CN108028261B - 发光器件以及用于制造发光器件的方法 - Google Patents
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Abstract
提出一种器件，其包括至少一个光电子半导体芯片(42)，所述光电子半导体芯片具有：联接衬底(4)，所述联接衬底具有安装面(4a)和电接触结构；和‑多个结构化的半导体单元(2)，所述半导体单元分别具有多个单块连贯的像元(21)，所述像元分别具有有源层，所述有源层在运行时发射光，其中‑所述半导体单元(2)彼此横向间隔开地设置在安装面(4a)上，和相邻的半导体单元(2)的间距(d)为至少5μm和最多55μm，并且像元(21)可电学分离地操控。也提出一种用于制造所述器件的方法。
Description
技术领域
提出一种器件以及一种用于制造器件的方法。
背景技术
参考文献DE 10 2011 056 888A1描述一种器件以及一种用于制造器件的方法。
发明内容
待实现的目的在于，提出一种制造成本降低的器件。此外应提出一种用于制造制造成本降低的器件的方法。
提出一种器件。该器件尤其设置用于发射光。例如，所述器件是光源。尤其，所述器件能够是前照灯，尤其是自适应性汽车前照灯(英语：Adaptive Front-lighting System，AFS)。
根据器件的至少一个实施形式，所述器件包括至少一个光电子半导体芯片，下面也称为“半导体芯片”。半导体芯片尤其设置用于发射光。例如，所述半导体芯片是像素化的发光二极管芯片。“像素化”在此和在下文中能够表示：发光二极管芯片具有多个尤其可电学分离地操控的像元。
根据至少一个实施形式，半导体芯片具有联接衬底。所述联接衬底包括安装面和电接触结构。电接触结构能够设置用于电接触半导体芯片。为此，电接触结构能够包括导电材料，例如金属，或者由这种材料构成。
联接衬底具有主延伸平面，所述联接衬底在所述主延伸平面中沿横向方向延伸。与所述主延伸平面垂直地，在竖直方向上，联接衬底具有厚度。所述联接衬底的厚度比联接衬底在横向方向上的最大延伸小。联接衬底的主平面形成安装面。
联接衬底能够构成为半导体芯片的进行机械稳定的部件。“机械稳定”在此和在下文中表示：通过壳体的进行稳定的部件改进对半导体芯片的机械操作并且由此例如较高的外力能够作用在半导体芯片上，而不损坏所述半导体芯片。尤其，半导体芯片能够通过联接衬底而是机械自承的，这意味着，半导体芯片例如在制造方法的范围中能够借助工具，即例如镊子进行操作，而不必存在另一支撑元件。
根据至少一个实施形式，半导体芯片包括多个结构化的半导体单元。每个半导体单元具有多个单块连贯的像元，所述像元分别具有源层，所述有源层在运行时发射光。像元尤其能够是像素，即是半导体单元的彼此分离的发射区域。每个像元能够具有背离联接衬底的光出射面。在此可行的是，由有源层发射的光通过光出射面从像元中耦合输出。
“单块连贯”在此和在下文中能够表示：像元由唯一的、尤其连贯地构成的半导体层序列形成。尤其，像元能够由单块的半导体层序列制成。例如可行的是，为了制造像元，首先将半导体层序列施加到生长衬底上并且借助于随后至少部分地分割半导体层序列来提供像元。
例如，形成具有n型传导的半导体层、有源的半导体层和p型传导的半导体层的半导体层序列。像元的有源层能够从有源的半导体层中产生。此外，像元能够分别具有p型传导的层和n型传导的层，所述p型传导的层和n型传导的层从p型传导的半导体层和n型传导的半导体层中产生。层从半导体层中“产生”在此和在下文中能够表示：层通过分割半导体层产生并且是半导体层的一部分。在此可行的是，借助于至少一个共同的半导体层将像元部分地相互连接，所述共同的半导体层能够为n型传导的或p型传导的半导体层。尤其，像元能够通过多个半导体层，例如n型传导的半导体层、p型传导的半导体层和有源层相互连接。
根据至少一个实施形式，半导体单元彼此横向间隔开地设置在安装面上。换言之，在半导体单元之间存在沟槽。尤其可行的是，相邻的半导体单元的像元不是单块连贯的和/或不借助于半导体材料相互连接。
根据至少一个实施形式，相邻的半导体单元的间距为至少5μm和最多55μm，优选为至少10μm和最多20μm。间距尤其为在两个相邻的半导体单元的侧面之间沿横向方向的最小间距。半导体单元的侧面能够为半导体单元的沿着竖直方向伸展的外面。
根据至少一个实施形式，像元可彼此分离地操控。尤其可行的是，至少一个电接触结构与每个像元一对一地相关联。由此会可行的是，各个像元的发射有针对性地接通或切断。像元中的两个像元或更多个像元因此能够在相同或不同的时间运行。
根据所述器件的至少一个实施形式，所述器件包括至少一个光电子半导体芯片，所述光电子半导体芯片具有联接衬底，所述联接衬底具有安装面和电接触结构和多个结构化的半导体单元，所述半导体单元分别具有多个单块连贯的像元，所述像元分别具有在运行时发射光的有源层。半导体芯片的半导体单元彼此横向间隔开地设置在安装面上。相邻的半导体单元的间距为至少5μm和最多55μm。此外，像元可电学分离地操控。
根据器件的至少一个实施形式，像元的有源层单块连贯地构成。例如，有源层是唯一的有源的半导体层的一部分。此外，像元可借助于多个横向间隔开的半导体接触件电学分离地操控。相邻的半导体接触件的横向间距为至少1μm和最多25μm。例如，每个像元与至少一个半导体接触件导电连接。此外，与一个像元相关联的电接触结构能够与相应的像元的半导体接触件导电连接。半导体接触件能够借助导电材料，即例如金属形成或者由其构成。尤其，器件能具有多个半导体接触件，所述半导体接触件分别与至少一个像元相关联。例如，半导体接触件彼此横向间隔开地设置在像元的朝向联接衬底的底面上和/或像元的光透射面上。
根据至少一个实施形式，在相邻的像元的有源层之间分别设置有分离沟槽。可行的是，像元的有源层彼此间不连接。尤其，有源层能够与每个像元一对一地相关联。有源层例如能够通过分离沟槽框架状地包围。“框架状”在此和在下文中表示：每个像元和/或每个有源层在安装面的俯视图中沿横向方向完全由分离沟槽包围。在俯视图中，分离沟槽于是显现为栅格或网络，其中像元由栅格或网络的各个网眼包围。分离沟槽例如能够借助于刻蚀产生。
根据至少一个实施形式，分离沟槽的宽度为至少5μm和最多25μm，优选为至少5μm和最多20μm。分离沟槽的宽度尤其为分离沟槽在横向方向上的最小扩展。尤其，分离沟槽的宽度为两个相邻的像元的侧面之间在横向方向上的最小间距。像元的侧面能够为像元的沿着竖直方向伸展的外面。
根据至少一个实施形式，像元彼此光学分离。像元的光学分离例如能够借助于分离沟槽引起。此外可行的是，在相邻的像元之间设置有进行吸收和/或进行反射的材料。如果材料对于由有源层发射的辐射具有最多0.4，优选最多0.3的透射度或最少0.5，优选最少0.7并且特别优选最少0.85的反射率，那么该材料在此和在下文中是“进行吸收的”或“进行反射的”。由于像元的光学分离结合分离的可电操控性而例如可行的是，仅使器件的个别区域有针对性地发光。
根据至少一个实施形式，半导体单元中的至少两个半导体单元具有不同数量的像元。例如可行的是，将至少一个半导体单元配设给第一组半导体单元并且将至少另一半导体单元配设给第二组半导体单元。第一组的半导体单元能够分别具有第一数量的像元，并且第二组的半导体单元分别能够具有第二数量的像元，其中第一数量和第二数量不同。
可行的是，具有不同数量的像元的半导体单元具有不同的尺寸。半导体单元和/或像元的尺寸在此和在下文中是半导体单元和/或像元在横向方向上的相应的扩展。在此可行的是，像元具有不同的尺寸。替选地，不同的半导体单元的像元在制造公差的范围中能够具有相同的尺寸。
替选地可行的是，具有不同数量的像元的半导体单元在制造公差的范围中具有相同的尺寸。在该情况下，像元能够具有不同的尺寸。
根据至少一个实施形式，联接衬底具有至少一个集成电路。例如，联接衬底具有掺杂区域，借助于所述掺杂区域实现开关过程。尤其，集成电路能够为联接衬底的电接触结构。例如，联接衬底具有晶体管、电容器、电阻和/或另外的电子部件作为集成电路。联接衬底能够用硅形成或者由其构成。尤其，联接衬底能够是有源矩阵硅衬底。有源矩阵硅衬底能够包含晶体管的矩阵，借助于所述晶体管的矩阵能够操控各个像元。晶体管例如能够以CMOS或薄层技术制造。
根据至少一个实施形式，联接衬底包含多个电流源。每个电流源与像元中的一个像元一对一地相关联。此外，每个电流源和与其相关联的像元导电连接。尤其，每个像元与电流源导电连接。电流源例如能够为小型化的电流源。
根据至少一个实施形式，相邻的半导体单元的间距与分离沟槽的平均宽度偏差最多+/-10％。相邻的半导体单元的间距能够在制造公差的范围中对应于分离沟槽的平均宽度。换言之，相邻的半导体单元的像元能够具有与相同的半导体单元的像元基本上相同的间距。分离沟槽的平均宽度例如能够为关于分离沟槽的相应的宽度的算数平均值。尤其可行的是，相邻的半导体单元的间距和分离沟槽的宽度为至少5μm和最多55μm。
根据至少一个实施形式，相邻的半导体单元的间距与相邻的半导体单元的平均间距偏差最多+/-10％。相邻的半导体单元的平均间距能够为关于半导体单元的相应的间距的算数平均值。换言之，半导体单元以彼此间规则的间距安置在联接衬底上。
根据至少一个实施形式，器件的发光面积为至少8mm2，优选为至少32mm2。器件的发光面积尤其为器件的像元的所有光出射面的总和。
根据至少一个实施形式，像元的总数为至少128，优选至少2048，和/或由该总数的像元发射的光的光通量为至少1600流明，优选至少6400流明。器件例如能够为高分辨率的光源和/或具有高发光密度的光源。尤其，具有高于6400流明光通量的唯一的像素化的半导体单元的制造不能够以经济上合理的产量制造。在此，将器件分成分别具有多个像元的各个半导体单元实现低成本地和经济上合理地制造具有高分辨率和/或高光通量的器件。
根据至少一个实施形式，器件具有至少两个半导体芯片。每个半导体芯片能够如上述那样构造。尤其，每个半导体芯片包括多个半导体单元，所述半导体单元设置在联接衬底上。
根据至少一个实施形式，至少两个半导体芯片设置在电路板上。电路板例如能够为金属芯板或所谓的热沉。电路板尤其能够设置用于电操控和/或冷却设置在电路板上的半导体芯片。
此外提出一种用于制造器件的方法。器件优选能够借助在此描述的方法制造。这就是说，所有对于器件公开的特征也对于方法公开并且反之亦然。
根据所述方法的至少一个实施形式，提供具有多个像元的多个半导体单元。每个半导体单元施加在生长衬底上。生长衬底例如能够为单晶衬底，所述单晶衬底例如能够借助蓝宝石形成。在此可行的是，每个半导体单元的像元从共同的半导体层序列中产生，所述半导体层序列在生长衬底上外延生长，其中在外延生长之后能够分割成像元。
根据所述方法的至少一个实施形式，提供具有安装面和电接触结构的联接衬底。半导体单元施加到联接衬底的安装面上。进行半导体单元的施加使得半导体单元彼此横向间隔开地设置在安装面上，其中相邻的半导体单元的间距为至少5μm和最多55μm，优选为至少10μm和最多20μm。此外，像元可彼此电学分离地操控。
根据所述方法的至少一个实施形式，至少部分地剥离生长衬底。尤其，生长衬底能够完全地，例如借助于刻蚀工艺或激光剥离工艺来剥离。在该情况下，在联接衬底上仅存留有像元的发射光的半导体层。替选地可行的是，生长衬底，例如借助于刻蚀工艺或者通过物理剥离、如磨削或剖光来打薄。在该情况下，在像元上仅存留有生长衬底的一部分。
根据用于制造器件的方法的至少一个实施形式，所述方法包括下述方法步骤：
-提供多个半导体单元，所述半导体单元分别具有多个单块连贯的像元，所述像元分别具有有源层，所述有源层在运行时发射光，其中每个半导体单元分别施加在生长衬底上；
-提供具有安装面和电接触结构的联接衬底；
-将半导体单元施加到安装面上，使得半导体单元彼此横向间隔开地设置在安装面上，其中相邻的半导体单元的间距为至少5μm和最多55μm，并且像元可电学分离地操控；
-至少部分地剥离生长衬底。
所述方法步骤能够以给出的顺序执行。
根据所述方法的至少一个实施形式，半导体单元借助于从具有多个像元的晶片复合件中分割来提供。例如，分割借助于锯割、借助于刮刻和折断或借助于激光分离来进行。
根据所述方法的至少一个实施形式，提供半导体单元包括确定具有缺陷像元的半导体单元以及分拣出具有缺陷像元的半导体单元，使得在制造公差的范围中仅将具有完好像元的半导体单元施加到安装面上。换言之，所述方法包括选择完好的像元。由此能够确保，仅将功能完整的半导体单元转移到联接衬底上。
缺陷的像元的特征例如在于，其比完好的像元具有更低的光密度和/或更低的光通量或更高的电压降。例如，缺陷的像元不发射光。
例如，像元在晶片复合件中制造，其中外延生长之后跟随有分割成半导体单元的步骤。确定具有缺陷像元的半导体单元能够在分割前或者分割后进行。例如可行的是，在分割前鉴别出缺陷像元并且将所述缺陷像元在分割时从晶片复合件中移除。替选地可行的是，首先执行分割成各个半导体单元并且随后分选出具有缺陷像元的半导体单元。
在此描述的用于制造器件的方法以及在此描述的器件尤其遵循下述构思：将单块制造像元与将半导体单元各自设置到联接衬底上组合。这实现提供具有高数量像元的器件，所述像元以彼此间小的间距定位在联接衬底上。
与仅单块制造的高像素化的器件相反，划分成各个半导体单元实现挑选缺陷的半导体单元。这实现：将例如在半导体材料或结构中具有例如统计学分布的故障的缺陷像元在转移到联接衬底上之前分拣出。由此，显著增加了具有相应大的发光面的功能完整的器件的产量。
此外与各自设置像元相对，像元彼此间小的间距是可行的。由此能够放弃使用另外的光学设备或者显著减少另外的光学设备的数量。此外，通过将整体所需的发光面任意地分配到多个半导体单元和/或多个半导体芯片上实现在器件设计方面的自由度。像元在半导体单元之内和/或在半导体芯片之内的数量和/或布置在此能够选择为，使得根据所选择的连接工艺和/或根据像元的故障率能够实现最优的产量进而能够实现最佳的成本优势。
附图说明
下面根据实施例和相关的附图来详细阐述在此描述的器件以及在此描述的方法。
根据图1A和1B的示意图详细阐述在此描述的器件的在此描述的半导体单元的实施例。
根据图2A、2B、2C和2D的示意图来详细阐述在此描述的用于制造器件的方法的一个实施例以及在此描述的器件的一个实施例。
根据图3、4A、4B和4C的示意图来详细阐述在此描述的器件的实施例。
具体实施方式
相同的、同类的或起相同作用的元件在附图中设有相同的附图标记。附图和在附图中示出的元件彼此间的尺寸比例不可视为是符合比例的。更确切地说，个别元件为了更好的可示出性和/或为了更好的理解能够被夸大地示出。
根据图1A和1B的示意图详细阐述在此描述的器件的半导体单元的一个实施例。实施例在图1B中与图1A相比转动180°地示出。
在生长衬底1上施加有半导体单元2(在附图中仅示意性地示出)。半导体单元2具有多个像元21。像元21通过分离沟槽22彼此间隔开。分离沟槽22的宽度B为至少5μm和最多25μm.。
每个像元21能够具有n型传导的层、p型传导的层和有源层。例如，n型传导的层和p型传导的层从n型传导的半导体层和p型传导的半导体层中产生。在此可行的是，n型传导的层或p型传导的层对应于n型传导的半导体层或p型传导的半导体层。例如，n型传导的半导体层和p型传导的半导体层借助(化合物)半导体材料形成或者由这种材料构成。
根据图2A、2B、2C和2D的示意图详细阐述用于制造器件的在此描述的方法的一个实施例。
在图2A中示出的方法步骤中提供施加在生长衬底1上的半导体单元2并且能够设有第一焊球31，所述焊球能够用焊料金属形成。
在图2B中示出的方法步骤中提供具有安装面4a的联接衬底4。在安装面4a上预设联接区域33，所述联接区域设有联接面32，所述联接面能够对应于第一焊球31设置。联接面32能够用金属形成或者由金属构成。在每个联接区域33上施加有半导体单元2连同生长衬底1。随后，能够进行第一焊球31和联接面32的加热，由此半导体单元2和尤其像元21与联接衬底4能够机械和/或电连接。替选地或附加地，能够借助于键合进行半导体单元2和尤其像元21的机械和/或电连接。
在图2C中示出的方法步骤中，将分别设有生长衬底1的多个半导体单元2施加在联接衬底4的安装面4a上。
在图2D中示出的方法步骤中，将生长衬底1从半导体单元2剥离。替选地，生长衬底1能够仅部分地剥离或打薄。分别具有多个像元21的多个半导体单元2于是连同联接衬底4一起形成半导体芯片42。半导体芯片42的半导体单元2彼此横向间隔开地设置在联接衬底4的安装面4a上。相邻的半导体单元2的间距d为至少5μm和最多55μm。
根据图3的示意图详细阐述在此描述的器件的一个实施例。器件包括多个半导体芯片42，所述半导体芯片共同施加在电路板51上。在半导体芯片42的半导体单元2的背离电路板51的覆盖面上分别施加有转换元件53。转换元件53能够为具有进行波长转换的颗粒的陶瓷小板或聚合物层。
借助于电接口52，能够进行半导体芯片42的联接衬底4和尤其半导体单元2的各个像元21的电接触和/或操控。尤其，联接衬底4的电接触在将联接衬底4施加到电路板51上之后从背离电路板51的上侧起进行，例如借助于键合线进行，所述键合线引导到设置在上侧上的焊盘上。替选地，联接衬底4能够设有过孔。在该情况下，器件能够是可表面安装的组件(英语：surface-mountable device，SMD)。
根据图4A、4B和4C的示意图详细阐述用于在此描述的器件的半导体芯片42的实施例。
图4A示出具有多个半导体单元2的半导体芯片42，所述半导体单元分别包括多个像元21。半导体单元2施加在联接衬底4上。如在图4A中示出，半导体单元2分别具有相同数量的像元21。此外，半导体单元2能够具有类似的或相同的尺寸。在半导体单元2的背离联接衬底4的覆盖面上能够施加有转换元件53。
在图4B中示出的实施例中，半导体芯片42能够仅包括具有多个像元21的唯一的半导体单元2。半导体单元2能够在其覆盖面上可选地具有转换元件53(在图2B中没有示出)。
在图4C中示出的实施例中，半导体芯片42包括多个半导体单元2，其中半导体单元2具有不同数量的像元21，所述像元分别具有不同的尺寸。
本专利申请要求德国专利申请102015115812.4的优先权，其公开内容通过参引的方式并入本文。
本发明不由于借助实施例进行的描述而受限于此。更确切地说，本发明包括每个新的特征以及特征的每个组合，这尤其包含实施例中的特征的每个组合，即使所述特征或所述组合本身没有在实施例中明确说明也如此。
附图标记列表：
1 生长衬底
2 半导体单元
21 像元
22 分离沟槽
B 宽度
d 间距
31 第一焊球
32 联接面
33 联接区域
4 联接衬底
4a 安装面
42 光电子半导体芯片
51 电路板
52 电接口
53 转换元件
Claims (16)
1.一种器件，其包括至少一个光电子半导体芯片(42)，所述光电子半导体芯片具有：
-联接衬底(4)，所述联接衬底具有安装面(4a)和电接触结构；和
-多个结构化的半导体单元(2)，所述半导体单元分别具有多个单块连贯的像元(21)，所述像元分别具有有源层，所述有源层在运行时发射光，其中
-所述半导体单元(2)彼此横向间隔开地设置在所述安装面(4a)上，
-所述像元(21)能电学分离地操控，
-在相邻的像元(21)的所述有源层之间分别设置有宽度(B)为至少5μm和最多25μm的分离沟槽(22)，和
-相邻的半导体单元(2)的间距(d)与所述分离沟槽(22)的平均宽度偏差最多+/-10％，
其中所述半导体单元(2)中的至少两个半导体单元具有不同数量的像元(21)，并且
所述至少两个半导体单元(2)的像元具有不同的尺寸，并且
所述至少两个半导体单元(2)在制造公差的范围中具有相同的尺寸。
2.根据权利要求1所述的器件，其中相邻的半导体单元(2)的间距(d)为至少5μm和最多55μm。
3.根据权利要求1或2所述的器件，其中
-所述像元(21)的所述有源层单块连贯地构成，和
-所述像元(21)借助于多个横向间隔开的半导体接触件(210)能电学分离地操控，其中
-相邻的半导体接触件(210)的间距(a)为至少1μm和最多25μm。
4.根据权利要求1或2所述的器件，其中所述像元(21)彼此光学分离。
5.根据权利要求1或2所述的器件，其中所述联接衬底(4)具有至少一个集成电路。
6.根据权利要求1或2所述的器件，其中所述联接衬底(4)包含多个电流源，其中每个所述电流源与所述像元(21)中的一个像元一对一地相关联并且与该像元(21)导电连接。
7.根据权利要求1或2所述的器件，其中相邻的半导体单元(2)的间距与相邻的半导体单元(2)的平均间距(a)偏差最多+/-10％。
8.根据权利要求1或2所述的器件，其中所述器件的发光面积为至少8mm2。
9.根据权利要求8所述的器件，其中所述器件的发光面积为至少40mm2。
10.根据权利要求1或2所述的器件，其中所述器件的所述像元(21)的总数为至少128，和/或由所述总数的像元(21)发射的光的光通量为至少1600流明。
11.根据权利要求10所述的器件，其中所述器件的所述像元(21)的总数为至少2500。
12.根据权利要求10所述的器件，其中由所述总数的像元(21)发射的光的光通量为6400流明。
13.根据权利要求1或2所述的器件，所述器件包括至少两个光电子半导体芯片(42)，所述光电子半导体芯片设置在电路板(51)上。
14.一种用于制造器件的方法，所述方法包括下述方法步骤：
-提供多个半导体单元(2)，所述半导体单元分别具有多个单块制造的像元(21)，所述像元分别具有有源层，所述有源层在运行时发射光，其中将每个半导体单元(2)分别施加在生长衬底(1)上；
-提供具有安装面(4a)和电接触结构的联接衬底(4)；
-将所述半导体单元(2)施加到所述安装面(4a)上，使得所述半导体单元(2)彼此横向间隔开地设置在所述安装面(4a)上；其中
-相邻的半导体单元(2)的间距(d)为至少5μm和最多55μm；
-在相邻的像元(21)的所述有源层之间分别设置有宽度(B)为至少5μm和最多25μm的分离沟槽(22)，和
-相邻的半导体单元(2)的间距(d)与所述分离沟槽(22)的平均宽度偏差最多+/-10％，
-所述像元(21)能电学分离地操控；和
-至少部分地剥离所述生长衬底(1)，
其中所述半导体单元(2)中的至少两个半导体单元具有不同数量的像元(21)，并且
所述至少两个半导体单元(2)的像元具有不同的尺寸，并且
所述至少两个半导体单元(2)在制造公差的范围中具有相同的尺寸。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述半导体单元(2)借助于从具有多个像元(21)的晶片复合件中分割来提供。
16.根据权利要求15所述的方法，其中提供所述半导体单元(2)还包括下述方法步骤：
-确定具有缺陷的像元(21)的半导体单元；
-分拣出具有缺陷的像元(21)的所述半导体单元(2)，使得在制造公差的范围中仅将具有完好的像元(21)的半导体单元施加到所述安装面(4a)上。
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