DE102013103724A1

DE102013103724A1 - Trägersystem, Verwendung eines photolabilen Linkers in einem Trägersystem und Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements

Info

Publication number: DE102013103724A1
Application number: DE102013103724.0A
Authority: DE
Inventors: Gudrun Lindberg
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2013-04-12
Filing date: 2013-04-12
Publication date: 2014-10-16

Abstract

Es wird ein Trägersystem (100) angegeben, umfassend – einen Träger (1) mit einer Trägeroberfläche (11), – eine Linkerschicht (2), welche direkt auf der Trägeroberfläche (11) aufgebracht ist, – eine Kleberschicht (3), welche direkt auf der Linkerschicht (2) aufgebracht ist, und – ein Substrat (4), welches direkt auf der Kleberschicht (3) aufgebracht ist und der Trägeroberfläche (11) zugewandt ist, wobei die Linkerschicht (2) zumindest einen Linker (R-Y) umfasst oder daraus besteht, wobei der Linker (R-Y) photolabil ist, wobei der Linker (R-Y) zumindest eine der folgenden Struktureinheiten aufweist: Si-Si-Bindung, Nitrobenzyl, Isoxazolidin und Kombinationen daraus.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Trägersystem, die Verwendung eines photolabilen Linkers in einem Trägersystem und ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements.
Die Nutzung von temporären Trägern ermöglicht es, besonders dünne und bruchempfindliche Substrate umfassend Halbleitermaterialien mit herkömmlichen Fertigungsmethoden zu bearbeiten. Dabei stellt das anschließende Lösen des Trägers von dem Substrat eine besondere Herausforderung dar, da die bruchempfindlichen Substrate durch den Ablösevorgang mechanisch nicht beansprucht werden sollten.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Trägersystem und ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements anzugeben, das eine Stabilität, insbesondere eine mechanische Stabilität, aufweist.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Trägersystem einen Träger mit einer Trägeroberfläche, eine Linkerschicht, welche direkt auf der Trägeroberfläche aufgebracht ist, eine Kleberschicht, welche direkt auf der Linkerschicht aufgebracht ist und ein Substrat, welches direkt auf der Kleberschicht aufgebracht ist und der Trägeroberfläche zugewandt ist, wobei die Linkerschicht zumindest einen Linker umfasst oder daraus besteht. Der Linker ist photolabil und weist zumindest eine der folgenden Struktureinheiten auf: Si-Si-Bindung, Nitrobenzyl, Isoxazolidin und Kombinationen daraus. Mit anderen Worten kann der Linker eine Si-Si-Gruppe und/oder Nitrobenzyl-Gruppe und/oder Isoxazolidin-Gruppe aufweisen.
Der Träger weist eine Trägeroberfläche auf, welche dem Substrat zugewandt ist. Das Substrat kann eine Halbleiterschichtenfolge aufweisen, wobei der Träger quer zur Wachstumsrichtung der Halbleiterschichtenfolge des Substrats angeordnet ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Träger transparent für elektromagnetische Strahlung aus dem UV- und/oder blauen Spektralbereich. UV-Spektralbereich bedeutet in diesem Zusammenhang insbesondere nahes UV mit einer Wellenlänge zwischen 315 nm bis 380 nm. UV-Spektralbereich kann aber auch mittleres UV mit einer Wellenlänge von 280 nm bis 385 nm bedeuten. Blauer Spektralbereich bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die elektromagnetische Strahlung einen Wellenlängenbereich von 380 nm bis 490 nm, insbesondere 420 nm bis 490 nm, beispielsweise 450 nm aufweist. Die Transparenz des Trägers für einen Spektralbereich ermöglicht es vorteilhaft, dass elektromagnetische Strahlung dieses Spektralbereichs durch den Träger hindurch direkt auf den photolabilen Linker einwirken kann. Transparenz meint hier, dass der Träger eine Durchlässigkeit für die elektromagnetische Strahlung von größer oder gleich 85%, beispielsweise 95% aufweist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der Träger ein Material, beispielsweise ein Halbleitermaterial. Insbesondere kann der Träger allein aus diesem Material bestehen. Das Material kann aus einer Gruppe ausgewählt sein, die Galliumarsenid (GaAs), Galliumnitrid (GaN), Silizium (Si), Germanium (Ge), InP, SiC und Keramik ist. Alternativ kann der Träger auch aus Glas sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Träger eine Schichtdicke von 400 bis 1000 μm, beispielsweise 500 μm auf. Insbesondere ist die Schichtdicke des Trägers um den Faktor fünf bis sechs größer als die Schichtdicke des Substrats.
Dass die Linkerschicht direkt auf der Trägeroberfläche angeordnet ist, bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Linkerschicht unmittelbar in mechanischem Kontakt mit der Trägeroberfläche des Trägers steht. Dabei sind keine weiteren Schichten und/oder Elemente zwischen der Linkerschicht und dem Träger angeordnet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform besteht die Linkerschicht zu 70%, 80%, 90%, 95% oder vollständig, das heißt zu 100% aus dem Linker. Besteht die Linkerschicht nicht vollständig aus dem Linker, so kann diese Linkerschicht Zusätze, beispielsweise Zusätze zur Erhöhung der Adhäsionsfähigkeit der Linkerschicht, aufweisen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Linker die Struktureinheit Si-Si auf. Insbesondere weist der Linker die Struktureinheit Si-Si-Si auf. Der Linker kann zusätzlich oder alternativ die Struktureinheit Nitrobenzyl, insbesondere Ortho-Nitrobenzyl aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann der Linker eine Isoxazolidin-Gruppe aufweisen. Unter einer Isoxazolidin-Gruppe versteht man einen nichtaromatischen Fünfring, welcher drei Kohlenstoffatome und im Ring einander direkt benachbart ein Stickstoffatom und ein Sauerstoffatom aufweist. Insbesondere weist die Isoxazolidin-Gruppe folgende Struktureinheit auf:
Insbesondere ist die Struktureinheit der Isoxazolidin-Gruppe mit einem Aromaten oder Heteroaromaten kondensiert, was beispielhaft durch folgende Struktureinheit gezeigt ist:
Dabei können die Kohlenstoffatome des Aromaten oder die Kohlenstoffatome und das Stickstoffatom der Isoxazolidin-Gruppe substituiert oder unsubstituiert sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Linker eine Sisyl-Gruppe auf. Sisyl weist die Struktureinheit (SiMe₃)₃Si- auf. Me bedeutet hier Methyl.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Linker die Strukturformel
und/oder Derivate und Kombinationen daraus auf oder besteht daraus, wobei R₁, R₂, R₃, R₄, X₁, X₂ unabhängig voneinander H, Methyl, Alkyl, Aryl, Heteroaryl, Heteroalkyl, Alkoxy, Halogen oder Aryloxy ist, oder wobei zumindest zwei der Reste R₁, R₂, R₃, R₄, X₁, X₂ miteinander kondensiert sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Linker die Strukturformel
auf, wobei R₁, R₂, R₃, R₄, R₅, R₆, R₇, R₈, R₉, X₃ unabhängig voneinander H, Methyl, Alkyl, Aryl, Heteroalkyl, Heteroaryl, Alkoxy, Halogen oder Aryloxy ist oder wobei zumindest zwei der Reste R₁, R₂, R₃, R₄, R₅, R₆, R₇, R₈, R₉, X₃ miteinander kondensiert sind. Insbesondere ist R₁, R₂, R₃, R₄, R₅, R₆, R₇, R₈, R₉ jeweils eine Methyl-Gruppe. X₃ kann dabei ein Ester sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Linker kein Halogen, insbesondere kein Fluor in den Resten R₁, R₂, R₃, R₄, R₅, R₆, R₇, R₈, R₉, X₁, X₂ und/oder X₃ auf. Insbesondere weist der Linker keine Fluoralkyl- und/oder Fluoralkylsisyl- und/oder Fluoraryl-Gruppen auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist X₁, X₂ und/oder X₃ eine an der Trägeroberfläche exponierte funktionelle Gruppe. Damit ist der Linker und die Trägeroberfläche durch zumindest eine kovalente Bindung miteinander verbunden. Die Trägeroberfläche ist somit mit dem Linker funktionalisiert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die funktionelle Gruppe der Trägeroberfläche aus einer Gruppe ausgewählt, die -OR, -NR¹R², -NR, Hydroxy-, Amino-, Carboxy- und deren Derivate und Kombinationen daraus umfasst, wobei R, R¹, R² unabhängig voneinander H, Alkyl, Aryl, Heteroalkyl oder Heteroaryl sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Linker photolabil. Dies bedeutet, dass der Linker bei Einwirkung von elektromagnetischer Strahlung unbeständig ist und/oder sich zumindest chemisch verändert. Der Linker oder die Linkerschicht kann so ausgewählt sein, dass sie sich bei Einwirkung von elektromagnetischer Strahlung photolytisch zersetzt. Zersetzen bedeutet in diesem Zusammenhang, dass der Linker seine chemische Struktur ändert. Mit anderen Worten können sich im Linker oder in der Linkerschicht kovalente Bindungen innerhalb des Moleküls oder zwischen Linker und der funktionellen Gruppe der Trägeroberfläche bei Einwirken von elektromagnetischer Strahlung aufspalten. Zersetzen bedeutet hingegen nicht, dass sich der Linker ausschließlich aufgrund der Einwirkung von Wärme chemisch verändert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Linker ein „small molecule”. Mit anderen Worten ist der Linker nicht polymerisiert. Insbesondere weist der Linker keine Acrylgruppen auf, welche zur Polymerisation befähigt sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Linker frei von Harz. Mit anderen Worten ist der Linker nicht in einem Harz, beispielsweise einem Polyesterharz einpolymerisiert. Der Linker wird gemäß einer Ausführungsform nach Aufbringen der Linkerschicht beispielsweise mittels UV-Strahlung nicht ausgehärtet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform kann eine hydroxyfunktionalisierte Trägeroberfläche, beispielweise eine OH-funktionalisierte Glasoberfläche, mit Sisylchlorid (Punkt 1 des folgenden Schemas: Herstellung von Sisylchlorid) nasschemisch behandelt werden, wobei die Sisylgruppe an dem Sauerstoffatom der Hydroxygruppe des Trägers kovalent bindet. Anschließend erfolgt die photolytische Spaltung dieser kovalenten Bindung durch Belichtung mit elektromagnetischer Strahlung der Linkerschicht, wobei wieder eine hydroxyfunktionalisierte Glasträgeroberfläche erzeugt wird. Die sisylisierten Nebenprodukte können beispielsweise durch Abspülen mit einem Lösungsmittel entfernt werden. Somit können die Nebenprodukte leicht entfernt werden und die Trägeroberfläche leicht gereinigt werden. Die photolytische Zersetzung des Linkers kann beispielsweise durch folgende Reaktionsmechanismen erfolgen:
Dabei bezeichnet X die funktionelle Gruppe der Trägeroberfläche (Glas), DMAP bezeichnet Dimethylaminopyridin und hν das Einwirken von elektromagnetischer Strahlung. Somit kann die Linkerschicht leicht an die Trägeroberfläche gebunden werden und/oder leicht durch Einwirken von elektromagnetischer Strahlung entfernt werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform kann aus einer ortho-Nitrobenzylfunktionalisierten Trägeroberfläche 1 durch Photolyse (hν) ortho-Nitrobenzylaldehyd 2a und eine carboxyfunktionaliserte Trägeroberfläche 2b erzeugt werden. Näheres siehe folgende Reaktionsschemata, wobei X die funktionelle Gruppe der Trägeroberfläche und ISC Intersystem Crossing bezeichnen:
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die elektromagnetische Strahlung eine Wellenlänge aus einem Bereich von 350 nm bis 460 nm, insbesondere 370 nm bis 420 nm, beispielsweise 400 nm auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform kann durch Einwirken der elektromagnetischen Strahlung auf die Linkerschicht und/oder den Linker zumindest eine kovalente Bindung innerhalb des Linkers oder zwischen dem Linker und den exponierten funktionellen Gruppen der Trägeroberfläche gespalten werden. Dadurch können das Substrat und der Träger leicht voneinander getrennt werden. Ist das Substrat sehr bruchempfindlich, so kann der Träger durch Spaltung der kovalenten Bindung einfach entfernt werden, sodass kein mechanischer Stress auf das Substrat einwirkt. Damit kann der Träger von dem Substrat besonders schonend entfernt werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform kann ein wasserunlöslicher Linker nach Einwirken der elektromagnetischen Strahlung wasserlöslich sein. Dadurch kann der Linker vom Träger leicht durch Wegspülen mit einer wässriger Lösung entfernt werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Linker an die Trägeroberfläche kovalent und an die Kleberschicht nichtkovalent gebunden. Nichtkovalent bedeutet in diesem Zusammenhang jegliche Art von Bindung außer eine kovalente Bindung. Solche nichtkovalenten Bindungen können beispielsweise Van-der-Wals-Kräfte und/oder Adhäsionskräfte sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Linkerschicht als Monolage ausgestaltet. Eine Monolage oder Monoschicht bezeichnet eine Schicht von einer Atom- oder Moleküllage auf der Oberfläche des Trägers, wobei die Schichthöhe hier nur ein Molekül beträgt. Insbesondere ist die Monolage frei von halogenhaltigen, insbesondere fluorhaltigen Substituenten.
Dass die Kleberschicht direkt zwischen Substrat und Linkerschicht angeordnet ist, bedeutet in diesem Zusammenhang, ein unmittelbarer mechanischer Kontakt zum Substrat und zur Linkerschicht, wobei keine weiteren Schichten und/oder Elemente zwischen dem Substrat und der Kleberschicht beziehungsweise zwischen der Kleberschicht und der Linkerschicht angeordnet sind. Die Kleberschicht ist dazu eingerichtet, den Träger und das Substrat zu verbinden.
Alternativ ist es möglich keine Kleberschicht in dem Trägersystem zu verwenden. Insbesondere sind dann der Träger direkt mit der Linkerschicht und die Linkerschicht direkt mit dem Substrat verbunden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Kleberschicht transparent. Die Kleberschicht kann gegenüber elektromagnetischer Strahlung mit einer Wellenlänge aus dem Bereich von 350 bis 460 nm photostabil sein. Photostabil bedeutet in diesem Zusammenhang, dass sich die Kleberschicht durch Einwirkung von elektromagnetischer Strahlung nicht photolytisch verändert. Mit anderen Worten werden dadurch keine kovalenten Bindungen in der Kleberschicht gespalten.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Kleberschicht ein organisches Material auf. Insbesondere weist die Kleberschicht keine Acrylgruppen auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Substrat Germanium oder besteht aus Germanium. Generell eignet sich jedes Halbleitermaterial, beispielweise Germanium, GaAs, GaN, Si, Ge, InP, SiC, AlGaAs und/oder InGaAlP als Substrat. Das Substrat kann eine Schichtdicke zwischen 10 und 150 μm, beispielsweise zwischen 10 und 50 μm oder 20 und 100 μm, insbesondere 85 μm aufweisen. Insbesondere ist das Substrat sehr dünn ausgestaltet. Aufgrund der geringen Schichtdicke des Substrats ist das Substrat sehr bruchempfindlich, sodass es bei herkömmlichem Methoden der Halbleiterfertigung schwierig zu bearbeiten ist. Durch Verwendung einer Linkerschicht mit einem Linker, welcher sich durch Einwirken elektromagnetischer Strahlung photolytisch zersetzt, kann das bruchempfindliche Substrat mechanisch durch den Träger verstärkt und nach der Bearbeitung leicht wieder von dem Träger getrennt werden, ohne dass ein mechanischer Stress auf das Substrat ausgeübt wird. Somit wird das Substrat nicht beschädigt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Substrat Bestandteil eines optoelektronischen Bauelements. Ein optoelektronischen Bauelement bezeichnet hier und im Folgenden nicht nur ein fertiges optoelektronischen Bauelement, wie beispielsweise Leuchtdioden (LEDs) oder Laserdioden, sondern auch Substrate und/oder Halbleiterschichten, sodass beispielsweise bereits ein Verbund einer Kupfer-Schicht und einer Halbleiterschicht ein optoelektronischen Bauelement darstellen und/oder einen Bestandteil eines größeren zweiten optoelektronischen Bauelements bilden kann, in dem beispielsweise zusätzlich elektrische Anschlüsse vorhanden sind. Das optoelektronischen Bauelement kann beispielsweise ein Dünnfilm-Halbleiterchip, insbesondere ein Dünnfilm-Leuchtdiodenchip sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das optoelektronischen Bauelement eine Halbleiterschichtenfolge. Die Halbleiterschichtenfolge kann Bestandteil eines Halbleiterchips sein.
Gemäß einer Ausführungsform sind die in der Halbleiterschichtenfolge vorkommenden Halbleitermaterialien nicht beschränkt, sofern diese zumindest teilweise Elektrolumineszenz aufweisen. Es werden beispielsweise Verbindungen aus den Elementen verwendet, die aus Indium, Gallium, Aluminium, Stickstoff, Phosphor, Arsen, Sauerstoff, Silizium, Kohlenstoff und Kombinationen daraus ausgewählt sind. Es können aber auch andere Elemente und Zusätze verwendet werden. Die Schichtenfolge mit einem aktiven Bereich kann beispielsweise auf Nitridverbindungshalbleitermaterialien basieren. „Auf Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial basierend” bedeutet im vorliegenden Zusammenhang, dass die Halbleiterschichtenfolge oder zumindest ein Teil davon, ein Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial, vorzugsweise Al_nGa_mIn_1-n-mN aufweist oder aus diesem besteht, wobei 0 ≤ n 1, 0 ≤ m ≤ 1 und n + m ≤ 1. Dabei muss dieses Material nicht zwingend eine mathematisch exakte Zusammensetzung nach obiger Formel aufweisen. Vielmehr kann es beispielsweise ein oder mehrere Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen. Der Einfachheit halber beinhaltet obige Formel jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters (Al, Ga, In, N), auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt und/oder ergänzt sein können.
Die Halbleiterschichtenfolge kann als aktiven Bereich beispielsweise einen herkömmlichen pn-Übergang, eine Doppelheterostruktur, eine Einfach-Quantentopfstruktur (SQW-Struktur) oder eine Mehrfach-Quantentopfstruktur (MQW-Strukur) aufweisen. Die Halbleiterschichtenfolge kann neben dem aktiven Bereich weitere funktionelle Schichten und funktionelle Bereiche umfassen, etwa p- oder n-dotierte Ladungsträgertransportschichten, also Elektronen- oder Löchertransportschichten, p- oder n-dotierte Confinement- oder Cladding-Schichten, Pufferschichten und/oder Elektroden sowie Kombinationen daraus. Solche den aktiven Bereich oder die weiteren funktionellen Schichten und Bereiche betreffende Strukturen sind dem Fachmann insbesondere hinsichtlich Aufbau, Funktion und Struktur bekannt und werden von daher an dieser Stelle nicht näher erläutert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das optoelektronischen Bauelement dazu eingerichtet, elektromagnetische Primärstrahlung zu emittieren und/oder zu absorbieren.
Es wird weiterhin die Verwendung eines photolabilen Linkers in einer Linkerschicht, welche in einem Trägersystem angeordnet ist, angegeben.
Dabei gelten die gleichen Definitionen und Merkmale für die Verwendung eines photolabilen Linkers, wie sie vorstehend in der Beschreibung für das Trägersystem angegeben wurden. Durch Verwendung einer photolabilen Linkerschicht in einem Trägersystem kann das Substrat von dem Träger verstärkt werden und nach Bearbeitung sehr leicht abgelöst werden, was im Herstellungsprozess Kosten spart aufgrund der Tatsache, dass die Bruchgefahr des durch den Träger verstärkten Substrats während der Bearbeitung reduziert ist.
Es wird weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements angegeben. Das Verfahren umfasst die folgenden Verfahrensschritte:

A) Bereitstellen eines Trägers mit einer Trägeroberfläche, wobei die Trägeroberfläche derart eingerichtet ist, dass sie funktionalisiert werden kann,
B) Funktionalisieren der Trägeroberfläche mit zumindest einem Linker, wobei der Linker kovalent an die Trägeroberfläche bindet, wobei der Linker photolabil ist, wobei der Linker zumindest eine der folgenden Struktureinheiten aufweist: Si-Si, Nitrobenzyl, Isoxazolidin und Kombinationen daraus,
C) Bereitstellen eines Substrats oder mehrere Substrate,
D) Aufbringen einer Kleberschicht auf das Substrat und/oder auf die funktionalisierte Trägeroberfläche,
E) Aufbringen des Substrats auf die Trägeroberfläche mit dazwischen angeordneter Kleberschicht, so dass ein Trägersystem erzeugt wird,
F) Einwirken lassen von elektromagnetischer Strahlung auf zumindest den Linker, wobei der Linker zumindest teilweise photolytisch von der Trägeroberfläche abgespalten wird, und
G) Trennen von Substrat und Träger, wobei zwischen dem Verfahrensschritt E) und F) ein zusätzlicher Verfahrensschritt E1) erfolgt: Bearbeiten des Substrats.

Für das Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements gelten die gleichen Definitionen und Merkmale, wie sie vorstehend in der Beschreibung und in den Figuren für das Trägersystem angegeben sind.
Mit einem derartigen Verfahren und der Behandlung der Trägeroberfläche mit einer Linkerschicht, welche leicht im Batch erfolgen kann, können der Träger und das Substrat leicht voneinander getrennt werden, ohne das Substrat zu beschädigen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform erfolgt die Oberflächenbehandlung oder Funktionalisieren der Trägeroberfläche ganzflächig. Dies bedeutet, dass keine Zonen ausgespart werden. Somit kann eine gleichmäßige, vollflächige Linkerschicht auf dem Träger, beispielsweise einem Wafer, erzeugt werden. Die Güte der Funktionalisierung der Trägeroberfläche kann von dem Material des Trägers und/oder vom Linker abhängen. So kann beispielsweise eine Trägeroberfläche mit hydroxyfunktionellen Gruppen und ein Linker mit einer Sisylgruppe leicht kovalente Bindungen eingehen, so dass die Trägeroberfläche leicht funktionalisiert werden kann.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird im Verfahrensschritt E1) die Substratoberfläche und/oder andere Flächen des Substrats, welche keine Substratoberfläche darstellen, bearbeitet. Die Bearbeitung kann mittels herkömmlichen Verfahren der LED/Laserproduktion bzw. IC-Produktion, beispielsweise zur Dickenbearbeitung, Metallisierung und/oder Strukturierung erfolgen. Das Substrat wird durch die Anbindung des Trägers mechanisch verstärkt, wobei ein Brechen des Substrats beim Bearbeiten reduziert wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform kann nach dem Verfahrensschritt G) ein weiterer Verfahrensschritt I) erfolgen, wobei der Träger durch Veraschen der Linkerschicht recycelt werden kann. Damit ist das Recyceln des Trägers einfach und kostengünstig realisierbar.
Mit anderen Worten beschreibt das angegebene Verfahren das Aufbringen eines Substrats mittels einer Linkerschicht auf einen Träger, wobei das Substrat dadurch mechanisch stabilisiert wird und damit gefahrlos bearbeitet werden kann. Nach der Bearbeitung des Substrats kann der Träger leicht von dem Substrat gelöst werden. Der Träger ist somit temporär an dem Substrat angeordnet. Der Träger kann von dem Substrat durch photoinduzierte Abspaltung eines Linkers abgelöst werden. Die Trägeroberfläche wird dabei durch kovalentes chemisches Anbinden einer neuen Funktionseinheit, eines Linkers, funktionalisiert. Im anschließenden Verfahrensschritt kann die Linkerschicht und die kovalenten Bindungen zwischen dem Linker und der Trägeroberfläche photolytisch gespalten werden, um so das Substrat und die Kleberschicht von dem temporären Träger zu lösen. Somit erfolgt das Lösen des Trägers ohne mechanische Beanspruchung des Substrats. Die Funktionalisierung der Trägeroberfläche kann unterschiedlich erfolgen. Beispielsweise kann die Funktionalisierung nasschemisch erfolgen. Alternativ oder zusätzlich kann die Funktionalisierung der Trägeroberfläche auch in der Gasphase erfolgen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform erfolgt zumindest der Verfahrensschritt B) nasschemisch und/oder in der Gasphase. Dabei kann der Linker mittels einer Linkerlösung aufgebracht werden. In einem weiteren Verfahrensschritt B'), welcher sich an dem Verfahrensschritt B) anschließen kann, kann das Lösungsmittel der Linkerlösung verdampft werden und somit die Linkerschicht erzeugt werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Linkerschicht in der Gasphase abgeschieden werden. Beispielsweise kann die Linkerschicht durch Spin-Coating, ALD (Atomic Layer Deposition), Dip-Coating oder CVD (Chemical Vapour Deposition) abgeschieden werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden im Verfahrensschritt F) die Bindungen C-X₁ und/oder C-X₂ und/oder Si-X₃ des Linkers der folgenden Strukturformeln I, II und/oder III
gespalten, sodass der Linker vollständig photolytisch von der Trägeroberfläche abgespalten wird. Dabei ist R₁, R₂, R₃, R₄, R₅, R₆, R₇, R₈, R₉, X₁ _, X₂ _, X₃ unabhängig voneinander H, Methyl, Alkyl, Aryl, Heteroalkyl, Heteroaryl, Alkoxy, Halogen oder Aryloxy oder zumindest zwei der Reste R₁, R₂, R₃, R₄, R₅, R₆, R₇, R₈, R₉, X₁ _, X₂ _, X₃ sind miteinander kondensiert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform erfolgt im Verfahrensschritt F) die photolytische Aufspaltung durch Aufbrechen von kovalenten Bindungen innerhalb des Linkers und nicht zwischen Linker und zumindest einer funktionellen Gruppe der Trägeroberfläche, sodass sich der Linker nach photolytischer Abspaltung noch zumindest teilweise auf der Trägeroberfläche befindet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform kann der Verfahrensschritt G) in einem wässrigen Medium erfolgen. Die Linkerschicht kann dabei eine Löslichkeit in dem wässrigen Medium aufweisen. Dadurch kann der Träger durch die wasserlösliche Linkerschicht vom Substrat leicht entfernt werden. Die auf dem Substrat angeordnete wasserunlösliche Kleberschicht kann das Substrat in dem wässrigen Medium schützen.
Alternativ kann der Verfahrensschritt G) in einem organischen Lösungsmittel erfolgen. Insbesondere sind die Linkerschicht und die Kleberschicht in dem organischen Lösungsmittel löslich. Damit kann im Verfahrensschritt G) die Kleberschicht und die photolytisch gespaltene Linkerschicht gleichzeitig von dem Träger und/oder Substrat entfernt werden.
Im Folgenden werden weitere Vorteile, sowie vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Gegenstandes anhand von Figuren und Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Die 1 zeigt eine schematische Seitenansicht eines Trägersystems gemäß einer Ausführungsform,
die 2 und 3 zeigen jeweils ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements gemäß einer Ausführungsform, und
die 4 zeigt ein optoelektronischen Bauelement gemäß einer Ausführungsform.
In den Ausführungsbeispielen und Figuren sind gleiche oder gleich wirkende Bestandteile jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind grundsätzlich nicht als maßstabsgerecht anzusehen.
Die 1 zeigt eine schematische Seitenansicht eines Trägersystems 100 gemäß einer Ausführungsform. Das Trägersystem 100 umfasst einen Träger 1, eine Linkerschicht 2, eine Kleberschicht 3 und ein Substrat 4. Der Träger 1 kann beispielsweise Silizium sein. Der Träger 1 weist eine Trägeroberfläche 11 auf, welche dem Substrat 4 zugewandt ist und quer zur Wachstumsrichtung einer Halbleiterschichtenfolge (nicht gezeigt) des Substrats 4 angeordnet ist.
Auf der Trägeroberfläche 11 ist in direktem Kontakt die Linkerschicht 2 angeordnet sein. Die Linkerschicht 2 kann als Monolage ausgestaltet sein, wobei die Linkerschicht 2 einen Linker R-Y umfasst oder daraus besteht. Der Linker R-Y ist mit der funktionellen Gruppe X der Trägeroberfläche 11 kovalent verbunden. Der Linker R-Y weist beispielsweise eine Sisylgruppe, insbesondere eine halogenfreie Sisylgruppe, auf.
Auf der Linkerschicht 2 ist in direktem Kontakt die Kleberschicht 3 angeordnet sein. Die Kleberschicht 3 kann beispielsweise aus einem organischen Material sein.
Auf der Kleberschicht 3 ist in direktem Kontakt das Substrat 4 angeordnet. Das Substrat 4 kann Bestandteil eines Halbleiterchips sein. Die Linkerschicht 2 kann insbesondere dazu eingerichtet sein, bei Einwirken von elektromagnetischer Strahlung 7 kovalente Bindungen 5 innerhalb des Linkers R-Y und/oder kovalente Bindungen 6 zwischen dem Linker R-Y und der funktionellen Gruppe X der Trägeroberfläche 11 aufzuspalten. Die Linkerschicht 2 kann insbesondere kovalent an die Trägeroberfläche 11 und nicht-kovalent an die Kleberschicht 3 gebunden sein. Die Linkerschicht 2 wirkt hiermit als so genannte Opferschicht, wobei bei Einwirken von elektromagnetischer Strahlung 7 sie sich photolytisch zersetzt bzw. verändert. Dadurch kann eine leichte Separation des Trägers 1 von dem Substrat 4 erfolgen.
Die 2 und 3 zeigen jeweils ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements gemäß einer Ausführungsform.
In 2 wird im Verfahrensschritt A) ein Träger 1 mit einer Trägeroberfläche 11 bereitgestellt.
Im Verfahrensschritt B) wird der Träger 1 mit einer Linkerschicht 2, welche einen Linker aufweist, auf der Trägeroberfläche 11 funktionalisiert. Der Linker bindet dabei kovalent an die Trägeroberfläche 11. Der Linker ist dabei photolabil, sodass er dazu eingerichtet ist, sich bei Einwirken von elektromagnetischer Strahlung photolytisch zu zersetzen oder verändern. Insbesondere weist der Linker eine Struktureinheit Si-Si, Nitrobenzyl und/oder Isoxazolidin auf.
Im Verfahrensschritt C) wird ein Substrat 4 bereitgestellt. Alternativ oder zusätzlich können auch mehrere Substrate bereitgestellt werden. Das Substrat ist insbesondere Bestandteil eines später erzeugten optoelektronischen Bauelements 200.
Das Substrat 4 wird im Verfahrensschritt D) auf seiner Substratoberfläche mit einer Kleberschicht 3 behandelt. Dabei kann die Kleberschicht 3 ganzflächig auf das Substrat 4 aufgebracht werden.
Im Verfahrensschritt E) wird der funktionalisierte Träger 1 und das mit der Kleberschicht 3 behandelte Substrat 4 zusammengeführt, so dass ein Trägersystem 100 erzeugt wird.
Das Trägersystem 100 weist somit eine Schichtenfolge von Träger 1, Linkerschicht 2, Kleberschicht 3 und Substrat 4 auf, wobei jeweils Träger 1 mit Linkerschicht 2, Linkerschicht 2 mit Kleberschicht 3 und Kleberschicht 3 mit Substrat 4 in direktem Kontakt zueinander stehen.
Im anschließenden Verfahrensschritt E1) wird das Substrat bearbeitet. Die Beabreitung kann beispielsweise das Aufbringen einer Halbleiterschichtenfolge auf das Substrat sein. Dies kann zur mechanischen Beanspruchung zumindest des Substrats führen, wobei der Träger das Substrat mechanisch stabilisiert und ein Zerbrechen des Substrats verhindert wird. Insbesondere wird das Substrat derart bearbeitet, dass das optoelektronische Bauelement 200 erzeugt wird.
Im anschließenden Verfahrensschritt F) wird elektromagnetische Strahlung 7, beispielsweise mit einer Wellenlänge von 350 bis 460 nm, auf das Trägersystem eingewirkt. Insbesondere ist der Träger 1 transparent für diese elektromagnetische Strahlung 7. Die elektromagnetische Strahlung 7 wird durch den transparenten Träger 1 in Richtung Linkerschicht 2 eingestrahlt. Dadurch zersetzt sich die Linkerschicht 2 beziehungsweise der Linker photolytisch.
Im oder nach dem Verfahrensschritt G) kann durch das photolytische oder durch die kovalente Spaltung der Bindungen im Linker der Träger 1 vom Substrat 4 leicht getrennt werden. Dazu kann im Verfahrensschritt G) der Träger 1 beispielsweise in einem wässrigen Medium oder organischem Lösungsmittel 9 abgelöst werden.
Im folgenden Verfahrensschritt H) kann die Kleberschicht 2 durch ein weiteres organisches Lösungsmittel abgelöst werden.
Alternativ können die Verfahrensschritte G) und H) gleichzeitig erfolgen (hier nicht gezeigt). Ist die Kleberschicht wasserunlöslich, so kann diese beispielsweise in einem organischen Lösungsmittel gelöst werden.
Der Träger 1 kann in einem weiteren Verfahrensschritt I) (hier nicht gezeigt) recycelt werden. Damit kann ein Substrat 4 erzeugt werden, welches keine Beschädigungen durch die Verfahrensschritte A) bis I) aufweist. Insbesondere wird das Substrat 4 durch den Verfahrensschritt E1) bruchfrei bearbeitet und der Träger kann durch die sich anschließenden Verfahrensschritte F) bis I) leicht vom Substrat 4 ohne dessen Beschädigung getrennt werden. Es wird somit kein mechanischer Stress auf das ungeschützte Substrat 4 ausgeübt. Das Substrat 4 wird somit nicht mechanisch beansprucht. Die Funktionalisierung der Trägeroberfläche 11 kann im Batch und ganzflächig erfolgen.
Die 3 zeigt im Gegensatz zur 2 ebenfalls ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements, jedoch wird hier die Kleberschicht 3 nicht wie in 2 gezeigt direkt im Verfahrensschritt C) auf das Substrat 4 aufgebracht, sondern die Kleberschicht 3 wird im Verfahrensschritt C) auf die Linkerschicht 2 direkt aufgebracht. Im anschließenden Verfahrensschritt E) wird das Substrat 4 auf die Kleberschicht 3 in direktem Kontakt aufgebracht. Die Verfahrensschritte F) bis I) können wie in 2 gezeigt erfolgen.
4 zeigt eine schematische Seitenansicht eines optoelektronischen Bauelements 200 gemäß einer Ausführungsform. Das optoelektronischen Bauelement 200 umfasst ein Substrat 4 und ein Gehäuse 80, welches auf dem Substrat 4 angeordnet ist. Das Substrat 4 in 4 ist identisch mit dem Substrat 4 der jeweiligen 1 bis 3. Das optoelektronische Bauelement 200 umfasst weiterhin eine Halbleiterschichtenfolge 10, welche zur Emission von elektromagnetischer Primärstrahlung befähigt ist. Die Halbleiterschichtenfolge 10 kann in einer Ausnehmung 60 angeordnet sein. Das Gehäuse 80 kann eine Gehäusewand 70 aufweisen. Weiterhin kann das optoelektronischen Bauelement 200 einen Verguss 50 aufweisen. Alternativ kann der Verguss ein Konversionsmaterial aufweisen, welches die von der Halbleiterschichtenfolge 10 emittierte elektromagnetische Primärstrahlung in eine elektromagnetische Sekundärstrahlung mit längerer Wellenlänge umwandelt. Die 4 zeigt weiterhin die elektrischen Anschlüsse 20 und 30.
Einzelne, mehrere oder alle Komponenten des optoelektronischen Bauelements 200 können im Verfahrensschritt E1 auf das Substrat aufgebracht werden, insbesondere jedoch die Komponenten, deren Aufbringung oder Erzeugung hohe mechanische Belastung mit sich bringt, beispielsweise das Gehäuse 80 oder der auf das Substrat gebondete Bonddraht 40 zum elektrischen Anschluss der Halbleiterschichtenfolge 10.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele 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.

Claims

Trägersystem (100) umfassend – einen Träger (1) mit einer Trägeroberfläche (11), – eine Linkerschicht (2), welche direkt auf der Trägeroberfläche (11) aufgebracht ist, – eine Kleberschicht (3), welche direkt auf der Linkerschicht (2) aufgebracht ist, und – ein Substrat (4), welches direkt auf der Kleberschicht (3) aufgebracht ist und der Trägeroberfläche (11) zugewandt ist, wobei die Linkerschicht (2) zumindest einen Linker (R-Y) umfasst oder daraus besteht, wobei der Linker (R-Y) photolabil ist, wobei der Linker (R-Y) zumindest eine der folgenden Struktureinheiten aufweist: Si-Si-Bindung, Nitrobenzyl, Isoxazolidin und Kombinationen daraus.
Trägersystem (100) nach Anspruch 1, wobei der Linker (R-Y) die Strukturformel
und/oder Derivate und Kombinationen daraus aufweist oder daraus besteht, wobei R₁, R₂, R₃, R₄, X₁, X₂ unabhängig voneinander H, Methyl Alkyl, Aryl, Heteroalkyl, Heteroaryl, Alkoxy, Halogen oder Aryloxy ist oder wobei zumindest zwei der Reste R₁, R₂, R₃, R₄, X₁, X₂ miteinander kondensiert sind.
Trägersystem (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Linker (R-Y) die Strukturformel
aufweist, wobei R₁, R₂, R₃, R₄, R₅, R₆, R₇, R₈, R₉, X₃ unabhängig voneinander H, Methyl, Alkyl, Aryl, Heteroalkyl, Heteroaryl, Alkoxy, Halogen oder Aryloxy ist oder wobei zumindest zwei der Reste R₁, R₂, R₃, R₄, R₅, R₆, R₇, R₈, R₉, X₃ miteinander kondensiert sind.
Trägersystem (100) nach Anspruch 2 oder 3, wobei X₁ _, X₂ und/oder X₃ eine an der Trägeroberfläche (11) exponierte funktionelle Gruppe (X) ist, so dass eine kovalente Bindung zwischen dem Linker (R-Y) und der Trägeroberfläche (11) vorhanden ist.
Trägersystem (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die funktionelle Gruppe (X) aus einer Gruppe ausgewählt ist, die -OR, -NR¹R², -NR, Hydroxy-, Amino-, Carboxy-, und deren Derivate und Kombinationen daraus umfasst, wobei R, R¹, R² unabhängig voneinander H, Alkyl, Aryl, Heteroalkyl oder Heteroaryl sind.
Trägersystem (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Träger (1) transparent für elektromagnetische Strahlung (7) aus dem UV- und/oder blauen-Spektralbereich ist.
Trägersystem (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Träger (1) ein Material umfasst oder daraus besteht, wobei das Material aus der Gruppe GaAs, GaN, Si, Ge, InP, SiC, Glas und Keramik ausgewählt ist.
Trägersystem (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Substrat (4) Germanium, GaAs, GaN, Si, Ge, InP, SiC, AlGaAs und/oder InGaAlP umfasst oder daraus besteht und eine Schichtdicke zwischen 10 und 50 μm aufweist.
Trägersystem (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Kleberschicht (3) transparent ist und gegenüber elektromagnetischer Strahlung (7) mit einer Wellenlänge aus einem Bereich von 350 und 460 nm photostabil ist.
Trägersystem (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Kleberschicht (3) ein organisches Material aufweist.
Trägersystem (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Linkerschicht (2) so ausgewählt ist, dass sie sich bei Einwirken von elektromagnetischer Strahlung (7) photolytisch verändert.
Trägersystem (100) nach dem vorherigen Anspruch, wobei die elektromagnetische Strahlung (7) eine Wellenlänge aus einem Bereich von 350 und 460 nm aufweist.
Trägersystem (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Anbindung des Linkers (R-Y) an die Trägeroberfläche (11) kovalent und die Anbindung des Linkers (R-Y) an die Kleberschicht (3) nicht-kovalent erfolgt.
Trägersystem (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Linkerschicht (2) als Monolage ausgebildet ist.
Verwendung eines photolabilen Linkers in einer Linkerschicht (2), welche in einem Trägersystem (100) gemäß Anspruch 1, angeordnet ist.
Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements (100) umfassend die folgenden Verfahrensschritte: A) Bereitstellen eines Trägers (1) mit einer Trägeroberfläche (11), wobei die Trägeroberfläche (11) derart eingerichtet ist, dass sie funktionalisiert werden kann, B) Funktionalisieren der Trägeroberfläche (11) mit zumindest einem Linker (R-Y), wobei der Linker (R-Y) kovalent an die Trägeroberfläche (11) bindet, wobei der Linker (R-Y) photolabil ist, wobei der Linker (R-Y) zumindest eine der folgenden Struktureinheit aufweist: Si-Si, Nitrobenzyl, Isoxazolidin und Kombinationen daraus, C) Bereitstellen eines Substrats (4) oder mehrerer Substrate, D) Aufbringen einer Kleberschicht (3) auf das Substrat (4) und/oder auf die funktionalisierte Trägeroberfläche (11), E) Aufbringen des Substrats (4) auf die Trägeroberfläche (11) mit dazwischen angeordneter Kleberschicht (3), so dass ein Trägersystem nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 14 erzeugt wird, F) Einwirken lassen von elektromagnetischer Strahlung (7) auf zumindest den Linker (R-Y), wodurch der Linker (R-Y) zumindest teilweise photolytisch von der Trägeroberfläche (11) abgespalten wird, und G) Trennen von Substrat (4) und Träger (1), wobei zwischen den Verfahrensschritten E) und F) ein zusätzlicher Verfahrensschritt E1) erfolgt: Bearbeiten des Substrats (4).
Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, wobei zumindest der Verfahrensschritt B) nasschemisch und/oder in der Gasphase erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei im Verfahrensschritt F) die Bindungen C-X₁ und/oder C-X₂ und/oder Si-X₃ des Linkers (R-Y) der folgenden Strukturformeln I, II und/oder III
gespalten werden, so dass der Linker (R-Y) vollständig photolytisch von der Trägeroberfläche (11) abgespalten wird, wobei R₁, R₂, R₃, R₄, R₅, R₆, R₇, R₈, R₉, X₁ _, X₂ _, X₃ unabhängig voneinander H, Methyl, Alkyl, Aryl, Heteroalkyl, Heteroaryl, Alkoxy, Halogen oder Aryloxy ist oder wobei zumindest zwei der Reste R₁, R₂, R₃, R₄, R₅, R₆, R₇, R₈, R₉, X₁ _, X₂ _, X₃ miteinander kondensiert sind.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei im Verfahrensschritt F) die photolytische Aufspaltung durch Aufbrechen von kovalenten Bindungen innerhalb des Linkers (R-Y) und nicht zwischen Linker (R-Y) und zumindest einer funktionellen Gruppe (X) der Trägeroberfläche (11) erfolgt, so dass sich der Linker (R-Y) nach photolytischer Abspaltung noch zumindest teilweise auf der Trägeroberfläche (11) befindet.