WO2013041136A1 - Verfahren zur herstellung einer polychromatisierenden schicht und substrat sowie leuchtdiode mit polychromatisierender schicht - Google Patents

Verfahren zur herstellung einer polychromatisierenden schicht und substrat sowie leuchtdiode mit polychromatisierender schicht Download PDF

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polychromatizing
light
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PCT/EP2011/066439
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Thomas UHRMANN
Gerald Kreindl
Markus Wimplinger
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Ev Group E. Thallner Gmbh
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    • H01L2933/0041—Processes relating to semiconductor body packages relating to wavelength conversion elements

Definitions

  • the invention relates to a method for applying a
  • Semiconductor substrate and a light emitting diode with the semiconductor substrate.
  • An optoelectronic component abbreviated light emitting diode or just LED (English for "light-emitting diode"), conventionally contains an epitaxially grown layer sequence comprising a sub-layer suitable for light emission, as well as a conversion layer with a light conversion material.
  • the LEDs of the semiconductors of the sub-layer of the epitaxially grown layer sequence emit light in a limited spectral range during operation, the light being at least nearly monochromatic or having a very narrow wavelength range.
  • the light conversion material serves to convert the light emitted from the sub-layer with respect to its wavelength. This light strikes the light conversion material, which converts the wavelength of the original light to a different wavelength. Partly depending on which mechanism is based exactly on the conversion of the wavelength is the light conversion material luminescent,
  • a phosphor can always convert a first light of high frequency only into a second light of lower frequency. This effect of frequency shifting is known as Stokes shift.
  • the phosphor emits excited by the monochromatic light usually a wider spectral range than the LED chip itself. It is also possible to use several instead of one wider spectral range
  • the LED ultimately emits a combination of the light of the first wavelength and the second wavelength or the second wavelengths.
  • the phosphor is conventionally spin-coated (more commonly known in the semiconductor industry under the name “spin-coating” or “spin-coating”) or spray-coating processes over the entire surface
  • the object of the invention is to provide a method with which the
  • the polychromatizing layer is provided with a
  • monochromatic light is not to be seen exclusively as having a single wavelength, but merely possessing it as a narrow spectral range, as in
  • Light-emitting diodes without luminescence is conventionally customary.
  • a polychromatizing layer in the sense of the invention is a layer which transmits at least one or more second light of the one wavelength or of the spectral range, as emitted by the sub-layer suitable for emission of monochromatic light
  • polychromatic different wavelengths, which is thus called polychromatic.
  • polychromatic is not restrictive in the sense that necessarily a multitude of different
  • Wavelengths is generated. Even in the event that light is a single
  • Wavelength is converted by the polychromatizing layer to a single other wavelength, the resulting combination of light of two wavelengths in the invention as
  • the substrate which comprises a sub-layer suitable for emission of monochromatic light will only be referred to as the substrate for a short time.
  • the inventive method allows in contrast to the
  • the standard deviation of the positions of the intensity maxima of different samples is less than 1 Onm, preferably less than 7nm, more preferably less than 5nm, most preferably less than 2nm, most preferably less than 1nm.
  • the standard deviation is Intensity maxima of different samples less than 5%, more preferably less than 1%, more preferably less than 0.1%, most preferably less than 0.01%, most preferably less than 10 -5 %.
  • the deviation of the layer thickness at different positions within a single polychromatic layer is less than 10%, in particular less than 5%, more preferably less than 1%, more preferably less than 0.1%, most preferably less than 0.01 %, most preferably less than 0.001% with respect to the mean
  • a printing stamp which is advantageously used in the method according to the invention absorbs substantially only the amount of luminescent substance which is printed on the substrate, in contrast to conventional coating method no or at least little loss of luminescent instead.
  • the plunger can advantageously have a printing die, which is suitable to receive luminescent substance to be printed and at a
  • the printing method comprises a micro-contact printing method.
  • the micro-contact printing method is the printing method.
  • the micro-contact printing method allows a particularly accurate printing of a substrate.
  • the layer thickness of the polychromatizing layer can thus be adjusted particularly easily.
  • particularly high homogeneities of the layer thickness and thus the result
  • micro-contact printing method is known per se from other fields and is therefore only briefly explained here.
  • Plunger with, for example, a silicone rubber die of a surface or structure to be transferred is provided with a substance to be printed and on the surface to be printed, in this case a
  • the plunger is approximated to the substrate until the liquid comes into contact with the substrate on the stamp and is thereby transferred to the substrate.
  • the form in which the luminescent substance is used for printing depends on the particular luminescent substance, the matrix material of the
  • Pressure stamp and other parameters of the printing process such as the desired layer thickness or the pressure temperature, and is selected by the skilled person as desired or need, without being inventive.
  • the micro-contact printing method has never been used. Surprisingly, this can not be especially for substrate surfaces and in particular the printing of the substrate surfaces with
  • Texture for example with gold coating.
  • the properties of the substrates to be printed according to the invention are significantly different with respect to these quality criteria. Thus, these surfaces often show defects such as protruding tips, epitaxial
  • growth spikes Growth spikes
  • Another suitable printing method can be used instead of the micro-contact printing method.
  • the polychromatizing layer is applied in a structured manner. This becomes possible only through the use of a printing method according to the invention.
  • a printing stamp having a structure of the printing matrix corresponding to the structure of the polychromatic layer is provided on the printing stamp.
  • the use of a structure of the polychromatizing layer can bring about advantageous effects.
  • a coupling of the light from the polychromatizing layer can be specifically promoted.
  • a setting of color spectra can take place deliberately.
  • a structured printing is particularly well possible with the micro-contact printing method, since even complicated or very fine structures can be printed with high accuracy.
  • the structured polychromatizing layer has individual elements comprising rectangles, squares, circles, triangles, filled polygons and similar individual elements. This is structured by appropriately
  • the individual elements can have a structure width which is less than 100 ⁇ m, in particular less than 10 ⁇ m, in particular less than 1 ⁇ m.
  • the structure width is the edge length, in the case of circles of the diameters and in all other geometric shapes of the individual elements their greatest total extension, which in the case of a triangle is, for example, the greatest possible height of the triangle.
  • the polychromatizing layer is printed with a layer thickness (D) which is less than 100 ⁇ m, in particular less than 10 ⁇ m, in particular less than 1 ⁇ m.
  • a high homogeneity of the layer thickness is achieved even with such small layer thicknesses.
  • a wafer is printed as the substrate.
  • a printing stamp whose size corresponds at least substantially to the size of the substrate is used in a printing step, so that the printing method comprises a single printing step.
  • Substrate corresponds to the size of the plunger at least largely the size of the substrate.
  • the size of the plunger is smaller than the size of the substrate, such that the
  • step-and-repeat method Polychromat is applied by a plurality of printing steps. This stepwise copying of a partial structure is also known by the term “step-and-repeat method.” It has hitherto been used in other areas of semiconductor technology and is therefore explained here only briefly with reference to the method according to the invention
  • Plunger is provided with the liquid to be printed or mass, and with this at a starting point on the substrate a
  • Partial area layer printed on the substrate. For example, in the manner of rows and columns, a plurality of partial area layers are printed next to this first partial area layer, which results in a layer covering, for example, the entire substrate. If the plunger has a pressure die with elevations and depressions which produce a structured partial area layer on the substrate, the
  • sub-layer layers print side-by-side in such a way as to produce a total structure identical to a structure of a single large pressure stamp applied by a single printing step.
  • subarea layers that are not complementary to one another can be printed side by side.
  • the substrate in a later method step, the substrate can be separated between the individual partial layers such that a resulting light-emitting diode has in each case a partial region layer.
  • the application of the embossing material on the elevations of the plunger can be realized by a plurality of methods.
  • the surveys of the plunger for example, controlled in one
  • embossing material liquid Immerse embossing material liquid. Due to the adhesive force, the embossing material will adhere to the elevations. Thereafter, the plunger is simply pulled out of the embossing material liquid and moved to the wafer.
  • small, precisely portioned amounts of embossing material are applied by droplet deposition on the wafer. The drop positions must coincide with the positions of the
  • the plunger can be turned upside down, so that the elevations against gravity, pointing upwards. Thereafter, the plunger is coated with a stamping process with the embossing material. At the surface of the elevations, embossed material drops remain. Through a relative movement between
  • Embossing dies and wafers can both be positioned. Thereafter, a kind of "over-the-head embossing" is effected by moving between the die and the wafers. It will be clear to one skilled in the art that the manner in which the embossing material liquid encounters the rams of the die is not critical to the invention
  • Embodiments of the invention is.
  • the distance between plunger and wafer is preferably measured and / or actively controlled so that the layer thickness of the layer elements can be adjusted in a controlled manner.
  • the stamper may also have a thick elastic layer that acts on the elevations. This thick elastic layer serves to compensate for unevenness of the wafer. As a result, improved, more homogeneous printing properties are achieved. In particular, in the case of extremely rigid punches, embossing several layer elements on an uneven wafer would be difficult or impossible to achieve. It is therefore also disclosed a multilayer stamp, so a stamp, the different
  • the stamp elements are applied to a stiff but extensible membrane.
  • the membrane is convexly moldable, preferably over an applied behind the membrane
  • This type of stamp is used to pressurize the membrane and thus the stamp with an isostatic (gas) pressure.
  • the polychromatizing layer can be applied over the entire surface of the substrate.
  • the process according to the invention has advantages over the prior art, since a full-surface polychromatic layer applied by the process according to the invention has a significantly more homogeneous layer thickness both within the layer on a printed substrate and within a batch, such as one Wafer series, on.
  • the material efficiency which has increased enormously compared with the prior art.
  • the micro-contact printing method allows to reduce the material loss to ⁇ 15%, often to ⁇ 10%, in optimized processes even to ⁇ 5%. It is irrelevant whether the method is set in such a way that with each individual printing step one always
  • the inventive method can be used for the coating of all semiconductor materials, for example, for semiconductor substrates of Si, GaAs, GaN, etc. According to the selected semiconductor materials characteristic Farbspektren be emitted from the substrate during operation.
  • Polychromat is able to define the appropriate combination of semiconductor material and luminescent substance in order to achieve a desired wavelength spectrum without being inventive.
  • the luminescent materials are surrounded by a matrix material. Phosphorus is predominantly used as the luminescent substance. It should also be disclosed all materials that
  • the matrix materials used include, but are not limited to, the following materials: • Silicones
  • the person skilled in the art will select the at least one luminescent substance and produce or provide a printable liquid or mass therefrom, which can be printed as a polychromatizing layer.
  • This can be for example a solution or a dispersion.
  • a dispersion for example, a conventional paint is used, as he also used for the spin coating of wafers. Even at low layer thicknesses of the polychromatizing layer a high
  • a dispersed luminescent substance with a particle size of preferably less than 50 ⁇ m, more preferably less than 0.01 ⁇ m, more preferably less than 10 nm, most preferably less than 1 ⁇ m, most preferably less than 1 nm for printing on the substrate used.
  • Luminescent layer on the substrates are also subject to the
  • the inventive method has a high tolerance with regard to the particle size used. Therefore, the ones mentioned above are
  • the at least one luminescent substance may be selected, for example but not limited to, from one of the following groups:
  • wavelengths are generated by a semiconductor of the substrate and to which wavelengths this light is converted depends on the material of the substrate and the polychromatizing layer.
  • substrate materials and materials of polychromic layers can use and combine these as desired or required for a desired LED.
  • the method according to the invention is not limited to specific substrate materials or polychromating layers.
  • a polychromatizing layer forming liquid and / or printable mass with the
  • Printing process can be applied.
  • a solvent of the solution must dry, so that the
  • a liquid or printable mass from the group of solutions, dispersions and lacquers is printed as liquid and / or printable mass.
  • the printed mass is treated by methods known to those skilled in the art. This treatment may include thermal and / or optical, and / or electrical and / or chemical curing processes that cause the mass to harden, hence remain dimensionally stable. It is preferable to use the LED below the ground to accomplish the curing by thermal and / or optical processes by activating the LED after the printing process.
  • Fig. L a a plan view of a wafer to be printed
  • Fig. Lb a sectional view of the wafer of Fig. 1a on a
  • Fig. 2a a schematic plan view of one with a
  • FIG. 2b is a schematic sectional view of the wafer of FIG. 2a
  • 3a shows a schematic sectional view of a printing stamp for the inventive method
  • 3b a schematic sectional view of the wetted with a dispersion plunger over a wafer to be printed
  • 3 c shows a schematic sectional view of the plunger of FIG.
  • Fig. 3 d a schematic sectional view of the wafer and the
  • Pressure stamp after the printing step 4a a plan view of a square elevation of a printing die
  • Fig. 4c a plan view of a printed square laminate element with recesses and contacts.
  • a process according to the invention is used to print a wafer 1 which has a substrate 2 which is supported by a support 3 (see FIGS. 1a and 1b).
  • the substrate 2 has a monochromatic light-emitting sub-layer (not shown) that is gallium-arsenide-based.
  • the substrate 2 having a monochromatic light emitting GaAs sublayer is referred to as a GaAs substrate 2 for the sake of simplicity.
  • the GaAs substrate 2 has a first main surface 2 a facing away from the carrier 3 and a second main surface 2 b facing the carrier 2.
  • the GaAs substrate 2 is epitaxially grown on the carrier 3.
  • a polychromatizing layer 4 is applied with a plunger 5.
  • the plunger 5 has a structure 6, which is introduced into a pressure die 7o, the elevations 7 and recesses 7 'has.
  • the stamp 5 is provided with a dispersion in which particles of cerium-doped yttrium-aluminum garnet (YAG) are dispersed in such a way that the elevations 7 are wetted with a film 8 of this dispersion. Each individual elevation 7 is wetted with a film element 8 '.
  • YAG cerium-doped yttrium-aluminum garnet
  • Each individual elevation 7 is wetted with a film element 8 '.
  • the film elements 8 are only partially transferred to the substrate 2 with regard to their thickness. That is, after removing the plunger 5, only a part of the film 8 remains as a layer 4 on the substrate 2. The thereby not transferred to the substrate part of
  • Layer 8 remains on the plunger 5 back and can be used in printing a next substrate 2. It is inventively provided with preference, the film 8 in terms of its thickness again
  • Parameters such as stamp material, the interaction of the stamp material with the luminescent material, the interaction of the luminescent material with the substrate surface of the substrate 2, viscosity of the stamp material
  • this value is> 70%, in optimized processes> 80%, even more preferably> 90%.
  • the plunger 5 is in the present example, a micro-contact plunger, the silicone rubber printing die 7o is provided with a fine structure 6, the square individual elements 9, whose width B is 50 ⁇ . Accordingly, the individual film elements 8 'and thus the layer elements 4' also have widths B of 50 ⁇ .
  • Polychromat is by a multiple larger than shown schematically.
  • FIGS. 3 a to 3 d it is indicated that the layer 4 in FIGS. 2 a and 2 b is printed on the wafer 1 as substrate 2 in a single printing step.
  • the length L of the plunger 5 is substantially the same as the diameter D of the wafer 1.
  • Pressure die having a structure corresponding to the partial area layer 10 has (not shown), in each case wetted with the dispersion and
  • a layer 4 with the same structure 6 can be produced as it is by a single structure
  • Pressure step is generated at a correspondingly larger plunger 5.
  • the layer thickness is in the embodiment at 5 ⁇ .
  • the wedge error compensation is performed.
  • the wedge error compensation may preferably once per wafer or even only once per wafer series.
  • the printing matrix 7o is not structured, but formed over the entire surface (not shown), so that the film 8 on the plunger 5 and thus also the polychromatizing layer 4 printed on the substrate 2 is full-surface.
  • the square cross-section 7o 'of the elevations 7 see Fig. 4a
  • the layer element 4' are in a further variant of
  • Embodiment elevations 7 provided with circular cross section 7o "(see Fig. 4b).
  • the printed with the process according to the invention with polychromatizing layers 4 substrates 2 are completed with conventional methods to light emitting diodes and put into operation. They have a very high homogeneity in the layer thickness of the polychromat instituteden layer 4 and thus a consistent quality of the resulting Farbspektren in the operation of the light-emitting diodes.
  • the blue light of the substrate 2 is partially converted by the polychromatizing layer 4 into yellow light, which are emitted together as white light from the light emitting diode. There is no binning, but the white tone of the LEDs is more homogeneous and consistent within a series of wafers.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen einer zumindest ein Lumineszenzmittel enthaltenden polychromatisierenden Schicht auf einem Halbleiter-Substrat, die geeignet ist, monochromatisches Licht zu erzeugen. Erfindungsgemäß wird die polychromatisierende Schicht mit einem Druckverfahren aufgebracht, insbesondere mit einem Mikro-Kontakt-Druckverfahren. Bevorzugt wird die polychromatisierende Schicht strukturiert aufgebracht.

Description

Verfahren zur Herstellung einer polychromatisierenden Schicht und Substrat sowie Leuchtdiode mit polychromatisierender Schicht
B e s c h r e i b u n g
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen einer
polychromatisierenden Schicht auf einem Halbleiter-Substrat, ein
Halbleiter-Substrat, sowie eine Leuchtdiode mit dem Halbleiter-Substrat.
Ein optoelektronisches Bauelement, kurz Leuchtdiode oder auch nur LED (für Englisch„light-emitting diode") genannt, enthält herkömmlich eine epitaktisch gewachsene Schichtenfolge, die eine zur Lichtemission geeignete Teilschicht umfasst, sowie eine Konversionsschicht mit einem Lichtkonversionsmaterial.
Dabei emittiert im Betrieb der Leuchtdioden der Halbleiter der Teilschicht der epitaktisch gewachsenen Schichtenfolge aufgrund seiner Bandstruktur Licht in einem begrenzten Spektralbereich, wobei das Licht zumindest nahezu monochromatisch ist oder einen sehr engen Wellenlängenbereich besitzt.
Das Lichtkonversionsmaterial dient dazu, das von der Teilschicht emittierte Licht hinsichtlich seiner Wellenlänge zu wandeln. Dieses Licht trifft auf das Lichtkonversionsmaterial, das die Wellenlänge des ursprünglichen Lichts zu einer anderen Wellenlänge wandelt. Teilweise abhängig davon, welcher Mechanismus genau der Umwandlung der Wellenlänge zugrunde liegt, wird das Lichtkonversionsmaterial Lumineszenzstoff,
photolumineszierendes Material, Fluoreszenzfarbstoff oder einfach
Leuchtstoff genannt. Im Folgenden wird nicht zwischen den einzelnen Mechanismen unterschieden, und die eben genannten Bezeichnungen für Lumineszenzstoffe werden nebeneinander benutzt ohne durch die
Verwendung eines speziellen Begriffs den Umfang der Offenbarung einzuschränken. Prinzipiell kann jedoch ein Leuchtstoff ein erstes Licht hoher Frequenz stets nur in zweites Licht geringerer Frequenz umwandeln. Dieser Effekt der Frequenzverschiebung ist unter dem Namen Stokes-Shift bekannt.
Der Leuchtstoff sendet durch das monochromatische Licht angeregt in der Regel einen breiteren Spektralbereich als der Leuchtdiodenchip selbst aus. Es können auch statt eines breiteren Spektralbereichs mehrere
schmalbandige Spektralbereiche erzeugt werden. Dies lässt sich
insbesondere bei Einsatz mehrerer verschiedener
Lichtkonversionsmaterialien erzielen.
Die Leuchtdiode strahlt letztendlich eine Kombination des Lichts der ersten Wellenlänge und der zweiten Wellenlänge beziehungsweise der zweiten Wellenlängen aus. Durch gezielte Auswahl eines Halbleitermaterials der lichtemittierenden Teilschicht und des Lumineszenzstoffs kann so ein gezieltes Strahlungsspektrum der Leuchtdiode erzielt werden.
Beispielsweise lässt sich ein blau emittierender Leuchtdiodenchip mit Cer- dotiertem Yttrium-Aluminium-Granat (YAG) als Lumineszenzstoff kombinieren, der das blaue Licht teilweise in gelbes Licht umwandelt. Zusammen ergibt sich ein weißes Licht. Da der Leuchtstoff das
monochromatische Licht in ein breiteres oder zumindest breiteres
Strahlungsspektrum umwandelt, wird er auch als polychromatisierend bezeichnet. Der Leuchtstoff wird herkömmlich durch Schleuderbeschichten (in der Halbleiterindustrie besser bekannt unter dem Namen„Spin Belacken" oder „Spin Coating") oder Sprühbelackungsverfahren ganzflächig auf
Halbleiterwafer aufgebracht. Dabei wird eine sich über einen gesamten Wafer erstreckende Lichtkonversionsschicht hergestellt. Diese beiden Verfahren haben eine Reihe von Nachteilen. So geht durch Abschleudern beim Schleuderbeschichten eine hohe Menge an Lumineszenzstoff verloren, wie auch bei anderen herkömmlichen ganzflächigen
Beschichtungsverfahren. Des Weiteren lassen sich mit diesen Verfahren ausschließlich vollflächige Schichten herstellen. Die Schichtdicke der sich ergebenden Lichtkonversionsschichten ist nicht homogen. Zu lokalen Dickenschwankungen treten noch Fehler hinzu, die sich entlang der gesamten Waferoberfläche ergeben. Diese Inhomogenität der Schichtdicke führt zu einer Farbvariation von LEDs untereinander, die unter dem Begriff „Binning" bekannt ist. Beispielsweise ist der Weißton der LEDs nicht konstant der gleiche.
Aufgabe der Erfindung ist, ein Verfahren anzugeben, mit dem die
vorgenannten Nachteile des Stands der Technik behoben werden, mit dem insbesondere LEDs gleichbleibender Konversionsschichtdicke und somit gleichbleibender Farbspektren hergestellt werden können.
Die Aufgabe wird mit den Merkmalen der Ansprüche 1 , 1 5 und 16 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den
Unteransprüchen angegeben. In den Rahmen der Erfindung fallen auch sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei in der Beschreibung, in den Ansprüchen und/oder den Zeichnungen angegebenen Merkmalen. Bei angegebenen Wertebereichen sollen auch innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte als Grenzwerte offenbart gelten und in beliebiger
Kombination beanspruchbar sein. Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Aufbringen einer zumindest einen Lumineszenzstoff enthaltenden polychromatisierenden Schicht auf einem Substrat, das eine zur Emission monochromatischen Lichts geeignete Teilschicht umfasst, wird die polychromatisierende Schicht mit einem
Druckverfahren aufgebracht.
Dabei ist im Rahmen der Erfindung monochromatisches Licht nicht ausschließlich als eine einzige Wellenlänge aufweisend zu sehen, sondern lediglich als einen schmalen Spektralbereich besitzend, wie er bei
Leuchtdioden ohne Lumineszenzmittel herkömmlich üblich ist.
Eine polychromatisierende Schicht im Sinne der Erfindung ist eine Schicht, die Licht der einen Wellenlänge oder des Spektralbereichs, wie sie von der zur Emission monochromatischen Lichts geeigneten Teilschicht ausgesandt wird, zumindest teilweise zu zumindest einer oder mehreren zweiten
Wellenlängen umwandelt, wobei für die Erfindung unerheblich ist, durch welchen Mechanismus dies geschieht. Licht dieser zweiten Wellenlänge erzeugt zusammen mit dem monochromatischen Licht der zur Emission monochromatischen Lichts geeigneten Teilschicht Licht mehrerer
verschiedener Wellenlängen, was somit als polychromatisch bezeichnet wird. Dabei ist der Begriff polychromatisch nicht beschränkend in dem Sinne zu sehen, dass notwendigerweise eine Vielzahl verschiedener
Wellenlängen erzeugt wird. Auch im Falle, dass Licht einer einzigen
Wellenlänge durch die polychromatisierende Schicht zu einer einzigen anderen Wellenlänge umgewandelt wird, wird die entstehende Kombination aus Licht zweier Wellenlängen im Rahmen der Erfindung als
polychromatisch bezeichnet.
Im Folgenden wird das Substrat, das eine zur Emission monochromatischen Lichts geeignete Teilschicht umfasst, nur noch kurz als Substrat bezeichnet. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht im Gegensatz zu den
herkömmlichen Beschichtungsverfahren, eine Schichtdicke der
polychromatisierenden Schicht einzuhalten, die eine sehr niedrige Toleranz sowohl innerhalb einer polychromatisierenden Schicht als auch bezogen auf polychromatisierende Schichten einer Charge, wie etwa einer Waferserie, untereinander besitzt. Somit lassen sich Leuchtdioden herstellen, deren Emissionsspektrum stets das gleiche oder zumindest nahezu das gleiche ist. Damit ist vor allem gemeint, dass im Intensitäts-Wellenlängenspektrum die Verschiebung der Intensitätsmaxima bezüglich der Wellenlänge, bzw. die Änderung der Intensität, für unterschiedliche erfindungsgemäße LED Chips verschwindend gering ist. Mit Vorzug ist die Standardabweichung der Positionen der Intensitätsmaxima unterschiedlicher Proben kleiner als l Onm, mit Vorzug kleiner als 7nm, mit größerem Vorzug kleiner als 5nm, mit größtem Vorzug kleiner als 2nm, mit allergrößtem Vorzug kleiner als l nm. Mit Vorzug ist die Standardabweichung der Intensitätsmaxima unterschiedlicher Proben kleiner als 5 %, mit Vorzug kleiner als 1 %, mit größerem Vorzug kleiner als 0, 1 %, mit größtem Vorzug kleiner als 0,01 %, mit allergrößtem Vorzug kleiner als 10"5%.
Somit tritt bei Leuchtdioden, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden, vorteilhafterweise kein Binning auf.
Mit Vorteil ist die Abweichung der Schichtdicke an unterschiedlichen Positionen innerhalb einer einzelnen polychromatisierenden Schicht kleiner als 10%, insbesondere kleiner als 5%, mit Vorzug kleiner als 1 %, mit größerem Vorzug kleiner 0, 1 %, mit größtem Vorzug kleiner als 0,01 %, mit allergrößtem Vorzug kleiner als 0,001 % in Bezug auf die mittlere
Schichtdicke.
Da ein bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorteilhaft eingesetzter Druckstempel im Wesentlichen nur die Menge an Lumineszenzstoff aufnimmt, die auf das Substrat aufgedruckt wird, findet im Gegensatz zu herkömmlichen Beschichtungsverfahren kein oder zumindest kaum Verlust an Lumineszenzstoff statt.
Der Druckstempel kann vorteilhaft eine Druckmatrize besitzen, die geeignet ist, zu druckenden Lumineszenzstoff aufzunehmen und bei einem
Druckschritt an das Substrat abzugeben.
Nach einer bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst das Druckverfahren ein Mikro-Kontakt-Druckverfahren.
Insbesondere stellt das Mikro-Kontakt-Druckverfahren das Druckverfahren dar.
Das Mikro-Kontakt-Druckverfahren ermöglicht ein besonders exaktes Bedrucken eines Substrats. Die Schichtdicke der polychromatisierenden Schicht lässt sich somit besonders leicht exakt einstellen. Somit ergeben sich besonders hohe Homogenitäten der Schichtdicke und damit der
Farbspektren der Leuchtdioden mit dem bedruckten Substrat.
Das Mikro-Kontakt-Druckverfahren ist aus anderen Bereichen an sich bekannt und wird daher an dieser Stelle nur kurz erläutert. Ein
Druckstempel mit beispielsweise einer Silicongummi-Matrize einer zu übertragenden Fläche oder Struktur wird mit einer zu druckenden Substanz versehen und auf die zu bedruckende Fläche, in diesem Fall eine
Hauptfläche des Substrats, gebracht. Dabei wird der Druckstempel dem Substrat angenähert, bis die Flüssigkeit auf dem Stempel in Kontakt mit dem Substrat kommt und dadurch auf das Substrat übertragen wird. In welcher Form der Lumineszenzstoff zum Bedrucken verwendet wird, hängt von dem jeweiligen Lumineszenzstoff, dem Matrizenmaterial des
Druckstempels und weiteren Parametern des Druckverfahrens ab, wie etwa der angestrebten Schichtdicke oder der Drucktemperatur, und wird vom Fachmann je nach Wunsch oder Bedarf gewählt, ohne erfinderisch tätig zu werden. Zum Aufbringen einer polychromatisierenden Schicht auf ein eine zur Emission monochromatischen Lichts geeignete Teilschicht umfassendes Substrat wurde das Mikro-Kontakt-Druckverfahren noch nie angewandt. Überraschenderweise lässt sich dieses nicht speziell für Substratoberflächen und insbesondere die Bedruckung der Substratoberflächen mit
Lumineszenzmaterial entwickelte Druckverfahren auf Substraten anwenden. Dies ist insbesondere deshalb überraschend, da Mikro-Kontakt- Druckverfahren bisher in erster Linie Einsatz beim Übertragen von sehr dünnen, vorzugsweise Monolagen von Material, insbesondere von
homogenen Materialien auf Zieloberflächen fanden. Bisher waren diese Zieloberflächen häufig Oberflächen mit sehr hoher Qualität hinsichtlich Ebenheit, Obeflächenrauhigkeit und Defekten und von besonderer
Beschaffenheit, beispielsweise mit Goldbeschichtung. Die Eigenschaften der gemäß der Erfindung zu bedruckenden Substrate sind bezügliche diesen Qualitätskriterien signifikant unterschiedlich. So weisen diese Oberflächen häufig Defekte wie hervorstehende Spitzen, die vom epitaktischen
Wachstum der Schichtstruktur herrühren („growth spikes") .
Insbesondere bei gröberen Strukturen kann anstelle des Mikro-Kontakt- Druckverfahrens auch ein anderes geeignetes Druckverfahren eingesetzt werden.
Nach einer besonders bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen
Verfahrens wird die polychromatisierende Schicht strukturiert aufgebracht. Dies wird erst durch den erfindungsgemäßen Einsatz eines Druckverfahrens möglich. Je nach gewünschter Struktur der polychromatisierenden Schicht wird ein Druckstempel mit einer der Struktur der polychromatisierenden Schicht entsprechenden Struktur der Druckmatrize auf dem Druckstempel bereitgestellt. Der Einsatz einer Struktur der polychromatisierenden Schicht kann vorteilhafte Effekte bewirken. So kann eine Auskopplung des Lichts aus der polychromatisierenden Schicht gezielt gefördert werden. Auch kann eine Einstellung von Farbspektren gezielt stattfinden. Ein strukturiertes Bedrucken ist besonders gut mit dem Mikro-Kontakt- Druckverfahren möglich, da mit diesem auch komplizierte oder sehr feine Strukturen mit hoher Genauigkeit gedruckt werden können.
Nach einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens weist die strukturiert aufgebrachte polychromatisierende Schicht Einzelelemente auf, die Rechtecke, Quadrate, Kreise, Dreiecke, gefüllte Polygone und ähnliche Einzelelemente umfassen. Dies ist durch entsprechend strukturierte
Erhebungen und Vertiefungen auf der Druckmatrize des verwendeten
Druckstempels möglich.
Vorteilhaft können die Einzelelemente eine Strukturbreite besitzen, die kleiner als 100 μιη, insbesondere kleiner als 10 μτη, insbesondere kleiner als 1 μιη ist. Die Strukturbreite ist im Falle von Quadraten die Kantenlänge, im Falle von Kreisen der Durchmesser und bei allen anderen geometrischen Formen der Einzelelemente deren größte Gesamterstreckung, was bei einem Dreieck beispielsweise die größtmögliche Höhe des Dreiecks ist. Durch derart kleine Strukturelemente ist die Homogenität der erzielten
Farbspektren besonders hoch, und es lassen sich besonders gezielt
Farbspektren einstellen.
Es kann vorteilhaft sein, dass die polychromatisierende Schicht mit einer Schichtdicke (D) gedruckt wird, die kleiner als 100 μιη, insbesondere kleiner als 10 μηι, insbesondere kleiner als 1 μη ist. Mit dem
erfindungsgemäßen Verfahren wird selbst bei derart geringen Schichtdicken eine hohe Homogenität der Schichtdicke erzielt.
Nach einer bevorzugten Variante der Erfindung wird als Substrat ein Wafer bedruckt. So lässt sich das erfindungsgemäße Aufbringen einer
polychromatisierenden Schicht problemlos in einen Waferprozess integrieren, in dem beispielsweise andere herkömmliche Verfahrensschritte zur Herstellung von Leuchtdioden stattfinden.
Nach einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in einem Druckschritt ein Druckstempel verwendet, dessen Größe zumindest weitgehend der Größe des Substrats entspricht, so dass das Druckverfahren einen einzigen Druckschritt umfasst. Bei Bedrucken eines Wafers als
Substrat entspricht die Größe des Druckstempels zumindest weitgehend der Größe des Substrates.
Nach einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Größe des Druckstempels kleiner als die Größe des Substrats, derart, dass die
polychromatisierende Schicht durch eine Mehrzahl von Druckschritten aufgebracht wird. Dieses schrittweise Kopieren einer Teilstruktur ist auch unter dem Begriff„Step-and-Repeat-Verfahren" bekannt. Es wird bisher in anderen Bereichen der Halbleitertechnologie eingesetzt und wird daher hier nur kurz bezogen auf das erfindungsgemäße Verfahren erläutert. Ein
Druckstempel wird mit der zu druckenden Flüssigkeit bzw. Masse versehen, und mit diesem an einem Startpunkt auf dem Substrat eine
Teilbereichsschicht auf das Substrat gedruckt. Beispielsweise nach Art von Reihen und Spalten wird neben dieser ersten Teilbereichsschicht eine Mehrzahl von Teilbereichsschichten aufgedruckt, die eine Schicht ergeben, die beispielsweise das gesamte Substrat bedeckt. Besitzt der Druckstempel eine Druckmatrize mit Erhebungen und Vertiefungen, die auf dem Substrat eine strukturierte Teilbereichsschicht ergeben, lassen sich die
Teilbereichsschichten vorteilhafterweise derart nebeneinander drucken, dass eine Gesamtstruktur entsteht, die mit einer Struktur eines einzigen großen Druckstempels identisch ist, die durch einen einzigen Druckschritt aufgebracht wird. Alternativ können Teilbereichsschichten nebeneinander gedruckt werden, die sich nicht zu einer Gesamtstruktur ergänzen. In diesem Fall lässt sich in einem späteren Verfahrensschritt das Substrat zwischen den einzelnen Teilschichten so trennen, dass eine sich ergebende Leuchtdiode j eweils eine Teilbereichsschicht aufweist.
Das Aufbringen des Prägematerials auf die Erhebungen des Druckstempels kann durch mehrere Verfahren realisiert werden. Die Erhebungen des Druckstempels können beispielsweise kontrolliert in eine
Prägematerialflüssigkeit eintauchen. Durch die Adhäsionskraft wird das Prägematerial an den Erhebungen haften. Danach wird der Druckstempel einfach aus der Prägematerialflüssigkeit gezogen und zum Wafer bewegt. In einer anderen Variante werden durch Tröpfchenabscheidung am Wafer kleine, genau portionierte Mengen an Prägematerial aufgebracht. Die Tropfenpositionen müssen deckungsgleich mit den Positionen der
Erhebungen am Stempel sein.
In einer weiteren Ausführungsform kann der Druckstempel auf den Kopf gestellt werden, sodass die Erhebungen entgegen der Schwerkraft, nach oben zeigen. Danach wird der Druckstempel mit einem Sprühverfahren mit dem Prägematerial beschichtet. An der Oberfläche der Erhebungen bleiben Prägematerialtropfen übrig. Durch eine Relativbewegung zwischen
Prägestempel und Wafer können beide in Position gebracht werden. Danach erfolgt eine Art„Über-Kopf-Prägen" durch ein Aufeinander zu bewegen zwischen Prägestempel und Wafer. Für einen Fachmann auf dem Gebiet ist klar, dass die Art und Weise, wie die Prägematerialflüssigkeit auf die Erhöhungen des Stempels gelangt, nicht ausschlaggebend für die
erfindungsgemäßen Ausführungsformen ist.
Während des Prägevorgangs wird der Abstand zwischen Druckstempel und Wafer vorzugsweise gemessen und/oder aktiv kontrolliert, sodass die Schichtdicke der Schichtelemente kontrolliert eingestellt werden kann. Der Prägestempel kann auch eine dicke elastische Schicht besitzen, der den Erhöhungen vorgeht. Diese dicke elastische Schicht dient der Kompensation von Unebenheiten des Wafers. Dadurch werden verbesserte, homogenere Druckeigenschaften erzielt. Insbesondere bei extrem starren Stempeln wäre ein Prägen mehrerer Schichtelemente auf einem unebenen Wafer nur schlecht oder gar nicht realisierbar. Es wird daher auch ein Multilayer Stempel offenbart, also ein Stempel, der aus unterschiedlichen
Materialschichten besteht, die normal auf die Prägerichtung in einem
Seriellverbund aneinandergereiht sind.
In einer weiteren Ausführungsform sind die Stempelelemente auf einer steifen aber dehnbaren Membran aufgebracht. Die Membran ist konvex formbar, mit Vorzug über einen hinter der Membran aufgebrachten
Überdruck, der in einer Kammer aufgebaut werden kann. Diese Art des Stempels dient der Beaufschlagung der Membran und damit der Stempel mit einem isostatischen (Gas)druck.
Statt als strukturierte Schicht lässt sich die polychromatisierende Schicht nach einer Alternative des erfindungsgemäßen Verfahrens vollflächig auf das Substrat aufbringen. Auch ohne die polychromatisierende Schicht strukturiert aufzubringen, hat das erfindungsgemäße Verfahren Vorteile gegenüber dem Stand der Technik, denn eine mit dem erfindungsgemäßen Verfahren aufgebrachte vollflächige polychromatisierende Schicht weist eine deutlich homogenere Schichtdicke sowohl innerhalb der Schicht auf einem bedruckten Substrat als auch innerhalb einer Charge, wie einer Waferserie, auf.
Ein weiterer Vorteil, der auch bei der vollflächigen Aufbringung auf das Substrat von signifikantem wirtschaftlichem Nutzen ist, besteht in der, gegenüber dem Stand der Technik enorm gesteigerten Materialeffizienz. Bei Schleuderbeschichtungsverfahren ist es üblich, dass mehr als 50% des, ursprünglich eingesetzten Materials während dem Schleudervorgang vom Substrat abgeschleudert werden. Dieses Material kann dann aufgrund von Kontaminationsrisiko nicht mehr verwendet werden und ist Abfall. Im Gegensatz dazu ermöglicht es das Mikro-Kontakt-Druckverfahren, den Materialverlust auf < 15%, häufig auf <10%, bei optimierten Verfahren sogar auf <5% zu reduzieren. Dabei ist es unerheblich, ob das Verfahren so eingestellt ist, dass bei j edem einzelnen Druckschritt immer ein
vollständiger Transfer des, am Stempel anhaftenden Lumineszenzmaterials auf das Substrat erfolgt, da das Restmaterial, welches bei unvollständigem Transfer am Stempel haften bleibt nicht verloren geht, sondern beim nächsten Druckschritt wieder Einsatz findet.
Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich für die Beschichtung aller Halbleitermaterialien einsetzen, beispielsweise für Halbleitersubstrate aus Si, GaAs, GaN etc. Entsprechend den gewählten Halbleitermaterialien werden im Betrieb charakteristische Farbspektren vom Substrat emittiert. Die Wahl des zumindest einen Lumineszenzstoffes der
polychromatisierenden Schicht hängt von diesem Farbspektrum ab, sowie davon, welches Farbspektrum die herzustellende Leuchtdiode letztendlich abstrahlen soll, bzw. in welche Wellenlängen das ursprünglich emittierte Licht umgewandelt werden soll. Der Fachmann ist in der Lage, die geeignete Kombination aus Halbleitermaterial und Lumineszenzstoff zu definieren, um ein gewünschtes Wellenlängenspektrum zu erreichen, ohne dabei erfinderisch tätig zu werden. Die Luminiszenzstoffe sind von einem Matrixmaterial umgeben. Als Luminiszenzstoff wird vorwiegend Phosphor verwendet. Es seien außerdem alle Materialien offenbart, die
fluoreszierende und/oder phosphoreszierende Eigenschaften aufweisen. Als Matrixmaterialien werden, aber nicht abschließend, folgende Materialien verwendet: • Silikone
• Polymere
• Polyimide
• Gläser
• allgemein, alle Materialien, die in der Lage sind, lumineszierende Materialien zu lösen und transparent für die durch Lumineszenz emittierte elektromagnetische Strahlung sind.
Davon abhängig wird der Fachmann den zumindest einen Lumineszenzstoff auswählen und aus diesem eine druckbare Flüssigkeit oder Masse herstellen bzw. bereitstellen, die als polychromatisierende Schicht gedruckt werden kann. Dies kann beispielsweise eine Lösung oder eine Dispersion sein. Als Dispersion wird beispielsweise ein herkömmlicher Lack genutzt, wie er auch für das Schleuderbeschichten von Wafern genutzt. Um selbst bei geringen Schichtdicken der polychromatisierenden Schicht eine hohe
Homogenität zu erzielen, wird bevorzugt ein dispergierter Lumineszenzstoff mit einer Partikelgröße von vorzugsweise kleiner als 50 μηι, bevorzugter kleiner als Ι Ομηι, noch bevorzugter kleiner als l OOnm, am Bevorzugtesten kleiner als l Onm, am aller Bevorzugtesten kleiner als l nm zum Bedrucken des Substrats genutzt. Neben den Verfahren zum Aufbringen der
Lumineszenzschicht auf die Substrate unterliegen auch die
Lumineszenzstoffe selbst einer ständigen Weiterentwicklung. Das
erfindungsgemäße Verfahren weist eine hohe Toleranz hinsichtlich der verwendeten Partikelgröße auf. Daher sind die hier zuvor genannten
Partikelgrößen exemplarisch anzusehen und nicht als Einschränkung für das erfindungsgemäße Verfahren.
Der zumindest eine Lumineszenzstoff kann beispielsweise, aber nicht abschließend, aus einer der folgenden Gruppen ausgewählt werden:
• weißer Phosphor • phosphoreszierende Reinkomponenten, also Elemente oder Moleküle
• phosphoreszierende Flüssigkeiten, wie beispielsweise Lacke
• alle Arten von Kristallen, die durch die Störung der Gitterstruktur Phosphoreszenz erzeugen können, vor allem Sulfide der
Erdalkalimetalle und des Zinks, die mit Schwermetallsalzen versetzt wurden
• alle Arten von lumineszierenden Materialien, die in einer Matrix
gelöst werden können, die transparent für die durch Lumineszenz erzeugte Strahlung ist.
Welche Wellenlängen durch einen Halbleiter des Substrats erzeugt werden und zu welchen Wellenlängen dieses Licht umgewandelt wird, hängt vom Material des Substrats und der polychromatisierenden Schicht ab. Der Fachmann kennt Substratmaterialien und Materialien polychromatisierender Schichten und kann diese j e nach Wunsch oder Bedarf für eine gewünschte LED einsetzen und kombinieren. Das erfindungsgemäße Verfahren ist nicht auf bestimmte Substratmaterialien oder polychromatisierende Schichten beschränkt.
Nach einer Variante der Erfindung kann eine die polychromatisierende Schicht bildende Flüssigkeit und/oder druckbare Masse mit dem
Druckverfahren aufgebracht werden. Im Falle einer Lösung als Flüssigkeit muss ein Lösungsmittel der Lösung trocknen, so dass sich die
polychromatisierende Schicht bildet. Im Falle geschmolzener Massen müssen diese zu einer polychromatisierenden Schicht erstarren. Welcher Weg gewählt wird, hängt maßgeblich von der Art des Lumineszenzstoffes ab.
Vorteilhaft wird als Flüssigkeit und/oder druckbare Masse eine Flüssigkeit oder druckbare Masse aus der Gruppe der Lösungen, Dispersionen und Lacke gedruckt. Nach dem Bedrucken wird die gedruckte Masse durch Verfahren, die dem Fachmann auf dem Gebiet bekannt sind, behandelt. Diese Behandlung kann thermische und/oder optische, und/oder elektrische und/oder chemische Aushärteverfahren beinhalten, die dafür sorgen, dass die Masse aushärtet, daher formstabil bleibt. Mit Vorzug wird hierzu die sich unter der Masse befindende LED verwendet, um das Aushärten durch thermische und/oder optische Vorgänge zu bewerkstelligen, indem man die LED nach dem Druckverfahren aktiviert.
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt.
Dabei zeigen:
Fig. l a: eine Draufsicht auf einen zu bedruckenden Wafer
Fig. l b: eine Schnittansicht des Wafers von Fig. l a auf einem
Waferträger
Fig. 2a: eine schematische Draufsicht auf einen mit einem
erfindungsgemäßen Verfahren bedruckten Wafer
Fig. 2b: eine schematische Schnittansicht des Wafers von Fig. 2a
Fig. 3a: eine schematische Schnittansicht eines Druckstempels für das erfindungsgemäße Verfahren
Fig. 3b: eine schematische Schnittansicht des mit einer Dispersion benetzten Druckstempels über einem zu bedruckenden Wafer
Fig. 3 c: eine schematische Schnittansicht des Druckstempels von Fig.
3b in Kontakt mit dem Wafer
Fig. 3 d: eine schematische Schnittansicht des Wafers und des
Druckstempels nach dem Druckschritt Fig. 4a: eine Draufsicht einer quadratischen Erhebung einer Druckmatrize
Fig. 4b: eine Draufsicht einer kreisrunden Erhebung einer Druckmatrize
Fig. 4c: eine Draufsicht eines gedruckten quadratischen Schichtelements mit Aussparungen und Kontaktierungen.
Mit einem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Wafer 1 bedruckt, der ein Substrat 2 aufweist, das von einem Träger 3 gestützt wird (s. Fig. l a und l b). Das Substrat 2 weist eine monochromatisches Licht emittierende Teilschicht auf (nicht dargestellt), die Gallium-Arsenid-basiert ist. Im Folgenden wird das eine monochromatisches Licht emittierende GaAs- Teilschicht aufweisende Substrat 2 der Einfachheit halber als GaAs- Substrat 2 bezeichnet. Das GaAs-Substrat 2 besitzt eine erste Hauptfläche 2a, die vom Träger 3 abgewandt ist, und eine zweite Hauptfläche 2b, die dem Träger 2 zugewandt ist. Das GaAs-Substrat 2 ist auf den Träger 3 epitaktisch aufgewachsen.
Auf das GaAs-Substrat 2 wird, wie in den Figuren 3 a bis 3d gezeigt, eine polychromatisierende Schicht 4 mit einem Druckstempel 5 aufgebracht. Der Druckstempel 5 weist eine Struktur 6 auf, die in einer Druckmatrize 7o eingebracht ist, die Erhebungen 7 und Vertiefungen 7 ' besitzt.
Der Stempel 5 wird derart mit einer Dispersion, in der Partikel aus Cer- dotiertem Yttrium-Aluminium-Granat (YAG) dispergiert sind, versehen, dass die Erhebungen 7 mit einem Film 8 aus dieser Dispersion benetzt sind. Jede einzelne Erhebung 7 ist mit einem Filmelement 8 ' benetzt. Durch Absenken des Druckstempels 5 auf das Substrat 2 (Fig. 3b und Fig. 3c) nähert sich der Film 8 dem Substrat 2 solange, bis durch Kontakt des Films 8 mit dem Substrat 2 der Film 8 auf das Substrat 2 übertragen wird. Nach Entfernen des Druckstempels 5 bleibt der Film 8 als Schicht 4 auf dem Substrat 2 zurück (Fig. 3 d) . Die Schicht 4 besitzt dabei eine Mehrzahl einzelner Sehichtelemente 4' , die bezüglich ihrer Geometrie und vorzugsweise Dicke zumindest weitgehend der Geometrie und Dicke der einzelnen Filmelemente 8 ' entsprechen.
In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es auch denkbar, dass die Filmelemente 8 ' hinsichtlich ihrer Dicke nur teilweise auf das Substrat 2 übertragen werden. Das heißt dass nach dem Entfernen des Druckstempels 5 nur ein Teil des Films 8 als Schicht 4 auf dem Substrat 2 zurück bleibt. Der dabei nicht auf das Substrat übertragene Teil der
Schicht 8 bleibt am Druckstempel 5 zurück und kann beim Bedrucken eines nächsten Substrates 2 verwendet werden. Dabei ist es erfindungsgemäß mit Vorzug vorgesehen, den Film 8 hinsichtlich seiner Dicke wieder
aufzufüllen, so dass bei einem nächsten Druckvorgang identische
Ausgangsverhältnisse wie beim vorhergehenden Druckvorgang vorliegen. Damit kann eine gute Wiederholbarkeit des Verfahrens erreicht werden. Das Dickenverhältnis zwischen, auf das Substrat 2 übertragener Schicht 4 und des am Stempel zurück bleibenden Restes der Schicht 8 hängt von
Parametern wie Stempelmaterial, der Interaktion des Stempelmaterials mit dem Lumineszenzmaterial, der Interaktion des Lumineszenzmaterials mit der Substratoberfläche des Substrates 2, Viskosität des
Lumineszenzmaterials, etc. ab. Häufig werden >50% der Schichtdicke der Schicht 8 auf das Substrat 2 übertragen. Mit Vorzug liegt dieser Wert bei >70%, bei optimierten Verfahren bei >80%, mit noch größerem Vorzug bei >90%.
Der Druckstempel 5 ist im vorliegenden Beispiel ein Mikro-Kontakt- Druckstempel, dessen Silicongummi-Druckmatrize 7o mit einer feinen Struktur 6 versehen ist, die quadratische Einzelelemente 9 umfasst, deren Breite B 50 μιη beträgt. Entsprechend weisen die einzelnen Filmelemente 8 ' und somit die Schichtelemente 4 ' ebenfalls Breiten B von 50 μιη auf. Die Struktur 6 und damit unter anderem die Erhebungen 7 und die
Schichtelemente 4 ' sind in den Figuren nicht maßstäblich dargestellt.
Entsprechend ist die Anzahl der Schichtelemente 4 ' der
polychromatisierenden Schicht 4 um ein Vielfaches größer als schematisch dargestellt. In den Figuren 3 a bis 3 d ist angedeutet, dass die Schicht 4 in Fig. 2a und 2b in einem einzigen Druckschritt auf den Wafer 1 als Substrat 2 gedruckt wird. In diesem Fall ist die Länge L des Druckstempels 5 im Wesentlichen genauso groß wie der Durchmesser D des Wafers 1 .
In einer Variante des Ausführungsbeispiels wird in einem Druckschritt nur eine Teilbereichsschicht 10 bestehend aus einer kleineren Anzahl an
Schichtelementen 4 ' auf das Substrat 2 aufgebracht, wie sie in Fig. 2a schraffiert dargestellt sind. In diesem Fall ist die Länge L des
Druckstempels deutlich kleiner als der Durchmesser D des Wafers 1 . Durch einen Step-and-Repeat-Prozess wird ein Druckstempel 5 , der eine
Druckmatrize mit einer der Teilbereichsschicht 10 entsprechenden Struktur besitzt (nicht dargestellt), jeweils mit der Dispersion benetzt und
schrittweise über dem Wafer 1 positioniert und auf ihn abgesenkt. Durch die hohe Genauigkeit des Step-and-Repeat-Prozesses lässt sich eine Schicht 4 mit derselben Struktur 6 erzeugen, wie sie durch einen einzigen
Druckschritt bei entsprechend größerem Druckstempel 5 erzeugt wird. Die Schichtdicke liegt bei dem Ausführungsbeispiel bei 5 μιη.
Vor dem Drucken wird ein Keilfehlerausgleich durchgeführt. Bei der Variante des Step-and-Repeat-Prozesses kann der Keilfehlerausgleich vorzugsweise einmal pro Wafer oder sogar nur einmal pro Waferserie.
In einer Variante des Ausführungsbeispiels ist die Druckmatrize 7o nicht strukturiert, sondern vollflächig ausgebildet (nicht dargestellt), so dass der Film 8 auf dem Druckstempel 5 und somit auch die auf das Substrat 2 gedruckte polychromatisierende Schicht 4 vollflächig ist. Außer dem quadratischen Querschnitt 7o' der Erhebungen 7 (s. Fig. 4a) und damit des Schichtelements 4 ' sind in einer weiteren Variante des
Ausführungsbeispiels Erhebungen 7 mit kreisförmigem Querschnitt 7o " vorgesehen (s. Fig. 4b).
Durch den Vorteil der Erfindung, insbesondere mit dem Mikro-Kontakt- Druckverfahren auch komplizierte Strukturen 6 zu drucken, ist es gemäß einer weiteren Variante der Erfindung möglich, einen quadratischen
Querschnitt der Erhebungen 7 so zu modifizieren, dass, wie in Fig. 4c dargestellt, ein Schichtelement 4 ' mit einem Querschnitt 4o ' gedruckt wird, das Aussparungen 1 1 aufweist. In dieser Variante der Erfindung wird pro Leuchtdiode ein einziges Schichtelement 4 ' gedruckt, und die Aussparungen 1 1 werden als Kontaktierungsbereiche der LED mit Verbindungselementen 12, beispielsweise Bonddrähten, aufgedampften Leiterbahnen oder j edem anderen Verbindungselement 12 genutzt.
Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren mit polychromatisierenden Schichten 4 bedruckten Substrate 2 werden mit herkömmlichen Methoden zu Leuchtdioden komplettiert und in Betrieb gesetzt. Sie besitzen eine sehr hohe Homogenität in der Schichtdicke der polychromatisierenden Schicht 4 und damit eine gleichbleibende Qualität der sich ergebenden Farbspektren im Betrieb der Leuchtdioden. Das blaue Licht des Substrats 2 wird durch die polychromatisierende Schicht 4 teilweise in gelbes Licht umgewandelt, die zusammen als weißes Licht von der Leuchtdiode abgestrahlt werden. Es tritt kein Binning auf, sondern der Weißton der Leuchtdioden ist von homogener und innerhalb einer Waferserie gleichbleibender Qualität. Verfahren zur Herstellung einer polychromatisierenden Schicht und Substrat sowie Leuchtdiode mit polychromatisierender Schicht
B e zu g s z e i c h en l i s t e
Wafer
Substrat
a Erste Hauptfläche
b Zweite Hauptfläche
Träger
Schicht
' Schichtelemente
o' Querschnitt
Druckstempel
Struktur
Erhebung
' Vertiefung
o Druckmatrize
o' Quadratischer Querschnitt
7o" Kreisförmiger Querschnitt
8 Film
8' Filmelement
9 Quadratische Einzelelemente
10 Teilbereichsschicht
11 Aussparungen
12 Verbindungselemente
B Breite

Claims

P at en t an s p rü c h e
1. Verfahren zum Aufbringen einer zumindest einen Lumineszenzstoff enthaltenden polychromatisierenden Schicht (4) auf einem Halbleiter- Substrat (2), das eine zur Emission, insbesondere monochromatischen oder ein Mehrfachspektrum mit mehreren Emissionskennlinien, Lichts geeignete Teilschicht enthält, dadurch gekennzeichnet, dass die polychromatisierende Schicht (4) mit einem Druckverfahren
aufgebracht wird:
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das
Druckverfahren ein Mikro-Kontakt-Druckverfahren umfasst,
insbesondere ein Mikro-Kontakt-Druckverfahren darstellt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die polychromatisierende Schicht mit einem Druckstempel (5)
aufgebracht wird, der insbesondere eine Druckmatrize (7o) besitzt.
4. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die polychromatisierende Schicht (4) eine Struktur (6) aufweisend aufgebracht wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet dass die
strukturiert aufgebrachte polychromatisierende Schicht (4) einzelne Schichtelemente (4 ' , 4ο ' ) aufweist, die Rechtecke, Quadrate, Kreise, Dreiecke, gefüllte Polygone oder ähnliche Schichtelemente (4 ' , 4ο ' ) umfassen.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5 , dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtelemente (4 ' , 4ο ' ) eine Strukturbreite (B) besitzen, die kleiner als 1 mm, insbesondere kleiner als 100 μιη, insbesondere kleiner als 10 μπι, insbesondere kleiner als 1 μιη ist.
7. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3 , dadurch
gekennzeichnet, dass die polychromatisierende Schicht (4) vollflächig auf das Substrat (2) aufgebracht wird.
8. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die polychromatisierende Schicht (4) eine Schichtdicke (H) besitzt, die kleiner als 100 μηι, insbesondere kleiner als 10 μιη, insbesondere kleiner als 1 μιη ist.
9. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Substrat (2) ein Wafer ( 1 ) bedruckt wird.
10. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass in einem Druckschritt ein Druckstempel (5) verwendet wird, dessen Länge (L) zumindest weitgehend dem Durchmesser des Substrats (2) entspricht, so dass das Druckverfahren einen einzigen Druckschritt umfasst.
1 1 . Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, dass in einem Druckschritt ein Druckstempel (5) verwendet wird, dessen Länge (L) kleiner als der Durchmesser des Substrats (2) ist, so dass die polychromatisierende Schicht (4) durch eine Mehrzahl von Druckschritten aufgebracht wird.
12. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Lumineszenzstoff ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend:
• weißer Phosphor
• phosphoreszierende Reinkomponenten, also Elemente oder Moleküle
• phosphoreszierende Flüssigkeiten, wie beispielsweise Lacke
• alle Arten von Kristallen, die durch die Störung der Gitterstruktur Phosphoreszenz erzeugen können, vor allem Sulfide der
Erdalkalimetalle und des Zinks, die mit Schwermetallsalzen versetzt wurden
• alle Arten von lumineszierenden Materialien, die in einer Matrix
gelöst werden können, die transparent für die durch Lumineszenz erzeugte Strahlung ist.
13. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Druckverfahren eine die polychromatisierende Schicht (4) bildende Flüssigkeit und/oder druckbare Masse aufgebracht wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13 , dadurch gekennzeichnet, dass als
Flüssigkeit und/oder druckbare Masse eine Flüssigkeit oder druckbare Masse aus der Gruppe der Lösungen, Dispersionen und Lacke gedruckt wird.
15. Halbleiter-Substrat (2), enthaltend eine Halbleiter-Schicht zur
Erzeugung von monochromatischem Licht, wobei das Halbleiter- Substrat (2) mit einer polychromatisierenden Schicht (4) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die polychromatisierende Schicht (4) strukturiert aufgebracht ist, insbesondere mit einem Verfahren gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 bis 14.
1 6. Optoelektronisches Bauelement mit einem Halbleiter-Substrat (2) gemäß Anspruch 1 5.
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