DE102018126924A1

DE102018126924A1 - Verfahren zur Herstellung eines Leuchtdiodenchips mit einer Konverterschicht und Leuchtdiodenchip

Info

Publication number: DE102018126924A1
Application number: DE102018126924.2A
Authority: DE
Inventors: Siegfried Herrmann
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2018-10-29
Filing date: 2018-10-29
Publication date: 2020-04-30
Also published as: WO2020088988A1

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines Leuchtdiodenchips mit einer Konverterschicht (12) beschrieben, umfassend die Schritte: Aufbringen einer Konverterschicht (12) auf ein erstes Substrat (10), Aufbringen einer ersten transparenten Schicht (11) auf die Konverterschicht (12); Herstellen einer Halbleiterschichtenfolge (30), die eine zur Emission von Strahlung geeignete aktive Schicht (32) aufweist, auf einem zweiten Substrat (20) und Verbinden der Konverterschicht (12) mit der Halbleiterschichtenfolge (30) derart, dass das erste Substrat (10) an einer von der Halbleiterschichtenfolge (30) abgewandten Seite der Konverterschicht (12) angeordnet ist. Weiterhin wird ein mit dem Verfahren herstellbarer Leuchtdiodenchip (100) beschrieben.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Leuchtdiodenchips mit einer Konverterschicht sowie einen Leuchtdiodenchip mit der Konverterschicht.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines Leuchtdiodenchip mit einer Konverterschicht anzugeben, dass sich insbesondere durch ein besonders präzises Aufbringen der Konverterschicht mit vergleichsweise geringem Aufwand auszeichnet. Weiterhin soll ein mit dem Verfahren herstellbarer Leuchtdiodenchip mit der Konverterschicht angegeben werden.
Diese Aufgaben werden durch ein Verfahren zur Herstellung eines Leuchtdiodenchips sowie einen Leuchtdiodenchip gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Gemäß zumindest einer Ausgestaltung wird bei dem Verfahren zur Herstellung eines Leuchtdiodenchips eine Konverterschicht auf ein erstes Substrat aufgebracht. Die Konverterschicht kann ein beliebiges Konvertermaterial umfassen, das zur Lumineszenzkonversion einer von dem Leuchtdiodenchip emittierten Strahlung geeignet ist. Bei der Lumineszenzkonversion wird insbesondere eine von dem Leuchtdiodenchip emittierte Primärstrahlung eines ersten Wellenlängenbereichs in Sekundärstrahlung eines zweiten Wellenlängenbereichs konvertiert, wobei der zweite Wellenlängenbereich größere Wellenlängen umfasst als der erste Wellenlängenbereich. Beispielsweise kann die emittierte Primärstrahlung Licht aus dem blauen und/oder UV-Bereich und die Sekundärstrahlung Licht aus dem gelben Spektralbereich umfassen. Auf diese Weise kann durch additive Farbmischung beispielsweise Weißlicht erzeugt werden.
Gemäß zumindest einer Ausgestaltung wird eine anorganische erste transparente Schicht auf die Konverterschicht aufgebracht. Die anorganische erste transparente Schicht ist insbesondere eine transparente Verkapselung für die Konverterschicht. Vorzugsweise weist die Konverterschicht kein organisches Matrixmaterial auf. Die anorganische erste transparente Schicht ist insbesondere transparent für die von dem Leuchtdiodenchip emittierte Strahlung, da die erste transparente Schicht zwischen der Halbleiterschichtenfolge und der Konverterschicht angeordnet wird. Die erste transparente Schicht ist insbesondere dazu vorgesehen, eine Verbindung zwischen der Halbleiterschichtenfolge und der Konverterschicht herzustellen.
Gemäß zumindest einer Ausgestaltung wird bei dem Verfahren weiterhin eine Halbleiterschichtenfolge, die eine zur Emission von Strahlung geeignete aktive Schicht aufweist, auf einem zweiten Substrat hergestellt. Die Halbleiterschichtenfolge kann insbesondere epitaktisch auf dem zweiten Substrat aufgewachsen werden. Das zweite Substrat ist insbesondere ein zum epitaktischen Aufwachsen der Halbleiterschichtenfolge geeignetes Epitaxiesubstrat, das beispielsweise ein Halbleitermaterial oder Saphir aufweist.
Die aktive Schicht der Halbleiterschichtenfolge kann zum Beispiel als pn-Übergang, als Doppelheterostruktur, als Einfach-Quantentopfstruktur oder Mehrfach-Quantentopfstruktur ausgebildet sein. Die Bezeichnung Quantentopfstruktur umfasst dabei jegliche Struktur, bei der Ladungsträger durch Einschluss (Confinement) eine Quantisierung ihrer Energiezustände erfahren. Insbesondere beinhaltet die Bezeichnung Quantentopfstruktur keine Angabe über die Dimensionalität der Quantisierung. Sie umfasst somit unter anderem Quantentröge, Quantendrähte und Quantenpunkte und jede Kombination dieser Strukturen.
Die Halbleiterschichtenfolge des Leuchtdiodenchips kann insbesondere auf einem Nitridverbindungshalbleiter basieren. „Auf einem Nitridverbindungshalbleiter basierend“ bedeutet im vorliegenden Zusammenhang, dass die Halbleiterschichtenfolge oder zumindest eine Schicht davon ein III-Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial, vorzugsweise In_xAl_yGa_1-x-yN umfasst, wobei 0 < x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 und x + y ≤ 1. Dabei muss dieses Material nicht zwingend eine mathematisch exakte Zusammensetzung nach obiger Formel aufweisen. Vielmehr kann es einen oder mehrere Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen, die die charakteristischen physikalischen Eigenschaften des In_xAl_yGa_1-x-yN-Materials im Wesentlichen nicht ändern. Der Einfachheit halber beinhaltet obige Formel jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters (In, Al, Ga, N), auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt sein können.
Gemäß zumindest einer Ausgestaltung wird bei dem Verfahren die Konverterschicht derart mit der Halbleiterschichtenfolge verbunden, dass das erste Substrat an einer von der Halbleiterschichtenfolge abgewandten Seite der Konverterschicht angeordnet ist. Anders ausgedrückt wird das erste Substrat mit der Vorderseite, auf der sich die Konverterschicht befindet, auf die Vorderseite des zweiten Substrats, auf der sich die Halbleiterschichtenfolge befindet, aufgebracht. Auf diese Weise wird ein Verbund hergestellt, welcher die Halbleiterschichtenfolge und die Konverterschicht umfasst.
Die Konverterschicht wird bei dem Verfahren gemäß dem hier vorgeschlagenen Prinzip insbesondere separat von der Halbleiterschichtenfolge hergestellt und nachfolgend auf die auf einem zweiten Substrat hergestellte Halbleiterschichtenfolge transferiert. Die Herstellung der Konverterschicht auf einem ersten Substrat, das nicht gleich dem Substrat der Halbleiterschichtenfolge ist, hat insbesondere den Vorteil, dass die Konverterschicht mit hoher Genauigkeit mit einer präzisen Dicke herstellbar ist. Das erste Substrat ist insbesondere ein ebenes Substrat, das vorteilhaft keine räumlichen Strukturen aufweist. Aufgrund der Herstellung der Konverterschicht auf dem ersten Substrat müssen insbesondere bei der Herstellung der Konverterschicht keine räumlichen Strukturen überformt werden, wie es bei der Herstellung einer Konverterschicht auf einem fertigen Leuchtdiodenchip der Fall sein könnte. Die Konverterschicht kann mit dem Verfahren mit einer vergleichsweise geringen Dicke und einer präzise eingestellten Dichte des Konvertermaterials hergestellt werden. Abweichungen der Dicke der Konverterschicht und/oder der Dichte des Konvertermaterials über die Fläche der Halbleiterschichtenfolge des Leuchtdiodenchips werden auf diese Weise vermieden. Dies insbesondere vorteilhaft, um bei optoelektronischen Bauteilen wie zum Beispiel Mikrodisplays ein hohes Kontrastverhältnis zu erzielen.
Gemäß zumindest einer Ausgestaltung wird vor dem Verbinden der Konverterschicht mit der Halbleiterschichtenfolge eine anorganische zweite transparente Schicht auf die Halbleiterschichtenfolge aufgebracht. Die erste transparente Schicht und die zweite transparente Schicht sind insbesondere transparent für die von dem Leuchtdiodenchip emittierte Strahlung, da die transparenten Schichten zwischen der Halbleiterschichtenfolge und der Konverterschicht angeordnet werden. Die erste transparente Schicht und die zweite transparente Schicht sind insbesondere dazu vorgesehen, eine Verbindung zwischen der Halbleiterschichtenfolge und der Konverterschicht herzustellen.
Gemäß zumindest einer Ausgestaltung erfolgt das Verbinden der Konverterschicht mit der Halbleiterschichtenfolge durch direktes Bonden der ersten transparenten Schicht an die zweite transparente Schicht. Direktes Bonden ist eine Technik zum Bonden, insbesondere Waferbonden, bei der keine haftvermittelnden Zwischenschichten wie beispielsweise Klebstoffschichten eingesetzt werden. Vielmehr werden die erste transparente Schicht und die zweite transparente Schicht in direkten Kontakt miteinander gebracht, wobei an der Grenzfläche eine Bindung der Schichten aneinander durch atomare Bindungskräfte entsteht. Die Bindungswirkung kann insbesondere auf Van-der-Waals-Kräften beruhen.
Gemäß zumindest einer Ausgestaltung sind die erste transparente Schicht und die zweite transparente Schicht Oxidschichten. Ein direktes Bonden ist beispielsweise möglich, wenn die erste transparente Schicht und die zweite transparente Schicht jeweils Siliziumoxid, insbesondere SiO₂ aufweisen. Siliziumoxidschichten zeichnen sich neben der Eignung zum direkten Bonden durch eine hohe Transparenz aus.
Die Siliziumoxidschichten können beispielsweise vor dem direkten Bonden auf den Halbleiterkörper und die Konverterschicht aufgebracht werden.
Gemäß zumindest einer Ausgestaltung wird die erste transparente Schicht und/oder die zweite transparente Schicht vor dem Verbinden poliert, bevorzugt durch chemisch-mechanisches Polieren (CMP). Auf diese Weise können vorteilhaft glatte Grenzflächen mit geringer Rauheit erzeugt werden, die für das Verbinden durch direktes Bonden von Vorteil sind.
Gemäß zumindest einer Ausgestaltung weist die Konverterschicht kein organisches Matrixmaterial auf. Insbesondere enthält die Konverterschicht kein Silikon oder Epoxidharz. Dies hat den Vorteil einer verbesserten Wärmeabfuhr beim Betrieb des Leuchtdiodenchips. Weiterhin wird auf diese Weise bei Anwendungen, bei denen der Leuchtdiodenchip mit hohen Strömen betrieben wird, ein Vergilben des Matrixmaterials durch die Wärmeentwicklung vermieden. Der Leuchtdiodenchip kann vorteilhaft bei Temperaturen betrieben werden, die über der bei der Verwendung von Silikon maximal möglichen Betriebstemperatur liegen. Beispielsweise ist Silikon im Temperaturbereich von etwa -40 °C bis 150 °C thermisch beständig. Der hier beschriebene Leuchtdiodenchip kann aufgrund des fehlenden organischen Matrixmaterials der Konverterschicht vorteilhaft bei einer Temperatur von mehr als 200 °C oder sogar bei mehr als 300 °C betrieben werden. Derart hohe Betriebstemperaturen können beispielsweise bei der Verwendung des Leuchtdiodenchips in einem Autoscheinwerfer oder in einem Bühnenscheinwerfer erreicht werden. Bevorzugt enthält der gesamte Leuchtdiodenchip kein organisches Material. Der Leuchtdiodenchip ist in diesem Fall besonders beständig gegen Hitze und Chemikalien. Ein Ausgasen tritt vorteilhaft nur bei sehr hohen Temperaturen von mehr als 300 °C und nur im Bereich von einigen Atomen pro Stunde pro Leuchtdiodenchip auf.
Gemäß zumindest einer Ausgestaltung weist die Konverterschicht eine Dicke von nicht mehr als 5 µm, besonders bevorzugt von nicht mehr als 0,5 µm auf. Die Konverterschicht kann beispielsweise eine Dicke zwischen 100 nm und 5 µm, bevorzugt zwischen 100 nm und 0,5 µm aufweisen. Durch die vergleichsweise geringe Dicke der Konverterschicht verbessert sich die Wärmeabfuhr von der Konverterschicht beim Betrieb des Leuchtdiodenchips.
Gemäß zumindest einer Ausgestaltung wird das erste Substrat nach dem Verbinden der Konverterschicht mit der Halbleiterschichtenfolge entfernt. Das erste Substrat kann beispielsweise durch ein Laser-Lift-Off-Verfahren oder durch einen Ätzprozess entfernt werden. Bei dieser Ausgestaltung des Verfahrens fungiert das erste Substrat als Zwischenträger zum Herstellen der Konverterschicht und verbleibt nicht im fertigen Leuchtdiodenchip. Nach dem Entfernen des ersten Substrats liegt die Oberfläche der Konverterschicht vorteilhaft frei und ist somit für eine weitere Bearbeitung zugänglich. Die Konverterschicht kann in diesem Fall vorteilhaft strukturiert und/oder mit mindestens einer weiteren Schicht versehen werden.
Gemäß zumindest einer Ausgestaltung wird auf der Konverterschicht und/oder in der Konverterschicht mindestens eine weitere Schicht hergestellt. „Auf der Konverterschicht“ kann hier insbesondere bedeuten, dass die mindestens eine weitere Schicht direkt an der Oberfläche der Konverterschicht erzeugt wird. Die mindestens eine weitere Schicht kann beispielsweise mit einem Beschichtungsverfahren auf zumindest einem Teil der Oberfläche der Konverterschicht hergestellt werden, nachdem das erste Substrat von der Konverterschicht abgelöst wurde. Weiterhin kann „in der Konverterschicht“ hier insbesondere bedeuten, dass sich die mindestens eine weitere Schicht senkrecht zur Hauptebene der Konverterschicht durch die Konverterschicht hindurch erstreckt. Beispielsweise können eine oder mehrere Öffnungen in der Konverterschicht erzeugt werden, um beispielsweise eine oder mehrere Kontaktdurchführungen durch die mindestens eine Öffnung zur Halbleiterschichtenfolge zu führen.
Gemäß zumindest einer Ausgestaltung ist die mindestens eine weitere Schicht eine elektrische Anschlussschicht, eine Kontaktdurchführung oder eine Spiegelschicht. Beispielsweise kann eine von der Halbleiterschichtenfolge abgewandte Oberfläche der Konverterschicht zumindest teilweise mit einem elektrisch leitenden und/oder reflektierenden Material bedeckt werden. Die mindestens eine weitere Schicht kann in diesem Fall insbesondere ein Metall aufweisen. Im Fall einer Spiegelschicht kann die mindestens eine weitere Schicht ein Metall, eine oder mehrere dielektrische Schichten oder reflektierende Partikel aufweisen. Alternativ oder zusätzlich können eine oder mehrere in der Konverterschicht erzeugte Öffnungen mit einem elektrisch leitendem und/oder reflektierendem Material gefüllt werden. Bei dieser Ausgestaltung können insbesondere Leiterbahnen auf der Konverterschicht und/oder Kontaktdurchführungen in der Konverterschicht erzeugt werden.
Gemäß zumindest einer Ausgestaltung wird das zweite Substrat vor oder nach dem Verbinden der Konverterschicht mit der Halbleiterschichtenfolge von der Halbleiterschichtenfolge entfernt. Das zweite Substrat kann beispielsweise durch ein Laser-Lift-Off-Verfahren oder durch einen Ätzprozess entfernt werden. In diesem Fall kann beispielsweise das erste Substrat, auf dem die Konverterschicht hergestellt wird, im Leuchtdiodenchip verbleiben und somit als Träger für den Leuchtdiodenchip fungieren. Die von der Konverterschicht abgewandte Oberfläche der Halbleiterschichtenfolge liegt nach dem Ablösen des zweiten Substrats frei und kann beispielsweise als Strahlungsaustrittsfläche des Leuchtdiodenchips fungieren. Alternativ ist es auch möglich, dass die freiliegende Oberfläche der Halbleiterschichtenfolge, von der das zweite Substrat abgelöst wurde, mit einer oder mehreren weiteren Schichten versehen wird, beispielsweise mit einer Spiegelschicht und/oder mindestens einer elektrischen Anschlussschicht. Bei dieser Ausgestaltung kann die Konverterschicht und/oder das gegebenenfalls an der Konverterschicht verbleibende erste Substrat als Strahlungsaustrittsfläche dienen.
Gemäß zumindest einer Ausgestaltung des Verfahrens ist das erste Substrat transparent. Das erste Substrat kann beispielsweise Glas oder Saphir aufweisen. Bei dieser Ausgestaltung kann die Strahlungsauskopplung durch das erste Substrat erfolgen, wenn das erste Substrat im Leuchtdiodenchip verbleibt.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens weist das erste Substrat eine Spiegelschicht auf. Die Spiegelschicht kann beispielsweise vor dem Aufbringen der Konverterschicht auf das erste Substrat aufgebracht werden. Durch die Spiegelschicht kann von der aktiven Schicht emittierte Strahlung in Richtung einer Strahlungsauskoppelfläche reflektiert werden, die bei dieser Ausgestaltung eine der Konverterschicht gegenüberliegende Oberfläche der Halbleiterschichtenfolge sein kann.
Es wird weiterhin ein Leuchtdiodenchip angegeben. Gemäß zumindest einer Ausgestaltung enthält der Leuchtdiodenchip eine Halbleiterschichtenfolge, die eine zur Emission von Strahlung geeignete aktive Schicht aufweist, und eine Konverterschicht, wobei zwischen der Halbleiterschichtenfolge und der Konverterschicht eine erste anorganische transparente Schicht und eine zweite anorganische transparente Schicht angeordnet sind, und wobei die erste transparente Schicht und die zweite transparente Schicht direkt aneinander gebondet sind. Insbesondere ist zwischen der Halbleiterschichtenfolge und der Konverterschicht keine haftvermittelnde Schicht wie beispielsweise eine Klebstoffschicht angeordnet.
Der Leuchtdiodenchip enthält insbesondere eine Grenzfläche, an der die erste anorganische transparente Schicht und die zweite anorganische transparente Schicht direkt aneinander gebondet sind, wobei die erste transparente Schicht und die zweite transparente Schicht vorteilhaft Oxidschichten, insbesondere SiO₂-Schichten sind. Die durch direktes Bonden erzeugte Grenzfläche kann im fertigen Leuchtdiodenchip nachgewiesen werden.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Leuchtdiodenchips ergeben sich aus der vorherigen Beschreibung des Verfahrens sowie aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den 1 bis 13 näher erläutert.
Es zeigen:

1A bis 1F eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels des Verfahrens anhand von Zwischenschritten,
2 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch ein Ausführungsbeispiel des Leuchtdiodenchips,
3 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch ein Ausführungsbeispiel des Leuchtdiodenchips,
4 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch ein Ausführungsbeispiel des Leuchtdiodenchips,
5 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch ein Ausführungsbeispiel des Leuchtdiodenchips,
6 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch ein Ausführungsbeispiel des Leuchtdiodenchips,
7 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch ein Ausführungsbeispiel des Leuchtdiodenchips,
8 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch ein Beispiel der Konverterschicht,
9 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch ein Beispiel der Konverterschicht,
10 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch ein Beispiel der Konverterschicht,
11 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch ein Beispiel der Konverterschicht,
12 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch ein Beispiel der Konverterschicht, und
13 eine schematische Darstellung einer Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel des Leuchtdiodenchips.

Gleiche oder gleich wirkende Bestandteile sind in den Figuren jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die dargestellten Bestandteile sowie die Größenverhältnisse der Bestandteile untereinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen.
Bei dem in 1A schematisch dargestellten Verfahrensschritt ist eine Konverterschicht 12 auf ein erstes Substrat 10 aufgebracht worden. Das erste Substrat 10 kann beispielsweise Silizium, Glas oder Saphir aufweisen. Die Konverterschicht 12 kann ein beliebiges zur Wellenlängenkonversion geeignetes Konvertermaterial aufweisen. Das Konvertermaterial ist insbesondere dazu geeignet, eine Primärstrahlung eines ersten Wellenlängenbereichs in eine Sekundärstrahlung eines zweiten Wellenlängenbereichs umzuwandeln, wobei der zweite Wellenlängenbereich größere Wellenlängen als der erste Wellenlängenbereich umfasst. Die Konverterschicht 12 kann zum Beispiel aus Konverterpartikeln gebildet sein, die direkt auf das erste Substrat 10 aufgebracht werden, beispielsweise durch ein elektrostatisches Verfahren oder ein Sprühverfahren. Die Konverterschicht 12 ist vorzugsweise frei von einem organischen Matrixmaterial, insbesondere enthält die Konverterschicht 12 kein Silikon oder Epoxidharz. Dies hat den Vorteil, dass sich die Konverterschicht 12 beim Betrieb des Leuchtdiodenchips weniger erwärmt als im Fall eines in ein organisches Matrixmaterial eingebetteten Konvertermaterials.
Vorzugsweise ist die Konverterschicht 12 eine dünne Schicht, die eine Schichtdicke von nicht mehr als 5 µm, besonders bevorzugt von nicht mehr als 0,5 µm aufweist. Die Konverterschicht 12 kann beispielsweise eine Dicke zwischen 100 nm und 5 µm, bevorzugt zwischen 100 nm und 0,5 µm aufweisen. Durch die vergleichsweise geringe Dicke der Konverterschicht 12 verbessert sich die Wärmeabfuhr von der Konverterschicht 12 beim Betrieb des Leuchtdiodenchips.
Bei dem in 1B dargestellten weiteren Verfahrensschritt ist eine erste transparente Schicht 11 auf die Konverterschicht 12 aufgebracht worden. Die erste transparente Schicht 11 ist eine anorganische Schicht, vorzugsweise eine Oxidschicht. Die erste transparente Schicht 11 kann beispielsweise SiO₂, Al₂O₃, HfO₂, ZrO₂, Ta₂O₅ oder TiO₂ aufweisen. Besonders bevorzugt ist die erste transparente Schicht 11 eine SiO₂-Schicht. Die erste transparente Schicht 11 bildet insbesondere eine Verkapselung der Konverterschicht 12 aus und schützt das Konvertermaterial auf diese Weise insbesondere vor Feuchtigkeit und/oder mechanischen Einwirkungen. Die erste transparente Schicht 11 kann durch ein Beschichtungsverfahren, insbesondere durch ein Vakuumbeschichtungsverfahren, auf die Konverterschicht 12 aufgebracht werden. Vorzugsweise wird die erste transparente Schicht 11 durch Atomlagenabscheidung (ALD, Atomic Layer Deposition) aufgebracht. Bei einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird die erste transparente Schicht 11 nach dem Aufbringen auf die Konverterschicht 12 poliert, um eine besonders glatte Schicht mit geringer Rauheit zu erzielen. Hierzu kann insbesondere chemisch-mechanisches Polieren (CMP) eingesetzt werden.
Bei dem in Figur ein 1C dargestellten Schritt des Verfahrens ist eine Halbleiterschichtenfolge 30 auf ein zweites Substrat 20 aufgebracht worden. Die Halbleiterschichtenfolge 30 ist eine Leuchtdiodenschichtenfolge, die insbesondere einen n-Typ Halbleiterbereich 31, einen p-Typ Halbleiterbereich 33 sowie eine zwischen dem n-Typ Halbleiterbereich 31 und dem p-Typ Halbleiterbereich 33 angeordnete aktive Schicht 32 aufweist. Die Halbleiterschichtenfolge 20 kann insbesondere durch ein Epitaxieverfahren wie beispielsweise metallorganische Gasphasenepitaxie (MOVPE) auf das zweite Substrat 20 aufgebracht werden. Das zweite Substrat 20 kann insbesondere ein zum epitaktischen Aufwachsen einer Halbleiterschichtenfolge geeignetes Substrat sein, das ein Halbleitermaterial, beispielsweise GaN, GaAs, GaP oder Si, oder Saphir aufweist.
Bei dem in 1D dargestellten Verfahrensschritt ist eine zweite transparente Schicht 21 auf die Halbleiterschichtenfolge 30 aufgebracht worden. Die zweite transparente Schicht 21 ist eine anorganische Schicht, vorzugsweise eine Oxidschicht. Die zweite transparente Schicht 21 kann beispielsweise SiO₂, Al₂O₃, HfO₂, ZrO₂, Ta₂O₅ oder TiO₂ aufweisen. Besonders bevorzugt ist die zweite transparente Schicht 21 eine SiO₂-Schicht. Die zweite transparente Schicht 21 ist vorzugsweise aus dem gleichen Material gebildet wie die erste transparente Schicht 11. Vorteilhaft wird die zweite transparente Schicht 21 nach der Herstellung poliert, insbesondere durch chemisch-mechanisches Polieren.
Bei dem in 1E dargestellten weiteren Schritt des Verfahrens ist die Halbleiterschichtenfolge 30 mit der Konverterschicht 12 verbunden worden, indem die erste transparente Schicht 11 und die zweite transparente Schicht 21 in direkten Kontakt miteinander gebracht und auf diese Weise durch direktes Bonden miteinander verbunden worden sind. Das direkte Bonden erfolgt vorzugsweise bei einer erhöhten Temperatur, beispielsweise im Temperaturbereich von 150 °C bis 350 °C. Beim direkten Bonden entstehen Bindungskräfte an der Grenzfläche zwischen den transparenten Schichten 11, 21, ohne dass eine haftvermittelnde Schicht wie beispielsweise eine Klebstoffschicht eingesetzt wird. Die Bindungskräfte können insbesondere auf Van-der-Waals-Wechselwirkungen beruhen. Es ist für das direkte Bonden von Vorteil, wenn die transparenten Schichten 11, 21 besonders glatt sind, was insbesondere durch die zuvor erwähnte Glättung durch chemisch-mechanisches Polieren erreicht werden kann.
In einem optionalen weiteren Schritt kann das erste Substrat 10 von der Konverterschicht 12 abgelöst werden. Auf diese Weise wird beispielsweise das in 1F dargestellte Ausführungsbeispiel des Leuchtdiodenchips 100 hergestellt. Das Ablösen des ersten Substrats 10 kann beispielsweise durch ein Laser-Lift-Off Verfahren oder durch ein Ätzverfahren erfolgen. Um das Ablösen des ersten Substrats 10 zu erleichtern, kann bei einer Ausgestaltung des Verfahrens vor dem Aufbringen der Konverterschicht 12 eine Trennschicht auf das erste Substrat 10 aufgebracht werden. Die Trennschicht kann beispielsweise Siliziumnitrid aufweisen.
Bei dem auf diese Weise hergestellten Leuchtdiodenchip 100 ist die Konverterschicht 12 vorteilhaft nur durch anorganische transparente Schichten 11, 21 mit der Halbleiterschichtenfolge 30 verbunden. Die Konverterschicht 12 weist vorteilhaft kein organisches Matrixmaterial auf, und es ist zwischen der Konverterschicht 12 und der Halbleiterschichtenfolge 30 kein haftvermittelndes organisches Material wie beispielsweise eine Klebstoffschicht enthalten. Die rein anorganische Verbindung und Verkapselung der Konverterschicht 12 ist insbesondere vorteilhaft für die Wärmeabfuhr von dem Leuchtdiodenchip 100.
In 2 ist ein Ausführungsbeispiel des Leuchtdiodenchips 100 dargestellt, bei dem nach den Verfahrensschritten gemäß den 1A bis 1F eine erste Öffnung 14 für einen p-Kontakt 41 sowie eine zweite Öffnung 15 für einen n-Kontakt 42 erzeugt wurden. Die erste Öffnung 14 erstreckt sich durch die Konverterschicht 12, die erste transparente Schicht 11 und die zweite transparente Schicht 21 zum p-Typ Halbleiterbereich 33. In der ersten Öffnung 14 ist ein p-Kontakt 41 auf dem p-Typ Halbleiterbereich 33 angeordnet. Die zweite Öffnung 15 erstreckt sich durch die Konverterschicht 12, die erste transparente Schicht 11, die zweite transparente Schicht 21 sowie durch den p-Typ Halbleiterbereich 33 und die aktive Schicht 32 zum n-Typ Halbleiterbereich 31. In der zweiten Öffnung 15 ist ein n-Kontakt 42 auf dem n-Typ Halbleiterbereich 31 angeordnet. Das zweite Substrat 20, auf dem die Halbleiterschichtenfolge des Leuchtdiodenchips 100 angeordnet ist, kann insbesondere ein transparentes Saphirsubstrat sein. Der Leuchtdiodenchip 100 kann insbesondere ein so genannter Volumenemitter sein.
3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Leuchtdiodenchips 100, bei dem wie bei dem vorherigen Ausführungsbeispiel das erste Substrat von der Konverterschicht 12 abgelöst worden ist. Im Vergleich zu den vorherigen Beispielen ist der Leuchtdiodenchips 100 in umgekehrter Orientierung dargestellt, da die Lichtemission bei diesem Beispiel durch das zweite Substrat 20 erfolgt. Das zweite Substrat 20 kann insbesondere ein transparentes Saphirsubstrat sein. Wie bei dem vorherigen Ausführungsbeispiel sind Öffnungen in der Konverterschicht 12 erzeugt worden, um die Halbleiterschichtenfolge 30 elektrisch zu kontaktieren. Eine elektrisch leitende p-Kontaktdurchführung 43 erstreckt sich durch die Konverterschicht 12, die erste transparente Schicht 11 und die zweite transparente Schicht 21 zum p-Typ Halbleiterbereich 33. Weiterhin erstreckt sich eine elektrisch leitende n-Kontaktdurchführung 44 erstreckt durch die Konverterschicht 12, die erste transparente Schicht 11, die zweite transparente Schicht 21 sowie durch den p-Typ Halbleiterbereich 33 und die aktive Schicht 32 zum n-Typ Halbleiterbereich 31. Die Kontaktdurchführungen 43, 44 sind in seitlicher Richtung von einer elektrisch isolierenden Schicht 47 umgeben. Auf der Konverterschicht 12 sind eine erste Anschlussschicht 45, die an die p-Kontaktdurchführung 43 angeschlossen ist, sowie eine zweite Anschlussschicht 46, die an die n-Typ Kontaktdurchführung 44 angeschlossen ist, angeordnet. Die Anschlussschichten 45, 46 weisen vorzugsweise ein reflektierendes Material auf.
4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Leuchtdiodenchips 100. Dieses Ausführungsbeispiel kann zunächst analog zu den Verfahrensschritten der 1A bis 1E hergestellt werden. In einem weiteren Schritt ist nachfolgend das zweite Substrat 20 von der Halbleiterschichtenfolge 30 abgelöst worden. Das Ablösen des zweiten Substrats 20 von der Halbleiterschichtenfolge 30 kann beispielsweise durch ein Laser-Lift-Off Verfahren erfolgen. Das zweite Substrat 20 kann insbesondere das zum Herstellen der Halbleiterschichtenfolge 30 verwendete Epitaxiesubstrat sein. Ein Leuchtdiodenchip 100, von dem das Epitaxiesubstrat 20 abgelöst wurde, wird häufig auch als Dünnfilm-Leuchtdiodenchip bezeichnet. Bei dem hier gezeigten Beispiel verbleibt das erste Substrat 10, auf dem die Konverterschicht 12 hergestellt wurde, im fertigen Leuchtdiodenchip 100 und kann insbesondere als Träger des Leuchtdiodenchips 100 dienen. Eine dem ersten Substrat 10 gegenüberliegende Oberfläche der Halbleiterschichtenfolge 30 kann nachfolgend beispielsweise strukturiert und/oder mit einem p-Kontakt 41 und einem n-Kontakt 42 versehen werden. Es ist möglich, dass zumindest ein Teil der von der aktiven Schicht 32 emittierten Strahlung durch die vom ersten Substrat 10 abgewandte Oberfläche der Halbleiterschichtenfolge 30 aus dem Leuchtdiodenchip 100 ausgekoppelt wird.
In 5 ist eine Abwandlung des in 4 dargestellten Ausführungsbeispiels dargestellt. Bei diesem Ausgangsbeispiel befindet sich eine Spiegelschicht 16 zwischen dem ersten Substrat 10 und der Konverterschicht 12. Durch die Spiegelschicht 16 kann in Richtung des ersten Substrats 10 emittierte Strahlung vorteilhaft in Richtung zu einer dem ersten Substrat 10 gegenüberliegenden Strahlungsaustrittsfläche des Leuchtdiodenchips 100 reflektiert werden. Wenn das erste Substrat 10 transparent ist, kann die Spiegelschicht 16 alternativ an einer von der Konverterschicht 12 abgewandten Rückseite des ersten Substrats 10 angeordnet sein.
In 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des Leuchtdiodenchips 100 dargestellt, bei dem das zweite Substrat von der Halbleiterschichtenfolge 30 abgelöst wurde. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das erste Substrat 10 ein transparentes Substrat, so dass die Strahlungsauskopplung aus dem Leuchtdiodenchip 100 durch das erste Substrat 10 erfolgen kann. Zur elektrischen Kontaktierung des Leuchtdiodenchips 100 sind an einer vom ersten Substrat 10 abgewandten Rückseite des Leuchtdiodenchips eine erste Anschlussschicht 45 und eine zweite Anschlussschicht 46 angeordnet. Die erste Anschlussschicht 45 ist beispielsweise mittels p-Kontaktdurchführungen 43 an den p-Typ Halbleiterbereich 33 angeschlossen. Hierbei sind die erste Anschlussschicht 45 sowie die p-Kontaktdurchführungen 43 durch elektrisch isolierende Schichten 47, 48 von dem n-Typ Halbleiterbereich elektrisch 31 isoliert. Die zweite Anschlussschicht 46 ist an den n-Typ Halbleiterbereich 31 angeschlossen. Vorzugsweise sind die Anschlussschichten 45, 46 reflektierende Schichten. Weiterhin ist es möglich, dass der Leuchtdiodenchip 100 an einer den Anschlussschichten 45, 46 zugewandten Rückseite eine Spiegelschicht aufweist.
In 7 ist noch ein weiteres Ausführungsbeispiel des Leuchtdiodenchips 100 dargestellt, bei dem das zweite Substrat von der Halbleiterschichtenfolge 30 abgelöst wurde. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Halbleiterschichtenfolge 30 an einer vom ursprünglich vorhandenen zweiten Substrat abgewandten Oberfläche mit einem Trägersubstrat 50 verbunden worden. Somit ist bei dieser Ausgestaltung der p-Typ Halbleiterbereich 33 dem Trägersubstrat 50 zugewandt. Die Halbleiterschichtenfolge 30 ist an einer dem Trägersubstrat 50 gegenüberliegenden Oberfläche durch direktes Bonden der ersten transparenten Schicht 11 an die zweite transparente Schicht 21 mit der Konverterschicht 12 verbunden worden. Anders als bei den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen ist bei diesem Beispiel der n-Typ Halbleiterbereich 31 der Konverterschicht 12 zugewandt. Das Trägersubstrat 50 kann beispielsweise ein Halbleitermaterial wie beispielsweise Silizium aufweisen. Alternativ ist auch möglich, dass das Trägersubstrat 50 aus einer Kunststoff-Formmasse gebildet ist. Das Trägersubstrat 50 kann beispielsweise durch Formpressen (Molding) hergestellt sein. In dem Trägersubstrat 50 können eine erste Träger-Kontaktdurchführung 55 sowie eine zweite Träger-Kontaktdurchführung 56 ausgebildet sein. Die erste Träger-Kontaktdurchführung 55 ist mit einer ersten Anschlussschicht 45 an der Rückseite des Trägersubstrats 50 verbunden, und die zweite Träger-Kontaktdurchführung 56 ist mit einer zweiten Anschlussschicht 46 an der Rückseite des Trägersubstrat 50 verbunden. Die erste Träger-Kontaktdurchführung 55 ist elektrisch leitend mit dem p-Typ Halbleiterbereich 33 verbunden. Weiterhin ist die zweite Träger-Kontaktdurchführung 56 mittels n-Kontaktdurchführungen 44 mit dem n-Typ Halbleiterbereich 31 elektrisch leitend verbunden.
Der Leuchtdiodenchip 100 ist bei dieser Ausgestaltung insbesondere ein oberflächenmontierbarer Leuchtdiodenchip.
In den folgenden 8 bis 11 sind schematisch verschiedene mögliche Ausgestaltungen der Konverterschicht 12 dargestellt, die bei allen zuvor beschriebenen Ausgestaltungen anwendbar sind.
Bei dem in 8 dargestellten Beispiel ist die Konverterschicht 12 aus Konverterpartikeln 17 gebildet, die einen Leuchtstoff oder eine Leuchtstoffmischung aufweisen. Derartige als Konverter geeignete Leuchtstoffe und Leuchtstoffmischungen sind dem Fachmann an sich bekannt. Die Leuchtstoffe oder Leuchtstoffmischungen können insbesondere eines der folgenden Materialien aufweisen: Chlorosilikate, Orthosilikate, Sulfide, Thiometalle und Vanadate, Aluminate, Oxide, Halophosphate, Nitride, Sione und Sialone, Granate der Seltenen Erden wie YAG:Ce und der Erdalkalielemente.
Bei dem in 9 dargestellten Beispiel weist die Konverterschicht 12 eine Vielzahl von Mikro- oder Nanostäben 18 auf. Die Mikro- oder Nanostäbe 18 weisen dotierte Halbleiterbereiche auf, zwischen denen ein aktiver Bereich angeordnet ist, der beispielsweise eine Quantentopfstruktur oder eine Mehrfachquantentopfstruktur umfasst. Die Mikro- oder Nanostäbe 18 weisen beispielsweise eine laterale Ausdehnung, d.h. eine Ausdehnung senkrecht zu ihrer Haupterstreckungsrichtung, zwischen 20 nm und 5 µm auf. In der Haupterstreckungsrichtung weisen die Mikro- oder Nanostäbe 18 vorzugsweise eine Länge auf, die größer ist als der Durchmesser. Beispielsweise ist die Länge der Mikro- oder Nanostäbe 18 mindestens zwei Mal so groß wie der Durchmesser, insbesondere mindestens fünf Mal so groß wie der Durchmesser oder sogar mindestens 50 Mal so groß wie der Durchmesser der Mikro- oder Nanostäbe. Die Einstellung der Größe der Mikro- oder Nanostäbe 18 in lateraler Richtung erfolgt beispielsweise durch die Größe der Öffnungen in einer Maskenschicht, in der die Mikro- oder Nanostäbe 18 bei der Herstellung gewachsen werden, und in vertikaler Richtung beispielsweise durch die Wachstumszeit. Durch die Größe der Mikro- oder Nanostäbe 18 sowie durch die verwendeten Halbleitermaterialien können die optischen Eigenschaften der aktiven Bereiche beeinflusst werden. Die Mikro- oder Nanostäbe 18 sind insbesondere dazu geeignet, eine Primärstrahlung zu absorbieren und eine Sekundärstrahlung mit einer größeren Wellenlänge zu emittieren. Der Farbort der von dem Leuchtdiodenchip emittierten Strahlung, die sich aus der Primärstrahlung und der Sekundärstrahlung zusammensetzt, kann durch die Flächendichte (Anzahl pro Flächeneinheit), den Durchmesser und/oder die Dotierung der Mikro- oder Nanostäbe eingestellt werden.
Bei den Mikro- oder Nanostäben 18 kann es sich dabei insbesondere um so genannte Kern-Hülle-Nanostäbe oder Kern-Hülle-Mikrostäbe (englisch auch: core shell nanorods oder core shell microrods) handeln, bei denen eine Hülle mit einem aktiven Bereich um einen Kern aufgebracht ist, der sich in alle drei Raumrichtungen erstreckt. Bei einer alternativen Ausgestaltung weisen die Mikro- oder Nanostäbe 18 eine Haupterstreckungsrichtung auf, wobei in der Haupterstreckungsrichtung ein n-Typ Halbleiterbereich, ein aktiver Bereich und ein p-Typ Halbleiterbereich derart übereinander angeordnet sind, dass sie in lateraler Richtung nicht überlappen. Bei dieser Ausgestaltung sind die Nano- oder Mikrostäbe 18 vorzugsweise scheibenförmige Nano- oder Mikrostäbe (disc type nanorods or microrods), wobei der n-Typ Halbleiterbereich, der aktive Bereich und der p-Typ Halbleiterbereich aufeinanderfolgende Scheiben, beispielsweise mit zylindrischem oder hexagonalem Querschnitt, sind. Solche scheibenförmigen Nano- oder Mikrostäbe werden oftmals als „quantum disc“ bezeichnet. Weiterhin können die Mikro- oder Nanostäbe auch barrenförmig ausgebildet sein (sogenannte Nano Fins).
Bei dem in 10 dargestellten Beispiel weist die Konverterschicht 12 eine Vielzahl von Quantenpunkten 19 (engl.: Quantum Dots) auf. Die Quantenpunkte 19 können beispielsweise PbS, PbSe, CdSe, CdTe, InAs oder InP aufweisen. Die Quantenpunkte 19 können beispielsweise durch Plasmasynthese, Kolloidsynthese, durch einen elektrochemischen Prozess, einen Self-Assembly-Prozess, Elektronenstrahlabscheidung oder durch individuelle Abscheidung hergestellt werden. Es ist auch möglich, dass die Quantenpunkte 19 durch metallorganische Gasphasenepitaxie (MOVPE) hergestellt werden, wobei die Prozessbedingungen derart eingestellt sind, dass ein Stranky-Krastanov-Wachstum auftritt. Die Quantenpunkte 19 können als Monolage hergestellt werden, oder es können mehrere Lagen der Quantenpunkte 19 gestapelt sein.
Die Quantenpunkte 19 weisen aufgrund ihrer geringen räumlichen Ausdehnung insbesondere diskrete Energiezustände auf, zwischen den Lichtabsorptions- und Lichtemissionsübergänge möglich sind. Durch die Größe und die geometrische Form der Quantenpunkte 19 sowie durch die verwendeten Materialien können die Energieniveaus und die daraus resultierenden optischen Eigenschaften gezielt beeinflusst werden. Die hier als Konvertermaterial verwendeten Quantenpunkte 19 sind insbesondere dazu geeignet, eine Primärstrahlung zu absorbieren und eine Sekundärstrahlung mit einer größeren Wellenlänge zu emittieren. Die Quantenpunkte 19 können in ein anorganisches Matrixmaterial eingebettet sein.
In 11 ist noch ein weiteres Beispiel der Konverterschicht 12 dargestellt. Bei diesem Beispiel ist die Konverterschicht 12 seitlich von reflektierenden Schichten 60 umgeben worden. Die reflektierenden Schichten 60 können beispielsweise reflektierende Partikel 61 wie beispielsweise Titandioxidpartikel aufweisen.
Bei allen hierin beschriebenen Ausführungsbeispielen können das Herstellen der Konverterschicht 12 und das Verbinden mit der Halbleiterschichtenfolge 30 im Waferstadium erfolgen. Die Konverterschicht wird in diesem Fall auf einem Wafer hergestellt, nachfolgend mit einem zweiten Wafer, auf dem sich die Halbleiterschichtenfolge befindet, verbunden, und nachfolgend der Waferverbund zu einzelnen Leuchtdiodenchips vereinzelt. Beim Vereinzeln des Waferverbunds zu einzelnen Halbleiterchips wird gleichzeitig die Konverterschicht zertrennt. Es ist vorteilhaft möglich, dass die Konverterschicht im Waferstadium in einem Chipraster strukturiert wird. In diesem Fall wird die Konverterschicht auf dem als erstes Substrat fungierenden Wafer in Bereiche strukturiert, die im Wesentlichen der Größe eines einzelnen Halbleiterchips entsprechen. Beispielsweise können in diesem Fall in Bereichen, welche entlang der Trennlinien zwischen den Chips verlaufen, reflektierende Schichten 60 wie in der 11 in der Konverterschicht erzeugt werden. Diese reflektierenden Schichten 60 sind dann im fertigen Leuchtdiodenchip beispielsweise entlang den Rändern des Leuchtdiodenchips angeordnet. Die reflektierenden Schichten können wie im Beispiel der 11 reflektierende Partikel 61 aufweisen.
Wenn das Herstellen der Konverterschicht 12 und das Verbinden mit der Halbleiterschichtenfolge 30 im Waferstadium erfolgt, können sich auf dem ersten Substrat, d.h. dem Wafer mit der Konverterschicht, und dem zweiten Substrat, d.h. dem Wafer mit der Halbleiterschichtenfolge, Justagestrukturen befinden. Mittels der Justagestrukturen kann die die Konverterschicht exakt zur Halbleiterschichtenfolge justiert werden, so dass einzelne Bereiche der Konverterschicht gezielt auf Bereiche der Halbleiterschichtenfolge aufgebracht werden können, die einen Leuchtdiodenchip definieren. Mit anderen Worten kann die Konverterschicht chipdefiniert übertragen werden.
Die Konverterschicht kann auf dem Wafer insbesondere in ein Chipraster strukturiert werden. Die Anordnung von Bereichen der Konverterschicht kann vorteilhaft auf die Anordnung der Leuchtdiodenchips auf dem Wafer mit der Halbleiterschichtenfolge abgestimmt werden. Insbesondere kann der Wafer mit der Konverterschicht bei der Herstellung auf eine Chip-Wafermap abgestimmt werden. Dies ist besondere dann möglich, wenn das Konvertermaterial gezielt mit einer gewünschten Eigenschaft an definierten Positionen auf dem ersten Substrat hergestellt werden kann, wie beispielsweise bei den zuvor beschriebenen Konverterschichten, die auf Nano- oder Mikrostäben oder auf Quantenpunkten basieren. Die gezielte Anordnung von Bereichen der Konverterschicht auf den Leuchtdiodenchips erlaubt es insbesondere, den Farbort der Leuchtdiodenchips exakt abzustimmen, d.h. jeder Leuchtdiodenchip erhält genau einen ihm zugeordneten Bereich der Konverterschicht, der auf eine vorgesehene Wellenlänge abgestimmt ist. Damit lässt sich z. B. ein Waferlevel-Prozess zum Aufbringen der Konverterschicht realisieren, bei dem der Farbort beispielsweise nur um maximal eine MacAdam-Ellipse über den Wafer variiert, oder bei dem alle Leuchtdiodenchips in einem definierten Bereich des Farbdiagramms liegen.
In 12 ist schematisch ein weiteres Beispiel der Konverterschicht 12 dargestellt. Hierbei weist die Konverterschicht 12 eine Vielzahl von Quantenpunkten 19 auf. Die Quantenpunkte 19 sind jeweils mit einer Ankerstruktur 90 mit dem ersten Substrat 10 verbunden. Die Herstellung solcher Strukturen ist an sich beispielsweise aus der Druckschrift S. Schmitt et al., „Germanium Template Assisted Integration of Gallium Arsenide Nanocrystals on Silicon: A Versatile Platform for Modern Optoelectronic Materials“, Advanced Optical Materials 6 (2018), 1701329, bekannt, deren Inhalt bezüglich der Herstellung solcher Strukturen hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird. Es ist möglich, dass die Quantenpunkte 19 aus der Flüssigphase oder der Gasphase hergestellt werden. Die Quantenpunkte 19 können beispielsweise aus der Flüssigphase oder der Gasphase an die zuvor hergestellten Ankerstrukturen 90 andocken.
Bei der hier vorgeschlagenen Anwendung solcher Strukturen in der Konverterschicht 12 haben die Ankerstrukturen 90 den Vorteil, dass die Konverterschicht 12 vergleichsweise einfach von dem ersten Substrat 10 abgelöst werden kann, auf dem sie hergestellt wird. Weiterhin erleichtern die Ankerstrukturen 90 das Einbetten der Quantenpunkte 19 in die erste transparente Schicht 11. Die Ankerstrukturen 90 können in der Konverterschicht 12 verbleiben und sind somit im fertigen Leuchtdiodenchip nachweisbar. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Ankerstrukturen auf einem beliebigen Material erzeugt werden können, z.B. kann GaAs als erstes Substrat 10 verwendet werden. Es ist insbesondere möglich, Quantenpunkte 19 verschiedener Materialsysteme zu kombinieren.
Bei dem hierin beschriebenen Verfahren kann die Konverterschicht 12 oder ein Bereich der Konverterschicht 12 gezielt auf einzelne Bereiche des Leuchtdiodenchips 100 ausgerichtet werden. Die 13 zeigt beispielhaft und rein schematisch eine Aufsicht auf einen Leuchtdiodenchip 100, der mehrere n-Kontaktdurchführungen 44 (ähnlich dem Ausführungsbeispiel der 7) aufweist. Im Bereich der Kontaktdurchführungen 44 treten beim Betrieb des Leuchtdiodenchips 100 typischerweise die höchsten Ströme auf. Es ist möglich, die Konverterschicht 12 gezielt auf solche Bereiche mit hohen stromdichten auszurichten. Insbesondere kann die Konverterschicht 12 räumlich variierende Dichte des Konvertermaterials aufweisen, wobei die Dichte des Konvertermaterials an die beim Betrieb des Leuchtdiodenchips 100 auftretenden Stromdichten angepasst ist. Insbesondere kann die Dichte der Konverterschicht 12 in den Bereichen der höchsten Stromdichte, beispielsweise im Bereich der Kontaktdurchführungen 44, am größten sein.
Hierin beschriebene Leuchtdiodenchips können beispielsweise als SMT-Bauform oberflächenmontierbar sein. Sie können in Videowänden, in der industriellen Bildwiedergabe, beispielsweise im medizinischen Bereich, bei sogenannten Data-Displays eingesetzt werden. Sie können im Kraftfahrzeugbereich, im Rüstungsbereich oder in Flugzeugen als sogenannte HUD- oder HMD-Displays Verwendung finden. Weiterhin können die Leuchtdiodenchips in der optischen Messtechnik, beispielsweise der Streifenprojektion, in 3D-Sensoren, in der Lithografie, im Rapid Prototyping oder der IR-Projektion eingesetzt werden.
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.
Bezugszeichenliste

10: erstes Substrat
11: erste transparente Schicht
12: Konverterschicht
14: erste Öffnung
15: zweite Öffnung
16: Spiegelschicht
17: Konverterpartikel
18: Mikro- oder Nanostäbe
19: Quantenpunkt
20: zweites Substrat
21: zweite transparente Schicht
30: Halbleiterschichtenfolge
31: n-Typ Halbleiterbereich
32: aktive Schicht
33: p-Typ Halbleiterbereich
41: p-Kontakt
42: n-Kontakt
43: p-Kontaktdurchführung
44: n-Kontaktdurchführung
45: erste Anschlussschicht
46: zweite Anschlussschicht
47: isolierende Schicht
48: isolierende Schicht
50: Trägersubstrat
55: erste Träger-Kontaktdurchführung
56: zweite Träger-Kontaktdurchführung
60: reflektierende Schicht
61: reflektierende Partikel
90: Ankerstruktur
100: Leuchtdiodenchip

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Leuchtdiodenchips (100) mit einer Konverterschicht (12), umfassend die Schritte: - Aufbringen einer Konverterschicht (12) auf ein erstes Substrat (10), - Aufbringen einer anorganischen ersten transparenten Schicht (11) auf die Konverterschicht (12), - Herstellen einer Halbleiterschichtenfolge (30), die eine zur Emission von Strahlung geeignete aktive Schicht (32) aufweist, auf einem zweiten Substrat (20), und - Verbinden der Konverterschicht (12) mit der Halbleiterschichtenfolge (30) derart, dass das erste Substrat (10) an einer von der Halbleiterschichtenfolge (30) abgewandten Seite der Konverterschicht (12) angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei vor dem Verbinden der Konverterschicht (12) mit der Halbleiterschichtenfolge (30) eine anorganische zweite transparente Schicht (21) auf die Halbleiterschichtenfolge (30) aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Verbinden der Konverterschicht (12) mit der Halbleiterschichtenfolge (30) durch direktes Bonden der ersten transparenten Schicht (11) an die zweite transparente Schicht (21) erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, wobei die erste transparente Schicht (11) und die zweite transparente Schicht (21) Oxidschichten sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die erste transparente Schicht (21) und/oder die zweite transparente Schicht (22) vor dem Verbinden poliert wird.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Polieren durch chemisch-mechanisches Polieren erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Konverterschicht (12) kein organisches Matrixmaterial aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Konverterschicht (12) eine Dicke von nicht mehr als 5 µm aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Substrat (10) nach dem Verbinden der Konverterschicht (12) mit der Halbleiterschichtenfolge (30) entfernt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei auf der Konverterschicht (12) und/oder in der Konverterschicht (12) mindestens eine weitere Schicht hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die mindestens eine weitere Schicht eine elektrische Anschlussschicht (45, 46), eine Kontaktdurchführung (43, 44) und/oder eine Spiegelschicht (16, 60) umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zweite Substrat (20) vor oder nach dem Verbinden der Konverterschicht (12) mit der Halbleiterschichtenfolge (30) von der Halbleiterschichtenfolge (30) entfernt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Substrat (10) transparent ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Substrat (10) eine Spiegelschicht (16) aufweist.
Leuchtdiodenchip, umfassend eine Halbleiterschichtenfolge (30), die eine zur Emission von Strahlung geeignete aktive Schicht (32) aufweist, und eine Konverterschicht (12), wobei zwischen der Halbleiterschichtenfolge (30) und der Konverterschicht (12) eine erste anorganische transparente Schicht (11) und eine zweite anorganische transparente Schicht (21) angeordnet sind, und wobei die erste transparente Schicht (11) die zweite transparente Schicht (21) direkt aneinander gebondet sind.
Leuchtdiodenchip nach Anspruch 15, wobei die erste transparente Schicht (11) und/oder die zweite transparente Schicht (21) Oxidschichten sind.