[发明专利]制造多色化层用的方法和衬底以及带有多色化层的发光二极管

说明书

技术领域

本发明涉及在半导体衬底上敷设多色化层用的方法、半导体衬底以及带有该半导体衬底的发光二极管。

背景技术

光电子元件(简称发光二极管或者还直接称为LED(英文“light-emitting diode”发光二极管))含有传统的外延生长的层序列(包括适宜于发射光的子层)以及带有光转换材料的转换层。

这时，在发光二极管运行中该外延生长的层序列的子层的半导体由于其带结构，在有限的光谱范围内发射光，，其中该光至少大体上为单色的或者具有非常狭窄的波长范围。

该光转换材料用来把该子层发射的光在其波长方面进行转换。这个光击中到该光转换材料上，其原来的光的波长转换为另一个波长。部分取决于到底基于哪一种波长变换机制，该光转换材料可以称为发光物质、磷光材料、荧光色材料或简单的发光物质。在下文中，不在个别机制之间进行区分，并且发光物质的上述称谓彼此通用，而本公开的范围不受专用概念应用限制。然而，发光物质原则上总是只能把频率较高的第一光只转换为频率较低的第二光。这种频率迁移作用已知称为斯托克斯迁移(Stokes-Shift)。

发光物质通过单色光激励一般发射的光谱范围比发光二极管芯片本身发出的要宽。它还可以不产生较宽的光谱范围，而产生多个窄带的频谱范围。这尤其可以在使用多个不同的光转换材料的情况下达到。

发光二极管最终辐射第一波长和第二波长的光的结合，更确切地说，第二波长的光。通过有目的地选择一种光发射子层的和发光媒介的半导体材料可以达到发光二极管的这样目标辐射频谱。例如，发射蓝光的发光二极管芯片与铯掺杂的钇铝石榴石(YAG)作为发光物质结合，它把蓝光部分地转换为黄光。共同给出白光。因为该发光物质把单色光转换为较宽的或者至少较宽的辐射频谱，故它还称为多色化的。

该发光物质传统上通过旋转涂覆(在半导体工业中更宜称为名字“Spin Belacken(自旋上漆)”或者“Spin Coating(自旋涂覆)”)或者喷射上漆法(Spruehbelackungsverfahren)敷设在半导体晶片的整个表面上。因此，建立在整个晶片上延伸的光转换层。这两个方法有一系列缺点。在旋转涂覆的情况下如此通过离心分离丢失大量发光物质，就像在其他传统的整个表面的涂覆方法的情况下一样。另外采用这些方法只能全面积地建立涂层。给出的光转换层的层厚度不均匀。相对局部厚度波动还出现沿着整个晶片表面发生的缺陷。这个层厚度的不均匀性导致LED颜色的彼此波动，这已知称为概念“进仓(Binning)”。例如，LED的白色色调不恒定相等。

发明内容

本发明的任务是，提出一种方法，通过该方法排除现有技术的上述缺点，用该方法尤其可以生产转换层厚度保持恒定，并因而颜色频谱保持恒定的LED。

该任务用权利要求1，15和16的特征解决。有利的扩展方案和改进方案在从属权利要求中给出。在描述中、在权利要求书中和/或在附图给出的特征中至少两个的所有结合也都落入本发明的范围。在给出的数值范围的情况下，还有处于所述极限内的数值应该公开地认作为极限值，并可以对任意的结合提出权利要求。

在按照本发明的用于在包括适宜于发射单色光的子层的衬底上，敷设含有至少一种发光物质的多色化层的方法中，该多色化层用印刷方法敷设。

这时，在本发明的范围内，单色光不应该看作是仅仅具有唯一的波长，而应该看作是只拥有较窄的光谱范围，正如在没有发光媒介的发光二极管的情况下传统一般的那样。

在本发明的意义上，多色化层是把某波长或该光频范围的光(如它们由适宜于发射单色光的子层所发射的)至少部分地转换为至少一个或多个第二波长的层，其中对于本发明，这通过哪一种机制完成，是无关紧要的。这种第二波长的光，与适宜于发射单色光的子层的单色光一起，产生多个不同的波长的光，因此，称为多色化的。这时，多色概念不必视为限于必然产生大量不同波长的这个意义。即使如果唯一波长的光通过多色化层转换为另一个唯一波长的光，则由两个波长的光构成的产生的组合，在本发明的范围内亦称为多色的。

在下文中包括适宜于发射单色光的子层的衬底，还只简称为衬底。