DE102022102366A1

DE102022102366A1 - Halbleiterbauelement und verfahren zum transferieren eines halbleiterbauelements

Info

Publication number: DE102022102366A1
Application number: DE102022102366.4A
Authority: DE
Inventors: Sebastian Wittmann; Tobias Berthold; Thomas Schwarz; Markus Boss
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2022-02-01
Filing date: 2022-02-01
Publication date: 2023-08-03
Also published as: CN118648108A; WO2023148221A1

Abstract

Es wird ein Halbleiterbauelement vorgeschlagen, welches einen zur Lichterzeugung einer ersten Hauptwellenlänge ausgebildeten Halbleiterkörper (10) mit einer ersten, wenigstens zwei Kontaktbereiche aufweisenden ersten Hauptseite und einer der ersten Hauptseite eine Lichtemissionsfläche aufweisenden zweiten Hauptseite umfasst. Auf der zweiten Hauptoberfläche ist eine Beschichtung angeordnet, die für Licht in einem Wellenlängenbereich der ersten Hauptwellenlänge im Wesentlichen transparent und für Licht in einem Wellenlängenbereich einer zweiten Hauptwellenlänge absorbierend oder reflektierend ist, wobei der Wellenlängenbereich der zweiten Hauptwellenlänge unterhalb des Wellenlängenbereichs der ersten Hauptwellenlänge und unterhalb von 450 nm, insbesondere unterhalb von 420 nm und insbesondere unterhalb von 390 nm liegt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Halbleiterbauelement sowie ein Verfahren zum Transferieren eines Halbleiterbauelements.
HINTERGRUND
Halbleiterbauelemente, darunter auch sogenannte µLEDs müssen von einem Träger- bzw. Ausgangssubstrat auf ein Zielsubstrat übertragen werden. Unter dem Begriff „Zielsubstrat“ kann dabei zum einen ein weiterer temporärer Träger verstanden werden, aber auch eine Platine, ein PCB, ein Backplane oder ähnliches. Zweckmäßigerweise wird hierzu ein Verfahren verwendet, welches eine große Anzahl von Bauelementen in sehr kurzer Zeit übertragen kann. Schwierig wird ein derartiger Transfer vor allem bei kleinen Bauelementen, den oben erwähnten µLEDs, da deren laterale Abmessungen lediglich im Bereich weniger um liegen.
Bei einem Transfer von Bauelementen mittels eines sogenannten Laser-Lift-Off Prozesses, werden Bauelemente durch einen Laserimpuls von dem Trägersubstrat abgelöst, um anschließend auf das Zielsubstrat transferiert zu werden. In einem zweiten Schritt wird dann das Bauelement auf dem Zielsubstrat befestigt. Jedoch kann die eingestrahlte Laserenergie das Bauelement nicht nur erwärmen, was gerade bei temperatursensitiven Elementen zu Problemen führen kann, sondern die Laserenergie kann auch in das Halbleiterbauelement bis zur aktiven Schicht vordringen und dort zu einer beschleunigten Alterung oder anderen die Effizienz herabsetzenden Effekte bedingen.
Es besteht daher das Bedürfnis, durch geeignete Maßnahmen diesen Problemen entgegenzuwirken.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Diesem Bedürfnis wird mit den Gegenständen der unabhängigen Patentansprüche Rechnung getragen. Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
In konventionellen Verfahren werden die oben genannten Schwierigkeiten vor allem durch eine Anpassung der Haftschichten bzw. des Trägersubstrats adressiert. Dies ist zwar durchaus zielführend, allerdings müssen gegebenenfalls andere Nachteile, wie beispielsweise eine veränderte Haftkraft oder ungleichmäßiges Ablösen in Kauf genommen werden.
Die Erfinder schlagen nun ein Halbleiterbauelement vor, dass einen zur Lichterzeugung einer ersten Hauptwellenlänge ausgebildeten Halbleiterkörper umfasst. Dieser weist auf einer ersten Hauptseite wenigstens einen, in einigen Ausführungen auch zwei Kontaktbereiche auf. Auf einer der ersten Hauptseite gegenüberliegenden zweiten Hauptseite ist eine Lichtemissionsfläche des Halbleiterbauelements angeordnet. Auf der zweiten Hauptseite umfasst das Halbleiterbauelement eine Beschichtung, die für Licht in einem Wellenlängenbereich der ersten Hauptwellenlänge im Wesentlichen transparent ist. Für Licht in einem Wellenlängenbereich einer zweiten Hauptwellenlänge ist die Beschichtung indes absorbierend oder reflektierend ausgestaltet. Weiterhin liegt der Wellenlängenbereich der zweiten Hauptwellenlänge unterhalb des Wellenlängenbereichs der ersten Hauptwellenlänge. Mit anderen Worten ist die zweite Hauptwellenlänge deutlich energiereicher als die erste Hauptwellenlänge. In einigen Aspekten wird vorgeschlagen, dass der Wellenlängenbereich der zweiten Hauptwellenlänge im Bereich unterhalb von 450 nm und insbesondere unterhalb von 420 nm und insbesondere unterhalb von 390 nm liegt. In einigen anderen Aspekten kann der Wellenlängenbereich der zweiten Hauptwellenlänge auch zwischen 520nm und 450nm liegen.
Mit dem vorgeschlagenen Halbleiterbauelement wird somit ein Bauelement geschaffen, bei dem im Gegensatz zu konventionellen Herangehensweisen, die für den späteren Transferprozess notwendige Beschichtung nicht auf einem Glasträger, sondern auf dem Halbleiterbauelement selbst angeordnet ist. Dabei ist die Beschichtung für die Emissionswellenlänge des Halbleiterbauelements und im Besonderen des Halbleiterkörpers im Wesentlichen transparent. Eine Absorption oder Reflexion findet lediglich in einem Lichtwellenlängenbereich statt, der zum Transferprozess des Halbleiterbauelements auf ein PCB oder einen anderen Träger verwendet wird. Damit kann die thermische Belastung auf das Halbleiterbauelement während des Transferprozesses verringert werden, da die eingestrahlte Laserenergie zum Ablösen des Bauelements das Halbleiterbauelement selbst nicht erwärmt. Durch die hohe Absorption bzw. Reflexion gelangt die eingestrahlte Laserenergie auch nicht bis zu der aktiven Schicht des Halbleiterbauelements und führt so nicht zu der oben angesprochenen beschleunigten Alterung.
In diesem Zusammenhang kann die Schicht wie bereits angedeutet entweder absorbierend ausgestaltet sein bzw. reflektierend. Bei einer absorbierenden Schicht auf der zweiten Hauptseite führt die eingestrahlte Laserenergie zu einer Erwärmung am Interface zwischen der Beschichtung und einer möglichen Haftschicht auf einem Trägersubstrat. Ein Eindringen des Laserlichts in den Halbleiterkörper und in die aktive Zone wird durch die Absorption vermieden oder zumindest stark reduziert. In einigen Ausgestaltungen ist eine derartige absorbierende Beschichtung als ein optischer Langpassfilter ausgestaltet. Die Beschichtung kann somit eine Absorption im Bereich von größer 80 % bei der Lichtwellenlänge zum Ablösen und eine Absorption von kleiner als 20 % und insbesondere weniger als 10 % bei der Emissionswellenlänge des Halbleiterkörpers aufweisen.
Bei einer reflektierenden Beschichtung auf der zweiten Hauptseite wird ebenso ein Eindringen des Laserlichts zum Ablösen in den Halbleiterkörper vermieden. Auftreffendes Laserlicht wird durch die reflektierende Beschichtung rückgestreut und kann so in einer Haftschicht absorbiert werden. Dadurch wird auch die Absorptionswahrscheinlichkeit für die Haftschicht insgesamt vergrößert, da ein nicht absorbierter Anteil des Lichts nochmals in die Haftschicht gelangt. Eine derartige reflektierende Beschichtung besitzt in einigen Ausgestaltungen einen Reflexionsgrad von mehr als 80 % im Bereich der zweiten Wellenlänge und insbesondere mehr als 90 % im Bereich der zweiten Wellenlänge. Indes ist die Reflexion im Bereich der Emissionswellenlänge des Halbleiterkörpers lediglich gering und liegt unterhalb von 20 %, insbesondere unterhalb von 10 %.
Eine reflektierende Beschichtung der vorgeschlagenen Art kann beispielsweise durch einen dielektrischen Spiegel oder einen Braggreflektor erzeugt werden, der für den Wellenlängenbereich der zweiten Hauptwellenlänge optimiert ist. In einer anderen Ausgestaltung ist es möglich, eine dünne Beschichtung aus Siliziumnitrid, SiN als Beschichtung aufzubringen. In einigen Ausführungsformen ist diese Beschichtung lediglich wenige Atomlagen bis hinunter zu einer Atomlage dick.
Bei einem dielektrischen Spiegel oder einem Braggreflektor sind in einigen Ausgestaltungen eine Vielzahl von Schichten vorgesehen, die unterschiedliche Brechungsindices aufweisen. Durch eine geeignete Wahl der Brechungsindices, der Dicke und Anzahl der Schichten kann somit ein Reflexionsgrad im Bereich der zweiten Hauptwellenlänge erzeugt werden. In einigen Ausgestaltungen liegt die Dicke der eingangs genannten Beschichtung zwischen 50 nm und 2500 nm.
In einigen Ausgestaltungsformen des Halbleiterbauelements ist die Beschichtung auf der Lichtemissionsfläche der zweiten Hauptseite zumindest teilweise entfernt. Dies kann einerseits während des Herstellungsprozesses erfolgen, indem die Lichtemissionsfläche von der Beschichtung ausgespart wird. Alternativ ist es jedoch auch möglich, gerade bei einer lichtabsorbierenden Emissionsfläche diese durch die Absorption des Lichtes während des Transferprozesses aufzulösen, sodass die Beschichtung nach dem erfolgten Transferprozess auf der Lichtemissionsfläche entfernt ist.
Ein anderer Aspekt betrifft die Ausgestaltung der Lichtemissionsfläche mit einer Aufrauhung oder einer anderen regelmäßigen oder unregelmäßigen Oberflächenstruktur. In einigen Ausgestaltungen umfasst die Lichtemissionsfläche eine regelmäßige Oberflächenstruktur. Dabei kann diese Struktur derart ausgestaltet sein, dass einfallendes Licht der zweiten Hauptwellenlänge auch unter verschiedenen Einfallswinkeln optimal reflektiert wird. Eine derartige Optimierung lässt sich bei einer zufälligen Aufrauhung kaum oder nicht erreichen, sodass in einigen Ausgestaltungen die Aufrauhung periodisch und insbesondere regelmäßig ist. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Lichtemissionsfläche eine zylinderförmige, eine quaderförmige oder pyramidenförmige Oberflächenstruktur aufweist. In diesen Ausgestaltungen erstreckt sich die Beschichtung entlang der Aufrauhung.
In einigen weiteren Ausgestaltungen ist vorgesehen, dass auch Seitenflächen des Halbleiterkörpers, die sich ausgehend von der zweiten Hauptseite unter einem Winkel von weniger als 90° zur ersten Hauptseite hin erstrecken mit der Beschichtung zumindest teilweise versehen sind. Insofern erstreckt sich somit die Beschichtung auch auf Seitenflächen des Halbleiterkörpers und nicht nur auf die zweite Hauptseite. In einigen Ausgestaltungen ist die Beschichtung mit Siliziumnitrid SiN oder einem anderen anorganischen Material gefertigt. Für Ausgestaltungen, bei der die Beschichtung im Bereich der zweiten Hauptwellenlänge besonders stark absorbierend wirken soll, kann vorgesehen sein, ein organisches Material zu verwenden, welches durch das eingestrahlte Laserlicht verdampft oder sich anderweitig auflöst und somit die Haftung zwischen dem Halbleiterkörper und einer Haftschicht bzw. dem Träger verringert.
Ein weiterer Gesichtspunkt betrifft ein Verfahren zum Transferieren eines Halbleiterbauelements. Dabei umfasst das Halbleiterbauelement einen zur Lichterzeugung einer ersten Hauptwellenlänge ausgebildeten Halbleiterkörper. Dieser weist eine erste Hauptseite mit wenigstens zwei Kontaktbereichen und einer der ersten Hauptseite gegenüberliegende zweite Hauptseite mit einer Emissionsfläche auf. Auf der zweiten Hauptseite ist dabei eine Beschichtung angeordnet, die für Licht in einem Wellenlängenbereich der ersten Hauptwellenlänge im Wesentlichen transparent ist. Für Licht in einem Wellenlängenbereich einer zweiten Hauptwellenlänge ist die Beschichtung absorbierend oder reflektierend. Des Weiteren liegt der Wellenlängenbereich der zweiten Hauptwellenlänge unterhalb des Wellenlängenbereichs der ersten Hauptwellenlänge. Mit anderen Worten ist somit die zweite Hauptwellenlänge kleiner als die erste Hauptwellenlänge und liegt insbesondere unterhalb von 450 nm, 420 nm bzw. unterhalb von 390 nm.
In einem erfindungsgemäßen Aspekt wird nun ein Trägersubstrat bereitgestellt, auf dem eine im Wesentlichen transparente Haftschicht angebracht ist. Darauf wird eine Vielzahl von Halbleiterbauelement mit der zweiten Hauptseite angeordnet. Die zweite Hauptseite ist somit an der transparenten Haftschicht befestigt. Anschließend wird ein Lichtpuls mit der zweiten Hauptwellenlänge eingestrahlt und die eingestrahlte Energie durch die Beschichtung des Halbleiterbauelements absorbiert. Dabei ist die eingestrahlte Energie so gewählt, dass durch die Absorption die Haftkraft zwischen der Beschichtung und der Haftschicht derart verringert wird, dass sich das Halbleiterbauelement ablöst.
In einem anderen Aspekt nach dem vorgeschlagenen Prinzip wird ein Trägersubstrat bereitgestellt, auf dem eine die zweite Hauptwellenlänge absorbierende Haftschicht angeordnet ist. An dieser wird schließlich eine Vielzahl von Halbleiterbauelementen mit der zweiten Hauptseite befestigt. Anschließend wird ebenfalls ein Lichtpuls mit der zweiten Hauptwellenlänge eingestrahlt und durch die Beschichtung wenigstens ein Teil des eingestrahlten Lichtpulses reflektiert. Diese Reflexion führt wiederum auf die Haftschicht, die den reflektierten Teil des Lichts erneut absorbieren kann. Durch die wegen der zugeführten Energie bewirkten Erwärmung verringert sich die Haftkraft zwischen der Beschichtung der Haftschicht derart, dass sich das Halbleiterbauelement ablöst.
Durch die eingestrahlte Energie des Lichtpulses wird in Zusammenwirkung mit der Beschichtung in beiden Fällen die Haftung zwischen dem Halbleiterbauelement und einem Trägersubstrat reduziert, sodass sich dieses von dem Trägersubstrat ablöst. Dies kann zum einen durch eine Absorption in der Beschichtung auf dem Halbleiterbauelement erfolgen, zum anderen durch eine Reflexion der eingestrahlten Energie und Absorption der reflektierten Energie in einer Schicht.
Kerngedanke des vorgeschlagenen Prinzips ist es, somit die Ablösung des Halbleiterbauelements von dem Träger bewirkende Beschichtung nicht an dem Trägersubstrat, sondern an dem Halbleiterbauelement anzuordnen. Mit anderen Worten wird das Halbleiterbauelement während der Fertigung mit dieser zusätzlichen Beschichtung versehen, die einerseits für die Emissionswellenlänge transparent, aber für die Wellenlänge des Ablöselichts reflektierend oder absorbierend ausgestaltet ist. In beiden Fällen wird auf diese Weise ein Eindringen des Ablöselichts in den Halbleiterkörper und in die aktive Zone verhindert, sodass Beschädigungen oder zusätzliche Alterungseffekte vermieden oder stark reduziert werden. Darüber hinaus lassen sich besser reproduzierbare Ablöseverhalten erreichen, da die Beschichtung in der Herstellung besonders genau und präzise über den Herstellungsweg hinaus aufgebracht werden kann.
In einem Aspekt ist die zwischen dem Halbleiterbauelement mit seiner Beschichtung und dem Trägersubstrat angeordnete Haftschicht strukturiert und bedeckt lediglich einen Teil der zweiten Hauptseite. Auf diese Weise lässt sich die vorgesehene Haftung auf ein Minimum reduzieren, sodass zusätzlich mit Vorteil die eingebrachte Laserenergie ebenfalls verringert werden kann. Es ist in diesem Aspekt zweckmäßig, in einigen Ausgestaltungen das Trägersubstrat für das Licht der zweiten Hauptwellenlänge im Wesentlichen transparent auszugestalten. Auf diese Weise lässt sich das Licht der zweiten Hauptwellenlänge rückwärtig, d. h. direkt auf die zweite Hauptseite und die darauf angeordnete Beschichtung einstrahlen.
In einem Aspekt des vorgeschlagenen Prinzips wird ein Trägersubstrat bereitgestellt, welches eine Vielzahl von Vertiefungen aufweist. Die Vertiefungen werden in einem nachfolgenden Schritt mit dem Material der Haftschicht ausgeführt. Dadurch liegt zwar das Halbleiterbauelement flächig auf dem Trägersubstrat auf, wird aber lediglich in einem Teilbereich nämlich in einem Bereich über der Vertiefung von dem Material der Haftschicht an dem Trägersubstrat festgehalten. Durch eine geeignete Positionierung und Ausgestaltung lässt sich das Licht der zweiten Hauptwellenlänge direkt auf das Material in der Vertiefung richten.
In einer alternativen Ausgestaltungsform wird ein Trägersubstrat bereitgestellt und auf diesem eine unstrukturierte Haftschicht aufgebracht. Anschließend wird diese Haftschicht strukturiert und zwar derart, dass die Haftschicht eine Vielzahl voneinander getrennte Bereiche umfasst. Jeder dieser Bereiche besitzt dabei eine Fläche, die entweder kleiner oder im Wesentlichen gleich einer Fläche der zweiten Hauptseite ist.
Figurenliste
Weitere Aspekte und Ausführungsformen nach dem vorgeschlagenen Prinzip werden sich in Bezug auf die verschiedenen Ausführungsformen und Beispiele offenbaren, die in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen ausführlich beschrieben werden.

1 zeigt eine Ausführung eines Halbleiterbauelements nach dem vorgeschlagenen Prinzip, welches einen Langpassfilter realisiert mit einer beispielhaften dazugehörigen absorptionskurve;
2 zeigt eine Ausgestaltung derartiger Halbleiterbauelemente nach dem vorgeschlagenen Prinzip, wie sie für einen Transferprozess vorbereitet sind;
3 stellt eine weitere Ausgestaltung derartiger Halbleiterbauelemente nach dem vorgeschlagenen Prinzip dar, wie sie für einen Transferprozess vorbereitet sind;
4A bis 4C zeigen einen Herstellungsprozess in schematischer Sicht für ein Verfahren zum Transferieren von Halbleiterbauelementen nach dem vorgeschlagenen Prinzip;
5 stellt eine weitere Ausführung eines Halbleiterbauelements nach dem vorgeschlagenen Prinzip dar, welches mit einer dielektrischen Schicht realisiert ist mit einer beispielhaften dazugehörigen Reflexionskurve;
6 zeigt eine weitere Ausgestaltung derartiger Halbleiterbauelemente nach Prinzip der 5, wie sie für einen Transferprozess vorbereitet sind;
7 ist eine erste Ausgestaltung eines Halbleiterbauelement mit einer periodischen Struktur;
8 zeigt eine zweite Ausgestaltung eines Halbleiterbauelement mit einer periodischen Struktur;
9 stellt eine Ausgestaltung eines Halbleiterbauelement mit einer Beschichtung, die den in der Reflexionskurve gezeigten Verlauf aufweist;
10 sind verschiedene Ausgestaltungen einer Haftschicht, die für reflektierende oder absorbierende Beschichtungen geeignet sind.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die folgenden Ausführungsformen und Beispiele zeigen verschiedene Aspekte und ihre Kombinationen nach dem vorgeschlagenen Prinzip. Die Ausführungsformen und Beispiele sind nicht immer maßstabsgetreu. Ebenso können verschiedene Elemente vergrößert oder verkleinert dargestellt werden, um einzelne Aspekte hervorzuheben. Es versteht sich von selbst, dass die einzelnen Aspekte und Merkmale der in den Abbildungen gezeigten Ausführungsformen und Beispiele ohne weiteres miteinander kombiniert werden können, ohne dass dadurch das erfindungsgemäße Prinzip beeinträchtigt wird. Einige Aspekte weisen eine regelmäßige Struktur oder Form auf. Es ist zu beachten, dass in der Praxis geringfügige Abweichungen von der idealen Form auftreten können, ohne jedoch der erfinderischen Idee zu widersprechen.
Außerdem sind die einzelnen Figuren, Merkmale und Aspekte nicht unbedingt in der richtigen Größe dargestellt, und auch die Proportionen zwischen den einzelnen Elementen müssen nicht grundsätzlich richtig sein. Einige Aspekte und Merkmale werden hervorgehoben, indem sie vergrößert dargestellt werden. Begriffe wie „oben“, „oberhalb“, „unten“, „unterhalb“, „größer“, „kleiner“ und dergleichen werden jedoch in Bezug auf die Elemente in den Figuren korrekt dargestellt. So ist es möglich, solche Beziehungen zwischen den Elementen anhand der Abbildungen abzuleiten.
1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines Halbleiterbauelements nach dem vorgeschlagenen Prinzip, bei dem die Beschichtung insbesondere für eine Absorption bei der zweiten Hauptwellenlänge geeignet ist. Das Halbleiterbauelement 1 ist dabei als horizontales optoelektronisches Bauelement ausgeführt. Unter dem Begriff horizontales optoelektronisches Bauelement wird ein Bauelement verstanden, bei dem die Kontaktpads auf einer Seite des Bauelementes und insbesondere auf der der Emissionsfläche gegenüberliegenden Seite des Bauelementes liegen.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst das Halbleiterbauelement einen Halbleiterkörper 10 mit einer ersten dotierten Schicht 26, einer zweiten dotierten Schicht 25 sowie einer dazwischen angeordneten aktiven Zone 24. Ein erstes Kontaktpad 22 auf der Unterseite des Halbleiterbauelements kontaktiert dabei die dotierte Schicht 26, ein zweites Kontaktpad 23 reicht isoliert durch die dotierte Schicht 26 und die aktive Zone hindurch und kontaktiert die zweite dotierte Schicht 25. Ausgestaltungen dieser Kontakte sowie auch die verschiedenen Anschlüsse in die unterschiedlich dotierten Gebiete 25 und 26 sind an dieser Stelle dem Fachmann geläufig. Während der Herstellung werden auf einem Wachstumssubstrat eine Vielzahl derartiger Halbleiterbauelemente aufgebaut und anschließend mittels einer Mesastruktur voneinander getrennt. Diese Mesastruktur führt zu den in den Ausführungsbeispielen dargestellten schrägen Seitenwänden des Halbleiterbauelements 1.
Erfindungsgemäß ist nun auf der zweiten Hauptseite eine Emissionsfläche 27 angeordnet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel entspricht die Emissionsfläche 27 somit auch der zweiten Hauptseite, da im Betrieb des Bauelements von der gesamten Hauptseite Licht abgestrahlt wird. Auf der Oberfläche der zweiten Hauptseite ist nun eine Beschichtung 20 aufgebracht. Dessen Material erstreckt sich nicht nur auf die Oberfläche der zweiten Hauptseite, sondern auch entlang der Seitenflächen des Halbleiterbauelements und bildet dort die Beschichtung 21.
Die Beschichtung 20 auf der zweiten Hauptseite zeigt ein von der Wellenlänge abhängiges Absorptionsverhalten. Das Absorptionsverhalten ist schematisch in dem ebenfalls in der 1 dargestellten Diagramm gezeigt. Generell ist die Absorption im sichtbaren Bereich des Spektrums also insbesondere im blauen über das grüne bis hin in das rote Spektrum sehr gering, d. h. die Beschichtung 20 ist für den Wellenlängenbereich des sichtbaren Spektrums im Wesentlichen transparent. Dadurch kann in einem Betrieb des Halbleiterbauelements 1 das in der aktiven Zone 24 erzeugte Licht durch die Beschichtung 20 hindurch abgestrahlt werden.
Hingegen zeigt die Beschichtung 20 in einem Bereich unterhalb von 400 nm eine sehr starke Absorption in der Größenordnung von 80 % -90 % bzw. auch darüber. In diesem Wellenlängenbereich befindet sich die zweite Hauptwellenlänge, die zum Ablösen des Halbleiterbauelements von einem Trägersubstrat während eines Transferprozesses verwendet wird. Eine derartige Ausgestaltung, bei der Halbleiterbauelemente an einem Trägersubstrat befestigt sind zeigen die 2 und 3.
In der 2 sind drei derartige Halbleiterbauelemente 1 mit ihren Halbleiterkörpern 10 dargestellt, deren Unterseite jeweils ein Kontaktpad 22 und 23 aufweisen. Die Halbleiterbauelemente 1 sind mit ihrer zweiten Hauptseite und ihrer Beschichtung 20 an einer Haftschicht 31 angebracht, die ihrerseits mit einem Glasträger 30 verbunden ist.
Zum Transferieren der Halbleiterbauelemente 1 wird nun ein Lichtpuls der zweiten Hauptwellenlänge, auch als Transferlaserpuls oder einfach nur als Laserpuls bezeichnet, durch das transparente Glassubstrat 30 und die für diese Wellenlänge transparente Haftschicht 31 hindurch auf die Beschichtung 20 des Halbleiterkörpers 10 eingestrahlt. Die Wellenlänge des Laserpulses liegt unterhalb von 400 nm und wird so von der Beschichtung 20 im Wesentlichen absorbiert, ohne weiter in den Halbleiterkörper 10 und die innerhalb des Halbleiterkörpers 10 angeordnete aktive Region 24 einzudringen. Durch die Absorption der Laserenergie in der Beschichtung 20 wird diese stark erwärmt und gibt ihre Energie beispielsweise an die Haftschicht 31 wieder ab. Daraufhin verändert sich die Haftschicht 31 in ihrer Struktur und in ihrem Haftverhalten, sodass die Haftkraft zwischen dem Interface der Beschichtung 20 und der Haftschicht 31 stark verringert wird und das Bauelement 1 ablöst.
Alternativ ist es auch denkbar, dass durch die eingestrahlte Laserenergie die Beschichtung 20 im Bereich der Emissionsfläche 27, d. h. in dieser Ausgestaltung im kompletten Bereich der zweiten Hauptseite aufgelöst bzw. in ihrer Struktur so verändert wird, dass sich auch hier die Haftkraft stark verringert und so das Bauelement 1 vom Glassubstrat 30 ablöst. Bei einer Verwendung von organischem Material als Beschichtung 20 wäre es beispielsweise somit möglich, dass die Beschichtung 20 durch die eingestrahlte Laserenergie verdampft, sodass auf der zweiten Hauptseite des Halbleiterkörpers 10 und insbesondere im Bereich der Lichtemissionsfläche 27 kein weiteres Material der Beschichtung 20 zurückbleibt.
In der in 2 dargestellten Ausführungsform ist die Haftschicht 31 mit der gesamten zweiten Hauptseite der Halbleiterbauelemente 1 verbunden. 3 zeigt demgegenüber eine weitere Ausführungsform, bei der die Haftschicht 32 strukturiert ausgeführt ist, sodass sie voneinander abgegrenzte und getrennte Bereiche auf dem Glassubstrat 30 bildet. An diesen einzelnen Bereichen ist nun jeweils ein Halbleiterkörper 10 mit seiner zweiten Hauptseite befestigt. Dabei ist die Fläche eines jeden Bereichs der Haftschicht 32 kleiner ausgeführt als die Fläche der daran befestigten zweiten Hauptseite eines jeden Halbleiterbauelements. In einigen Ausgestaltungen kann die Fläche der Haftschicht auch kleiner als die zugehörige Lichtemissionsfläche sein. Dies ermöglicht es, die eingestrahlte Laserenergie auf einen deutlich kleineren Punkt fokussieren zu können, und auf diese Weise insgesamt weniger Energie einstrahlen zu müssen. Eine möglicherweise auftretende thermische Belastung durch einen Energietransport des von der Beschichtung 20 absorbierten Lichts wird somit weiter reduziert.
Die 4A bis 4C zeigen eine schematisches Ausführungsbeispiel eines Herstellungsverfahrens zum Transferieren von Halbleiterbauelementen nach dem vorgeschlagenen Prinzip. Bei diesem wird ein Glasträgersubstrat 300 in der Teilfigur A) bereitgestellt, der eine Vielzahl von Vertiefungen 301 in einer Oberfläche aufweist. Die Vertiefungen 301 sind beispielsweise quadratisch oder auch rund bzw. rechteckig oder vieleckig ausgeführt und durch geeignete fotolithografische Maßnahmen in dem Substratträger 30 erzeugt. Das Glasträgersubstrat 30 ist in einigen Ausgestaltungen als transparenter Glasträger ausgeführt.
In 4B wird nun eine Haftschicht auf das Glasträger Substrat 300 aufgebracht. Das Material dieser Haftschicht bedeckt nicht nur die Oberfläche des Glassubstrats 300, sondern erstreckt sich auch in die Vertiefungen 301 in einem anschließenden hier nicht dargestellten Schritt wird das Material der Haftschicht von der Oberfläche des Trägersubstrat 300 wieder entfernt, verbleibt lediglich in den vorher hergestellten Vertiefungen 301 und schließt dort im Wesentlichen bündig ab. In einem nachfolgenden Schritt wird nun mittels eines Transferverfahrens eine Vielzahl von Halbleiterbauelementen mit ihrer jeweils zweiten Hauptseite an der Haftschicht 321 in den Vertiefungen 301 befestigt. Wie im dargestellten Ausführungsbeispiel gezeigt ist die Fläche der Haftschicht 321 in den Vertiefungen 301 kleiner als die Fläche der zweiten Hauptseite. Mit anderen Worten reicht die zweite Hauptseite über die Vertiefungen hinaus und liegt bündig an der Oberfläche des Glasträgersubstrats an.
5 zeigt eine weitere Ausgestaltungsform eines Halbleiterbauelement nach dem vorgeschlagenen Prinzip. Bei diesen umfasst das Halbleiterbauelement eine reflektierende Beschichtung 20' auf der zweiten Hauptseite und damit der Emissionsfläche. Das Bauelement 1 ist dabei in ähnlicher Weise wie in den vorangegangenen Ausführungsformen ausgeführt. Die reflektierende Beschichtung 20 zeigt wie in dem ebenfalls in 5 dargestellten Diagramm eine hohe Transparenz im Bereich des sichtbaren Spektrums und weist gleichzeitig eine hohe Reflektivität bei der zweiten Hauptwellenlänge unterhalb von 390 nm auf. Die Reflektivität beträgt dabei 80 % bis 90 %. Bei einem Transferieren der Halbleiterbauelemente von einem Glassubstrat auf einem Träger oder ein PCB wird ein Ablöselichtpuls durch die Beschichtung 20' reflektiert und gelangt so nicht in den Halbleiterkörper 10. Auf diese Weise wird eine thermische Belastung oder auch ein Eindringen des Laserlichtes in die aktive Zone des Halbleiterkörpers 10 vermieden.
6 zeigt diesbezüglich eine Ausgestaltungsform, mit dem ein derartiger Transferprozess durchführbar ist. Die Halbleiterbauelemente sind dabei mit ihren Halbleiterkörpern auf der zweiten Hauptseite über eine Haftschicht 33 mit einem Glasträger 30 verbunden. Die Haftschicht ist hierbei für das Licht der zweiten Hauptwellenlänge absorbierend ausgeführt. Des Weiteren ist wie dargestellt die Haftschicht 33 nicht über die gesamte Fläche der zweiten Hauptseite, sondern lediglich im Randbereich neben der Seitenflanke angebracht. Dabei kann die Haftschicht 33 beispielsweise in Form eines Ringes oder eines umlaufenden Rechtecks (siehe auch 10) bzw. quadratisches ausgeführt werden. Zum Ablösen wird ein Laserpuls mit der zweiten Hauptwellenlänge durch den Glasträger 30 auf die Oberfläche der zweiten Hauptseite des Halbleiterkörpers 10 eingestrahlt. Die Beschichtung 20' auf der zweiten Hauptseite führt zu einer Reflexion des eingestrahlten Laserlichts unter anderem in Richtung auf das Material der Haftschicht 31. Direkt auf das Material der Haftschicht 33 eingestrahltes Laserlicht sowie das reflektierte Laserlicht wird von der Haftschicht 33 absorbiert und führt zu einer Erwärmung derselben. Aufgrund der Erwärmung ändert sich die Konsistenz der Haftschicht und die Haftkraft bringen sich, sodass das Bauelement abgelöst wird.
In einigen Ausgestaltungen kann das Halbleiterbauelement mit einer aufgeräumten Oberfläche versehen sein, um auf diese Weise eine bessere Lichtauskopplung zu erreichen. Eine derartige Aufrauhung kann ebenfalls mit einer Beschichtung bedeckt sein. Bei einer absorbierenden dünnen Beschichtung ist die verwendete Aufrauhung von untergeordneter Bedeutung, da durch die Absorption die Beschichtung erwärmt und damit im Ergebnis die Haftkraft reduziert wird. Anders stellt sich die Situation bei einer reflektierenden Beschichtung dar. Abhängig von dem reflektierenden Material bietet es sich an, anstatt einer zufälligen Aufrauhung eine periodische Struktur auf der zweiten Hauptseite vorzusehen. Eine derartige Struktur erlaubt es einerseits das von dem Halbleiterkörper erzeugte Licht über die Emission gut auszukoppeln und andererseits eine ausreichende Reflektivität für Licht der zweiten Hauptwellenlänge in der Beschichtung zu erreichen.
7 und 8 zeigen zwei derartige Ausgestaltungsformen. In 7 ist auf der zweiten Hauptseite und der Emissionsfläche 27 eine periodische streifenförmige Struktur 40 angeordnet. Diese ist in Form von Gräben ausgestaltet, deren Oberfläche jeweils mit einer Beschichtung 20" bedeckt ist. Eingestrahltes Licht der zweiten Hauptwellenlänge wird durch die periodische Struktur der Beschichtung reflektiert. Die Periodizität, d. h. die Größe und Ausgestaltung der Gräben kann dabei sowohl auf die Auskopplung als auch auf die Reflexionseigenschaften der Beschichtung 20" abgestimmt werden. Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist in der 8 dargestellt, bei der die zweite Hauptseite mit pyramidenförmigen Erhebungen strukturiert ist. Die Oberfläche der pyramidenförmigen Strukturen ist ebenfalls mit der reflektierenden Beschichtung 20" versehen.
9 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei der die Beschichtung als eine reflektierende Beschichtung ausgeführt ist. Hierbei handelt es sich um eine dünne Schicht aus Siliziumnitrit SiN, die während des Herstellungsprozesses nach einer Mesastrukturierung der einzelnen Halbleiterbauelemente auf der Oberfläche und der zweiten Hauptseite des Halbleiterkörpers abgeschieden wurde. Die Siliziumnitridschicht 20' besitzt nur eine sehr geringe Dicke im Bereich weniger atomar. Ihre Dicke ist derart gewählt, dass Licht der zweiten Hauptwellenlänge, d. h. im Bereich von 400 nm reflektiert und wieder nach oben abgestrahlt wird. Indes ist die Siliziumnitridschicht 20' im Bereich der Emissionswellenlänge des Halbleiterkörpers im Wesentlichen transparent.
Für den Transferprozess wird neben der vorgeschlagenen Beschichtung auch noch eine weitere Schicht zwischen dem Glassubstrat und dem Halbleiterkörper benötigt. Diese Schicht, im allgemeinen als Haftschicht bezeichnet, kann je nach Ausgestaltung transparent oder auch absorbierend für das Licht der zweiten Hauptwellenlänge sein. Dabei ist es möglich, durch eine geeignete Strukturierung der Haftschicht die für die Ablösung benötigte Energie einzustellen und insbesondere soweit zu reduzieren, dass eine mögliche thermische Belastung des Bauelements möglichst gering ist.
Die 10 zeigt in ihren Teilfiguren jeweils unterschiedliche Ausführungsformen für eine derartige Haftschicht in einer Draufsicht auf die Haftschicht durch das jeweilige das Substrat. Die Halbleiterkörper 10 zeigen dabei auf ihrer Unterseite die beiden Kontaktpads 22 bzw. 23, die in der Darstellung der Übersicht halber noch mal aufgeführt sind. In dem linken Ausführungsbeispiel der 10 ist die Haftschicht 32 durch ein rundes Element ausgestaltet, welches mittig angeordnet ist. Bei dieser Ausgestaltung ist es denkbar, die Haftschicht sowohl transparent als auch absorbierend auszubilden.
Bei einer transparenten Haftschicht 32 ist die Beschichtung des Halbleiterkörpers absorbierend ausgeführt. Bei einem eingestrahlten Laserlicht der zweiten Hauptwellenlänge gerade im Bereich der Haftschicht 32 wird die darunterliegende Beschichtung erwärmt und die Haftkraft zwischen der Haftschicht 32 und der Beschichtung des Halbleiterkörpers reduziert. Im Fall einer absorbierenden Haftschicht 32 wird das Licht der zweiten Hauptwellenlänge einerseits von der Haftschicht 32 absorbiert und von der darunter bzw. daneben angeordneten Beschichtung reflektiert. Ein Teil der Quelle des reflektierten Lichts gelangt wiederum auf die Haftschicht kann dort zu einer weiteren Erwärmung der Haftschicht 32 führen. In der mittleren Teilfigur ist die Haftschicht 32 durch ein rechteckiges Element ausgebildet, dass sich längs des Halbleiterkörpers oberhalb der beiden Kontaktelemente 22 und 23 erstreckt. Auch in dieser Ausgestaltung ist wie in der Ausführungsform der linken Teilfigur eine transparente oder eine absorbierende Haftschicht denkbar.
In der rechten Teilfigur der 10 ist eine Haftschicht 33 dargestellt, die als umlaufender Rand ausgebildet ist. Die Dicke des Randes ist dabei derart gewählt, dass die absorbierende Haftschicht den Halbleiterkörper gerade so trägt. Ein eingestrahltes Laserlicht der zweiten Hauptwellenlänge wird auf diese Weise entweder von der Haftschicht 33 absorbiert bzw. von der darunterliegenden Beschichtung wieder zurück reflektiert. Die so eingestrahlte und absorbierte Energie reicht aus, um die Haftschicht 33 in seiner Struktur und Haftkraft so zu verändern, dass sich das Bauteil ablöst. Durch die sehr geringe Haftschicht 33 auf der Beschichtung wird die thermische Belastung des Bauelements während des Ablösevorgangs auf ein Minimum reduziert.
Bezugszeichenliste

10: Halbleiterkörper
20: Beschichtung
20': Beschichtung
20'': Beschichtung
21: Seitenflächen
21': Seitenflächen
22, 23: Kontaktpad
24: aktive Region
26, 27: dotierte Gebiete
31: Haftschicht
32: Bereiche der Haftschicht
33: Bereiche der Haftschicht
40: periodische Struktur

Claims

Halbleiterbauelement, umfassend: einen zur Lichterzeugung einer ersten Hauptwellenlänge ausgebildeten Halbleiterkörper (10) mit einer ersten, wenigstens einen Kontaktbereich (22, 23) aufweisenden ersten Hauptseite und einer der ersten Hauptseite gegenüberliegende und eine Lichtemissionsfläche aufweisenden zweiten Hauptseite; eine auf der zweiten Hauptseite angeordnete Beschichtung (20), die für Licht in einem Wellenlängenbereich der ersten Hauptwellenlänge im Wesentlichen transparent ist; und für Licht in einem Wellenlängenbereich einer zweiten Hauptwellenlänge absorbierend oder reflektierend ist, wobei der Wellenlängenbereich der zweiten Hauptwellenlänge unterhalb des Wellenlängenbereichs der ersten Hauptwellenlänge und unterhalb von 450 nm, insbesondere unterhalb von 420 nm und insbesondere unterhalb von 390 nm liegt.
Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, bei dem der Absorptionsgrad oder der Reflexionsgrad der Beschichtung (20) im Bereich der zweiten Wellenlänge mehr als 80% und insbesondere mehr als 90% beträgt.
Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 2, bei dem eine Dicke der Beschichtung (20) zwischen 50 nm und 500 nm liegt, insbesondere eine mehrlagige Schichtenfolge aus Materialien unterschiedlicher Brechungsindices, insbesondere Silicon und ITO umfasst.
Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Beschichtung (20) einen dielektrischen Spiegel (20') umfasst, der eine Vielzahl von Schichten unterschiedlichen Brechungsindices umfasst.
Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Beschichtung SiN, insbesondere eine Monolage SiN umfasst; oder bei dem die Beschichtung eine Vielschichtstruktur umfasst, die wenigstens eine der folgenden Materialien umfasst: SiO2; SiNx; TiO2; Nb2O5; ITO; Al2O3; AlF3; und MgF2.
Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Beschichtung auf der Lichtemissionsfläche (27) zumindest teilweise entfernt ist.
Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Lichtemissionsfläche (27) eine regelmäßige Oberflächenstruktur aufweist, und die Beschichtung (10) sich entlang der Aufrauhung erstreckt.
Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter umfassend Seitenflächen (21) die sich ausgehend von der zweiten Hauptseite unter einem Winkel von weniger als 90° zur ersten Hauptseite hin erstrecken, wobei die Beschichtung sich zumindest teilweise auf die Seitenfläche erstreckt.
Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Beschichtung (10) ein organisches Material umfasst.
Verfahren zum Transferieren eines Halbleiterbauelements, wobei das Halbleiterbauelement einen zur Lichterzeugung einer ersten Hauptwellenlänge ausgebildeten Halbleiterkörper (10) mit einer ersten, wenigstens zwei Kontaktbereiche (22, 23) aufweisenden ersten Hauptseite und einer der ersten Hauptseite gegenüberliegende und eine Lichtemissionsfläche aufweisenden zweiten Hauptseite umfasst, wobei auf der zweiten Hauptseite eine angeordnete Beschichtung (10) angeordnet ist, die für Licht in einem Wellenlängenbereich der ersten Hauptwellenlänge im Wesentlichen transparent und für Licht in einem Wellenlängenbereich einer zweiten Hauptwellenlänge absorbierend oder reflektierend ist, wobei der Wellenlängenbereich der zweiten Hauptwellenlänge kleiner ist als der Wellenlängenbereichs der ersten Hauptwellenlänge und unterhalb von 450 nm, insbesondere unterhalb von 420 nm und insbesondere unterhalb von 390 nm liegt; umfassend die Schritte: - Bereitstellen eines Trägersubstrats (30) mit einer darauf angeordneten, im Wesentlichen transparenten Haftschicht (31) ; - Anordnen einer Vielzahl von Halbleiterbauelementen (1) mit der zweiten Hauptseite auf der Haftschicht (31); - Einstrahlen eines Pulses mit der zweiten Hauptwellenlänge; - Absorbieren des eingestrahlten Pulses durch die Beschichtung (10), so dass die Haftkraft zwischen der Beschichtung und der Haftschicht (31) derart verringert wird, dass sich das Halbleiterbauelement (1) ablöst.
Verfahren zum Transferieren eines Halbleiterbauelements, wobei das Halbleiterbauelement einen zur Lichterzeugung einer ersten Hauptwellenlänge ausgebildeten Halbleiterkörper (10) mit einer ersten, wenigstens zwei Kontaktbereiche (22, 23) aufweisenden ersten Hauptseite und einer der ersten Hauptseite eine Lichtemissionsfläche aufweisenden zweiten Hauptseite umfasst, wobei auf der zweiten Hauptoberfläche eine angeordnete Beschichtung () angeordnet ist, die für Licht in einem Wellenlängenbereich der ersten Hauptwellenlänge im Wesentlichen transparent und für Licht in einem Wellenlängenbereich einer zweiten Hauptwellenlänge absorbierend oder reflektierend ist, wobei der Wellenlängenbereich der zweiten Hauptwellenlänge kleiner ist als der Wellenlängenbereichs der ersten Hauptwellenlänge und unterhalb von 450 nm, insbesondere unterhalb von 420 nm und insbesondere unterhalb von 390 nm liegt; umfassend die Schritte: - Bereitstellen eines Trägersubstrats (30) mit einer darauf angeordneten die zweite Hauptwellenlänge absorbierenden Haftschicht (33); - Anordnen einer Vielzahl von Halbleiterbauelementen (1) mit der zweiten Hauptseite auf der Haftschicht (33); - Einstrahlen eines Pulses mit der zweiten Hauptwellenlänge; - Reflektieren wenigstens eines Teils des eingestrahlten Pulses durch die Beschichtung (10) zurück auf die Haftschicht, so dass diese erwärmt wird und sich durch die Erwärmung die Haftkraft zwischen der Beschichtung und der Haftschicht (33) derart verringert, dass sich das Halbleiterbauelement (1) ablöst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11, bei dem die Haftschicht (33) strukturiert wird und lediglich einen Teil der zweiten Hauptseite bedeckt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, bei dem das Trägersubstrat (30) im Wesentlichen für Licht der zweiten Hauptwellenlänge transparent ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, bei dem der Schritt eines Bereitstellens eines Trägersubstrats (1) umfasst: - Bereitstellen eines strukturierten Trägersubstrats (300), welches eine Vielzahl von Vertiefungen (301) aufweist; - Ausfüllen der Vielzahl von Vertiefungen (301) mit Material der Haftschicht (321).
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, bei dem der Schritt eines Bereitstellens eines Trägersubstrats (30) umfasst: - Bereitstellen eines Trägersubstrats (30); - Aufbringen einer unstrukturierten Haftschicht; - Strukturieren der Haftschicht derart, dass die Haftschicht eine Vielzahl voneinander getrennte Bereiche (32) umfasst, wobei jeder Bereich eine Fläche umfasst, die kleiner oder im Wesentlichen gleich einer Fläche der zweiten Hauptseite ist.