WO2025261745A1 - Vorrichtung, strahlungsemittierendes bauelement und verfahren zu deren herstellung - Google Patents

Vorrichtung, strahlungsemittierendes bauelement und verfahren zu deren herstellung

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WO2025261745A1
WO2025261745A1 PCT/EP2025/064846 EP2025064846W WO2025261745A1 WO 2025261745 A1 WO2025261745 A1 WO 2025261745A1 EP 2025064846 W EP2025064846 W EP 2025064846W WO 2025261745 A1 WO2025261745 A1 WO 2025261745A1
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WO
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conversion elements
substrate
conversion element
radiation
conversion
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PCT/EP2025/064846
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English (en)
French (fr)
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Thomas Schwarz
Markus Klein
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Ams Osram International GmbH
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Ams Osram International GmbH
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Publication date
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    • H10H20/80—Constructional details
    • H10H20/85—Packages
    • H10H20/851—Wavelength conversion means
    • H10H20/8514—Wavelength conversion means characterised by their shape, e.g. plate or foil
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H10H29/85—Packages
    • H10H29/851—Wavelength conversion means
    • H10H29/8514—Wavelength conversion means characterised by their shape, e.g. plate or foil

Definitions

  • a device, a method for manufacturing a device, a radiation-emitting component and a method for manufacturing a radiation-emitting component are specified.
  • the task is to provide a device from which even small conversion elements can be easily detached. Furthermore, a method for manufacturing such a device should be specified. In addition, the task is to provide a radiation-emitting component and a method for its manufacture.
  • a device is described.
  • the device is suitable for transferring conversion elements onto a substrate or a radiation-emitting semiconductor chip.
  • the device is, in particular, a wafer with a plurality of conversion elements.
  • the device has a substrate.
  • the substrate serves in particular to mechanically stabilize the device.
  • the substrate is transparent to electromagnetic radiation in the ultraviolet to infrared range of the electromagnetic spectrum.
  • the substrate is thus advantageously suitable for laser-induced forward transformation (LIFT).
  • LIFT laser-induced forward transformation
  • the substrate is to be examined.
  • it comprises quartz glass, borosilicate glass, and/or sapphire.
  • the substrate is specifically free of elemental silicon.
  • the substrate contains elemental silicon.
  • Such a substrate consists, for example, of silicon. Elemental silicon here and in the following refers to silicon in its pure form, that is, silicon that has no bond to another type of element, such as oxygen.
  • the device comprises a plurality of conversion elements.
  • Each conversion element converts, in particular, electromagnetic radiation of a first wavelength range into electromagnetic radiation of a second wavelength range.
  • Each conversion element comprises a phosphor, which is, for example, embedded in a matrix material.
  • the conversion elements are an epitaxially grown sequence of semiconductor layers.
  • the matrix material is, for example, selected from the group consisting of polysiloxane, silicon, epoxy, glass, and combinations thereof.
  • the matrix material is, in particular, photostructurable.
  • the phosphor can be a ceramic phosphor and/or a quantum dot phosphor.
  • a conversion element is understood to mean an inorganic phosphor that is not formed from a semiconductor material.
  • conversion elements with a thickness in the sub-micrometer range can be provided using the quantum dot phosphor.
  • the thickness of a conversion element is defined here and in the following as its extent perpendicular to the principal plane of extension.
  • a conversion element has a size, for example parallel to the principal extension plane, in the range of 5 micrometers x 5 micrometers up to and including 2 millimeters x 2 millimeters. It is not necessary for the conversion elements to have a square shape.
  • a conversion element has a maximum size of 150 micrometers x 150 micrometers.
  • the conversion element has a thickness in the range of 1 micrometer up to and including 200 micrometers, and in particular in the range of 10 micrometers up to and including 50 micrometers.
  • the principal extension plane refers to a plane of an element, such as the conversion element or the device, that is spanned by two principal extension directions of the element.
  • a principal extension direction of the element denotes a direction in which the element has a maximum extension.
  • the conversion elements are each connected to the substrate via a holding structure.
  • the device therefore also has a plurality of holding structures.
  • a holding structure is, in particular, arranged between a conversion element and the substrate.
  • the holding structure can be arranged such that it keeps the associated conversion element at a distance from the substrate.
  • the conversion element is connected to the substrate only via the holding structure.
  • the holding structure can be part of the substrate or part of the conversion element. It is also possible that the holding structure forms a separate element in the device.
  • the holding structure parallel to the principal extension plane of the conversion element, has a smaller cross-sectional area than the associated conversion element.
  • the holding structure viewed from above and perpendicular to a principal extension plane of the device, has a smaller area than the associated conversion element.
  • a cross-sectional area is the area of an element, such as the holding structure or the conversion element, that is obtained when the element is cut along a particular direction.
  • the contact area of the holding structure on the substrate is smaller than the contact area of the conversion element on the substrate if the holding structure were not present.
  • the device comprises the substrate and the plurality of conversion elements, wherein the conversion elements are each connected to the substrate via the holding structure and the holding structure has a smaller cross-sectional area parallel to the main extension plane of the conversion element than the associated conversion element.
  • the conversion element Due to the smaller cross-sectional area of the holding structure compared to the conversion element, the conversion element can be more easily detached from the substrate, i.e., with less force.
  • the holding structure forms a predetermined breaking point at which the conversion element can be easily detached from the device.
  • the holding structure creates a gap between the conversion elements and the substrate. This gap is typically filled with air. When the conversion elements are detached by laser-induced forward transfer, the air in the gap expands due to the introduced heat energy. This causes the conversion element to detach from the substrate. An additional layer between the substrate and the conversion elements, which facilitates detachment during laser-induced forward transfer, is therefore advantageously unnecessary. The manufacturing of the device can thus be simplified and made more cost-effective.
  • the conversion elements are mechanically connected to the substrate only via their respective holding structures.
  • a conversion element is in mechanical contact with the substrate only via the holding structure. This advantageously makes it particularly easy to separate the conversion elements from the substrate.
  • the holding structure is formed from a material of the conversion elements.
  • the holding structure can comprise or consist of the phosphor and the matrix material, or an epitaxially grown semiconductor material.
  • a holding structure made from the same material as the conversion elements simplifies the fabrication of the device, as it is not necessary to deposit an additional material for the holding structure onto the substrate.
  • the holding structure is formed from a material of the substrate.
  • the substrate specifically comprises a structurable material, for example, an organic polymer. If the holding structure is formed from the substrate material, only a portion or remnants of the holding structure remain on the conversion element after it is detached from the support.
  • the support structure includes a support post.
  • a support post is understood to be a vertical structural element.
  • the support post is specifically designed to support the associated conversion element.
  • the support posts are simple structures to manufacture.
  • the support posts can have a round, rectangular, in particular square, hexagonal, n-sided, or polygonal cross-section parallel to the main plane of extension of the conversion element.
  • the support post is arranged in the center of the associated conversion element.
  • the holding structure has a plurality of holding posts.
  • the holding structure is formed from the plurality of holding posts.
  • the plurality of holding posts is for example, arranged so that they evenly surround the center of the associated conversion element.
  • the height of the support post(s) is, for example, in the range of 200 nanometers inclusive to 10 micrometers inclusive, particularly in the range of 0.5 micrometers inclusive to 10 micrometers inclusive, for example in the range of 1 micrometer inclusive to 2 micrometers inclusive.
  • the height of the support post is defined as its extent perpendicular to the main extension plane of the conversion element.
  • the diameter of the support posts is, in particular, between 1 micrometer and 50 micrometers.
  • the diameter of a support post is defined as an extent of the support post parallel to the principal extension plane of the associated conversion element.
  • the holding structure has retaining straps.
  • Retaining straps are, in particular, strips that extend between the substrate and the conversion elements.
  • the retaining straps extend, for example, only partially, that is, not across the entire surface, between the substrate and the conversion elements.
  • a conversion element is held apart from the substrate by two retaining straps.
  • the retaining straps are arranged, for example, along at least two edges of the associated conversion element.
  • a retaining strap is formed with a passivation material, such as SiN x .
  • the thickness of the retaining straps is, for example, between 0.2 micrometers and 5 micrometers.
  • the thickness of a The width of a retaining strap is its extent perpendicular to the principal extension plane of the conversion elements.
  • the width of the retaining straps is between 1 micrometer and 10 micrometers inclusive.
  • the width of a retaining strap is its smallest extent parallel to the principal extension plane of the conversion element.
  • the length of a retaining strap is between 2 micrometers and 20 micrometers inclusive.
  • the length of a retaining strap is its largest extent parallel to the principal extension plane of the conversion element.
  • a dam is arranged between two conversion elements.
  • the dam is made of the same material as the conversion elements or the substrate.
  • the dam can be part of the substrate.
  • the dam is not in direct mechanical contact with the conversion elements.
  • the dam allows air to be trapped in the gap between the conversion elements and the substrate during laser-induced forward transfer detachment of the conversion elements. This makes the detachment of the conversion elements more efficient.
  • the dam provides mechanical protection for the edges of the conversion elements.
  • the conversion elements have a dielectric coating.
  • the dielectric coating is arranged, in particular, on a side of the conversion element facing away from or towards the mounting structure. If the conversion element is used in a radiation-emitting component, then The conversion element is arranged such that the dielectric coating is located on the side of the conversion element facing away from the radiation-emitting semiconductor chip.
  • the dielectric coating can be used to optimize the color of the electromagnetic radiation emitted by the conversion element over a specific angle.
  • the dielectric coating can be structured or unstructured.
  • the dielectric coating is a stack of layers of dielectric materials.
  • the dielectric coating may contain, for example, oxides and/or nitrides.
  • the dielectric coating is formed from a polymer, for example, a thin one.
  • the conversion elements are each at least partially, and in particular completely, surrounded by a passivation.
  • the passivation is arranged on an outer surface of the conversion elements.
  • the passivation is arranged only on one side of each conversion element.
  • the passivation it is also possible for the passivation to surround the conversion elements completely.
  • the passivation protects the conversion elements from external influences, such as water and/or oxygen.
  • the passivation comprises, in particular, an oxide, for example, SiO2ZrO2, HfO2, and/or Al2O3, parylene, and/or fluoropolymers. Parylene is, in particular, a paraxylene-based polymer.
  • the conversion elements are embedded in the substrate.
  • the conversion elements are each surrounded by the substrate on at least three sides.
  • the conversion elements are only in mechanical contact with the substrate via the holding structure.
  • the gap between the conversion elements and the substrate extends, for example, along three sides of the conversion element.
  • the substrate material between two embedded conversion elements forms the dam.
  • the dam is not necessary for the dam to be made of the same material as the conversion elements.
  • the substrate comprises a substrate support and an embedding layer.
  • the substrate support serves, in particular, to mechanically stabilize the embedding layer.
  • the conversion elements are, for example, embedded in the embedding layer and/or connected to the embedding layer via the holding structure.
  • the substrate support comprises, for example, quartz glass, borosilicate glass, and/or sapphire.
  • the embedding layer comprises, in particular, a structurable organic polymer.
  • the organic polymer is formed, for example, with benzocyclobutene (BCB).
  • the embedding layer can consist of polyethylene terephthalate, an epoxy resin, and/or an acrylic resin.
  • the substrate has an adhesive layer formed, for example, with benzocyclobutene and/or a polyethylene terephthalate (PET), an epoxy resin and/or a
  • the adhesive layer consists of acrylic resin. It has a thickness ranging from 1 micrometer to 10 micrometers, for example, approximately 5 micrometers.
  • the adhesive layer is located, for example, on the side of the substrate facing the support structure.
  • the substrate has an absorption layer.
  • the absorption layer is arranged on one side of the substrate facing the conversion elements.
  • the absorption layer can absorb laser light used during a laser-induced forward transfer. This allows the conversion elements to be more easily detached from the substrate during the laser-induced forward transfer.
  • the absorption layer comprises, for example, a material selected from the group consisting of Au, Al, W, Si, TiCt, and combinations thereof.
  • the absorption layer can be structured.
  • this enables targeted absorption control during the laser-induced forward transfer.
  • the absorption layer can be unstructured. This makes the fabrication of the absorption layer more cost-effective and simpler.
  • a method for manufacturing a device is further described.
  • the method is suitable for manufacturing a device described herein. Therefore, the design features, characteristics, and advantages described in connection with the device also apply to the method for manufacturing a device, and vice versa.
  • the process involves arranging a structured sacrificial layer between a substrate and a multitude of conversion elements.
  • the process further includes the removal of the sacrificial layer, so that the conversion elements are each connected to the substrate via a holding structure.
  • the removal of the sacrificial layer is carried out in particular by an etching process, for example a plasma etching process, or by dissolving the sacrificial layer with a solvent.
  • the method for manufacturing a device comprises the following steps:
  • the holding structure can advantageously be formed in a simple manner.
  • the structured sacrificial layer has openings that correspond to the holding structures. Material that is filled into the openings of the structured sacrificial layer forms the holding structure.
  • the sacrificial layer comprises a material selected from the following group: SiO2, silicon (Si), photoresist, acrylate, epoxy, benzocyclobutene, polyvinyl alcohol varnish and combinations thereof.
  • the sacrificial layer of SiO2 can be removed by gaseous hydrofluoric acid.
  • a passivation layer for example with Al2O3, surrounds the conversion layers when the sacrificial layer is removed with gaseous hydrofluoric acid. This advantageously prevents corrosion of the conversion element by the hydrofluoric acid.
  • the sacrificial layer containing silicon is removed, for example, by plasma etching using XeF and/or SF6 .
  • passivation around the conversion layers is advantageous for corrosion protection.
  • the sacrificial layer with a photoresist can be removed by oxygen plasma.
  • no passivation around the conversion elements is necessary.
  • the sacrificial layer with a photoresist enables a short process chain, is more cost-effective, and the etching process is fast.
  • the photoresist is particularly easy to structure. The structured sacrificial layer can therefore be produced simply and cost-effectively.
  • the sacrificial layer made of acrylate, epoxy, or BGB can also be removed with an oxygen plasma.
  • the sacrificial layer made of acrylate, epoxy, or BGB exhibits high temperature stability.
  • the sacrificial layer of polyvinyl alcohol lacquer (PVA lacquer) can be removed by dissolving it, for example with water as a solvent. Dissolving is carried out at a temperature below 120°C, and preferably below 50°C.
  • arranging the structured sacrificial layer between the substrate and the multitude of conversion elements comprises the following steps:
  • the structured sacrificial layer is positioned between the substrate and the numerous conversion elements.
  • the numerous conversion elements are ground down after being applied to the structured sacrificial layer. This advantageously results in a more even surface of the conversion elements.
  • a sacrificial layer is applied to the substrate and subsequently structured.
  • the sacrificial layer is structured by photostructuring, in particular using a photoresist.
  • a substrate which has a substrate support and an embedding layer.
  • the The embedding layer is structured before the application of the structured sacrificial layer to the substrate in such a way that retention structures are formed with the material of the embedding layer.
  • the embedding layer is structured to form cavities that contain the retention structures and in which a conversion element can each be placed.
  • the numerous conversion elements are applied to the structured sacrificial layer by one of the following processes: spray coating, laminating, slot die coating, film casting, doctor blade application, laser-induced forward transfer, screen printing, stencil printing, or dam-and-fill process.
  • spray coating laminating, slot die coating, film casting, doctor blade application, laser-induced forward transfer, screen printing, stencil printing, or dam-and-fill process.
  • the numerous conversion elements are initially applied to the structured sacrificial layer in a continuous state. After application, the continuous conversion elements are then separated. This separation is achieved, for example, by laser cutting.
  • the conversion elements can be further structured after being applied to the structured sacrificial layer. This is done, for example, by plasma etching, especially with the aid of a photoresist, or mechanically.
  • the photoresist can be a dry or wet resist.
  • arranging the structured sacrificial layer between the substrate and the multitude of conversion elements comprises the following steps: - Applying the structured sacrificial layer to a multitude of conversion elements on an auxiliary carrier,
  • the auxiliary carrier with the multitude of conversion elements is first provided.
  • the structured sacrificial layer is applied to the multitude of conversion elements, for example, as described above.
  • the embedding layer and the substrate carrier are applied.
  • the embedding layer is arranged between the substrate carrier and the structured sacrificial layer.
  • the removal of the auxiliary carrier is carried out, for example, by laser lift-off.
  • the application of the embedding layer and the substrate carrier comprises the following steps:
  • a second part of the embedding layer and the substrate support onto the first part of the embedding layer is carried out, in particular, by wafer bonding.
  • the first part of the embedding layer and the second part of the embedding layer are bonded together, for example, in such a way that the embedding layer is formed.
  • the first part of the embedding layer and the second part of the embedding layer are bonded together in a materially interlocking manner. connected and/or not separable without destruction.
  • a radiation-emitting component is further described.
  • the device described here with its numerous conversion elements, is used in the manufacture of the radiation-emitting component. Therefore, the design features, characteristics, and advantages described in connection with the device also apply to the radiation-emitting component, and vice versa.
  • the radiation-emitting component comprises a radiation-emitting semiconductor chip.
  • the radiation-emitting semiconductor chip is specifically designed to generate and emit electromagnetic radiation of a first wavelength range.
  • the first wavelength range includes electromagnetic radiation from the ultraviolet to blue region of the electromagnetic spectrum.
  • the radiation-emitting semiconductor chip has an epitaxially grown sequence of semiconductor layers with an active region that generates electromagnetic radiation in the first wavelength range.
  • Examples of radiation-emitting semiconductor chips include light-emitting diodes (LEDs) and laser diode chips.
  • the radiation-emitting component includes a conversion element.
  • the conversion element has, in particular, features as described in connection with the multiple conversion elements of the device.
  • the conversion element is for example, arranged on a main radiation emission surface of the radiation-emitting semiconductor chip.
  • the conversion element has a holding structure or remnants of a holding structure.
  • the holding structure is designed, in particular, as already described in connection with the device. Remnants of the holding structure are, in particular, parts of a holding structure remaining on the conversion element that are made of a different material than the conversion element.
  • the holding structure or the remnants of the holding structure are arranged on a side of the conversion element facing away from the radiation-emitting semiconductor chip.
  • the conversion element is arranged between the radiation-emitting semiconductor chip and the holding structure or the remnants of the holding structure.
  • the holding structure or the remnants of the holding structure can be arranged on a side of the conversion element facing the radiation-emitting semiconductor chip.
  • the holding structure or the remnants of the holding structure are arranged between the conversion element and the radiation-emitting semiconductor chip.
  • the support structure or the remains of the support structure have a smaller cross-sectional area than the conversion element parallel to a principal extension plane of the conversion element.
  • the radiation-emitting component comprises the radiation-emitting semiconductor chip and the conversion element, wherein the conversion element includes the support structure or the remnants of the support structure, and the support structure or the remnants of the support structure have a smaller cross-sectional area parallel to the principal plane of extension of the conversion element than the conversion element itself.
  • the support structure, with its smaller cross-sectional area than that of the conversion element advantageously allows the conversion element to be arranged on the radiation-emitting semiconductor chip without significant mechanical stress.
  • This radiation-emitting component is particularly suitable for automotive symbols, signs, ambient lighting, displays (especially RGB displays), headlights, and projectors.
  • the radiation-emitting component emits, for example, white light or colored light, such as green or red light.
  • the radiation-emitting semiconductor chip is or comprises a micro-LED.
  • the micro-LED can be a vertically emitting micro-LED or a horizontally emitting micro-LED.
  • micro-LEDs can be defined as any light-emitting diode of a particularly small size.
  • Micro-LEDs can have a width, length, thickness, and/or diameter of less than or equal to 100 micrometers, in particular less than or equal to 70 micrometers, for example, less than or equal to 50 micrometers.
  • micro-LEDs exhibit, For example, rectangular micro-LEDs, an edge length, especially in a top view of the layers of the layer stack, a light-emitting area less than or equal to 70 micrometers, for example less than or equal to 50 micrometers.
  • a micro-LED is, for example, a light-emitting diode in which a growth substrate is removed, so that a thickness of the micro-LED is, for example, in the range of 1.5 micrometers inclusive to 10 micrometers inclusive.
  • the micro-LED is provided on a wafer with removable support structures.
  • the micro-LED can be removed from the wafer without damage.
  • Micro-LEDs are primarily used in displays. They form pixels or subpixels and emit light in a defined color. Due to their small pixel size and high density at close intervals, micro-LEDs are suitable for small monolithic displays for augmented reality applications, particularly smart glasses. Furthermore, other applications are being developed, especially for data communication and pixelated lighting applications.
  • an adhesive layer is arranged between the conversion element and the radiation-emitting semiconductor chip.
  • the adhesive layer comprises an adhesive material that advantageously prevents the conversion element from detaching from the radiation-emitting semiconductor chip.
  • the adhesive layer comprises a silicone.
  • a device described herein is provided with a plurality of conversion elements.
  • the device is designed as described above.
  • a conversion element in particular a single one, is transferred from the device to a radiation-emitting semiconductor chip.
  • an adhesive layer is applied to the multiple conversion elements before the conversion element is transferred.
  • the adhesive layer is applied by one of the following methods: electrostatic dispensing, laser-induced forward transfer, or spray coating.
  • the adhesive layer is applied before the structured sacrificial layer is removed.
  • the conversion element is transferred from the device to the radiation-emitting semiconductor chip by means of laser-induced forward transfer.
  • the holding structure allows for easy detachment of the conversion element from the substrate of the device. Mechanical stress on the conversion element is thus avoided. The costs should be kept as low as possible.
  • laser-induced forward transfer is a cost-effective method. Therefore, the radiation-emitting component can be manufactured cost-effectively.
  • transferring the conversion element from the device to the radiation-emitting semiconductor chip comprises the following steps:
  • the plurality of conversion elements is transferred to the transfer film together.
  • the plurality of conversion elements is transferred to a transfer film before a single conversion element is transferred to the semiconductor chip.
  • the transfer of the conversion element therefore does not occur directly from the device to the radiation-emitting semiconductor chip.
  • the transfer of the plurality of conversion elements to the transfer film can also be performed separately for each conversion element.
  • the transfer of the plurality of conversion elements to the transfer film is performed using laser-induced forward transfer.
  • the conversion element is transferred from the device or the transfer film to the radiation-emitting surface.
  • Semiconductor chip using a stamp transfer or a pick-and-place process.
  • the conversion elements are examined for their color coordinates before being transferred to the radiation-emitting semiconductor chip.
  • the conversion element and the radiation-emitting semiconductor chip in such a way that a desired color coordinate is achieved by the fabricated radiation-emitting component.
  • Figures 1A, 3A, 4A, 5, 6 and 7A each show a schematic sectional view of a device according to an exemplary embodiment.
  • Figures 1B, 3B, 4B and 7B each show a schematic top view of a device according to an exemplary embodiment.
  • Figures 2A to 2K show schematic top views of conversion elements with support structures.
  • Figures 8A to 8F show schematic sectional views of steps in a method for manufacturing a device according to an exemplary embodiment.
  • Figures 9A to 9H show schematic sectional views of steps in a method for manufacturing a device according to an exemplary embodiment.
  • Figures 10A to 10G show schematic sectional views of steps in a method for manufacturing a device according to an exemplary embodiment.
  • Figures 11A to HD show schematic sectional views of steps of a method for manufacturing a device according to an exemplary embodiment.
  • Figure 12A shows a schematic sectional view of a radiation-emitting component according to an exemplary embodiment.
  • Figure 12B shows a schematic top view of a radiation-emitting component according to an exemplary embodiment.
  • Figures 13A and 13B, 14A and 14B, and 15A and 15B show schematic sectional views of steps in a method for manufacturing a radiation-emitting component according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 1A An exemplary embodiment of a device 1 is shown as a schematic sectional view in Figure 1A.
  • Figure 1B shows a schematic top view of this exemplary embodiment.
  • the device 1 comprises a substrate 2.
  • the substrate 2 is transparent to electromagnetic radiation in the ultraviolet to infrared range of the electromagnetic spectrum. Therefore, the substrate 2 is advantageously suitable for use in laser-induced forward transfer.
  • the substrate 2 is a sapphire wafer with a thickness of approximately 150 mm. Both sides parallel to a principal plane of extension of the substrate 2 are polished.
  • a plurality of conversion elements 3 are arranged on substrate 2.
  • the conversion elements 3 have an epitaxially grown semiconductor layer sequence or a phosphor, which is in particular embedded in a matrix material.
  • the conversion elements 3 are in particular smaller than 150 micrometers x 150 micrometers.
  • the conversion elements 3 are spaced apart from each other on substrate 2. In other words, two adjacent conversion elements 3 are not in direct mechanical contact with each other.
  • Each of the conversion elements 3 is connected to the substrate 2 via a holding structure 4.
  • the holding structure 4 is in direct mechanical contact with the substrate 2 and the Conversion element 3.
  • the retaining structure 4 is designed as a retaining post 41, which is arranged at the center of the conversion element 3.
  • the retaining structure 4 is made of the same material as the associated conversion element 3.
  • the retaining structure 4 forms an air gap 21 between the substrate 2 and the conversion element 3.
  • the air gap has the same height as the retaining structure 4.
  • the height of the retaining post 41 is between 1 micrometer and 2 micrometers. Viewed from above, i.e., perpendicular to a principal plane of extension of the conversion element 3, the retaining post 41 has a round shape. Parallel to the principal plane of extension of the conversion element 3, the retaining structure 4 has a smaller cross-sectional area than the associated conversion element 3.
  • Figures 2A to 2K show various embodiments of support structures 4, in particular of support posts 41.
  • the cross-sectional area of the support structure 4 is in each case smaller than the cross-sectional area of the conversion element 3, with the cross-sectional area being determined in each case parallel to the principal extension plane of the conversion element 3.
  • Figures 2A, 2B and 2C show different shapes for a support post 41. Viewed from above, the support post 41 is round, square or hexagonal.
  • Figure 2D shows a conversion element 3 with four retaining posts 41. These are arranged around the center of the conversion element 3.
  • the four retaining posts 41 together form the retaining structure 4.
  • the retaining post 41 of Figure 2E has a larger diameter.
  • the retaining structure 4 of Figure 2F has three Support posts 41, which, viewed from above, have the form of parallel strips arranged next to each other.
  • Figure 2G shows support structures 4 which, in plan view of the conversion element 3, form a hexagonal structure.
  • the individual support posts 41 have the shape of a parallelogram in plan view.
  • Figure 2H shows a support structure 4 on a conversion element 3, which has a large number of support posts 41 that are rectangular in plan view.
  • the support posts 41 are distributed over the entire associated conversion element 3.
  • the support posts 41 are arranged along a rectangular grid.
  • the support posts 41 of Figure 21 form a rectangular grid.
  • the support structure 4 also has a plurality of support posts 41. Viewed from above, the support posts 41 have a square shape and are arranged in a tile-like pattern on the conversion element 3.
  • Figure 2K shows a plurality of support posts 41 that form parallel strips arranged side by side in plan view.
  • Figures 3A and 3B show a further embodiment of a device 1.
  • Figure 3A shows the device 1 as a schematic sectional view and
  • Figure 3B shows the device 1 as a schematic top view.
  • Conversion elements 3, holding structures 4, and the substrate 2 of the device 1 are configured as described in connection with Figures 1A and 1B. However, a dam 5 is arranged between two adjacent conversion elements 3. The dam 5 is made of the material of Conversion elements 3 are formed. However, there is an air gap 21 between the dam 5 and the conversion elements 3. In other words, the conversion elements 3 are not in direct mechanical contact with the dam 5.
  • Dam 5 ensures that when conversion elements 3 are detached using laser-induced forward transfer, the air build-up is as large as possible, even if neighboring conversion elements 3 have already been detached.
  • Figures 4A and 4B show a further embodiment of a device 1.
  • Figure 4A shows a schematic sectional view of the device 1
  • Figure 4B shows a schematic top view.
  • the device 1 is designed analogously to the embodiment shown in Figures 3A and 3B.
  • an absorption layer 22 is arranged on the substrate 2.
  • the absorption layer 22 completely covers the substrate 2 on one side facing the conversion elements 3.
  • the absorption layer 22 is arranged between the support structures 4 and the substrate 2.
  • the absorption layer 22 is also arranged between the dam 5 and the substrate 2.
  • the absorption layer 22 can be structured or unstructured.
  • the absorption layer contains or consists of Au, Al, W, or Si.
  • the absorption layer 22 can absorb energy from the laser light used in a laser-induced forward transfer and effectively transfer it into the air in the air gap 21 between the substrate 2 and the conversion elements 3. In other words, the absorption layer 22 serves to Improvement of heat transfer in laser-induced
  • the embodiment of the device 1 shown in Figure 5 is constructed analogously to the embodiment of the device shown in Figures 4A and 4B.
  • the conversion elements 3 have a dielectric coating 6.
  • the dielectric coating 6 is arranged on a side of the conversion elements 3 facing away from the substrate 2.
  • the dielectric coating 6 covers this side of the conversion elements 3 completely.
  • the dielectric coating 6 is in direct mechanical contact with the material of the conversion elements 3.
  • the dielectric coating 6 serves to optimize a color over an angle.
  • Figure 6 shows an embodiment of a device 1 which, in addition to the dielectric coating 6, has a passivation 7 on the conversion elements 3.
  • the substrate 2 and the conversion elements 3 are configured as described in connection with Figures 1A and 1B.
  • the device 1 also has the absorption layer 22 of Figures 4A and 4B. In this case, no dam 5 is arranged between two adjacent conversion elements 3.
  • the passivation 7 completely surrounds a conversion element 3 together with the associated holding structure 4, which is a retaining post 41.
  • the passivation 7 is in direct mechanical contact with the associated conversion element 3, the dielectric coating 6, and the holding structure 4.
  • the passivation 7 serves to protect the conversion element 3 from external influences.
  • Figures 7A and 7B show a device 1 in which the holding structure comprises 4 retaining straps 42.
  • the device 1 comprises a substrate 2 and a plurality of conversion elements 3, which are configured as described in connection with Figures 1A and 1B.
  • a dam 5 is located between two adjacent conversion elements 3.
  • a conversion element 3 is connected to the substrate 2 by two retaining straps 42.
  • the retaining straps 42 are arranged between the substrate 2 and the conversion elements 3.
  • An air gap 21 runs between the conversion elements 3 and the substrate 2, as well as between the dam 5 and the substrate.
  • the air gap also extends between the retaining straps 42 and the substrate 2.
  • the substrate 2 has depressions 25.
  • the conversion elements 3 are thus suspended above the substrate 2 by means of the retaining straps 42.
  • the retaining straps are designed such that they run between the substrate 2 and the dam 5 and are in direct mechanical contact with both.
  • the retaining straps 42 run parallel to each other. In this case, the retaining straps 42 are arranged along two parallel edges of the conversion elements 3.
  • the retaining straps 42 have a thickness of 0.2 micrometers to 5 micrometers inclusive and a width of 1 micrometer to 10 micrometers inclusive.
  • the device 1 with the retaining straps 42 can be manufactured using the following process steps.
  • the substrate 2 is provided.
  • a sacrificial layer 8 is deposited onto the substrate 2 in a structured manner.
  • the sacrificial layer for example, contains SiO2.
  • the retaining straps 42 are then formed by depositing the material of the retaining straps 42 in a structured manner.
  • the material is SiN x .
  • the conversion elements 3 are applied to the retaining straps 42, and then the sacrificial layer 8 is removed.
  • Figures 8A to 8F show a method for manufacturing a device 1.
  • a substrate 2 with a sacrificial layer 8 is first provided.
  • the substrate 2 is a sapphire substrate with a thickness of approximately 150 mm.
  • the sides of the substrate 2 that run parallel to the main plane of extension of the substrate 2 are polished.
  • the sacrificial layer 8 comprises or consists of SiO2 and has a thickness of approximately 300 nanometers. It is possible that the substrate 2 has an adhesive layer (not shown).
  • the adhesive layer has a thickness of approximately 5 micrometers and is formed with BOB.
  • the adhesive layer is formed by spin-casting onto the sapphire substrate.
  • the sacrificial layer 8 is structured so that openings 81 are formed within it. This structuring is achieved through photostructuring.
  • a conversion material layer 31 is applied to the structured sacrificial layer 8, i.e., the sacrificial layer 8 with the openings 81 ( Figure 80).
  • the conversion material layer 31 is formed, for example, by doctor blade application and curing.
  • the conversion material layer 31 fills the openings 81, so that the retention structure 4 in the form of retention posts 41 is formed within the openings 81.
  • a mask 17 is applied to the conversion material layer 31, as shown in Figure 8D.
  • the conversion material layer 31 is removed in the areas not covered by the mask 17. Subsequently, the mask 17 is also removed, resulting in the structure shown in Figure 8E.
  • a mask 17 can first be applied to the structured sacrificial layer 8.
  • the mask 17 comprises a dry or wet lacquer that has been photostructured.
  • the conversion elements 3 are formed by doctor blade application and curing in areas of the sacrificial layer 8 that are not covered by the mask 17.
  • the conversion elements 3 can then be sanded. Finally, the mask 17 is removed.
  • the emission properties of the conversion elements 3 can be measured.
  • the sacrificial layer is removed by etching.
  • Figures 9A to 9H show a further embodiment of a method for manufacturing a device 1.
  • a substrate 2 with a sacrificial layer 8 is provided, as shown in Figure 9A.
  • the sacrificial layer 8 and the passivation 7 are structured such that openings 81 extend through both the passivation 7 and the sacrificial layer 8, as shown in Figure 90.
  • the passivation 7 can also be applied first
  • the sacrificial layer 8 is applied after structuring.
  • the passivation 7 exhibits AI2O3 in this case.
  • a large number of conversion elements 3 are applied to the passivation 7. This is shown in Figure 9D.
  • the conversion elements 3 are applied in such a way that material from the conversion elements 3 is introduced into the openings 81.
  • the material in the openings 81 forms retaining structures 4, which in this case are designed as retaining posts 41.
  • a further portion of the passivation 7 is applied to the conversion elements 3 and the passivation 7, so that the conversion elements 3 are completely surrounded by the passivation 7 except for the area of the holding structure 4, as shown in Figure 9E.
  • a mask 17, which includes a photoresist is selectively applied to the conversion elements 3 (Figure 9F).
  • the sacrificial layer 8 is exposed by etching the passivation 7, as shown in Figure 9G.
  • the sacrificial layer 8 is removed ( Figure 9H).
  • the conversion elements 3 are connected to the substrate 2 only via their respective holding structures 4.
  • FIG. 10A to 10G Another embodiment of a method for manufacturing a device 1 is shown in Figures 10A to 10G.
  • a plurality of individual conversion elements 3 are mounted on a support carrier 9 with A release layer 91 is provided, as shown in Figure 10A.
  • the release layer 91 is arranged between the support carrier 9 and the conversion elements 3.
  • the support carrier 9 can be configured like the substrate 2 described in connection with Figures 1A and 1B.
  • the conversion elements 3 are also configured as described in connection with Figures 1A and 1B.
  • the release layer 91 comprises Si3N4 .
  • the conversion elements 3 are formed by coating the support carrier 9 and subsequently structuring it, for example, by lithography, laser structuring, or plasma structuring. It is possible for the support carrier 9 to have an adhesive layer between the sapphire and the release layer 91.
  • a sacrificial layer 8, having openings 81, is applied to the conversion elements 3 and the release layer 91, which is not covered by the conversion elements 3.
  • the sacrificial layer has a thickness of approximately 300 nanometers.
  • the structured sacrificial layer 8 is applied by depositing the sacrificial layer material, in this case, for example, SiO2, and subsequently photostructuring it to form the openings 81.
  • the sacrificial layer 8 covers not only one side of the conversion elements 3 that is parallel to the main plane of extension of the conversion elements 3, but also sides of the conversion elements 3 that are perpendicular to the main plane of extension of the conversion elements 3.
  • a first part of an embedding layer 23 is applied to the structured sacrificial layer 8, as shown in Figure 1 OC.
  • the first part of the embedding layer 23 has a thickness of approximately 2.5 micrometers and is formed, for example, by spin coating.
  • the embedding layer 23 contains or consists of benzocyclobutene.
  • the first part of the embedding layer 23 is applied in such a way that it fills the openings 81 in the sacrificial layer 8, thus forming retention structures 4.
  • the conversion elements 3 are embedded in the embedding layer 23.
  • a second part of the embedding layer 23 and a substrate support 24 are applied to the first part of the embedding layer 23, for example by wafer bonding.
  • the first part and the second part of the embedding layer 23 are thereby joined together, forming the structure shown in Figure 10E.
  • the support carrier 9 and the release layer 91 are removed using laser lift-offs, exposing one side of the conversion elements 3 (Figure 10F).
  • the exposed side of the conversion elements 3 can be ground down and the emission properties of the conversion elements 3 can be determined.
  • the sacrificial layer is removed by etching ( Figure 10G).
  • the device 1 thus obtained comprises the substrate carrier 24 and the embedding layer 23, which together form the substrate 2.
  • the conversion elements 3 in the device 1 are Each conversion element 3 is connected to the substrate 2 via a retaining structure 4, which in this case is a retaining post 41.
  • the retaining structure 4 is formed from the material of the embedding layer 23, i.e., from a material of the substrate 2.
  • a dam 5 Between two adjacent conversion elements 3 is a dam 5, which is formed from the material of the embedding layer 23.
  • the conversion elements 3 are embedded in the embedding layer 23. However, an air gap 21 is present between the embedding layer 23 and the conversion elements 3.
  • the method shown in Figures 11A to HD is an alternative embodiment for obtaining this device 1.
  • the substrate carrier 24 with the embedding layer 23 is first provided.
  • the substrate carrier 24 and the embedding layer 23 can be configured as described above.
  • the embedding layer 23 is then structured to form cavities, each containing a retaining structure 4.
  • the retaining structures 4 are designed as retaining posts 41, as shown in Figure HB.
  • a sacrificial layer 8 is placed in the cavities such that the retaining posts 41 remain free of the sacrificial layer 8 on the side facing away from the substrate support 24.
  • Conversion elements 3 are then formed in the cavities to obtain the structure shown in Figure 110.
  • a dam 5, made of the material of the embedding layer 23, is arranged between two adjacent conversion elements 3.
  • the sacrificial layer 8 is removed.
  • the finished device 1 is shown in Figure HD.
  • the conversion elements 3 can be flush with the embedding layer. However, it is also possible for the conversion elements 3 to protrude above the embedding layer, or vice versa.
  • Figures 12A and 12B show a schematic sectional view and a schematic top view of a radiation-emitting component 10 according to one embodiment.
  • the radiation-emitting component 10 has a transparent substrate 14 on which metallizations 15 are arranged.
  • the metallizations 15 can form a grid.
  • the metallizations have terminals 151 on which a radiation-emitting semiconductor chip 11 is arranged.
  • the radiation-emitting semiconductor chip 11 is electrically connected to the terminals 151 via solder material 16.
  • the metallization 15 comprises or consists of copper.
  • the radiation-emitting semiconductor chip 11 has an epitaxially grown semiconductor layer sequence containing an active layer.
  • the active layer is configured to emit electromagnetic radiation of a first wavelength range.
  • the first wavelength range lies in the ultraviolet to blue region of the electromagnetic spectrum.
  • the electromagnetic radiation of the first wavelength range is emitted from the radiation-emitting semiconductor chip 11 via a radiation-emitting side.
  • the radiation-emitting side faces away from the transparent support 14.
  • the radiation-emitting semiconductor chip 11 is a micro-LED.
  • the conversion element 3 is arranged at the radiation-emitting side.
  • the conversion element 3 is configured as described in connection with Figures 1A and 1B.
  • the conversion element 3 has a retaining structure 4 or remnants of a retaining structure 4.
  • Remnants of a retaining structure 4 arise, for example, if the retaining structure 4 is not formed from the material of the conversion element 3. In this case, however, the retaining structure is formed from the material of the conversion element 3.
  • the conversion element 3 can be attached to the radiation-emitting semiconductor chip 11 via an adhesive layer 12.
  • the retaining structure 4, which is a single retaining post 41, is arranged so that it points away from the radiation-emitting semiconductor chip 11.
  • Conversion element 3 converts the electromagnetic radiation of the first wavelength range into electromagnetic radiation of a second wavelength range.
  • the second wavelength range has wavelengths that are at least partially different from the wavelengths of the first wavelength range.
  • the wavelengths of the second wavelength range have correspondingly lower energies than those of the first wavelength range.
  • Figures 13A and 13B show steps of a method for manufacturing a radiation-emitting component 10.
  • a first step shown in Figure 13A, an adhesive layer 12 is applied to a device 1 such that it covers only conversion elements 3 of the device 1.
  • the device 1 is configured as described in connection with Figures 1A and 1B. However, it is also possible that the device 1 exhibits the structure of one of the other exemplary forms.
  • the device 1 is irradiated with laser light 18 through the substrate 2 ( Figure 13B). This introduces heat into the air gap 21 between the substrate 2 and the conversion element 3. The air heats up, expands, and thereby detaches the conversion element 3 from the substrate 2. This process can also be described as laser-induced forward transfer. Since the conversion element 3 is only in direct mechanical contact with the substrate 2 via the holding structure 4, less energy is required compared to other methods.
  • a radiation-emitting semiconductor chip 11 which is mounted on a transparent substrate 14 with copper metallizations 15. Due to the adhesive layer 12, the conversion element 3, detached from the substrate 2, can adhere to the radiation-emitting semiconductor chip 11. This forms the radiation-emitting component 10. Thus, by means of the laser-induced forward transfer, a conversion element 3 is transferred from the device 1 to the radiation-emitting semiconductor chip 11.
  • the conversion elements 3 can also first be transferred from the device 1 onto a transfer film 13, which is fixed in a clamping frame 131.
  • the transfer film 13 has, in particular, adhesive properties for the conversion elements 3.
  • the transfer is carried out, as shown in Figure 14B, via laser-induced forward transfer with laser light 18.
  • the conversion elements 3 are transferred using film transfer.
  • the transfer film 13 is placed onto the conversion elements 3 of the device 1. Due to the adhesive properties of the transfer film 13, the conversion elements 3 adhere to it. This allows the conversion elements 3 to be removed from the substrate 2 together, as shown in Figure 15B.
  • each conversion element 3 is transferred individually onto the transfer film 13.
  • the conversion elements 3 can then be applied to a radiation-emitting semiconductor chip 11 using the transfer film 13. For example, this transfer of the conversion elements 3 from the transfer film 13 to the radiation-emitting semiconductor chip 11 is carried out with the aid of a stamp.

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Abstract

Es wird eine Vorrichtung (1) mit einem Substrat (2) und einer Vielzahl von Konversionselementen (3) beschrieben, wobei die Konversionselemente (3) jeweils über eine Haltestruktur (4) mit dem Substrat (2) verbunden sind und die Haltestruktur (4) parallel zur Haupterstreckungsebene des Konversionselements (3) eine geringere Querschnittsfläche als das zugehörige Konversionselement (3) aufweist. Es wird außerdem ein Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung, ein strahlungsemittierendes Bauelement, insbesondere eine Mikro-LED, und ein Verfahren zur Herstellung eines strahlungsemittierenden Bauelements angegeben.

Description

Beschreibung
VORRICHTUNG, STRAHLUNGSEMITTIERENDES BAUELEMENT UND VERFAHREN ZU DEREN HERSTELLUNG
Es werden eine Vorrichtung, ein Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung, ein strahlungsemittierendes Bauelement und ein Verfahren zur Herstellung eines strahlungsemittierenden Bauelements angegeben .
Es ist eine Aufgabe eine Vorrichtung bereitzustellen, von der selbst kleine Konversionselemente einfach abgelöst werden können . Es soll weiterhin ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Vorrichtung angegeben werden . Darüber hinaus ist es eine Aufgabe ein strahlungsemittierendes Bauelement und ein Verfahren zu dessen Herstellung bereitzustellen .
Es wird eine Vorrichtung angegeben . Insbesondere eignet sich die Vorrichtung dazu, Konversionselemente auf einen Träger oder einen strahlungsemittierenden Halbleiterchip zu Übertragen . Bei der Vorrichtung handelt es sich insbesondere um einen Wafer mit einer Viel zahl von Konversionselementen .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form weist die Vorrichtung ein Substrat auf . Das Substrat dient insbesondere zur mechanischen Stabilisierung der Vorrichtung . Zum Beispiel ist das Substrat durchlässig für elektromagnetische Strahlung im ultravioletten bis infraroten Bereich des elektromagnetischen Spektrums . Das Substrat ist vorteilhafterweise somit für einen Laser-induzierten Vorwärtstrans fer ( engl . „laser induced forward trans fer" , LI FT ) geeignet . Weiterhin ist es möglich, die Konversionselemente aufgrund der Durchlässigkeit für die elektromagnetische Strahlung auf ihren Farbort zu untersuchen . Insbesondere umfasst das Substrat Quarzglas , Borosilikatglas und/oder Saphir . Das Substrat ist insbesondere frei von elementarem Sili zium . Es ist j edoch auch möglich, dass das Substrat elementares Sili zium aufweist . Ein solches Substrat besteht beispielsweise aus Sili zium . Elementares Sili zium ist hier und im Folgenden Sili zium in seiner Reinform, das heißt Sili zium, das keine Bindung zu einem andersartigen Element , beispielsweise Sauerstof f , aufweist .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form weist die Vorrichtung eine Viel zahl von Konversionselementen auf . Die Konversionselemente konvertieren j eweils insbesondere elektromagnetische Strahlung eines ersten Wellenlängenbereichs in elektromagnetische Strahlung eines zweiten Wellenlängenbereichs . Die Konversionselemente umfassen j eweils einen Leuchtstof f , der beispielsweise in einem Matrixmaterial eingebettet ist . Es ist j edoch auch möglich, dass es sich bei den Konversionselementen um eine epitaktisch gewachsene Halbleiterschichtenfolge handelt . Das Matrixmaterial ist beispielsweise ausgewählt aus der Gruppe gebildet durch Polysiloxan, Silikon, Epoxid, Glas und Kombinationen davon . Das Matrixmaterial ist insbesondere photostrukturierbar . Der Leuchtstof f kann ein keramischer Leuchtstof f und/oder ein Quantenpunkt-Leuchtstof f sein . Unter keramischem Leuchtstof f wird hier und im Folgenden ein anorganischer Leuchtstof f verstanden, der nicht aus einem Halbleitermaterial gebildet ist . Vorteilhafterweise sind mit dem Quantenpunkt-Leuchtstof f Konversionselemente bereitstellbar , die eine Dicke im Sub-Mikrometer-Bereich aufweisen . Die Dicke eines Konversionselements ist hier und im Folgenden die Ausdehnung des Konversionselements senkrecht zur Haupterstreckungsebene des Konversionselements . Insbesondere weist ein Konversionselement eine Größe , beispielsweise parallel zur Haupterstreckungsebene , im Bereich von einschließlich 5 Mikrometer x 5 Mikrometer bis einschließlich 2 Millimeter x 2 Millimeter auf . Dabei ist es nicht unbedingt notwendig, dass die Konversionselemente eine quadratische Form aufweisen . Insbesondere ist eine Größe eines Konversionselements maximal 150 Mikrometer X 150 Mikrometer . Das Konversionselement weist insbesondere eine Dicke im Bereich von einschließlich 1 Mikrometer bis einschließlich 200 Mikrometer, insbesondere im Bereich von einschließlich 10 Mikrometer bis einschließlich 50 Mikrometer auf .
Die Haupterstreckungsebene bezeichnet hier und im Folgenden eine Ebene eines Elements , wie des Konversionselements oder der Vorrichtung, die von zwei Haupterstreckungsrichtungen des Elements aufgespannt wird . Eine Haupterstreckungsrichtung des Elements bezeichnet eine Richtung, in der das Element eine maximale Ausdehnung aufweist .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form der Vorrichtung sind die Konversionselemente j eweils über eine Haltestruktur mit dem Substrat verbunden . Die Vorrichtung weist also insbesondere auch eine Viel zahl von Haltestrukturen auf . Eine Haltestruktur ist insbesondere zwischen einem Konversionselement und dem Substrat angeordnet . Die Haltestruktur kann so angeordnet sein, dass sie das zugehörige Konversionselement vom Substrat beabstandet hält . Beispielsweise ist das Konversionselement lediglich über die Haltestruktur mit dem Substrat verbunden . Die Haltestruktur kann Teil des Substrats oder Teil des Konversionselements sein . Es ist auch möglich, dass die Haltestruktur ein eigenes Element in der Vorrichtung bildet .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form der Vorrichtung weist die Haltestruktur parallel zur Haupterstreckungsebene des Konversionselements eine geringere Querschnitts fläche als das zugehörige Konversionselement auf . Mit anderen Worten hat die Haltestruktur in Draufsicht auf das Konversionselement senkrecht zu einer Haupterstreckungsebene der Vorrichtung eine geringere Fläche als das zugehörige Konversionselement . Hier und im Folgenden ist eine Querschnitts fläche eine Fläche eines Elements , wie der Haltestruktur oder des Konversionselements , die erhalten wird, wenn das Element entlang einer bestimmten Richtung durchgeschnitten wird .
Insbesondere ist eine Auflagefläche der Haltestruktur auf dem Substrat geringer als eine Auflagefläche des Konversionselements auf dem Substrat , wenn die Haltestruktur nicht vorhanden wäre .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form weist die Vorrichtung das Substrat und die Viel zahl von Konversionselementen auf , wobei die Konversionselemente j eweils über die Haltestruktur mit dem Substrat verbunden sind und die Haltestruktur parallel zur Haupterstreckungsebene des Konversionselements eine geringere Querschnitts fläche als das zugehörige Konversionselement aufweist .
Durch die geringere Querschnitts fläche der Haltestruktur gegenüber dem Konversionselement kann das Konversionselement leichter, das heißt mit weniger Kraftaufwand, vom Substrat abgelöst werden . Insbesondere bildet die Haltestruktur eine Sollbruchstelle , an der das Konversionselement einfach von der Vorrichtung abgelöst werden kann . Durch die Haltestruktur bildet sich insbesondere ein Spalt zwischen den Konversionselementen und dem Substrat aus . der Spalt ist insbesondere mit Luft gefüllt . Beim Ablösen der Konversionselemente mittels Laser-induzierten Vorwärtstrans fers kann sich die Luft im Spalt durch eingebrachte Wärmeenergie ausdehnen . Dadurch wird das Konversionselement vom Substrat abgesprengt . Eine zusätzliche Schicht zwischen dem Substrat und den Konversionselementen, die das Ablösen während des Laser-induzierten Vorwärtstrans fers ermöglicht , ist somit vorteilhafterweise vorliegend nicht mehr nötig . Die Herstellung der Vorrichtung kann somit vereinfacht und kostengünstiger gestaltet werden .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form der Vorrichtung sind die Konversionselemente mechanisch nur über die j eweilige Haltestruktur mit dem Substrat verbunden . Mit anderem Worten steht ein Konversionselement nur über die Haltestruktur in mechanischem Kontakt mit dem Substrat . Hierdurch ist es vorteilhafterweise besonders einfach möglich, die Konversionselemente und das Substrat voneinander zu lösen .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form der Vorrichtung ist die Haltestruktur aus einem Material der Konversionselemente gebildet . Mit anderen Worten kann die Haltestruktur den Leuchtstof f und das Matrixmaterial oder ein epitaktisch gewachsenes Halbleitermaterial aufweisen oder daraus bestehen . Vorteilhafterweise kann durch eine Haltestruktur aus dem Material der Konversionselemente die Herstellung der Vorrichtung vereinfacht werden, denn es ist nicht notwendig ein zusätzliches Material für die Haltestruktur auf das Substrat auf zubringen . Gemäß zumindest einer Aus führungs form der Vorrichtung ist die Haltestruktur aus einem Material des Substrats gebildet . Insbesondere umfasst das Substrat in diesem Fall ein strukturierbares Material , zum Beispiel ein organisches Polymer . I st die Haltestruktur aus dem Material des Substrats gebildet , so bleibt nach dem Ablösen des Konversionselements vom Träger lediglich ein Teil oder Reste der Haltestruktur auf dem Konversionselement zurück . Vorteilhafterweise ist es auch mit der Haltestruktur aus dem Material des Substrats nicht notwendig ein zusätzliches Material für die Haltestruktur in der Vorrichtung einzusetzen . Die Prozesskette bei der Herstellung der Vorrichtung kann dadurch möglichst kurz gehalten werden .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form der Vorrichtung weist die Haltestruktur einen Haltepfosten auf . Hier und im Folgenden wird unter einem Haltepfosten ein vertikales Konstruktionselement verstanden . Der Haltepfosten ist insbesondere dazu eingerichtet , das zugehörige Konversionselement zu tragen . Vorteilhafterweise handelt es sich bei den Haltepfosten um einfach herzustellende Strukturen . Die Haltepfosten können parallel zur Haupterstreckungsebene des Konversionselements einen runden, viereckigen, insbesondere quadratischen, sechseckigen, n- eckigen oder polygonen Querschnitt aufweisen . Beispielsweise ist der Haltepfosten in der Mitte des zugehörigen Konversionselements angeordnet .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form der Vorrichtung weist die Haltestruktur eine Viel zahl von Haltepfosten auf . Insbesondere ist die Haltestruktur aus der Viel zahl von Haltepfosten gebildet . Die Viel zahl von Haltepfosten ist beispielsweise so angeordnet , dass sie die Mitte des zugehörigen Konversionselements gleichmäßig umgibt .
Eine Höhe des oder der Haltepfosten ist zum Beispiel im Bereich von einschließlich 200 Nanometer bis einschließlich 10 Mikrometer, insbesondere im Bereich von einschließlich 0 , 5 Mikrometer bis einschließlich 10 Mikrometer, beispielsweise im Bereich von einschließlich 1 Mikrometer bis einschließlich 2 Mikrometer . Die Höhe des Haltepfostens ist hier und im Folgenden eine Ausdehnung des Haltepfostens senkrecht zur Haupterstreckungsebene des Konversionselements .
Ein Durchmesser der Haltepfosten ist insbesondere zwischen einschließlich 1 Mikrometer und einschließlich 50 Mikrometer . Der Durchmesser eines Haltepfostens ist hier und im Folgenden eine Ausdehnung des Haltepfostens parallel zur Haupterstreckungsebene des zugehörigen Konversionselements .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form der Vorrichtung weist die Haltestruktur Haltegurte auf . Haltegurte sind insbesondere Bahnen, die sich zwischen dem Substrat und den Konversionselementen erstrecken . Die Haltegurte erstrecken sich zum Beispiel nur teilweise , das heißt nicht voll flächig, zwischen dem Substrat und den Konversionselementen .
Beispielsweise wird ein Konversionselement durch zwei Haltegurte beabstandet vom Substrat gehalten . Die Haltegurte sind zum Beispiel entlang von mindestens zwei Rändern des zugehörigen Konversionselements angeordnet .
Insbesondere ist ein Haltegurt mit einem Passivierungsmaterial , wie SiNx, gebildet . Eine Dicke der Haltegurte ist beispielsweise zwischen einschließlich 0 , 2 Mikrometer und einschließlich 5 Mikrometer . Die Dicke eines Haltegurts ist dessen Ausdehnung senkrecht zur Haupterstreckungsebene der Konversionselemente . Eine Breite der Haltegurte ist beispielsweise zwischen einschließlich 1 Mikrometer und einschließlich 10 Mikrometer . Die Breite eines Haltegurts ist insbesondere seine geringste Ausdehnung parallel zur Haupterstreckungsebene des Konversionselements . Eine Länge der Haltegurte ist beispielsweise zwischen einschließlich 2 Mikrometer und einschließlich 20 Mikrometer . Die Länge eines Haltegurts ist insbesondere seine größte Ausdehnung parallel zur Haupterstreckungsebene des Konversionselements .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form der Vorrichtung ist zwischen zwei Konversionselementen ein Damm angeordnet . Der Damm weist insbesondere das Material der Konversionselemente oder das Material des Substrats auf . Mit anderen Worten kann der Damm Teil des Substrats sein . Der Damm steht beispielsweise nicht in direktem mechanischen Kontakt zu den Konversionselementen . Vorteilhafterweise wird es durch den Damm ermöglicht , dass während des Ablösens der Konversionselemente mit Laser-induziertem Vorwärtstrans fer Luft in dem Spalt zwischen den Konversionselementen und dem Substrat gestaut wird . Dadurch kann das Ablösen der Konversionselemente ef fektiver gestaltet werden . Zudem sorgt der Damm für einen mechanischen Schutz von Kanten der Konversionselemente .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form weisen die Konversionselemente eine dielektrische Beschichtung auf . Die dielektrische Beschichtung ist insbesondere an einer von der Haltestruktur abgewandten oder dieser zugewandten Seite des Konversionselements angeordnet . Wird das Konversionselement in einem strahlungsemittierenden Bauelement eingesetzt , so ist das Konversionselement darin so angeordnet , dass die dielektrische Beschichtung an der Seite des Konversionselements angeordnet ist , die vom strahlungsemittierenden Halbleiterchip abgewandt ist . Vorteilhafterweise kann die dielektrische Beschichtung dazu dienen, eine Farbe der von dem Konversionselement emittierten elektromagnetischen Strahlung über einen Winkel zu optimieren . Die dielektrische Beschichtung kann strukturiert oder unstrukturiert sein . Die dielektrische Beschichtung ist beispielsweise ein Schichtenstapel aus dielektrischen Materialien . Die dielektrische Beschichtung weist zum Beispiel Oxide und/oder Nitride auf . Insbesondere ist die dielektrische Beschichtung aus einem, beispielsweise dünnen, Polymer gebildet .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form der Vorrichtung sind die Konversionselemente j eweils zumindest teilweise , insbesondere vollständig, von einer Passivierung umgeben . Insbesondere ist die Passivierung an einer Außenseite der Konversionselemente angeordnet . Die Passivierung ist beispielsweise nur j eweils an einer Seite des Konversionselements angeordnet . Es ist j edoch auch möglich, dass die Passivierung die Konversionselemente j eweils allseitig umgibt . Vorteilhafterweise ermöglicht die Passivierung einen Schutz der Konversionselemente vor äußeren Einflüssen, zum Beispiel Wasser und/oder Sauerstof f . Die Passivierung weist insbesondere ein Oxid, beispielsweise Si02 ZrO2 , HfO2 und/oder AI2O3, Parylene , und/oder Fluorpolymere auf . Parylene ist insbesondere ein Polymer auf Paraxylol- Basis .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form der Vorrichtung sind die Konversionselemente in dem Substrat eingebettet . Mit anderen Worten sind die Konversionselemente j eweils von mindestens drei Seiten von dem Substrat umgeben . Die Konversionselemente stehen j edoch insbesondere lediglich über die Haltestruktur mit dem Substrat in mechanischem Kontakt . Der Spalt zwischen den Konversionselementen und dem Substrat erstreckt sich beispielsweise an drei Seiten des Konversionselements . Das Material des Substrats zwischen zwei eingebetteten Konversionselementen bildet den Damm . Vorteilhafterweise sind durch die Einbettung der Konversionselemente in das Substrat die Konversionselemente vor mechanischen Einflüssen geschützt . Zudem ist es nicht notwendig, dass der Damm aus dem Material der Konversionselemente gefertigt wird .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form der Vorrichtung weist das Substrat einen Substratträger und eine Einbettungsschicht auf . Der Substratträger dient insbesondere zur mechanischen Stabilisierung der Einbettungsschicht . Die Konversionselemente sind beispielsweise in die Einbettungsschicht eingebettet oder/oder sind über die Haltestruktur mit der Einbettungsschicht verbunden . Der Substratträger weist zum Beispiel Quarzglas , Borosilikatglas und/oder Saphir auf . Die Einbettungsschicht weist insbesondere ein strukturierbares organisches Polymer auf .
Das organische Polymer ist beispielsweise mit Benzocyclobuten (BCB ) gebildet . Alternativ oder zusätzlich kann die Einbettungsschicht Polyethylenterephthalat , ein Epoxy-Harz und/oder ein Acryl-Harz aufweisen .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form der Vorrichtung weist das Substrat eine adhäsive Schicht auf , die beispielsweise mit Benzocyclobuten gebildet ist und/oder ein Polyethylenterephthalat ( PET ) , ein Epoxy-Harz und/oder ein Acryl-Harz aufweist . Die adhäsive Schicht weist insbesondere eine Dicke im Bereich von einschließlich 1 Mikrometer bis einschließlich 10 Mikrometern, beispielsweise von etwa 5 Mikrometern auf . Die adhäsive Schicht ist beispielsweise an einer der Haltestruktur zugewandten Seite des Substrats angeordnet .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form der Vorrichtung weist das Substrat eine Absorptionsschicht auf . Die Absorptionsschicht ist an einer Seite des Substrats angeordnet , die den Konversionselementen zugewandt ist . Vorteilhafterweise kann die Absorptionsschicht Laserlicht , das während eines Laser-induzierten Vorwärtstrans fers eingesetzt wird, absorbieren . Dadurch können die Konversionselemente während des Laser-induzierten Vorwärtstrans fers leichter von dem Substrat abgelöst werden . Die Absorptionsschicht weist beispielsweise ein Material ausgewählt aus der Gruppe gebildet durch Au, Al , W, Si , TiCt und Kombinationen davon auf . Die Absorptionsschicht kann strukturiert sein . Vorteilhafterweise wird dadurch eine gezielte Absorptionssteuerung während des Laser-induzierten Vorwärtstrans fers ermöglicht . Alternativ dazu kann die Absorptionsschicht unstrukturiert sein . Hierdurch ist die Herstellung der Absorptionsschicht kostengünstiger und einfacher .
Es wird weiterhin ein Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung beschrieben . Insbesondere eignet sich das Verfahren zur Herstellung einer hier beschriebenen Vorrichtung . Aus führungs formen, Merkmale und Vorteile , die im Zusammenhang mit der Vorrichtung beschrieben sind, gelten daher auch für das Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung und umgekehrt . Gemäß zumindest einer Aus führungs form umfasst das Verfahren ein Anordnen einer strukturierten Opferschicht zwischen einem Substrat und einer Viel zahl von Konversionselementen .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form umfasst das Verfahren weiterhin ein Entfernen der Opferschicht , sodass die Konversionselemente j eweils über eine Haltestruktur mit dem Substrat verbunden sind . Das Entfernen der Opferschicht erfolgt insbesondere durch einen Ätzprozess , beispielsweise einen Plasmaätzprozess , oder durch Auflösen der Opferschicht mit einem Lösungsmittel .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form umfasst das Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung die folgenden Schritte :
- Anordnen der strukturierten Opferschicht zwischen dem Substrat und der Viel zahl von Konversionselementen,
- Entfernen der strukturierten Opferschicht , sodass die Konversionselemente j eweils über die Haltestruktur mit dem Substrat verbunden sind, wobei die Haltestruktur parallel zur Haupterstreckungsebene des Konversionselements eine geringere Querschnitts fläche als das zugehörige Konversionselement aufweist .
Durch die Strukturierung der Opferschicht kann vorteilhafterweise die Haltestruktur auf eine einfache Art und Weise ausgebildet werden . Insbesondere weist die strukturierte Opferschicht Öf fnungen auf , die den Haltestrukturen entsprechen . Material , das in die Öf fnungen der strukturierten Opferschicht eingefüllt wird, bildet die Haltestruktur . Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens weist die Opferschicht ein Material ausgewählt aus der folgenden Gruppe auf : SiO2 , Sili zium ( Si ) , Fotolack, Acrylat , Epoxy, Benzocyclobuten, Polyvinylalkohol-Lack und Kombinationen davon .
Die Opferschicht mit SiO2 kann durch gas förmige Flusssäure entfernt werden . Insbesondere umgibt eine Passivierung, beispielsweise mit AI2O3, die Konversionsschichten, wenn die Opferschicht mit gas förmiger Flusssäure entfernt wird . Hierdurch wird vorteilhafterweise eine Korrosion des Konversionselements durch die Flusssäure verhindert .
Die Opferschicht mit Sili zium wird beispielsweise mittels Plasmaätzens unter Verwendung von XeF und/oder SF6 entfernt . Auch hier ist eine Passivierung um die Konversionsschichten zum Schutz vor Korrosion vorteilhaft .
Die Opferschicht mit einem Fotolack kann durch Sauerstof f- Plasma entfernt werden . Vorteilhafterweise ist hier keine Passivierung um die Konversionselemente herum notwendig . Weiterhin ermöglicht die Opferschicht mit einem Fotolack eine kurze Prozesskette , sie ist kostengünstiger und der Ätzprozess schnell . Zudem zeichnet sich der Fotolack insbesondere durch eine einfache Strukturierbarkeit aus . Die strukturierte Opferschicht kann somit vorteilhafterweise einfach und kostengünstig hergestellt werden .
Die Opferschicht mit Acrylat , Epoxy oder BGB kann ebenfalls mit einem Sauerstof f-Plasma entfernt werden . Vorteilhafterweise weist die Opferschicht mit Acrylat , Epoxy oder BGB eine hohe Temperaturstabilität auf . Die Opferschicht mit dem Polyvinylalkohol-Lack ( PVA-Lack) kann durch Auflösen, beispielsweise mit Wasser als Lösungsmittel , entfernt werden . Insbesondere wird das Auflösen bei einer Temperatur von weniger als 120 ° C, insbesondere weniger als 50 ° C durchgeführt .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens umfasst das Anordnen der strukturierten Opferschicht zwischen dem Substrat und der Viel zahl von Konversionselementen die folgenden Schritte :
- Aufbringen der strukturierten Opferschicht auf das Substrat und
- Aufbringen der Viel zahl von Konversionselementen auf die strukturierte Opferschicht . Insbesondere wird durch das Aufbringen der Viel zahl von Konversionselementen auf die strukturierte Opferschicht die strukturierte Opferschicht zwischen dem Substrat und der Viel zahl von Konversionselementen angeordnet . Beispielsweise wird die Viel zahl von Konversionselementen nach dem Aufbringen auf die strukturierte Opferschicht abgeschli f fen . Hierdurch wird vorteilhafterweise eine ebenmäßigere Oberfläche der Konversionselemente erhalten .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens wird beim Aufbringen der strukturierten Opferschicht auf das Substrat eine Opferschicht auf das Substrat aufgebracht und anschließend strukturiert . Beispielsweise erfolgt das Strukturieren der Opferschicht durch Fotostrukturieren, insbesondere unter Verwendung eines Fotolacks .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens wird ein Substrat bereitgestellt , das einen Substratträger und eine Einbettungsschicht aufweist . Insbesondere wird die Einbettungsschicht vor dem Aufbringen der strukturierten Opferschicht auf das Substrat so strukturiert , dass Haltestrukturen mit dem Material der Einbettungsschicht gebildet werden . Beispielsweise wird die Einbettungsschicht so strukturiert , dass Kavitäten ausgebildet werden, die die Haltestrukturen enthalten und in denen j eweils ein Konversionselement angeordnet werden kann .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens wird die Viel zahl von Konversionselementen durch einen der folgenden Prozesse auf die strukturierte Opferschicht aufgebracht : Sprühbeschichtung, Auf laminieren, Schlitzdüsenbeschichtung ( engl . „slot die coating" ) , Foliengießen, Rakeln, Laserinduzierter Vorwärtstrans fer, Siebdruck, Schablonendruck, Damm-und-Auf füll-Prozess . Insbesondere wird die Viel zahl von Konversionselementen zunächst zusammenhängend auf die strukturierte Opferschicht aufgebracht . Nach dem Aufbringen werden dann die zusammenhängenden Konversionselemente vereinzelt . Das Vereinzeln erfolgt beispielsweise durch Las er trennen .
Insbesondere können die Konversionselemente nach dem Aufbringen auf die strukturierte Opferschicht noch strukturiert werden . Dies erfolgt beispielsweise durch Plasmaätzen, insbesondere unter Zuhil fenahme eines Fotolacks , oder mechanisch . Der Fotolack kann ein Trockenlack oder ein Nasslack sein .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens umfasst das Anordnen der strukturierten Opferschicht zwischen dem Substrat und der Viel zahl von Konversionselementen die folgenden Schritte : - Aufbringen der strukturierten Opferschicht auf eine Viel zahl von Konversionselementen auf einem Hil fsträger,
- Aufbringen einer Einbettungsschicht und eines Substratträgers auf die strukturierte Opferschicht und
- Ablösen des Hil fsträgers . Mit anderen Worten wird zunächst der Hil fsträger mit der Viel zahl von Konversionselementen bereitgestellt . Auf die Viel zahl von Konversionselementen wird die strukturierte Opferschicht aufgebracht , beispielsweise wie oben beschrieben . Dann erfolgt das Aufbringen der Einbettungsschicht und des Substratträgers . Insbesondere ist die Einbettungsschicht zwischen dem Substratträger und der strukturierten Opferschicht angeordnet . Das Ablösen des Hil fsträgers erfolgt beispielsweise durch Laser-Li ft-Of f .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens weist das Aufbringen der Einbettungsschicht und des Substratträgers folgende Schritte auf :
- Aufbringen eines ersten Teils der Einbettungsschicht auf die strukturierte Opferschicht und
- Aufbringen eines zweiten Teils der Einbettungsschicht und des Substratträgers auf den ersten Teil der Einbettungsschicht . Das Aufbringen des zweiten Teils der Einbettungsschicht und des Substratträgers erfolgt insbesondere mittels Waferbondens . Während des Aufbringens des zweiten Teils der Einbettungsschicht und des Substratträgers auf den ersten Teil der Einbettungsschicht werden der erste Teil der Einbettungsschicht und der zweite Teil der Einbettungsschicht beispielsweise so miteinander verbunden, dass die Einbettungsschicht entsteht . Insbesondere sind der erste Teil der Einbettungsschicht und der zweite Teil der Einbettungsschicht stof f schlüssig miteinander verbunden und/oder nicht zerstörungs frei voneinander trennbar .
Es wird weiterhin ein strahlungsemittierendes Bauelement beschrieben . Insbesondere wird bei einer Herstellung des strahlungsemittierenden Bauelements die hier beschriebene Vorrichtung mit der Viel zahl von Konversionselementen eingesetzt . Aus führungs formen, Merkmale und Vorteile , die in Verbindung mit der Vorrichtung beschrieben sind, gelten daher auch für das strahlungsemittierende Bauelement und umgekehrt .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form weist das strahlungsemittierende Bauelement einen strahlungsemittierenden Halbleiterchip auf . Der strahlungsemittierende Halbleiterchip ist insbesondere dazu eingerichtet , elektromagnetische Strahlung eines ersten Wellenlängenbereichs zu erzeugen und zu emittieren . Beispielsweise umfasst der erste Wellenlängenbereich elektromagnetische Strahlung aus dem ultravioletten bis blauen Bereich des elektromagnetischen Spektrums .
Insbesondere weist der strahlungsemittierende Halbleiterchip eine epitaktisch gewachsene Halbleiterschichtenfolge mit einem aktiven Bereich auf , der die elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs erzeugt . Der strahlungsemittierende Halbleiterchip ist beispielsweise eine lichtemittierende Diode ( LED) oder ein Laserdiodenchip .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form weist das strahlungsemittierende Bauelement ein Konversionselement auf . Das Konversionselement weist insbesondere Merkmale auf , wie im Zusammenhang mit der Viel zahl von Konversionselementen der Vorrichtung beschrieben . Das Konversionselement ist beispielsweise auf einer Hauptstrahlungsaustritts fläche des strahlungsemittierenden Halbleiterchips angeordnet .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des strahlungsemittierenden Bauelements weist das Konversionselement eine Haltestruktur oder Reste einer Haltestruktur auf . Die Haltestruktur ist insbesondere wie bereits im Zusammenhang mit der Vorrichtung beschrieben ausgebildet . Reste der Haltestruktur sind insbesondere auf dem Konversionselemente verbleibende Teile einer Haltestruktur, die aus einem anderen Material als das Konversionselement gebildet ist .
Insbesondere sind die Haltestruktur oder die Reste der Haltestruktur auf einer von dem strahlungsemittierenden Halbleiterchip abgewandten Seite des Konversionselements angeordnet . Mit anderen Worten ist das Konversionselement zwischen dem strahlungsemittierenden Halbleiterchip und der Haltestruktur oder den Resten der Haltestruktur angeordnet . Alternativ können die Haltestruktur oder die Reste der Haltestruktur auf einer dem strahlungsemittierenden Halbleiterchip zugewandten Seite des Konversionselements angeordnet sein . Mit anderen Worten sind die Haltestruktur oder die Reste der Haltestruktur zwischen dem Konversionselement und dem strahlungsemittierenden Halbleiterchip angeordnet .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des strahlungsemittierenden Bauelements weisen die Haltestruktur oder die Reste der Haltestruktur parallel zu einer Haupterstreckungsebene des Konversionselements eine geringere Querschnitts fläche als das Konversionselement auf . Gemäß zumindest einer Aus führungs form weist das strahlungsemittierende Bauelement den strahlungsemittierenden Halbleiterchip und das Konversionselement auf , wobei das Konversionselement die Haltestruktur oder die Reste der Haltestruktur aufweist und die Haltestruktur oder die Reste der Haltestruktur parallel zur Haupterstreckungsebene des Konversionselements eine geringere Querschnitts fläche als das Konversionselement aufweisen . Durch die Haltestruktur mit der geringeren Querschnitts fläche als der des Konversionselements lässt sich das Konversionselement vorteilhafterweise ohne große mechanische Beanspruchung auf dem strahlungsemittierenden Halbleiterchip anordnen .
Insbesondere eignet sich das strahlungsemittierende Bauelement für Automobilsymbole , Zeichen, Umgebungsbeleuchtung, Displays , insbesondere RGB-Displays , Schweinwerfer und Proj ektoren . Das strahlungsemittierende Bauelement emittiert beispielsweise weißes Licht oder farbiges Licht , beispielsweise grünes oder rotes Licht .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des strahlungsemittierenden Bauelements ist oder umfasst der strahlungsemittierender Halbleiterchip eine Mikro-LED . Die Mikro-LED kann eine vertikal emittierende Mikro-LED oder eine hori zontal emittierende Mikro-LED sein .
Im weitesten Sinne können Mikro-LEDs als j ede lichtemittierende Diode mit einer besonders geringen Größe bezeichnet werden . Mikro-LEDs können eine Breite , eine Länge , eine Dicke und/oder einen Durchmesser kleiner als oder gleich 100 Mikrometer, insbesondere kleiner als oder gleich 70 Mikrometer, beispielsweise kleiner als oder gleich 50 Mikrometer aufweisen . Insbesondere weisen Mikro-LEDs , beispielsweise rechteckige Mikro-LEDs , eine Kantenlänge , insbesondere in Draufsicht auf die Schichten des Schichtstapels , einer Leuchtfläche kleiner als oder gleich 70 Mikrometer, beispielsweise kleiner als oder gleich 50 Mikrometer auf . Eine Mikro-LED ist beispielsweise eine lichtemittierende Diode , bei der ein Aufwachssubstrat entfernt ist , so dass eine Dicke der Mikro-LED beispielsweise im Bereich von einschließlich 1 , 5 Mikrometer bis einschließlich 10 Mikrometer liegt .
Beispielsweise wird die Mikro-LED auf einem Wafer mit lösbaren Haltestrukturen bereitgestellt . Die Mikro-LED kann zerstörungs frei von dem Wafer gelöst werden .
Insbesondere werden Mikro-LEDs hauptsächlich in Displays eingesetzt . Die Mikro-LEDs bilden Pixel oder Subpixel und emittieren Licht in einer definierten Farbe . Durch die geringe Pixelgröße und die hohe Dichte bei geringen Abständen eignen sich Mikro-LEDs unter anderem für kleine monolithische Displays für Augmented-Reality-Anwendungen, insbesondere Datenbrillen . Darüber hinaus werden weitere Anwendungen entwickelt , insbesondere für den Einsatz in der Datenkommunikation oder für gepixelte Beleuchtungsanwendungen .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des strahlungsemittierenden Bauelements ist zwischen dem Konversionselement und dem strahlungsemittierenden Halbleiterchip eine Klebstof f schicht angeordnet . Insbesondere weist die Klebstof f schicht ein adhäsives Material auf , das vorteilhafterweise ein Ablösen des Konversionselements von dem strahlungsemittierenden Halbleiterchip verhindert . Beispielsweise umfasst die Klebstof f schicht ein Silikon . Es wird weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines strahlungsemittierenden Bauelements beschrieben . Insbesondere wird das Verfahren dazu verwendet , das hier beschriebene strahlungsemittierende Bauelement herzustellen . Daher gelten Aus führungs formen, Merkmale und Vorteile , die im Zusammenhang mit dem strahlungsemittierenden Bauelement beschrieben sind, auch für das Verfahren und umgekehrt .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens wird eine hier beschriebene Vorrichtung mit einer Viel zahl von Konversionselementen bereitgestellt . Insbesondere ist die Vorrichtung wie zuvor beschrieben ausgeführt . Weiterhin wird ein, insbesondere einzelnes , Konversionselement von der Vorrichtung auf einen strahlungsemittierenden Halbleiterchip trans feriert .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens wird eine Klebstof f schicht vor dem Trans ferieren des Konversionselements auf die Viel zahl von Konversionselementen aufgebracht . Insbesondere erfolgt das Aufbringen der Klebstof f schicht durch eines der folgenden Verfahren : elektrostatisches Dosieren, Laser-induzierter Vorwärtstrans fer, Sprühbeschichten . Beispielsweise erfolgt das Aufbringen der Klebstof f schicht noch vor dem Entfernen der strukturierten Opferschicht .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens erfolgt das Trans ferieren des Konversionselements von der Vorrichtung auf den strahlungsemittierenden Halbleiterchip mittels Laserinduzierten Vorwärtstrans fers . Vorteilhafterweise ermöglicht dabei die Haltestruktur eine einfache Ablösung des Konversionselements vom Substrat der Vorrichtung . Eine mechanische Belastung des Konversionselements kann somit möglichst gering gehalten werden. Weiterhin ist der Laserinduzierte Vorwärtstransfer ein kostengünstiges Verfahren. Somit kann das strahlungsemittierende Bauelement kostengünstig hergestellt werden.
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens umfasst das Transferieren des Konversionselements von der Vorrichtung auf den strahlungsemittierenden Halbleiterchip die folgenden Schritte :
- Transferieren der Vielzahl von Konversionselementen auf eine Transferfolie und
- Transferieren eines, insbesondere einzelnen, Konversionselements auf den strahlungsemittierenden Halbleiterchip. Insbesondere wird die Vielzahl von Konversionselementen gemeinsam auf die Transferfolie übertragen. Mit anderen Worten wird die Vielzahl von Konversionselementen auf eine Transferfolie übertragen, bevor ein einzelnes Konversionselement auf den Halbleiterchip transferiert wird. Das Transferieren des Konversionselements erfolgt also insbesondere nicht direkt von der Vorrichtung auf den strahlungsemittierenden Halbleiterchip. Das Transferieren der Vielzahl von Konversionselementen auf die Transferfolie kann auch für jedes Konversionselement separat erfolgen. Beispielsweise erfolgt das Transferieren der Vielzahl von Konversionselementen auf die Transferfolie mit Laser-induziertem Vorwärtstransfer. Alternativ ist es möglich, dass die Konversionselemente mittels der Transferfolie, das heißt mit einem Folientransfer, auf die Transferfolie übertragen werden.
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens erfolgt das Transferieren des Konversionselements von der Vorrichtung oder der Transferfolie auf den strahlungsemittierenden Halbleiterchip mittels eines Stempeltrans fers oder eines Pick-und-Place-Prozesses .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens werden die Konversionselemente auf ihren Farbort untersucht , bevor sie auf den strahlungsemittierenden Halbleiterchip übertragen werden . Somit ist es vorteilhafterweise möglich, Konversionselement und strahlungsemittierenden Halbleiterchip so zusammenzuführen, dass ein gewünschter Farbort vom hergestellten strahlungsemittierenden Bauelement erzielt wird .
Weitere vorteilhafte Aus führungs formen, Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Vorrichtung, des Verfahrens zur Herstellung einer Vorrichtung, des strahlungsemittierenden Bauelements und des Verfahrens zur Herstellung eines strahlungsemittierenden Bauelements ergeben sich aus den folgenden, in Verbindung mit den Figuren dargestellten Aus führungsbeispielen .
Figuren 1A, 3A, 4A, 5 , 6 und 7A zeigen j eweils eine schematische Schnittdarstellung einer Vorrichtung gemäß einem Aus führungsbeispiel .
Figuren 1B, 3B, 4B und 7B zeigen j eweils eine schematische Draufsicht auf eine Vorrichtung gemäß einem Aus führungsbeispiel .
Figuren 2A bis 2K zeigen schematische Draufsichten auf Konversionselemente mit Haltestrukturen . Figuren 8A bis 8 F zeigen schematische Schnittdarstellungen von Schritten eines Verfahrens zur Herstellung einer Vorrichtung gemäß einem Aus führungsbeispiel .
Figuren 9A bis 9H zeigen schematische Schnittdarstellungen von Schritten eines Verfahrens zur Herstellung einer Vorrichtung gemäß einem Aus führungsbeispiel .
Figuren 10A bis 10G zeigen schematische Schnittdarstellungen von Schritten eines Verfahrens zur Herstellung einer Vorrichtung gemäß einem Aus führungsbeispiel .
Figuren 11A bis HD zeigen schematische Schnittdarstellungen von Schritten eines Verfahrens zur Herstellung einer Vorrichtung gemäß einem Aus führungsbeispiel .
Figur 12A zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines strahlungsemittierenden Bauelements gemäß einem Aus führungsbeispiel .
Figur 12B zeigt eine schematische Draufsicht auf ein strahlungsemittierendes Bauelement gemäß einem Aus führungsbeispiel .
Figuren 13A und 13B, 14A und 14B sowie 15A und 15B zeigen schematische Schnittdarstellungen von Schritten eines Verfahrens zur Herstellung eines strahlungsemittierenden Bauelements gemäß einem Aus führungsbeispiel .
Gleiche , gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit denselben Bezugs zeichen versehen . Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu betrachten . Vielmehr können einzelne Elemente , insbesondere Schichtdicken, zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein .
Ein Aus führungsbeispiel einer Vorrichtung 1 ist als schematische Schnittdarstellung in der Figur 1A gezeigt . Figur 1B zeigt eine schematische Draufsicht auf dieses Aus führungsbeispiel .
Die Vorrichtung 1 weist ein Substrat 2 auf . Das Substrat 2 ist transparent für elektromagnetische Strahlung im ultravioletten bis infraroten Bereich des elektromagnetischen Spektrums . Daher ist das Substrat 2 vorteilhafterweise dazu geeignet , bei einem Laser-induzierten Vorwärtstrans fer eingesetzt zu werden . Bei dem Substrat 2 handelt es sich vorliegend um einen Saphir-Wafer mit einer Dicke von etwa 150 mm . Beide Seiten, die parallel zu einer Haupterstreckungsebene des Substrats 2 sind, sind poliert .
Auf dem Substrat 2 ist eine Viel zahl von Konversionselementen 3 angeordnet . Die Konversionselemente 3 weisen eine epitaktisch gewachsene Halbleiterschichtenfolge oder einen Leuchtstof f auf , der insbesondere in einem Matrixmaterial eingebettet ist . Die Konversionselemente 3 weisen insbesondere eine Größe auf , die kleiner als 150 Mikrometer x 150 Mikrometer ist . Die Konversionselemente 3 sind beabstandet voneinander auf dem Substrat 2 angeordnet . Mit anderen Worten stehen zwei benachbarte Konversionselemente 3 nicht in direktem mechanischen Kontakt zueinander .
Jedes der Konversionselemente 3 ist über eine Haltestruktur 4 mit dem Substrat 2 verbunden . Die Haltestruktur 4 steht dabei in direktem mechanischem Kontakt zum Substrat 2 und dem Konversionselement 3 . Vorliegend ist die Haltestruktur 4 als ein Haltepfosten 41 ausgebildet , der am Zentrum des Konversionselements 3 angeordnet ist . Die Haltestruktur 4 weist das Material des zugehörigen Konversionselements 3 auf . Durch die Haltestruktur 4 wird ein Luftspalt 21 zwischen dem Substrat 2 und dem Konversionselement 3 gebildet . Der Luftspalt weist die gleiche Höhe auf wie die Haltestruktur 4 . Die Höhe des Haltepfostens 41 ist vorliegend zwischen einschließlich 1 Mikrometer und einschließlich 2 Mikrometer . Der Haltepfosten 41 weist vorliegend in Draufsicht gesehen, das heißt senkrecht zu einer Haupterstreckungsebene des Konversionselements 3 gesehen, eine runde Form auf . Die Haltestruktur 4 weist parallel zur Haupterstreckungsebene des Konversionselements 3 eine geringere Querschnitts fläche als das zugehörige Konversionselement 3 auf .
Die Figuren 2A bis 2K zeigen verschiedene Aus führungs formen von Haltestrukturen 4 , insbesondere von Haltepfosten 41 . Eine Querschnitts fläche der Haltestruktur 4 ist j eweils kleiner als eine Querschnitts fläche des Konversionselements 3 , wobei die Querschnitts fläche j eweils parallel zur Haupterstreckungsebene des Konversionselements 3 bestimmt wird . Die Figuren 2A, 2B und 2C zeigen unterschiedliche Formen für einen Haltepfosten 41 . Der Haltepfosten 41 ist in Draufsicht gesehen rund, viereckig oder sechseckig .
Figur 2D zeigt ein Konversionselement 3 mit vier Haltepfosten 41 . Diese sind um die Mitte des Konversionselements 3 angeordnet . Die vier Haltepfosten 41 bilden zusammen die Haltestruktur 4 . Im Vergleich zum Haltepfosten 41 der Figur 2A weist der Haltepfosten 41 der Figur 2E einen größeren Durchmesser auf . Die Haltestruktur 4 der Figur 2 F weist drei Haltepfosten 41 auf , die in Draufsicht gesehen die Form von parallel nebeneinander angeordneten Strei fen haben .
Figur 2G zeigt Haltestrukturen 4 , die in Draufsicht auf das Konversionselement 3 eine hexagonale Struktur ausbilden . Die einzelnen Haltepfosten 41 weisen dabei in Draufsicht gesehen die Form eines Parallelogramms auf . Figur 2H zeigt eine Haltestruktur 4 auf einem Konversionselement 3 , die eine Viel zahl von in Draufsicht gesehen viereckigen Haltepfosten 41 aufweist . Die Haltepfosten 41 sind dabei über das gesamte zugehörige Konversionselement 3 verteilt . Die Haltepfosten 41 sind entlang eines rechtwinkligen Gitters angeordnet . Die Haltepfosten 41 von Figur 21 bilden ein rechtwinkliges Gitternetz aus .
In Figur 2 J weist die Haltestruktur 4 ebenfalls eine Viel zahl von Haltepfosten 41 auf . Die Haltepfosten 41 weisen in Draufsicht gesehen eine quadratische Form auf und sind in Draufsicht gesehen in einem kachel förmigen Muster auf dem Konversionselement 3 angeordnet . Figur 2K zeigt hingegen eine Viel zahl von Haltepfosten 41 , die in Draufsicht parallel nebeneinander angeordnete Strei fen bilden .
In Figur 3A und 3B ist ein weiteres Aus führungsbeispiel einer Vorrichtung 1 gezeigt . Dabei zeigt die Figur 3A die Vorrichtung 1 als schematische Schnittdarstellung und die Figur 3B die Vorrichtung 1 als schematische Draufsicht .
Konversionselemente 3 , Haltestrukturen 4 und das Substrat 2 der Vorrichtung 1 sind vorliegend wie im Zusammenhang mit den Figuren 1A und 1B beschrieben ausgebildet . Jedoch ist zwischen zwei benachbarten Konversionselementen 3 ein Damm 5 angeordnet . Der Damm 5 ist aus dem Material der Konversionselemente 3 gebildet . Es befindet sich j edoch ein Luftspalt 21 zwischen dem Damm 5 und den Konversionselementen 3 . Mit anderen Worten stehen die Konversionselemente 3 nicht in direktem mechanischem Kontakt mit dem Damm 5 .
Der Damm 5 führt dazu, dass bei einem Ablösen der Konversionselemente 3 mit Laser-induziertem Vorwärtstrans fer ein Luftstau so groß wie möglich wird, selbst wenn benachbarte Konversionselemente 3 bereits abgelöst sind .
Die Figuren 4A und 4B zeigen ein weiteres Aus führungsbeispiel einer Vorrichtung 1 . Figur 4A zeigt eine schematische Schnittdarstellung der Vorrichtung 1 , wohingegen Figur 4B eine schematische Draufsicht zeigt .
Die Vorrichtung 1 ist analog zum Aus führungsbeispiel der Figuren 3A und 3B ausgebildet . Jedoch ist vorliegend auf dem Substrat 2 eine Absorptionsschicht 22 angeordnet . Die Absorptionsschicht 22 bedeckt das Substrat 2 auf einer den Konversionselementen 3 zugewandten Seite vollständig . Die Absorptionsschicht 22 ist zwischen den Haltestrukturen 4 und dem Substrat 2 angeordnet . Die Absorptionsschicht 22 ist auch zwischen den Damm 5 und dem Substrat 2 angeordnet . Die Absorptionsschicht 22 kann strukturiert oder unstrukturiert sein . Beispielsweise weist die Absorptionsschicht Au, Al , W oder Si auf oder besteht daraus .
Die Absorptionsschicht 22 kann Energie des Laserlichts , das bei einem Laser-induzierten Vorwärtstrans fer verwendet wird, absorbieren und ef fektiv in die Luft im Luftspalt 21 zwischen dem Substrat 2 und den Konversionselementen 3 übertragen . Mit anderen Worten dient die Absorptionsschicht 22 zur Verbesserung des Wärmeübertrags beim Laser-induzierten
Vorwärtstrans f er .
Das Aus führungsbeispiel der Vorrichtung 1 , das in der Figur 5 gezeigt ist , ist analog zum Aus führungsbeispiel der Vorrichtung der Figuren 4A und 4B auf gebaut . Jedoch weisen die Konversionselemente 3 eine dielektrische Beschichtung 6 auf . Die dielektrische Beschichtung 6 ist auf einer von dem Substrat 2 abgewandten Seite der Konversionselemente 3 angeordnet . Die dielektrische Beschichtung 6 bedeckt diese Seite der Konversionselemente 3 insbesondere vollständig . Die dielektrische Beschichtung 6 steht in direktem mechanischen Kontakt mit dem Material der Konversionselemente 3 . Vorteilhafterweise dient die dielektrische Beschichtung 6 dazu, eine Farbe über einen Winkel zu optimieren .
Figur 6 zeigt ein Aus führungsbeispiel einer Vorrichtung 1 , das neben der dielektrischen Beschichtung 6 eine Passivierung 7 an den Konversionselementen 3 aufweist . Das Substrat 2 und die Konversionselemente 3 sind wie im Zusammenhang mit den Figuren 1A und 1B beschrieben ausgebildet . Die Vorrichtung 1 weist zudem die Absorptionsschicht 22 der Figuren 4A und 4B auf . Vorliegend ist kein Damm 5 zwischen zwei benachbarten Konversionselementen 3 angeordnet .
Die Passivierung 7 umgibt ein Konversionselement 3 zusammen mit der zugehörigen Haltestruktur 4 , die ein Haltepfosten 41 ist , vollständig . Die Passivierung 7 steht vorliegend mit dem zugehörigen Konversionselement 3 , der dielektrischen Beschichtung 6 und der Haltestruktur 4 in direktem mechanischen Kontakt . Die Passivierung 7 dient dazu, das Konversionselement 3 vor äußeren Einflüssen zu schützen . Die Figuren 7A und 7B zeigen eine Vorrichtung 1 , bei der die Haltestruktur 4 Haltegurte 42 umfasst . Die Vorrichtung 1 umfasst ein Substrat 2 und eine Viel zahl von Konversionselementen 3 , die wie im Zusammenhang mit den Figuren 1A und 1B beschrieben ausgebildet sind . Zwischen zwei benachbarten Konversionselementen 3 befindet sich ein Damm 5 .
Vorliegend wird ein Konversionselement 3 durch zwei Haltegurte 42 mit dem Substrat 2 verbunden . Die Haltegurte 42 sind dabei zwischen dem Substrat 2 und den Konversionselementen 3 angeordnet . Ein Luftspalt 21 verläuft zwischen den Konversionselementen 3 und dem Substrat 2 sowie dem Damm 5 . Weiterhin verläuft der Luftspalt auch zwischen den Haltegurten 42 und dem Substrat 2 . Im Bereich der Haltegurte 42 weist das Substrat 2 Vertiefungen 25 auf . Mittels der Haltegurte 42 schweben die Konversionselemente 3 also über dem Substrat 2 . Vorliegend sind die Haltegurte so ausgebildet , dass sie zwischen dem Substrat 2 und dem Damm 5 verlaufen und mit beiden in direktem mechanischen Kontakt stehen .
Die Haltegurte 42 verlaufen parallel zueinander . Vorliegend sind die Haltegurte 42 entlang von zwei parallel verlaufenden Kanten der Konversionselemente 3 angeordnet . Die Haltegurte 42 weisen eine Dicke von einschließlich 0 , 2 Mikrometer bis einschließlich 5 Mikrometer und eine Breite von einschließlich 1 Mikrometer bis einschließlich 10 Mikrometer auf .
Die Vorrichtung 1 mit den Haltegurten 42 kann mittels der folgenden Verfahrensschritte hergestellt werden . Zunächst wird das Substrat 2 bereitgestellt . Auf das Substrat 2 wird eine Opferschicht 8 strukturiert abgeschieden . Die Opferschicht weist beispielsweise SiO2 auf . Anschließend werden die Haltegurte 42 ausgebildet , indem das Material der Haltegurte 42 strukturiert abgeschieden wird . Beispielsweise ist das Material SiNx . Auf die Haltegurte 42 werden die Konversionselemente 3 aufgebracht und dann die Opferschicht 8 entfernt .
Die Figuren 8A bis 8 F zeigen ein Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung 1 . Dabei wird, wie in der Figur 8A gezeigt , zunächst ein Substrat 2 mit einer Opferschicht 8 bereitgestellt . Das Substrat 2 ist vorliegend ein Saphir- Substrat mit einer Dicke von etwa 150 mm . Seiten des Substrats 2 , die parallel zur Haupterstreckungsebene des Substrats 2 verlaufen, sind poliert . Die Opferschicht 8 umfasst SiO2 oder besteht daraus und weist eine Dicke von etwa 300 Nanometern auf . Es ist möglich, dass das Substrat 2 eine adhäsive Schicht aufweist (nicht gezeigt ) . Die adhäsive Schicht hat eine Dicke von etwa 5 Mikrometern und ist mit BOB gebildet . Die adhäsive Schicht wird durch Auf schleudern auf das Saphir-Substrat gebildet .
Wie in der Figur 8B gezeigt , wird die Opferschicht 8 strukturiert , so dass Öf fnungen 81 darin gebildet werden . Das Strukturieren erfolgt durch eine Fotostrukturierung . Auf die strukturierte Opferschicht 8 , das heißt die Opferschicht 8 mit den Öf fnungen 81 , wird eine Konversionsmaterialschicht 31 aufgebracht ( Figur 80 ) . Die Konversionsmaterialschicht 31 wird beispielsweise durch Rakeln und Aushärten ausgebildet . Die Konversionsmaterialschicht 31 füllt die Öf fnung 81 , sodass sich in den Öf fnungen 81 die Haltestruktur 4 in Form von Haltepfosten 41 ausbildet . Um eine Viel zahl an Konversionselementen 3 in der Vorrichtung 1 zu erhalten, wird eine Maske 17 auf die Konversionsmaterialschicht 31 aufgebracht , wie in der Figur 8D gezeigt ist . Die Konversionsmaterialschicht 31 wird in den Bereichen entfernt , die nicht von der Maske 17 bedeckt sind . Anschließend wird auch die Maske 17 entfernt , sodass die in Figur 8E gezeigte Struktur erhalten wird .
Alternativ zu diesem Vorgehen kann auch erst eine Maske 17 auf die strukturierte Opferschicht 8 aufgebracht werden . Die Maske 17 umfasst in beiden Fällen einen Trockenlack oder einen Nasslack, der fotostrukturiert wurde . Anschließend werden die Konversionselemente 3 durch Rakeln und Aushärten in Bereichen der Opferschicht 8 , die nicht von der Maske 17 bedeckt sind, gebildet . Die Konversionselemente 3 können noch abgeschli f fen werden . Dann wird die Maske 17 entfernt .
Bevor die Opferschicht 8 entfernt wird, wie in der Figur 8 F gezeigt ist , können Emissionseigenschaften der Konversionselemente 3 vermessen werden . Die Opferschicht wird vorliegend durch Ätzen entfernt .
Die Figuren 9A bis 9H zeigen ein weiteres Aus führungsbeispiel eines Verfahrens zur Herstellung einer Vorrichtung 1 . Dabei wird zunächst ein Substrat 2 mit einer Opferschicht 8 bereitgestellt , wie in der Figur 9A gezeigt . Vorliegend wird j edoch im Unterschied zum Verfahren der Figuren 8A bis 8 F eine Passivierung 7 , die auch als Schutzschicht bezeichnet werden kann, auf die Opferschicht 8 aufgebracht ( Figur 9B ) . Die Opferschicht 8 und die Passivierung 7 werden so strukturiert , dass Öf fnungen 81 sowohl durch die Passivierung 7 als auch durch die Opferschicht 8 reichen, wie in der Figur 90 gezeigt ist . Alternativ kann die Passivierung 7 auch erst nach der Strukturierung der Opferschicht 8 aufgebracht werden . Die Passivierung 7 weist vorliegend AI2O3 auf .
Mit Hil fe einer Maske 17 (nicht gezeigt ) wird eine Viel zahl von Konversionselementen 3 auf die Passivierung 7 aufgebracht . Dies ist in der Figur 9D gezeigt . Die Konversionselemente 3 werden dabei so aufgebracht , dass Material der Konversionselemente 3 in die Öf fnungen 81 eingebracht wird . Das Material in den Öf fnungen 81 bildet Haltestrukturen 4 , die vorliegend als Haltepfosten 41 ausgebildet sind .
Auf die Konversionselemente 3 und die Passivierung 7 wird ein weiterer Teil der Passivierung 7 aufgebracht , sodass die Konversionselemente 3 bis auf den Bereich der Haltestruktur 4 vollständig von der Passivierung 7 umgeben sind, was in der Figur 9E gezeigt ist . Anschließend wird eine Maske 17 , die einen Fotolack aufweist , selektiv auf die Konversionselemente 3 aufgebracht ( Figur 9F) . Dies ermöglicht , dass die Passivierung 7 auf der Opferschicht 8 zwischen den Konversionselementen 3 entfernt werden kann, ohne die Passivierung 7 um die Konversionselemente 3 zu entfernen . Die Opferschicht 8 wird durch Ätzen der Passivierung 7 freigelegt , wie in der Figur 9G gezeigt ist . Zum Erhalt der Vorrichtung 1 wird schlussendlich die Opferschicht 8 entfernt ( Figur 9H) . Dadurch sind die Konversionselemente 3 lediglich über die j eweilige Haltestruktur 4 mit dem Substrat 2 verbunden .
Ein weiteres Aus führungsbeispiel eines Verfahrens zur Herstellung einer Vorrichtung 1 ist in den Figuren 10A bis 10G gezeigt . Bei diesem Verfahren wird eine Viel zahl von einzelnen Konversionselementen 3 auf einem Hil fsträger 9 mit einer Ablöseschicht 91 bereitgestellt , wie in der Figur 10A gezeigt ist . Die Ablöseschicht 91 ist dabei zwischen dem Hil fsträger 9 und den Konversionselementen 3 angeordnet . Der Hil fsträger 9 kann wie das Substrat 2 , das im Zusammenhang mit den Figuren 1A und 1B beschrieben wurde , ausgebildet sein . Die Konversionselemente 3 sind ebenfalls wie im Zusammenhang mit den Figuren 1A und 1B beschrieben ausgebildet . Die Ablöseschicht 91 umfasst Si3N4 . Die Konversionselemente 3 werden durch Beschichtung des Hil fsträgers 9 und anschließender Strukturierung, beispielsweise mit Lithografie , Laserstrukturierung oder Plasmastrukturierung, auf dem Hil fsträger 9 ausgebildet . Es ist möglich, dass der Hil fsträger 9 eine adhäsive Schicht zwischen Saphir und Ablöseschicht 91 aufweist .
Auf die Konversionselemente 3 und die Ablöseschicht 91 , die nicht von den Konversionselementen 3 bedeckt ist , wird eine Opferschicht 8 aufgebracht , die Öf fnungen 81 aufweist . Die Opferschicht weist eine Dicke von etwa 300 Nanometern auf . Das Aufbringen der strukturierten Opferschicht 8 erfolgt durch Abscheiden des Materials der Opferschicht , vorliegend zum Beispiel SiÖ2 , und anschließendes Fotostrukturieren, sodass die Öf fnungen 81 gebildet werden . Die Opferschicht 8 bedeckt vorliegend nicht nur eine Seite der Konversionselemente 3 , die parallel zur Haupterstreckungsebene der Konversionselemente 3 ist , sondern auch Seiten der Konversionselemente 3 , die senkrecht zur Haupterstreckungsebene der Konversionselemente 3 sind . Dies steht in Kontrast zu den Verfahren der Figuren 8A bis 8 F und 9A bis 9H, bei denen die Opferschicht lediglich zwischen einer Seite der Konversionselemente 3 und dem Substrat 2 angeordnet ist . Mit anderen Worten sind in diesen Verfahren Seiten der Konversionselemente 3 , die senkrecht zu einer Haupterstreckungsebene des Konversionselements 3 verlaufen, frei von der Opferschicht .
Auf die strukturierte Opferschicht 8 wird ein erster Teil einer Einbettungsschicht 23 aufgebracht , wie in der Figur I OC gezeigt ist . Der erste Teil der Einbettungsschicht 23 weist eine Dicke von etwa 2 , 5 Mikrometern auf und wird beispielsweise durch Auf schleudern gebildet . Die Einbettungsschicht 23 weist Benzocyclobuten auf oder besteht daraus . Der erste Teil der Einbettungsschicht 23 wird so aufgebracht , dass er die Öf fnungen 81 in der Opferschicht 8 aus füllt und so Haltestrukturen 4 bildet . Die Konversionselemente 3 sind in die Einbettungsschicht 23 eingebettet .
Wie in der Figur 10D gezeigt , wird auf den ersten Teil der Einbettungsschicht 23 ein zweiter Teil der Einbettungsschicht 23 und ein Substratträger 24 aufgebracht , beispielsweise durch Waferbonden . Dabei werden der erste Teil und der zweite Teil der Einbettungsschicht 23 miteinander verbunden, sodass die in Figur 10E gezeigte Struktur ausgebildet wird .
Der Hil fsträger 9 und die Ablöseschicht 91 werden mittels Laser-Li ft-Of fs entfernt , sodass eine Seite der Konversionselemente 3 freiliegt ( Figur 10F) . Die freiliegende Seite der Konversionselemente 3 kann abgeschli f fen werden und Emissionseigenschaften der Konversionselemente 3 bestimmt werden . Um die Vorrichtung 1 zu erhalten, wird die Opferschicht durch Ätzen entfernt ( Figur 10G) .
Die so erhaltene Vorrichtung 1 weist den Substratträger 24 und die Einbettungsschicht 23 auf , die zusammen das Substrat 2 bilden . Die Konversionselemente 3 in der Vorrichtung 1 sind j eweils über eine Haltestruktur 4 , die vorliegend ein Haltepfosten 41 ist , mit dem Substrat 2 verbunden . Die Haltestruktur 4 ist aus dem Material der Einbettungsschicht 23 , das heißt aus einem Material des Substrats 2 gebildet . Zwischen zwei benachbarten Konversionselementen 3 befindet sich ein Damm 5 , der aus dem Material der Einbettungsschicht 23 gebildet ist . Die Konversionselemente 3 sind in die Einbettungsschicht 23 eingebettet . Dabei ist j edoch ein Luftspalt 21 zwischen der Einbettungsschicht 23 und den Konversionselementen 3 vorhanden .
Das Verfahren der Figuren 11A bis HD ist ein alternatives Aus führungsbeispiel , um diese Vorrichtung 1 zu erhalten . Dabei wird, wie in der Figur HA gezeigt , zunächst der Substratträger 24 mit der Einbettungsschicht 23 bereitgestellt . Der Substratträger 24 und die Einbettungsschicht 23 können wie zuvor beschrieben ausgebildet sein .
Die Einbettungsschicht 23 wird dann so strukturiert , dass darin Kavitäten ausgebildet werden, die j eweils eine Haltestruktur 4 beinhalten . Die Haltestrukturen 4 sind wie in der Figur HB gezeigt als Haltepfosten 41 ausgebildet . In die Kavitäten wird eine Opferschicht 8 so eingebracht , dass die Haltepfosten 41 an einer von dem Substratträger 24 abgewandten Seite frei von der Opferschicht 8 bleiben . Anschließend werden Konversionselemente 3 in den Kavitäten ausgebildet , sodass die in Figur 110 gezeigte Struktur erhalten wird . Zwischen zwei benachbarten Konversionselementen 3 ist ein Damm 5 angeordnet , der aus dem Material der Einbettungsschicht 23 besteht . Um die Vorrichtung 1 zu erhalten, wird die Opferschicht 8 entfernt . Die fertige Vorrichtung 1 ist in der Figur HD zu sehen . In der Vorrichtung 1 können die Konversionselemente 3 mit der Einbettungsschicht abschließen . Es ist aber auch möglich, dass die Konversionselemente 3 die Einbettungsschicht überragen oder umgekehrt .
Die Figuren 12A und 12B zeigen eine schematische Schnittdarstellung und eine schematische Draufsicht auf ein strahlungsemittierendes Bauelement 10 gemäß einer Aus führungs form . Das strahlungsemittierende Bauelement 10 weist einen transparenten Träger 14 auf , auf dem Metallisierungen 15 angeordnet sind . Die Metallisierungen 15 können ein Gitternetz ausbilden . Die Metallisierungen verfügen über Anschlussstellen 151 , auf denen ein strahlungsemittierender Halbleiterchip 11 angeordnet ist . Der strahlungsemittierende Halbleiterchip 11 ist über Lotmaterial 16 mit den Anschlussstellen 151 elektrisch leitend verbunden . Die Metallisierung 15 weist Kupfer auf oder besteht daraus .
Der strahlungsemittierende Halbleiterchip 11 weist eine epitaktisch gewachsene Halbleiterschichtenfolge auf , die eine aktive Schicht enthält . Die aktive Schicht ist dazu eingerichtet , elektromagnetische Strahlung eines ersten Wellenlängenbereichs zu emittieren . Der erste Wellenlängenbereich liegt im ultravioletten bis blauen Bereich des elektromagnetischen Spektrums . Die elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs wird vom strahlungsemittierenden Halbleiterchip 11 über eine Strahlungsaustrittsseite emittiert . Die Strahlungsaustrittsseite zeigt von dem transparenten Träger 14 weg . Der strahlungsemittierende Halbleiterchip 11 ist eine Mikro-LED . An der Strahlungsaustrittseite ist das Konversionselement 3 angeordnet . Das Konversionselement 3 ist wie im Zusammenhang mit den Figuren 1A und 1B beschrieben ausgebildet . Das Konversionselement 3 weist eine Haltestruktur 4 oder Reste einer Haltestruktur 4 auf . Reste einer Haltestruktur 4 entstehen beispielsweise dann, wenn die Haltestruktur 4 nicht aus dem Material des Konversionselements 3 gebildet ist . Vorliegend ist die Haltestruktur j edoch aus dem Material des Konversionselements 3 gebildet . Das Konversionselement 3 kann über eine Klebstof f schicht 12 auf dem strahlungsemittierenden Halbleiterchip 11 befestigt sein . Die Haltestruktur 4 , die ein einzelner Haltepfosten 41 ist , ist so angeordnet , dass sie vom strahlungsemittierenden Halbleiterchip 11 weg zeigt .
Das Konversionselement 3 konvertiert die elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in elektromagnetische Strahlung eines zweiten Wellenlängenbereichs . Der zweite Wellenlängenbereich weist dabei Wellenlängen auf , die zumindest teilweise verschieden sind von den Wellenlängen des ersten Wellenlängenbereichs . Insbesondere weisen die Wellenlängen des zweiten Wellenlängenbereichs entsprechend geringere Energien auf als die des ersten Wellenlängenbereichs .
Die Figuren 13A und 13B zeigen Schritte eines Verfahrens zur Herstellung eines strahlungsemittierenden Bauelements 10 . Dabei wird in einem ersten Schritt , der in der Figur 13A gezeigt ist , auf eine Vorrichtung 1 eine Klebstof f schicht 12 so aufgebracht , dass sie nur Konversionselemente 3 der Vorrichtung 1 bedeckt . Die Vorrichtung 1 ist wie im Zusammenhang mit den Figuren 1A und 1B beschrieben ausgebildet . Es ist j edoch auch möglich, dass die Vorrichtung 1 die Struktur eines der anderen Aus führungsbeispiele aufweist .
Die Vorrichtung 1 wird durch das Substrat 2 hindurch mit Laserlicht 18 bestrahlt ( Figur 13B ) . Dadurch wird Wärme in den Luftspalt 21 zwischen Substrat 2 und Konversionselement 3 eingebracht . Die Luft erwärmt sich, dehnt sich aus und löst dadurch das Konversionselement 3 vom Substrat 2 ab . Dieser Prozess kann auch als Laser-induzierter Vorwärtstrans fer bezeichnet werden . Da das Konversionselement 3 lediglich über die Haltestruktur 4 mit dem Substrat 2 in direktem mechanischen Kontakt steht , wird im Vergleich zu anderen Verfahren weniger Energie benötigt .
Unterhalb des Konversionselements 3 ist ein strahlungsemittierender Halbleiterchip 11 , der auf einem transparenten Träger 14 mit kupfernen Metallisierungen 15 befestigt ist , angeordnet . Aufgrund der Klebstof f schicht 12 kann das vom Substrat 2 abgelöste Konversionselement 3 auf dem strahlungsemittierenden Halbleiterchip 11 haften . So wird das strahlungsemittierende Bauelement 10 gebildet . Mittels des Laser-induzierten Vorwärtstrans fers wird also ein Konversionselement 3 von der Vorrichtung 1 auf den strahlungsemittierenden Halbleiterchip 11 trans feriert .
Wie in den Figuren 14A und 14B sowie 15A und 15B gezeigt ist , können die Konversionselemente 3 von der Vorrichtung 1 auch zunächst auf eine Trans ferfolie 13 , die in einem Spannrahmen 131 befestigt ist , trans feriert werden . Die Trans ferfolie 13 weist insbesondere adhäsive Eigenschaften für die Konversionselemente 3 auf . Das Trans ferieren erfolgt dabei , wie in der Figur 14B gezeigt , über Laser-induzierten Vorwärtstrans fer mit Laserlicht 18 . Alternativ erfolgt das Trans ferieren der Konversionselemente 3 mittels Folientrans fers . Dabei wird, wie in der Figur 15A gezeigt , die Trans ferfolie 13 auf die Konversionselemente 3 der Vorrichtung 1 aufgelegt . Durch adhäsive Eigenschaften der Trans ferfolie 13 bleiben die Konversionselemente 3 an der Trans ferfolie 13 haften . Dadurch können die Konversionselemente 3 gemeinsam vom Substrat 2 abgelöst werden, wie in der Figur 15B gezeigt ist . Im Vergleich wird beim Laser-induzierten Vorwärtstrans fer j edes Konversionselement 3 einzeln auf die Trans ferfolie 13 trans feriert .
Mittels der Trans ferfolie 13 können die Konversionselemente 3 dann auf einen strahlungsemittierenden Halbleiterchip 11 aufgebracht werden . Beispielsweise erfolgt dieses Trans ferieren der Konversionselemente 3 von der Trans ferfolie 13 auf den strahlungsemittierenden Halbleiterchip 11 mit Hil fe eines Stempels .
Die in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Merkmale und Aus führungsbeispiele können gemäß weiteren Aus führungsbeispielen miteinander kombiniert werden, auch wenn nicht alle Kombinationen expli zit beschrieben sind . Weiterhin können die in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Aus führungsbeispiele alternativ oder zusätzlich weitere Merkmale gemäß der Beschreibung im allgemeinen Teil aufweisen .
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2024 117 276 . 2 , deren Of fenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird . Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Bezugs zeichenliste
1 Vorrichtung
2 Substrat
21 Luftspalt
22 Absorptionsschicht
23 Einbettungsschicht
24 Substratträger
25 Vertiefung
3 Konversionselement
31 Konversionsmaterialschicht
4 Haltestruktur
41 Haltepfosten
42 Haltegurt
5 Damm
6 dielektrische Beschichtung
7 Passivierung
8 Opferschicht
81 Öf fnung
9 Hil fsträger
91 Ablöseschicht
10 strahlungsemittierendes Bauelement
11 strahlungsemittierender Halbleiterchip
12 Klebstof f schicht
13 Trans ferfolie
131 Spannrahmen
14 transparenter Träger
15 Metallisierung
151 Anschlussstelle
16 Lotmaterial
17 Maske
18 Laserstrahlung

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung (1) mit
- einem Substrat (2) und
- einer Vielzahl von Konversionselementen (3) , wobei
- die Konversionselemente (3) jeweils über eine Haltestruktur (4) mit dem Substrat (2) verbunden sind und
- die Haltestruktur (4) parallel zur Haupterstreckungsebene des Konversionselements (3) eine geringere Querschnittsfläche als das zugehörige Konversionselement (3) aufweist.
2. Vorrichtung (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Konversionselemente (3) mechanisch nur über die jeweilige Haltestruktur (4) mit dem Substrat (2) verbunden sind .
3. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Haltestruktur (4) aus einem Material der Konversionselemente (3) gebildet ist.
4. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Haltestruktur (4) aus einem Material des Substrats (2) gebildet ist.
5. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Haltestruktur (4) einen Haltepfosten (41) aufweist.
6. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Haltestruktur (4) eine Vielzahl von Haltepfosten (41) aufweist.
7. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Haltestruktur (4) Haltegurte (42) aufweist.
8. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwischen zwei Konversionselementen (3) ein Damm (5) angeordnet ist.
9. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Konversionselemente (3) eine dielektrische Beschichtung (6) aufweisen.
10. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Konversionselemente (3) jeweils zumindest teilweise von einer Passivierung (7) umgeben sind.
11. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Konversionselemente (3) in dem Substrat (2) eingebettet sind.
12. Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung (1) mit den Schritten :
- Anordnen einer strukturierten Opferschicht (8) zwischen einem Substrat (2) und einer Vielzahl von Konversionselementen (3) ,
- Entfernen der strukturierten Opferschicht (8) , sodass die Konversionselemente (3) jeweils über eine Haltestruktur (4) mit dem Substrat (2) verbunden sind, wobei die Haltestruktur
(4) parallel zur Haupterstreckungsebene des Konversionselements (3) eine geringere Querschnittsfläche als das zugehörige Konversionselement (3) aufweist.
13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Anordnen der strukturierten Opferschicht (8) zwischen dem Substrat (2) und der Vielzahl von Konversionselementen (3) die folgenden Schritte umfasst: - Aufbringen der strukturierten Opferschicht (8) auf das Substrat (2) und
- Aufbringen der Vielzahl von Konversionselementen (3) auf die strukturierte Opferschicht (8) .
14. Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Anordnen der strukturierten Opferschicht (8) zwischen dem Substrat (2) und der Vielzahl von Konversionselementen (3) die folgenden Schritte umfasst:
- Aufbringen der strukturierten Opferschicht (8) auf eine Vielzahl von Konversionselementen (3) auf einem Hilfsträger
(9) ,
- Aufbringen einer Einbettungsschicht (23) und eines Substratträgers (24) auf die strukturierte Opferschicht (8) und
- Ablösen des Hilfsträgers (9) .
15. Strahlungsemittierendes Bauelement (10) mit
- einem strahlungsemittierenden Halbleiterchip (11) und
- einem Konversionselement (3) , wobei
- das Konversionselement (3) eine Haltestruktur (4) oder Reste einer Haltestruktur (4) aufweist und
- die Haltestruktur (4) oder die Reste der Haltestruktur parallel zur Haupterstreckungsebene des Konversionselements
(3) eine geringere Querschnittsfläche als das Konversionselement (3) aufweisen.
16. Strahlungsemittierendes Bauelement (10) nach Anspruch 15, wobei der strahlungsemittierender Halbleiterchip (11) eine Mikro-LED ist oder umfasst.
17. Verfahren zur Herstellung eines strahlungsemittierenden
Bauelements (10) mit den Schritten: - Bereitstellen einer Vorrichtung (1) mit einer Vielzahl von Konversionselementen (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 und
- Transferieren eines Konversionselements (3) von der Vorrichtung (1) auf einen strahlungsemittierenden Halbleiterchip (11) .
18. Verfahren nach Anspruch 17, ferner umfassend Aufbringen einer Klebstoff schicht (12) auf die Vielzahl von Konversionselementen (3) vor dem Transferieren des Konversionselements (3) .
19. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, wobei das Transferieren des Konversionselements (3) von der Vorrichtung (1) auf den strahlungsemittierenden Halbleiterchip (11) mittels Laser-induzierten Vorwärtstransfers erfolgt.
20. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, wobei das Transferieren des Konversionselements (3) von der Vorrichtung (1) auf den strahlungsemittierenden Halbleiterchip (11) die folgenden Schritte umfasst:
- Transferieren der Vielzahl von Konversionselementen (3) auf eine Transferfolie (13) und
- Transferieren eines Konversionselements (3) von der Transferfolie (13) auf den strahlungsemittierenden Halbleiterchip (11) .
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