專利名稱：發(fā)光二極管晶片級(jí)色彩純化的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種發(fā)光二極管晶片，特別是指一種在發(fā)光二極管晶片(wafer)的晶片工藝完成后再形成多層濾光膜于其上，以使晶片發(fā)光色彩純化的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
發(fā)光二極管(Light emitting diodes ；LED)的發(fā)光原理是將電流順向流入半導(dǎo)體的p-n時(shí)便會(huì)發(fā)出光線。其中AKialnP材料應(yīng)用于高亮度紅、橘、黃及黃綠光LED， AlfeJnN材料應(yīng)用于藍(lán)、綠光LED，常以有機(jī)金屬氣相磊晶法(metalOrganic Vapor Phase Epitaxy ；M0VPE)進(jìn)行量產(chǎn)，元件上亦使用同質(zhì)結(jié)構(gòu)(homo-junction，HOMO)、單異質(zhì)結(jié)構(gòu) (single-heterostructure, SH)、雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)(double-heterostructure, DH)、單一量子井結(jié)構(gòu)(single-quantum well, SQff)及多重量子井結(jié)構(gòu)(multiple-quantum well,MQW)…等構(gòu)造或其他結(jié)構(gòu)方式發(fā)光。傳統(tǒng)的發(fā)光二極管其結(jié)構(gòu)如圖IA所示，從上而下分別是上電極 11 (frontelectrical contact)、透光層 15 (capping layer or window layer)增力口電流分散、活性層12 (active layer)、基板10、背電極13 (back contact)。而透光層15最典型的是使用透明導(dǎo)體氧化層，提供電流擴(kuò)散的功能例如氧化銦錫(ITO)。當(dāng)電流由上電極11注入時(shí)，電流會(huì)通過透明導(dǎo)體氧化層14擴(kuò)散，再經(jīng)活性層12、基板10、流向背電極13。當(dāng)電流流經(jīng)活性層12時(shí)，便會(huì)發(fā)出光線。其中，活性層包含一 ρ型包覆層，一本質(zhì)層(instric layer)及一 η型包覆層。此外，為提升透明導(dǎo)體氧化層的導(dǎo)電性，因此，最常見的例子是在透明導(dǎo)體氧化層15內(nèi)埋入金屬柵16。即金屬柵16先形成于活性層12上，再覆蓋以ITO層 15?；?0隨不同的活性層12選擇不同的材料作為基板。當(dāng)活性層12的材料 AlGaInP時(shí)，選用砷化鎵材料作為基板；而當(dāng)活性層12的材料Alfe^nN時(shí)，選用藍(lán)寶石 (sapphire)材料作為基板?；钚詫雍穸葹?. 3 3 μ m和透光層15厚度為10 50 μ m，其活性層12及透光層15皆使用有機(jī)金屬氣相磊晶法(MOVPE)或分子束磊晶法(Molecular Beam Epitaxy ；MBE)制作而成。以上工藝為典型的發(fā)光二極管工藝。然而，由于磊晶工藝均勻度不夠，實(shí)務(wù)上不管是藍(lán)光發(fā)光二極管工藝，綠光發(fā)光二極管工藝，或紅光發(fā)光二極管工藝只要是在二時(shí)以上的晶片上，在晶片的中心的晶粒30與邊緣處的晶粒32、33、34，發(fā)光二極管發(fā)光的中心波長是有偏差的。例如，以藍(lán)光發(fā)光二極管而言，中心波長約為440nm，而實(shí)際上，晶片邊緣的晶粒34 (直徑的一端到另一端)中心波長可能就有30nm-40nm的差值而使得晶粒(die)有色彩偏差。即使是晶片中心晶粒30(die)亦可能因工藝偏差，而使得這一批號(hào)和上一批號(hào)的晶片的中心波長偏移了。因此，對(duì)于LED晶粒的半導(dǎo)體制造業(yè)者是否將整批晶片打入不良品或經(jīng)品管測試每一晶粒的出光的色差以淘汰不再范圍的內(nèi)者是一大困擾。而對(duì)于使用LED晶粒以制造照明燈具的廠商而言中心波長具有少量偏移了或較大的偏移，為可容忍的范圍，但若要和其它原色LED配光，以產(chǎn)生裝飾或圖案的廠商而言，例如LED背光電視、LED背光筆電、LED背光顯示器、LED背光手機(jī)而言。它的要求通常較為嚴(yán)苛，是不能被接受的。特別是高階的機(jī)種而言。有鑒于此，本發(fā)明提供一晶片級(jí)發(fā)光二極管多層濾光膜，用以純化發(fā)光二極管色彩。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于提供一種LED晶片級(jí)色彩純化的方法及LED晶片色彩純化的結(jié)構(gòu)。本發(fā)明揭露一種使發(fā)光二極管(LED)晶片級(jí)色彩純化的方法，至少包含以下步驟首先以習(xí)知的半導(dǎo)體工藝制造出LED晶片。在單面出光或雙面出光不限，兩電極則尚未制造。接著，設(shè)定發(fā)光二極管(LED)晶片級(jí)預(yù)定出光的中心波長值。隨后，選取適當(dāng)?shù)亩N透明膜做為多層膜。這二種透明膜中一較佳的實(shí)施例是一為低折射率的二氧化硅膜，另一則為折射率相對(duì)較高的金屬氧化膜且能與二氧化硅膜相搭配沉積時(shí)殘留應(yīng)力不會(huì)隨著膜數(shù)增加而增加者，例如二氧化鈦?zhàn)鰹榈诙N透明膜。隨后，依據(jù)以下參數(shù)，包含中心波長，二材質(zhì)在中心波長下的折射率、LED晶片的最上層材質(zhì)的折率率、及最終預(yù)定的多層厚總厚度或透光率下限，計(jì)算出由上述二透明膜交替沉積下的預(yù)定厚度值。本發(fā)明的目的之一在于提供一種發(fā)光二極管晶片級(jí)色彩純化的方法，該方法包括提供一 LED晶片，已完成η型半導(dǎo)體磊晶層、活化層、ρ型半導(dǎo)體磊晶層的工藝；設(shè)定預(yù)定的中心波長值；選取二氧化硅為多層膜的其中第一種透明膜的材質(zhì)；選取一折射率高于二氧化硅膜的金屬氧化膜為第二種透明膜的材質(zhì)；設(shè)定LED晶片出光的中心波長；進(jìn)行第一種透明膜、第二種透明膜交替沉積下的厚度預(yù)定值計(jì)算，厚度預(yù)定值依所述的中心波長、 第一種透明膜、第二種透明膜、LED晶片的最外層膜的折射率計(jì)算出第一種透明膜、第二種透明膜交替沉積下進(jìn)行每一層的厚度預(yù)定值計(jì)算，折射率是以相對(duì)中心波長時(shí)的折射率； 及沉積第一種透明膜、第二種透明膜并依據(jù)膜厚度預(yù)定值依序交替沉積。本發(fā)明的目的之一在于，提供一種發(fā)光二極管晶片級(jí)色彩純化結(jié)構(gòu)，包含第一種透明膜及第二種透明膜交替沉積共90層以上以使LED晶片出光的中心波長的波寬在預(yù)設(shè)值的士之內(nèi)，或80層以上以使中心波長的波寬在預(yù)設(shè)值的士 3%之內(nèi)，其中第一種透明膜是是低折射率材料膜層，第二種透明膜是高折射率材料膜層。對(duì)LED晶片進(jìn)行離子電漿清潔術(shù)，緊接著，以離子電漿輔助電子槍沉積技術(shù)，依據(jù)每一膜層的預(yù)定厚度，交替沉積第一種透明膜、第二種透明膜。最后，再形成p、n電極，切割晶片成晶片(die)。


圖IA為已知的發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)；圖IB為已知的發(fā)光二極管昌圓的晶粒在中心與邊緣可能會(huì)因工藝產(chǎn)生中心波光偏移；圖2顯示本發(fā)明將多層膜鍍于LED晶片上的結(jié)構(gòu)；圖3顯示在以本發(fā)明純化LED晶片后的中心波長，包含藍(lán)光用95層濾光膜，綠光為105層濾光膜及紅光為120層濾光膜時(shí)的模擬結(jié)果；
圖4A、圖4B顯示對(duì)應(yīng)于圖3的綠光及藍(lán)光LED晶片使用的多層膜的每一層厚度值；及圖5A、圖5B顯示對(duì)應(yīng)于圖3的紅光LED晶片使用的多層膜的每一層厚度值。主要元件符號(hào)說明發(fā)光二極管晶片20 第一種透明膜51第二種透明膜51 最外層透明膜520次外層透明膜510
具體實(shí)施例方式習(xí)知晶片在發(fā)光二極管工藝后有色彩偏差的問題，晶片核心到周遭的發(fā)光的中心波長就可能有差異，而當(dāng)色彩偏差至超出容忍的限度時(shí)，該晶片就被視為不良品，予以作廢。且進(jìn)行品管時(shí)，必須就每一晶片的中心波長進(jìn)行量度，以做為是否淘汰的依據(jù)。本發(fā)明提供一晶片級(jí)發(fā)光二極管多層濾光膜及其色彩純化的方法以解決上述問題。當(dāng)整片晶片的中心波長都被調(diào)為一致性的目標(biāo)波長時(shí)，LED晶粒的半導(dǎo)體制造業(yè)者只要淘汰亮度較差者(整片晶片的中心波長就只有一種)而不用管色差，品管將會(huì)變得非常容易。對(duì)于下游業(yè)者，使用起來更方便，LED背光電視、LED背光筆電、LED背光顯示器、LED 背光手機(jī)的品質(zhì)趨于一致。如圖IA所示為一習(xí)知發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的橫截面示意圖。由下而上包含基板10(包含η型半導(dǎo)體層磊晶層)、一活化層120、一透明層15 (包含ρ型半導(dǎo)體層、電流擴(kuò)散層)，不管是Ρ、η同側(cè)的發(fā)光二極管，或者ρ、η不同側(cè)的發(fā)光二極管晶片都可應(yīng)用本發(fā)明的方法將 LED出光的中心波長設(shè)定在一定值。本發(fā)明的結(jié)構(gòu)請參見圖2，它是在圖IA的最頂層15再形成以第一透明層51和第二透明層52交替的多層濾光層50。以一較佳實(shí)施例而言，第一透明層51和第二透明層52 分別為SiO2及TiO20這兩種材料它們的折射率分別為1. 45至1. 48及2. 2至2. 5。當(dāng)然， 第一透明層51并不限于SiO2,它也可以是其它金屬氧化物，例如氧化鋯(ZrO2)或氟化物如 MgF2。而第二透明層52則可以是Ti205、Tii205、Nb205。上述的第一透明層51和第二透明層 52，具有共同的特色是第一透明層51相較于第二透明層52兩者的折射率不同，且是一低一高交替沉積。又由于以本發(fā)明所沉積的多層濾光層50至少是數(shù)十層例如至少是八十多層以上，因此，先低后高交替或先高后低交替并不重要。本發(fā)明的方法是使整片晶片的中心波長都相同，例如，若目標(biāo)波長為440nm，則整片都是440nm，不管原始LED晶片半成品(此處所述的半成品是使習(xí)知LED晶片工藝已全部完成，除了晶片上晶粒的最上的金屬電極尚未完成外)的晶片核心往晶片的四周方向是否中心波長的變化如何。 本發(fā)明的方法是選擇一高折射率的金屬氧化物材料如TiA及Ta2O5做為第一層51 或第二層52鍍于晶片的最上層，以一實(shí)施例而言是晶片20的最上層是透明導(dǎo)體氧化層15， 例如氧化銦錫ΙΤ0，再一實(shí)施例，則是例如ρ型磊晶層，二元或四元的磊晶層?；?0背電極13透光層15
活性層12 透明導(dǎo)體氧化層15 多層濾光膜50
另一較低折射率的氧化物材料如SiA做為第二層或第一層鍍于第一層上。一高、 一低折射率的兩層鍍膜交替沉積。晶片的最上層的折射率將影響第一層鍍膜的厚度，而第 一層鍍膜的厚度及折射率影響對(duì)第二層鍍膜的入射角。依據(jù)本發(fā)明的方法，邊界條件的設(shè) 定是必要的，它可以包括(1)設(shè)定多層膜的最外層出光的中心波長，并選定一層數(shù)后，以多 層膜的總層數(shù)或( 該中心波長下的穿透率下限，例如穿透率下限定為95%、或03)穿透率 為50%時(shí)是中心波長的士 或2%或3%的波寬做為邊界條件。另外，也可以⑷以LED 晶片出光進(jìn)入第一透明膜的入射角做為邊界條件，這個(gè)入射角不可小于士45度。再依最外 層的折射率及厚度，向第二外層推算其應(yīng)有的厚度及折射角，依第二外層的折射率、入射角 及厚度推算第三外層其應(yīng)有的厚度，依此類推，直到LED晶片的最上層為止。上述的演算，以數(shù)學(xué)式表示如下所示。依據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例出光的中心波長愈 純化將需要愈多的膜層，以一實(shí)施例而言，將達(dá)百層，因此，計(jì)算時(shí)，則是將以下的數(shù)學(xué)式以 計(jì)算機(jī)程式表示，只要輸入最終目標(biāo)出光的中心波長、允許的波寬最外層預(yù)定厚度，第一種 材料膜層折射率、第二種材料膜層折射率、晶片基板的折射率做為參數(shù)，即可計(jì)算出每一膜 層的預(yù)定厚度。因此，待最外層520、第二外層510、第三外層....晶片最上層，每一層的預(yù)定厚度 都已知后，再進(jìn)行離子束輔助電子槍蒸鍍法進(jìn)行多層膜50沉積。將基材與膜層的數(shù)學(xué)關(guān)系式以矩陣的形式表示，將如下1.基板的特性矩陣
M^ ——2.膜層的特性矩陣
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光二極管晶片級(jí)色彩純化的方法，其特征在于，所述的方法，至少包含 提供一 LED晶片，所述的LED晶片已完成η型半導(dǎo)體磊晶層、活化層、ρ型半導(dǎo)體磊晶層的工藝；設(shè)定預(yù)定的中心波長值；選取二氧化硅為多層膜的其中第一種透明膜的材質(zhì)；選取一折射率高于所述的二氧化硅膜的金屬氧化膜為第二種透明膜的材質(zhì)；設(shè)定所述的LED晶片出光的中心波長；進(jìn)行所述的第一種透明膜、所述的第二種透明膜交替沉積下的厚度預(yù)定值計(jì)算，所述的厚度預(yù)定值依所述的中心波長、所述的第一種透明膜、第二種透明膜、所述的LED晶片的最外層膜的折射率計(jì)算出所述的第一種透明膜、所述的第二種透明膜交替沉積下進(jìn)行每一層的厚度預(yù)定值計(jì)算，上述的折射率是以相對(duì)所述的中心波長時(shí)的折射率；及沉積所述的第一種透明膜、第二種透明膜并依據(jù)所述的膜厚度預(yù)定值依序交替沉積。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的方法還包含在沉積上述的第一種透明膜于LED晶片前先施以惰性離子電漿束清潔所述的LED晶片的最外層膜。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的厚度預(yù)定值計(jì)算更包含以總膜層厚度或所述的中心波長下出光的穿透率做為邊界條件。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述的厚度預(yù)定值計(jì)算是在所述的邊界條件由預(yù)定的多層透明膜的最后一層向內(nèi)推算至所述的LED晶片的最外層膜。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的第二種透明膜是選自Ti02、Ti205其中的一種。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的沉積方法是以離子電漿輔助電子槍沉積。
7.一種發(fā)光二極管晶片級(jí)色彩純化結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的結(jié)構(gòu)至少包含 第一種透明膜及第二種透明膜交替沉積共90層以上以使所述的LED晶片出光的中心波長的波寬在預(yù)設(shè)值的士之內(nèi)，或80層以上以使中心波長的波寬在預(yù)設(shè)值的士3%之內(nèi)，其中所述的第一種透明膜是是低折射率材料膜層，所述的第二種透明膜是高折射率材料膜層。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種使發(fā)光二極管晶片級(jí)色彩純化的方法，包括提供一LED晶片，已完成n型半導(dǎo)體磊晶層、活化層、p型半導(dǎo)體磊晶層的工藝；設(shè)定預(yù)定的中心波長值；選取二氧化硅為多層膜的其中第一種透明膜的材質(zhì)；選取一折射率高于二氧化硅膜的金屬氧化膜為第二種透明膜的材質(zhì)；設(shè)定LED晶片出光的中心波長；進(jìn)行第一種透明膜、第二種透明膜交替沉積下的厚度預(yù)定值計(jì)算，厚度預(yù)定值依所述的中心波長、第一種透明膜、第二種透明膜、LED晶片的最外層膜的折射率計(jì)算出第一種透明膜、第二種透明膜交替沉積下進(jìn)行每一層的厚度預(yù)定值計(jì)算，折射率是以相對(duì)中心波長時(shí)的折射率；及沉積第一種透明膜、第二種透明膜并依據(jù)膜厚度預(yù)定值依序交替沉積。
文檔編號(hào)H01L33/44GK102270724SQ20101019408
公開日2011年12月7日 申請日期2010年6月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月1日
發(fā)明者陳文彬 申請人:陳文彬