DE102021118749A1

DE102021118749A1 - Verfahren zur herstellung einer mehrzahl von optoelektronischen halbleiterbauelementen und optoelektronisches halbleiterbauelement

Info

Publication number: DE102021118749A1
Application number: DE102021118749.4A
Authority: DE
Inventors: Ingo Neudecker; Herbert Brunner; Daniel Leisen
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2021-07-20
Filing date: 2021-07-20
Publication date: 2023-01-26
Also published as: WO2023001592A1

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung einer Mehrzahl von optoelektronischen Halbleiterbauelementen (1), umfassend die folgenden Schritte angegeben:A) Bereitstellen eines strahlungsdurchlässigen Quellträgers (20) mit einer Wellenlängenkonversionsschicht (11), die auf einer Vorderseite (20A) des Quellträgers (20) angeordnet ist, und eines Zielträgers (30) mit einer Mehrzahl von Halbleiterkörpern (10), die zur Emission von elektromagnetischer Strahlung eingerichtet sind,B) bereichsweises Bestrahlen eines Zielbereichs (40A) des Quellträgers (20) von einer der Vorderseite (20A) gegenüberliegenden Rückseite (20B) mit einer elektromagnetischen Strahlung (40),wobei die Wellenlängenkonversionsschicht (11) bereichsweise von dem Quellträger (20) abgelöst wird und jeweils als Wellenlängenkonversionselement (110) auf einen dem Zielbereich (40A) gegenüberliegenden Halbleiterkörper (10) aufgebracht wird. Ferner wird ein optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) angegeben

Description

Es werden ein Verfahren zur Herstellung einer Mehrzahl von optoelektronischen Halbleiterbauelementen und ein optoelektronisches Halbleiterbauelement angegeben. Das optoelektronische Halbleiterbauelement ist insbesondere zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung, insbesondere von für das menschliche Auge wahrnehmbarem Licht, eingerichtet.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung einer Mehrzahl von optoelektronischen Halbleiterbauelementen anzugeben, das eine vereinfachte Herstellung ermöglicht.
Eine weitere zu lösende Aufgabe besteht darin, ein optoelektronisches Halbleiterbauelement anzugeben, das eine verbesserte Effizienz aufweist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung einer Mehrzahl von optoelektronischen Halbleiterbauelementen erfolgt ein Bereitstellen eines strahlungsdurchlässigen Quellträgers mit einer Wellenlängenkonversionsschicht, die auf einer Vorderseite des Quellträgers angeordnet ist, und eines Zielträgers mit einer Mehrzahl von Halbleiterkörpern, die zur Emission von elektromagnetischer Strahlung eingerichtet sind.
Der Quellträger ist insbesondere transparent ausgeführt. Der Quellträger ist bevorzugt mechanisch stabil und selbsttragend. Beispielsweise ist der Quellträger mit Saphir gebildet.
Die Wellenlängenkonversionsschicht ist zur Konversion einer elektromagnetischen Strahlung einer ersten Wellenlänge in eine elektromagnetische Strahlung einer zweiten Wellenlänge eingerichtet. Insbesondere ist die zweite Wellenlänge größer als die erste Wellenlänge. Die Wellenlängenkonversionsschicht hat beispielsweise eine Dicke von weniger als 40 pm, bevorzugt von weniger als 20 µm, besonders bevorzugt von weniger als 10 um.
Der bereitgestellte Zielträger ist bevorzugt mechanisch stabil und selbsttragend. Insbesondre ist der Zielträger ein Aufwachssubstrat der Halbleiterkörper. Beispielsweise ist der Zielräger mit Saphir gebildet.
Die Halbleiterkörper umfassen jeweils einen aktiven Bereich, der bevorzugt zur Emission von elektromagnetischer Strahlung einer ersten Wellenlänge eingerichtet ist. Beispielsweise sind die Halbleiterkörper monolithisch gewachsene Halbleiterstrukturen, die aus einem gemeinsamen Verbund vereinzelt sind. Insbesondere weisen die Halbleiterkörper Spuren eines Vereinzelungsprozesses auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung einer Mehrzahl von optoelektronischen Halbleiterbauelementen erfolgt ein bereichsweises Bestrahlen eines Zielbereichs des Quellträgers von einer der Vorderseite gegenüberliegenden Rückseite mit einer elektromagnetischen Strahlung, wobei die Wellenlängenkonversionsschicht bereichsweise von dem Quellträger abgelöst wird und jeweils als Wellenlängenkonversionselement auf einen dem Zielbereich gegenüberliegenden Halbleiterkörper aufgebracht wird.
Unter einem Ablösen ist hier und im Folgenden zumindest eine Verringerung einer Haftung zwischen der Wellenlängenkonversionsschicht und dem Quellträger zu verstehen.
Insbesondere werden die Wellenlängenkonversionselemente unmittelbar auf den Halbleiterkörper aufgebracht. Mit anderen Worten, es befindet sich keine weitere Schicht zwischen dem Wellenlängenkonversionselement und dem Halbleiterkörper. Vorteilhaft kann so eine besonders gute Entwärmung des Wellenlängenkonversionselements erfolgen. Auf eine Haftschicht zwischen dem Wellenlängenkonversionselement und dem Halbleiterkörper kann vorteilhaft verzichtet werden.
Jedes Halbleiterbauelement umfasst einen Halbleiterkörper und ein Wellenlängenkonversionselement. Das Wellenlängenkonversionselement ist zur Konversion einer von dem Halbleiterkörper emittierten elektromagnetischen Strahlung einer ersten Wellenlänge eingerichtet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung einer Mehrzahl von optoelektronischen Halbleiterbauelementen umfasst das Verfahren die Schritte:

A) Bereitstellen eines strahlungsdurchlässigen Quellträgers mit einer Wellenlängenkonversionsschicht, die auf einer Vorderseite des Quellträgers angeordnet ist, und eines Zielträgers mit einer Mehrzahl von Halbleiterkörpern, die zur Emission von elektromagnetischer Strahlung eingerichtet sind,
B) bereichsweises Bestrahlen eines Zielbereichs des Quellträgers von einer der Vorderseite gegenüberliegenden Rückseite mit einer elektromagnetischen Strahlung, wobei die Wellenlängenkonversionsschicht bereichsweise von dem Quellträger abgelöst wird und jeweils als Wellenlängenkonversionselement auf einen dem Zielbereich gegenüberliegenden Halbleiterkörper aufgebracht wird.

Einem hier beschriebenen Verfahren zur Herstellung einer Mehrzahl von optoelektronischen Halbleiterbauelementen liegen unter anderem die folgenden Überlegungen zugrunde: Zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements mit einer besonders geringen lateralen Ausdehnung ist eine Anordnung eines Wellenlängenkonversionselements erschwert. Beispielsweise kann ein Wellenlängenkonversionselement mit einem organischen Matrixmaterial mittels eines Sprühverfahrens auf einem Halbleiterkörper aufgebracht werden, jedoch weisen organische Matrixmaterialien mitunter nur eine geringe Temperaturstabilität auf. Das Anordnen von dünnen, anorganischen Wellenlängenkonversionselementen ist durch eine geringe Stabilität dieser dünnen Elemente erschwert. Ein manuelles Aufnehmen eines Wellenlängenkonversionselement und Aufbringen auf einem Halbleiterkörper kann durch die geringe Dicke erschwert oder verhindert sein.
Das hier beschriebene Verfahren zur Herstellung einer Mehrzahl von optoelektronischen Halbleiterbauelementen macht unter anderem von der Idee Gebrauch, eine Wellenlängenkonversionsschicht zumindest bereichsweise mit einer elektromagnetischen Strahlung zu bestrahlen und sie so zumindest bereichsweise von einem Quellträger abzulösen. Ein abgelöster Bereich der Wellenlängenkonversionsschicht kann direkt als Wellenlängenkonversionselement auf einem dafür bereitgestellten Halbleiterkörper auf einem Zielträger angeordnet werden. Dadurch entfällt ein Verfahrensschritt, bei dem das Wellenlängenkonversionselement mechanisch aufgenommen und auf dem Halbleiterkörper platziert werden muss. Weiter lässt sich so eine besonders präzise Anordnung des Wellenlängenkonversionselements auf dem Halbleiterkörper erreichen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung einer Mehrzahl von optoelektronischen Halbleiterbauelementen ist zwischen dem Quellträger und der Wellenlängenkonversionsschicht eine Ablöseschicht angeordnet. Eine Ablöseschicht (engl.: Dynamic Release Layer) ist insbesondere mit einem photosensitiven Material gebildet. Die Ablöseschicht kann durch eine Bestrahlung mit einer elektromagnetischen Strahlung ihre Haftfähigkeiten verändern. Beispielsweise ist die Ablöseschicht eine Blisterschicht, mit einer Vielzahl von gasgefüllten Kammern. Jede Kammer kann durch die Bestrahlung mit einer elektromagnetischen Strahlung erhitzt werden, wodurch sich das Gas im Inneren der Kammern ausdehnt und eine äußere Kontur der Kammer eine konvexe Form annimmt. Folglich kann eine Kontaktfläche der Ablöseschicht mit einem daran angeordneten Element verringert werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung einer Mehrzahl von optoelektronischen Halbleiterbauelementen wird der Zielbereich mit einer kohärenten elektromagnetischen Strahlung bestrahlt. Eine kohärente Strahlung kann vorteilhaft besonders einfach fokussiert werden. Unter einer kohärenten elektromagnetischen Strahlung wird hier und im Folgenden beispielsweise eine Emission eines Lasers verstanden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung einer Mehrzahl von optoelektronischen Halbleiterbauelementen wird die Wellenlängenkonversionsschicht als eine durchgängige zusammenhängende Schicht bereitgestellt. Mit anderen Worten, die Wellenlängenkonversionsschicht ist insbesondere nicht strukturiert und folglich nicht in mehrere Teilbereiche unterteilt. Vorteilhaft muss so keine Anpassung der Wellenlängenkonversionsschicht an unterschiedliche laterale Abmessungen von Halbleiterkörpern erfolgen, auf die das Material der Wellenlängenkonversionsschicht aufgetragen wird. Die Ablösung von Teilbereichen der Wellenlängenkonversionsschicht von dem Quellträger erfolgt insbesondere mittels der Bestrahlung des Zielbereichs mit der elektromagnetischen Strahlung.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung einer Mehrzahl von optoelektronischen Halbleiterbauelementen ist die Wellenlängenkonversionsschicht vor dem Ablösen in eine Mehrzahl von Wellenlängenkonversionselementen strukturiert. Bevorzugt ist jedes Wellenlängenkonversionselement ein Teilbereich der Wellenlängenkonversionsschicht. Insbesondere ist die Wellenlängenkonversionsschicht derart strukturiert, dass eine laterale Ausdehnung der Wellenlängenkonversionselemente jeweils der lateralen Ausdehnung eines Halbleiterkörpers entspricht. Die Wellenlängenkonversionselemente sind in einem lateralen Abstand zueinander auf dem Quellträger angeordnet. Die laterale Richtung erstreckt sich insbesondere parallel zur Haupterstreckungsrichtung des Quellträgers. Beispielsweise sind die Wellenlängenkonversionselemente in einem regelmäßigen Muster auf dem Quellträger angeordnet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung einer Mehrzahl von optoelektronischen Halbleiterbauelementen entspricht ein lateraler Abstand der Wellenlängenkonversionselemente zueinander auf dem Quellträger einem lateralen Abstand der Halbleiterkörper zueinander auf dem Zielträger. Mit derart angeordneten Wellenlängenkonversionselementen ist eine besonders einfach Justage des Quellträgers relativ zum Zielträger möglich.
Eine Anordnung der Wellenlängenkonversionselemente im gleichen lateralen Abstand zueinander wie die Halbleiterkörper zueinander ist insbesondere vorteilhaft in Kombination mit einem Verfahren wobei ein vertikaler Abstand zwischen dem Quellträger und dem Zielträger klein genug ist, damit die Wellenlängenkonversionsschicht unmittelbar während des Ablösens die Halbleiterkörper berührt, da dabei eine Justage des Quellträgers relativ zu dem Zielträger nur schwer mehrmals ausgeführt werden kann, ohne die Wellenlängenkonversionsschicht zu beschädigen. Die vertikale Richtung verläuft insbesondere senkrecht zur lateralen Richtung.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung einer Mehrzahl von optoelektronischen Halbleiterbauelementen unterschiedet sich ein lateraler Abstand der Wellenlängenkonversionselemente zueinander auf dem Quellträger von einem lateralen Abstand der Halbleiterkörper zueinander auf dem Zielträger. Eine beliebige Strukturierung der Wellenlängenkonversionsschicht ermöglicht vorteilhaft eine vereinfachte Strukturierung. Besonders vorteilhaft ist eine Kombination einer beliebigen Strukturierung mit einem vertikalen Abstand des Quellträgers von dem Zielträger, der groß genug ist, damit die Wellenlängenkonversionsschicht unmittelbar während des Ablösens keinen Halbleiterkörper berührt, da so eine besonders einfache Justage des Quellträgers relativ zu dem Zielträger ermöglicht ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung einer Mehrzahl von optoelektronischen Halbleiterbauelementen berührt die Wellenlängenkonversionsschicht unmittelbar während des Ablösens die Halbleiterkörper. Mit anderen Worten, ein vertikaler Abstand zwischen dem Quellträger und dem Zielträger ist klein genug, damit die Wellenlängenkonversionsschicht unmittelbar während des Ablösens die Halbleiterkörper berührt. Mit anderen Worten, die Wellenlängenkonversionsschicht berührt die Halbleiterkörper bereits vor dem Ablösen der Wellenlängenkonversionsschicht von dem Quellträger. Vorteilhaft kann so eine besonders präzise Anordnung der Wellenlängenkonversionsschicht an den Halbleiterkörpern erfolgen. Ferner ist die Verwendung einer Ablöseschicht in Form eines Blister Materials mit einer Mehrzahl von gasgefüllten Kammern besonders vorteilhaft in Kombination mit einem derart geringen vertikalen Abstand des Quellträgers von dem Zielträger.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung einer Mehrzahl von optoelektronischen Halbleiterbauelementen weist die Wellenlängenkonversionsschicht während des Ablösens einen vertikalen Abstand von den Halbleiterkörpern auf. Mit anderen Worten, ein vertikaler Abstand zwischen dem Quellträger und dem Zielträger ist groß genug, damit die Wellenlängenkonversionsschicht unmittelbar während des Ablösens von den Halbleiterkörpern beabstandet ist. Ein derart großer vertikaler Abstand zwischen dem Quellträger und dem Zielträger ermöglicht eine besonders einfache Justage des Quellträgers relativ zu dem Zielträger. Vorteilhaft kann so ein lateraler Abstand von strukturierten Bereichen der Wellenlängenkonversionsschicht zueinander im Vergleich zu einem lateralen Abstand der Halbleiterkörper zueinander beliebig sein. Mit anderen Worten, einzelne strukturierte Bereiche der Wellenlängenkonversionsschicht können beliebig auf dem Quellträger angeordnet sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung einer Mehrzahl von optoelektronischen Halbleiterbauelementen beträgt der vertikale Abstand zwischen der Wellenlängenkonversionsschicht und den Halbleiterkörpern mindestens 50 pm, bevorzugt mindestens 250 pm und besonders bevorzugt mindestens 500 um. Der vertikale Abstand zwischen dem Quellträger und dem Zielträger ist vorteilhaft groß genug, um eine einfache Justage der Träger relativ zueinander zu ermöglichen und klein genug, um eine ausreichend präzise Platzierung der Wellenlängenkonversionselemente auf den Halbleiterkörpern zu ermöglichen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung einer Mehrzahl von optoelektronischen Halbleiterbauelementen wird der gesamte Zielbereich mit einem einzelnen zeitlich begrenzten Puls der elektromagnetischen Strahlung bestrahlt. Die elektromagnetische Strahlung weist bevorzugt ein laterales Strahlprofil auf, das der lateralen Erstreckung des Zielbereichs entspricht. Bevorzugt ist eine Intensität der elektromagnetischen Strahlung über den Zielbereich homogen verteilt. Vorteilhaft ist eine Bestrahlung des Zielbereichs dadurch besonders schnell und einfach möglich.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung einer Mehrzahl von optoelektronischen Halbleiterbauelementen wird der Zielbereich mit einem Strahl der elektromagnetischen Strahlung abgerastert, dessen laterale Ausdehnung kleiner ist als der Zielbereich. Vorteilhaft sind so geringe Anforderungen an ein Strahlprofil der elektromagnetischen Strahlung ausreichend. Durch ein Abrastern ist eine besonders einfache Anpassung an unterschiedlich geformte Zielbereiche möglich.
Des Weiteren wird ein optoelektronisches Halbleiterbauelement angegeben. Das optoelektronische Halbleiterbauelement wird insbesondere mit dem hier beschriebenen Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements hergestellt. Das heißt, sämtliche für das optoelektronische Halbleiterbauelement offenbarten Merkmale sind auch für das Verfahren offenbart und umgekehrt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements umfasst das Halbleiterbauelement

- einen Halbleiterkörper mit einem aktiven Bereich der zur Emission von elektromagnetischer Strahlung vorgesehen ist, und
- ein Wellenlängenkonversionselement mit einer Dicke von weniger als 40 pm, wobei
- eine laterale Ausdehnung des Halbleiterbauelements kleiner als 500 pm ist, und
- das Wellenlängenkonversionselement einstückig und formfest ausgebildet ist.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements ist der aktive Bereich als Quantum-Well-Struktur, vorzugsweise als Multi-Quantum-Well-Struktur ausgebildet. Eine Quantum-Well-Struktur ist beispielsweise eine Einfachquantentopfstruktur (SQW, single quantum well) oder eine Multi-Quantum-Well-Struktur (MQW). Mittels einer Quantum-Well-Struktur kann eine besonders effiziente strahlende Rekombination von Ladungsträgern erreicht werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements ist eine laterale Ausdehnung des Halbleiterbauelements kleiner als 500 µm. Derart kleine Halbleiterbauelemente sind auch als µLED bekannt. Halbleiterbauelemente mit einer geringen lateralen Ausdehnung eigenen sich insbesondre zur Herstellung von hochauflösenden Displays.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements weist ein Wellenlängenkonversionselement eine Dicke von weniger als 40 pm auf. Das Wellenlängenkonversionselement ist zur Konversion von elektromagnetischer Strahlung einer ersten Wellenlänge in eine elektromagnetische Strahlung einer zweiten Wellenlänge eingerichtet. Die Dicke des Wellenlängenkonversionselements meint hier und im Folgenden eine Erstreckung quer, insbesondere senkrecht, zur Haupterstreckungsebene des Wellenlängenkonversionselements. Eine Dicke von weniger als 40 pm ist insbesondere vorteilhaft zur Verwendung in einem Halbleiterkörper mit einer geringen lateralen Ausdehnung von 500 pm oder weniger. Ein Wellenlängenkonversionselement mit einer Dicke von weniger als 40 pm ist besonders fragil und daher nur schwer auf einem Halbleiterkörper anzuordnen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements ist das Wellenlängenkonversionselement einstückig und formfest ausgeführt. Einstückig und formfest meint hier und im Folgenden insbesondere keine mittels Sprühen hergestellte Schicht. Bevorzugt ist das Wellenlängenkonversionselement monolithisch ausgebildet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements beträgt die Dicke des Wellenlängenkonversionselements weniger als 20 µm, besonders bevorzugt weniger als 10 pm. Für Halbleiterbauelemente mit einer besonders geringen lateralen Ausdehnung sind Wellenlängenkonversionselemente mit einer Dicke von weniger als 20 pm vorteilhaft. Derart dünne Wellenlängenkonversionselemente können besonders vorteilhaft mittels eines hier beschriebenen Verfahrens auf einem Halbleiterkörper angeordnet werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements ist die laterale Ausdehnung des Halbleiterbauelements kleiner als 300 pm, bevorzugt kleiner als 150 µm. Mittels einer geringeren Ausdehnung der Halbleiterbauelemente kann eine Auflösung eines Displays aus einer Vielzahl von Halbleiterbauelementen vorteilhaft erhöht werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements ist ein lateraler Versatz zwischen dem Wellenlängenkonversionselement und dem Halbleiterkörper kleiner als 20 pm, bevorzugt kleiner als 10 µm. Insbesondere beträgt ein lateraler Versatz zwischen dem Wellenlängenkonversionselement und dem Halbleiterkörper in 99,73 % aller Fälle weniger als 10 pm, entsprechend einem Intervall von 3 Sigma um den Erwartungswert.
Ein kleiner Versatz verbessert eine Auskopplung von elektromagnetischer Strahlung aus dem optoelektronischen Halbleiterbauelement. Ferner kann durch einen geringen Versatz eine möglichst vollständige Konversion von elektromagnetischer Strahlung erreicht werden, da ein Austreten von unkonvertierter Strahlung in Bereichen neben dem Wellenlängenkonversionselement vermieden werden kann.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements enthält das Wellenlängenkonversionselement Partikel eines Konversionsmaterials enthält. Ein Konversionsmaterial ist insbesondere ein lumineszentes Material, das zur Konversion einer elektromagnetischen Strahlung einer ersten Wellenlänge in elektromagnetische Strahlugn einer zweiten Wellenlänge eingerichtet. Beispielsweise ist das Konversionsmaterial eine Phosphorverbindung.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements sind die Partikel eines Konversionsmaterials in ein Matrixmaterial eingebettet. Ein Matrixmaterial dient beispielsweise zur mechanischen Stabilisierung des Wellenlängenkonversionselements. Bevorzugt ist das Matrixmaterial strahlungsdurchlässig, insbesondere transparent ausgebildet. Das Materixmaterial ist beispielsweise mit einem organischen Material gebildet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements ist das Matrixmaterial mit einem der folgenden Materialien gebildet: Polysiloxan, Glas, Keramik.
Diese Materialien weisen eine besonders hohe strahlungsdurchlässigkeit auf und können mit bekannten Verfahren einfach verarbeitet werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements ist das Wellenlängenkonversionselement frei von einem die Partikel eines Konversionsmaterials einbettenden Matrixmaterial. Mit anderen Worten, das Wellenlängenkonversionselement umfasst kein organisches Matrixmaterial. Organisches Material ist weniger alterungsstabil und daher wenig geeignet für Anwendungen in Halbleiterbauelementen mit hohen optischen Ausgangsleistungen. Insbesondere umfasst das Wellenlängenkonversionsmaterial keine Zusätze, die zum Aufbringen des Wellenlängenkonversionsmaterials mittels eines Sprühverfahrens notwendig sind.
Eine Ausführung des Wellenlängenkonversionselementes ohne ein Matrixmaterial bewirkt eine besonders gute Entwärmung des Wellenlängenkonversionselements. Beispielsweise ist ein Wellenlängenkonversionselement ohne ein organisches Matrixmaterial auch besonders stabil gegenüber Vergilbungsprozessen und weiterer unerwünschter Alterungseffekte.
Ein hier beschriebenes optoelektronisches Halbleiterbauelement eignet sich insbesondere zum Einsatz als Hochleistungsleuchtdiode, beispielsweise zur Verwendung in einem Automobilscheinwerfer sowie für pLED-Anwendungen mit integriertem Wellenlängenkonverter.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Verfahrens zur Herstellung einer Mehrzahl von optoelektronischen Halbleiterbauelementen und des optoelektronischen Halbleiterbauelements ergeben sich aus den folgenden, im Zusammenhang mit den in den Figuren dargestellten, Ausführungsbeispielen.
Es zeigen:

1 einen Schritt eines Verfahrens zur Herstellung einer Mehrzahl von hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelementen in einer schematischen Schnittansicht gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
2 einen Schritt eines Verfahrens zur Herstellung einer Mehrzahl von hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelementen in einer schematischen Schnittansicht gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
3 einen Schritt eines Verfahrens zur Herstellung einer Mehrzahl von hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelementen in einer schematischen Schnittansicht gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel, und
4 einen Schritt eines Verfahrens zur Herstellung einer Mehrzahl von hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelementen in einer schematischen Schnittansicht gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel.

Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder für eine bessere Verständlichkeit übertrieben groß dargestellt sein.
1 zeigt einen Schritt eines Verfahrens zur Herstellung einer Mehrzahl von hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelementen 1 in einer schematischen Schnittansicht gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel.
Auf einer Vorderseite 20A eines Quellträgers 20 sind eine Ablöseschicht 21 und eine Wellenlängenkonversionsschicht 11 angeordnet. Die Ablöseschicht 21 ist zwischen der Wellenlängenkonversionsschicht 11 und dem Quellträger 20 angeordnet.
Der Quellträger 20 ist strahlungsdurchlässig ausgebildet. Vorteilhaft ist der Quellträger 20 mechanisch stabil und selbsttragend ausgebildet. Gegenüber der Vorderseite 20A umfasst der Quellträger 20 eine Rückseite 20B. Die Ablöseschicht 21 ist eine photosensitive Schicht, die ihre Haftfähigkeit bei Bestrahlung mit einer elektromagnetischen Strahlung 40 verändert. Beispielsweise ist die Ablöseschicht mit einem Polymer gebildet. Die Wellenlängenkonversionsschicht 11 ist in eine Mehrzahl von Teilbereichen strukturiert, die in einem lateralen Abstand 11P zueinander angeordnet sind.
Auf einem Zielträger 30 ist eine Mehrzahl von Halbleiterkörpern 10 in einem lateralen Abstand 10P zueinander angeordnet. Der laterale Abstand 10P der Halbleiterkörper unterscheidet sich von dem lateralen Abstand 11P der strukturierten Bereiche der Wellenlängenkonversionsschicht 11. Jeder Halbleiterkörper 10 umfasst einen aktiven Bereich 101, der zur Emission von elektromagnetischer Strahlung eingerichtet ist.
Der Quellträger 20 und der Zielträger 30 sind derart angeordnet, dass sich ein vertikaler Abstand D zwischen der Wellenlängenkonversionsschicht 11 und den Halbleiterkörpern 10 ergibt. Der vertikale Abstand D wird insbesondere in der kürzesten Verbindungslinie zwischen einem Halbleiterkörper 10 und der Wellenlängenkonversionsschicht 11 gemessen. Der vertikale Abstand D beträgt 250 pm. Vorteilhaft ist durch den fehlenden Kontakt zwischen der Wellenlängenkonversionsschicht 11 und den Halbleiterkörpern 10 eine beliebige laterale Positionierung des Quellträgers 20 relativ zu dem Zielträger 30 ermöglicht. Dies ist insbesondere hilfreich, falls der laterale Abstand 11P der Bereiche des Wellenlängenkonversionselements 11 nicht dem lateralen Abstand 10P der Halbleiterkörper 10 entspricht und daher eine mehrmalige Veränderung einer Position des Quellträgers 20 relativ zu dem Zielträger 30 erfolgen muss.
In dem dargestellten Verfahrensschritt erfolgt ein bereichsweises Bestrahlen der Wellenlängenkonversionsschicht 11 mit einer elektromagnetischen Strahlung 40 in einem Zielbereich 40A. Die elektromagnetische Strahlung 40 wird von der Rückseite 20B des Quellträgers 20 eingestrahlt und durchdringt den Quellträger 20. An der Ablöseschicht 21 verringert die elektromagnetische Strahlung 40 eine Haftung der Wellenlängenkonversionsschicht 11 in dem Zielbereich 40A. Die elektromagnetische Strahlung 40 weist eine laterale Ausdehnung auf, die der lateralen Ausdehnung des Zielbereichs 40A entspricht. Die Bestrahlung erfolgt in einem einzelnen oder einer Abfolge von mehreren Pulsen. Mittels der elektromagnetischen Strahlung 40 wird ein Teilbereich der Wellenlängenkonversionsschicht 11 in dem Zielbereich 40A von dem Quellträger 20 abgelöst. Insbesondere erfährt die Wellenlängenkonversionsschicht 11 in dem Zielbereich 40A einen Impuls in Richtung des Zielträgers 30 und die Wellenlängenkonversionsschicht 11 wird bereichsweise zu einem gegenüberliegenden Halbleiterkörper 10 bewegt, wo es ein Wellenlängenkonversionselement 110 darstellt.
Zusammen mit dem Halbleiterkörper 10 bildet das Wellenlängenkonversionselement 110 ein optoelektronisches Halbleiterbauelement 1 aus.
2 zeigt einen Schritt eines Verfahrens zur Herstellung einer Mehrzahl von hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelementen 1 in einer schematischen Schnittansicht gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Das zweite Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel. Im Unterscheid zu dem ersten Ausführungsbeispiel ist die Wellenlängenkonversionsschicht 11 nicht strukturiert ausgeführt. Vielmehr ist die Wellenlängenkonversionsschicht 11 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel als eine einzelne zusammenhängende Schicht ausgebildet. Vorteilhaft entfällt ein zusätzlicher Verfahrensschritt zur Strukturierung der Wellenlängenkonversionsschicht 11. Ferner ist eine laterale Justage des Quellträgers 20 relativ zum Zielträger 30 vereinfacht.
Die Wellenlängenkonversionsschicht 11 wird durch eine Bestrahlung mit einer elektromagnetischen Strahlung 40 in dem Zielbereich 40A bereichsweise abgelöst und so als Wellenlängenkonversionselement 110 auf einem darunter angeordneten Halbleiterkörper 10 angeordnet.
3 zeigt einen Schritt eines Verfahrens zur Herstellung einer Mehrzahl von hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelementen 1 in einer schematischen Schnittansicht gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel. Im Wesentlichen entspricht das dritte Ausführungsbeispiel dem in 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel. Im Unterschied zu dem ersten Ausführungsbeispiel sind der Quellträger 20 und der Zielträger 30 derart angeordnet, dass sich die Wellenlängenkonversionsschicht 11 und die Halbleiterkörper 10 unmittelbar während des Ablösens berühren.
Folglich besteht kein vertikaler Abstand D zwischen der Wellenlängenkonversionsschicht 11 und den Halbleiterkörpern 10 während des Ablösens. Dadurch ist eine besonders präzise Platzierung der Wellenlängenkonversionselemente 110 auf den Halbleiterkörpern 10 ermöglicht. Der laterale Abstand 11P der strukturierten Bereiche der Wellenlängenkonversionsschicht 11 zueinander entspricht einem lateralen Abstand 10P der Halbleiterkörper 10 zueinander.
4 zeigt einen Schritt eines Verfahrens zur Herstellung einer Mehrzahl von hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelementen 1 in einer schematischen Schnittansicht gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel. Das vierte Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem in 2 gezeigten zweiten Ausführungsbeispiel. Im Unterschied zu dem zweiten Ausführungsbeispiel sind der Quellträger 20 und der Zielträger 30 derart angeordnet, dass sich die Wellenlängenkonversionsschicht 11 und die Halbleiterkörper 10 unmittelbar während des Ablösens berühren.
Folglich besteht kein vertikaler Abstand D zwischen der Wellenlängenkonversionsschicht 11 und den Halbleiterkörpern 10 während des Ablösens.
Weiter unterscheidet sich das vierte Ausführungsbeispiel in der Art der Bestrahlung des Zielbereichs 40A mit der elektromagnetischen Strahlung 40. Die laterale Ausdehnung der elektromagnetischen Strahlung 40 ist kleiner als die laterale Ausdehnung des Zielbereichs 40A. Der Zielbereich 40A wird folglich von der elektromagnetischen Strahlung 40 abgerastert. Dies ermöglicht ein besonders flexibles Verfahren, wobei die elektromagnetische Strahlung 40 besonders einfach an unterschiedliche laterale Ausdehnungen des Zielbereichs 40A angepasst werden kann.
Ein Abrastern des Zielbereichs 40A mit einer elektromagnetischen Strahlung wäre auch bei dem in 3 gezeigten dritten Ausführungsbeispiel möglich.
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

1: optoelektronisches Halbleiterbauelement
10: Halbleiterkörper
10P: lateraler Abstand der Halbleiterkörper
101: aktiver Bereich
11: Wellenlängenkonversionsschicht
11P: lateraler Abstand der Wellenlängenkonversionselemente
110: Wellenlängenkonversionselement
20: Quellträger
20A: Vorderseite
20B: Rückseite
21: Ablöseschicht
30: Zielträger
40: elektromagnetische Strahlung
40A: Zielbereich
D: vertikaler Abstand

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Mehrzahl von optoelektronischen Halbleiterbauelementen (1), umfassend die Schritte: A) Bereitstellen eines strahlungsdurchlässigen Quellträgers (20) mit einer Wellenlängenkonversionsschicht (11), die auf einer Vorderseite (20A) des Quellträgers (20) angeordnet ist, und eines Zielträgers (30) mit einer Mehrzahl von Halbleiterkörpern (10), die zur Emission von elektromagnetischer Strahlung eingerichtet sind, B) bereichsweises Bestrahlen eines Zielbereichs (40A) des Quellträgers (20) von einer der Vorderseite (20A) gegenüberliegenden Rückseite (20B) mit einer elektromagnetischen Strahlung (40),wobei die Wellenlängenkonversionsschicht (11) bereichsweise von dem Quellträger (20) abgelöst wird und jeweils als Wellenlängenkonversionselement (110) auf einen dem Zielbereich (40A) gegenüberliegenden Halbleiterkörper (10) aufgebracht wird.
Verfahren zur Herstellung einer Mehrzahl von optoelektronischen Halbleiterbauelementen (1) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei zwischen dem Quellträger (20) und der Wellenlängenkonversionsschicht (11) eine Ablöseschicht (21) angeordnet ist.
Verfahren zur Herstellung einer Mehrzahl von optoelektronischen Halbleiterbauelementen (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Zielbereich (40A) mit einer kohärenten elektromagnetischen Strahlung (40) bestrahlt wird.
Verfahren zur Herstellung einer Mehrzahl von optoelektronischen Halbleiterbauelementen (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Wellenlängenkonversionsschicht (11) als eine durchgängige zusammenhängende Schicht bereitgestellt wird.
Verfahren zur Herstellung einer Mehrzahl von optoelektronischen Halbleiterbauelementen (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Wellenlängenkonversionsschicht (11) vor dem Ablösen in eine Mehrzahl von Wellenlängenkonversionselementen (110) strukturiert ist.
Verfahren zur Herstellung einer Mehrzahl von optoelektronischen Halbleiterbauelementen (1) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei ein lateraler Abstand der Wellenlängenkonversionselemente (110) zueinander auf dem Quellträger (20) einem lateralen Abstand der Halbleiterkörper (10) zueinander auf dem Zielträger (30) entspricht.
Verfahren zur Herstellung einer Mehrzahl von optoelektronischen Halbleiterbauelementen (1) gemäß Anspruch 5, wobei ein lateraler Abstand der Wellenlängenkonversionselemente (110) zueinander auf dem Quellträger (20) sich von einem lateralen Abstand der Halbleiterkörper (10) zueinander auf dem Zielträger (30) unterscheidet.
Verfahren zur Herstellung einer Mehrzahl von optoelektronischen Halbleiterbauelementen (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Wellenlängenkonversionsschicht (11) während des Ablösens die Halbleiterkörper (10) berührt.
Verfahren zur Herstellung einer Mehrzahl von optoelektronischen Halbleiterbauelementen (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Wellenlängenkonversionsschicht (11) während des Ablösens einen vertikalen Abstand (D) von den Halbleiterkörpern (10) aufweist.
Verfahren zur Herstellung einer Mehrzahl von optoelektronischen Halbleiterbauelementen (1) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei der vertikale Abstand (D) zwischen der Wellenlängenkonversionsschicht (11) und den Halbleiterkörpern (10) mindestens 50 pm, bevorzugt mindestens 250 pm und besonders bevorzugt mindestens 500 pm beträgt.
Verfahren zur Herstellung einer Mehrzahl von optoelektronischen Halbleiterbauelementen (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der gesamte Zielbereich (40A) mit einem einzelnen zeitlich begrenzten Puls der elektromagnetischen Strahlung (40) bestrahlt wird.
Verfahren zur Herstellung einer Mehrzahl von optoelektronischen Halbleiterbauelementen (1) gemäß Anspruch 8, wobei der Zielbereich (40A) mit einem Strahl der elektromagnetischen Strahlung (40) abgerastert wird, dessen laterale Ausdehnung kleiner ist als der Zielbereich (40A).
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) umfassend, - einen Halbleiterkörper (10) mit einem aktiven Bereich (101) der zur Emission von elektromagnetischer Strahlung (40) vorgesehen ist, und - ein Wellenlängenkonversionselement (110) mit einer Dicke von weniger als 40 pm, wobei - eine laterale Ausdehnung des Halbleiterbauelements (1) kleiner als 500 pm ist, und - das Wellenlängenkonversionselement (110) einstückig und formfest ausgebildet ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, bei dem die Dicke des Wellenlängenkonversionselements (110) weniger als 20 µm, besonders bevorzugt weniger als 10 pm beträgt.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die laterale Ausdehnung des Halbleiterbauelements (1) kleiner als 300 pm, bevorzugt kleiner 150 pm ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein lateraler Versatz zwischen dem Wellenlängenkonversionselement (110) und dem Halbleiterkörper (10) kleiner als 20 pm, bevorzugt kleiner als 10 pm ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Wellenlängenkonversionselement (110) Partikel eines Konversionsmaterials enthält.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, bei dem die Partikel eines Konversionsmaterials in ein Matrixmaterial eingebettet sind.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, bei dem das Matrixmaterial mit einem der folgenden Materialien gebildet ist: Polysiloxan, Glas, Keramik.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß Anspruch 17, bei dem das Wellenlängenkonversionselement (110) frei von einem die Partikel eines Konversionsmaterials einbettenden Matrixmaterial ist.