯片。
[0070] 另外，如图1所示，反射层118还可以形成在红色荧光体层1171下。反射层118可以蒸镀如铝那样的可反射光的任意的材料形成。通过设置反射层118，向下方前进的光向上方反射而可以改善发光二极管芯片的光效率。
[0071] 在图1中，示出在缓冲层115下和第2包层1133、113上均形成荧光体层1171、1131的情况，但是，可以省略这两个荧光体层1171、1131中的任意一个。此外，在图1中，示出在缓冲层115下形成红色荧光体层1171，在第2包层1133、113上形成绿色荧光体层1131的情况，但是也可以在缓冲层115下形成绿色荧光体层，在第2包层1133、113上形成红色荧光体层。
[0072] 未在缓冲层115下形成荧光体层时，反射层118可以就在缓冲层115下形成。 [0073] 下面，参照图2对本发明的另一实施例的白色发光二极管芯片及其制造方法进行说明。
[0074] 图2是根据本发明的另一实施例的白色发光二极管芯片的立体图。 [0075] 根据本实施例的白色发光二极管芯片在未除去过去的蓝色发光二极管芯片的绝缘体基板的状态下包括分别形成在芯片下端及上端的红色荧光体层1171和绿色荧光体层1131。
[0076] 不同于参照图1说明的实施例，蓝色发光二极管芯片的绝缘体基板116未被去除的状态下红色荧光体层1171形成在绝缘体基板116的下表面。
[0077] 另外，如图2所示，反射层118还可以形成在红色荧光体层1171下。 [0078] 在图2中，示出在绝缘体基板116下和第2包层1133、113上均形成荧光体层1171、1131的情况，但是可以省略这两个荧光体层1171、1131中的任意一个。此外，在图2中，示出在绝缘体基板116下形成红色荧光体层1171，在第2包层1133、113上形成绿色荧光体层1131的情况，但是，在本发明的再一实施例中，可以在绝缘体基板116下形成绿色荧光体层， 在第2包层1133、113上形成红色荧光体层。
[0079] 在绝缘体基板116下未形成荧光体层时，反射层118可以就在绝缘体基板116下形成。
[0080] 在上述的实施例中，红色荧光体层1171可以由对CaAlSiN3将铕用作活性剂的红色激励荧光体(CaAlSiN3：Eu)形成，绿色荧光体层1131可以由对CaSc2O4将铈用作活性剂的绿色激励荧光体(CaSc2O4：Ce)或对(BaSr)SiO4将铕用作活性剂的绿色激励荧光体((BaSr)SiO4：Eu)形成。
[0081] 根据本发明的实施例，活性层1137、1136、1135、1134发出430至465nm波带的蓝色光子，该蓝色光子通过红色荧光体层1171的同时，由红色激励荧光体激励为620至650nm波带的光谱峰值波长，该蓝色光子通过绿色荧光体层1131的同时，由绿色激励荧光体激励为500至580nm波带的波长。由此，同时发出紫色光(430至650nm波带的光)和蓝绿色(cyan)光(430至580nm波带的波长的光)，发出整个可见光区域(400至800nm波长)。由此，根据本发明的实施例，可以实现发出高显色指数的高亮度的光的白色发光二极管芯片。 [0082] 此外，仅形成红色荧光体层和绿色荧光体层中的任意一个时，可以实现发出紫色光(430至650nm波带的波长的光)和蓝绿色光(430至580nm波带的波长的光)中的任意一个区域的可见光区域的白色发光二极管芯片。
[0083] 以上，说明了本发明的实施例，但是本发明的权利要求范围不限于此，包括本发明所属技术领域的普通技术人员容易根据本发明的实施例变更而被认为等同的范围的所有变更及修改。