WO2020127264A1 - Verfahren zur herstellung einer optoelektronischen leuchtvorrichtung - Google Patents

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Definitions

  • German patent application No. 10 2018 132 824.9 This application claims priority from German patent application No. 10 2018 132 824.9, which was filed with the German Patent and Trademark Office on December 19, 2018.
  • the disclosure content of German patent application No. 10 2018 132 824.9 is hereby incorporated into the disclosure content of the present application.
  • the present invention relates to a method for the produc- tion of an optoelectronic lighting device.
  • the present invention is based on the object of specifying an advantageous method for producing an optoelectronic lighting device with which optoelectronic semiconductor components can be placed on a carrier in a reliable and cost-effective manner.
  • An object of the invention is achieved by a method for producing an optoelectronic lighting device with the features of claim 1. Furthermore, an object of the invention is achieved by a method for manufacturing an optoelectronic lighting device with the features of the independent claim 13. Advantageous embodiments and Further developments of the invention are given in the dependent claims.
  • a method according to one embodiment is used to manufacture an optoelectronic lighting device. First, a first semiconductor wafer is provided, which has a multiplicity of first optoelectronic semiconductor components. The first optoelectronic semiconductor components are therefore not isolated at this point in time, but are still in the wafer assembly. The first semiconductor wafer is the wafer on which the first optoelectronic semiconductor components have grown. The first semiconductor wafer contains semiconductor material, but does not have to consist exclusively of semiconductor material, but can also contain metal, for example.
  • the first semiconductor wafer is arranged over a carrier and in a next step, a plurality of the first optoelectronic semiconductor components are separated from the first semiconductor wafer by means of laser radiation.
  • the laser radiation can be a focused laser pulse generated by a laser, which has enough energy so that a single optoelectronic semiconductor component can be detached from the wafer composite by means of the laser pulse. Due to the force of gravity, the optoelectronic semiconductor components released from the wafer composite fall down onto the carrier arranged under the first semiconductor wafer.
  • the first optoelectronic semiconductor components which are separated from the first semiconductor wafer and have fallen onto the carrier are attached to the carrier.
  • the carrier with the first optoelectronic semiconductor components attached to it forms the optoelectronic lighting device.
  • the proposed transfer process eliminates the need to convert the first optoelectronic semiconductor components individually from the first semiconductor wafer to the carrier. No re-bonding is required. Nevertheless, it is possible to use the first optoelectronic semiconductor components to be placed selectively at a desired location on the carrier. Consequently, the first optoelectronic semiconductor components can be placed on the carrier in a reliable and cost-effective manner using the described method.
  • the first optoelectronic semiconductor components can be used, for example, as light-emitting diodes (LEDs), as organic light-emitting diodes (OLEDs), as light-emitting transistors or as organic light-emitting transistors be trained.
  • the first optoelectronic semiconductor components can be part of an integrated circuit in various embodiments. After the first optoelectronic semiconductor components have been released from the wafer composite, they can be designed in particular as optoelectronic semiconductor chips.
  • the first optoelectronic semiconductor components can each have a pLED, ie. H. a micro LED.
  • a pLED has only a very thin substrate or no substrate at all, which makes it possible to produce it with small lateral dimensions.
  • the edge length, i.e. H. the lateral extent of a pLED is in the range from 5 pm to 60 pm.
  • the thickness of a pLED can be, for example, in a range from 2 pm to 10 pm.
  • regions of the first semiconductor wafer between adjacent first optoelectronic semiconductor components can be thinned beforehand, for example by using suitable etching methods.
  • the back of the first semiconductor wafer can be etched.
  • Solder bumps can be placed on the carrier, which are heated before the first optoelectronic semiconductor components are separated from the first semiconductor wafer, for example to a temperature which corresponds to the melting temperature of the solder material or is greater than the melting temperature .
  • the first optoelectronic semiconductor components are then “shot” into the liquid solder material of the solder deposits.
  • the first optoelectronic semiconductor components are mechanically attached to the carrier by the solder material.
  • the solder deposits can contain a suitable solder material, for example Sn, In, Auln or NiSn. Due to the surface tension, the solder deposits can adjust the opto-electronic semiconductor components themselves after landing.
  • the first optoelectronic semiconductor components can each have contact areas, for example anode and cathode contact areas, which are designed to electrically contact the optoelectronic semiconductor components from outside the optoelectronic semiconductor components.
  • the first semiconductor wafer can be arranged above the carrier in such a way that the contact surfaces face the carrier. After the separation, the first optoelectronic semiconductor components with their contact surfaces fall onto the solder deposits.
  • the solder depots mechanically connect the contact surfaces to the carrier and also couple the optoelectronic semiconductor components electrically to the carrier or to components contained in the carrier.
  • the carrier may have a wiring layer to which the first optoelectronic semiconductor components which have fallen onto the carrier are electrically connected, for example via the solder deposits be coupled.
  • the wiring layer can couple the first optoelectronic semiconductor components to active and / or passive components integrated in the carrier.
  • the carrier can have through holes through which air from the The through holes may extend from a first main surface of the carrier to a second main surface of the carrier opposite the first main surface.
  • the carrier can have supporting pillars and / or supporting walls on which the first semiconductor wafer is placed before the first optoelectronic semiconductor components are detached from the first semiconductor wafer by means of the focused laser beam.
  • the support pillars or walls have the advantage that they create a defined distance of the first semiconductor wafer from the carrier. For example, the distance can be in the range from 10 pm to 50 pm. The distance can be dependent on the size of the optoelectronic semiconductor components and / or the size the contact surfaces can be selected and can be optimized accordingly.
  • a second semiconductor wafer which has a multiplicity of second optoelectronic semiconductor components.
  • the second semiconductor wafer is arranged above the carrier and a plurality of the second optoelectronic semiconductor components are separated from the second semiconductor wafer by means of a focused laser beam, in particular a laser pulse.
  • the second optoelectronic semiconductor components released from the wafer composite fall onto the carrier and are fastened to the carrier.
  • the second semiconductor wafer and the second optoelectronic semiconductor components contained in the second semiconductor wafer can have the above-described configurations of the first semiconductor wafer or of the first optoelectronic semiconductor components. Furthermore, further semiconductor wafers can be provided, which contain further optoelectronic or differently designed semiconductor components, which are isolated with the aid of the described method and attached to the carrier. The various semiconductor wafers can be arranged one after the other over the carrier and their semiconductor components can be attached to the carrier at the desired locations.
  • the first optoelectronic semiconductor components can be designed to emit light of a first color and the second optoelectronic semiconductor components can be configured to emit light of a second color, the first and the second color being different colors.
  • third optoelectronic semiconductor components are provided which are removed from a third semiconductor wafer, they can be designed to emit light from a third Emit color.
  • the three colors can be the primary colors red, green and blue.
  • Optoelectronic semiconductor components which emit light of the colors red, green and blue can each be placed next to one another on the carrier.
  • Three optoelectronic semiconductor components placed next to each other with the colors red, green and blue can form a pixel.
  • several pixels can be arranged in a matrix of rows and columns.
  • the carrier to which the optoelectronic semiconductor components are attached can be a further semiconductor wafer.
  • the semiconductor wafer used as a carrier can contain a wiring layer and integrated active and / or passive components in the semiconductor wafer.
  • the semiconductor wafer may include thin-film transistors (TFT), which serve to control the optoelectronic semiconductor components.
  • a differently configured substrate can also be used as a carrier.
  • the carrier does not have to be circular like typical semiconductor wafers, but can, for example, be rectangular or have another suitable basic shape.
  • the optoelectronic lighting device produced using the method described here can be a display, i. H. an optical display device.
  • the optoelectronic lighting device can be used for example in video walls, RGB displays or scoreboards. Furthermore, the optoelectronic lighting device direction in vehicle applications. For example, the optoelectronic lighting device in displays, especially in the dashboard, can be integrated into vehicles.
  • Fig. 1 shows a semiconductor wafer with a plurality of optoelectronic semiconductor components
  • Carrier for an optoelectronic lighting device for an optoelectronic lighting device
  • 3A and 3B process steps for producing an optoelectronic lighting device with the aid of the semiconductor wafer from FIG. 1 and the carrier from FIG. 2C.
  • FIG. 1 shows a section of a semiconductor wafer 10 in cross section with a multiplicity of optoelectronic semiconductor components, which in the present exemplary embodiment are designed as LEDs 11, in particular as pLEDs. 1 shows two LEDs 11 by way of example. The LEDs 11 are located in FIG. 1 in the wafer assembly of the semiconductor wafer 10 on which the LEDs 11 have grown.
  • the semiconductor wafer 10 is a sapphire wafer in the present embodiment, on which the LEDs 11 are manufactured in a flip-chip configuration, i. H. , In a later process step, the LEDs 11 can be directly mounted on a carrier with their contact surfaces or contact pads 12, without additional connecting wires, in particular bonding wires, being required for contacting.
  • the semiconductor wafer 11 includes u. a. a sapphire layer 13, i.e. H. a layer of Al2O3, and a layer 14 of GaN.
  • the GaN layer 14 is etched down between the adjacent LEDs 11 to the sapphire layer 13.
  • the GaN layer 14 is then coated with a passivation layer 15, the contact pads 12 of the LEDs 11 being left out.
  • the contact pads 12 are made of gold in the present exemplary embodiment and are used for electrical contacting of the p- and n-connections of the respective LED 11.
  • FIG. 2 shows a cross section of a silicon wafer 20 which is intended to serve as a carrier for the LEDs 11.
  • a silicon wafer 20 which is intended to serve as a carrier for the LEDs 11.
  • Active and / or passive components can be integrated, which are shown in Fig. 2A are not shown.
  • the silicon wafer 20 can have one or more wiring layer (s), also not shown in FIG. 2A.
  • holes 21 are first formed as blind holes, the holes 21 only requiring a small proportion of the back of the silicon wafer 20.
  • the front side of the silicon wafer 20 is etched.
  • the edge region 22 and support pillars 23 or support walls remain.
  • An example of one of the support pillars 23 is shown in FIG. 2B.
  • the function of the pillars 23 is explained further below.
  • the front side of the silicon wafer 20 is etched to such an extent that the holes 20 are exposed on the front side and also the edge region 22 and the support pillars 20 have a defined height, for example 20 ⁇ m.
  • the holes 20 are consequently formed into through holes in the method step shown in FIG. 2B.
  • the pillars 20 only occupy a small portion of the front of the silicon wafer 20.
  • a passivation layer 24 made of SiO 2 and solder deposits 25 are applied to the front of the silicon wafer 20.
  • the solder deposits 25 are placed on contact surfaces of the silicon wafer 20.
  • 3A and 3B schematically show the production of an optoelectronic lighting device in the form of at least one Part of a display from the 1 and the semiconductor wafer 10 shown in FIG. 2C.
  • the semiconductor wafer 10 or the sapphire layer 13 of the semiconductor wafer 10 is placed on the edge region 22 and / or the support pillars 23 of the silicon wafer 20 such that the contact pads 12 of the LEDs 11 point in the direction of the silicon wafer 20.
  • the distance between the LEDs 11 integrated in the semiconductor wafer 10 and the silicon wafer 20 can be precisely specified by the predetermined height of the edge region 22 and the support pillars 23.
  • either the entire chamber in which the semiconductor wafer 10 and the silicon wafer 20 are located is evacuated or only a suppression in the room becomes generated between the semiconductor wafer 10 and the silicon wafer 20 by sucking air through the holes 21 in the silicon wafer 20 by means of a pump.
  • the suppression causes a force on the semiconductor wafer 10 in the direction of the silicon wafer 20.
  • the support pillars 23 prevent the semiconductor wafer 10 from bending.
  • the contact pads 12 of the LEDs 11 are not oxidized during the subsequent heating and there are tilting of the separated LEDs 11 due to Avoided turbulence during the flight. If the entire chamber is evacuated, for example due to a lack of rigidity of the semiconductor wafer 10, the semiconductor wafer 10 and the silicon wafer 20 can be locked by means of a clamp.
  • At least the silicon wafer 20 is then heated to the melting temperature of the solder material, so that the solder pots 25 are in a liquid state.
  • the semiconductor wafer 10 is positioned above the silicon wafer 20 in the lateral direction in such a way that certain LEDs 11 are located directly above a desired positioning on the silicon wafer 20.
  • these LEDs 11 are selectively “shot” one after the other and fall onto the silicon wafer 20 due to gravity.
  • the laser pulse 30 heats in particular the epitaxial layer of the respective LEDs 11, as a result of which the LEDs 11 or LED chips from the Wafer composite can be solved.
  • the “shot” LEDs 11 land with their contact pads 12 on the respective solder deposits 25.
  • the surface tension of the liquid solder deposits 25, if necessary, causes the LEDs 11 to be displaced into a desired position after landing.
  • the individual LEDs 11 Due to the short flight distance, the vacuum and the liquid solder material, the individual LEDs 11 remain stuck to the silicon wafer 20 or are immediately pressed into the liquid solder material by means of their kinetic energy.
  • solder material solidifies. Due to the solidified solder material, the LEDs 11 are mechanically attached to the silicon wafer 20 serving as a carrier. In addition, the solder material effects an electrical coupling of the LEDs 11 to the active and / or passive components integrated in the silicon wafer 20.
  • LEDs 31 can be placed on the silicon wafer 20 in the same way.
  • the LEDs 11 and 31 can emit light with different colors.
  • the LEDs 31 can be integrated in a second semiconductor wafer 32 which, just like the first semiconductor wafer 10, is arranged above the silicon wafer 20 in order to use the LEDs 31 at the desired locations separate a focused laser pulse 30 and place it on the silicon wafer 20.
  • the described method enables LEDs, which emit the primary colors red, green and blue, to be attached in succession to the silicon wafer 20 serving as a carrier.
  • LEDs emitting red light could be detached from the wafer composite using, for example, an infrared (IR) laser and an absorbing GalnNAs layer.
  • IR infrared
  • GalnNAs layer on the other hand, GaN could also be used for red light emitting LEDs as soon as available.

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Abstract

Ein Verfahren zur Herstellung einer optoelektronischen Leuchtvorrichtung umfasst, dass ein erster Halbleiterwafer (10) bereitgestellt wird, der eine Vielzahl von ersten optoelektronischen Halbleiterbauelementen (11) aufweist, der erste Halbleiterwafer (10) über einem Träger (20) angeordnet wird, mehrere der ersten optoelektronischen Halbleiterbauelemente (11) mittels einer Laserstrahlung (30) von dem ersten Halbleiterwafer (10) getrennt werden und auf den Träger (20) fallen, und die von dem ersten Halbleiterwafer (10) getrennten ersten optoelektronischen Halbleiterbauelemente (11) an dem Träger (20) befestigt werden.

Description

VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINER OPTOELEKTRONISCHEN LEUCHTVOR
RICHTUNG
Die vorliegende Anmeldung nimmt die Priorität der deutschen Patentanmeldung Nr. 10 2018 132 824.9 in Anspruch, die am 19. Dezember 2018 beim Deutschen Patent- und Markenamt eingereicht wurde. Der Offenbarungsgehalt der deutschen Patentanmeldung Nr. 10 2018 132 824.9 wird hiermit in den Offenbarungsgehalt der vorliegenden Anmeldung aufgenommen.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstel lung einer optoelektronischen Leuchtvorrichtung.
Bei zukünftigen LEDs (englisch: light emitting diodes), insbe sondere bei pLEDs, wird das Setzen der Bauelemente immer an spruchsvoller. Die Gründe hierfür sind die benötigte Platzier genauigkeit, die aufgrund der zunehmenden Miniaturisierung er schwert wird, der Ausschluss von Defektbauteilen und die benö tigen Reparaturmechanismen.
Der vorliegenden Erfindung liegt unter anderem die Aufgabe zu grunde, ein vorteilhaftes Verfahren zur Herstellung einer opto elektronischen Leuchtvorrichtung anzugeben, mit welcher sich optoelektronische Halbleiterbauelemente in zuverlässiger und kostengünstiger Weise auf einem Träger platzieren lassen.
Eine Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung einer optoelektronischen Leuchtvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Ferner wird eine Aufgabe der Erfin dung gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung einer opto elektronischen Leuchtvorrichtung mit den Merkmalen des unabhän gigen Anspruchs 13. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiter bildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen an gegeben . Ein Verfahren gemäß einer Ausgestaltung dient zur Herstellung einer optoelektronischen Leuchtvorrichtung. Zunächst wird ein erster Halbleiterwafer bereitgestellt, der eine Vielzahl von ersten optoelektronischen Halbleiterbauelementen aufweist. Die ersten optoelektronischen Halbleiterbauelemente sind zu diesem Zeitpunkt folglich nicht vereinzelt, sondern befinden sich noch im Waferverbund. Der erste Halbleiterwafer ist derjenige Wafer, auf dem die ersten optoelektronischen Halbleiterbauelemente ge wachsen sind. Der erste Halbleiterwafer enthält Halbleiterma- terial, muss aber nicht ausschließlich aus Halbleitermaterial bestehen, sondern kann zum Beispiel auch Metall enthalten.
Der erste Halbleiterwafer wird über einem Träger angeordnet und in einem nächsten Schritt werden mehrere der ersten optoelekt- ronischen Halbleiterbauelemente mittels einer Laserstrahlung von dem ersten Halbleiterwafer getrennt. Bei der Laserstrahlung kann es sich um einen von einem Laser erzeugten fokussierten Laserpuls handeln, der genug Energie aufweist, so dass mittels des Laserpulses ein einziges optoelektronisches Halbleiterbau- element aus dem Waferverbund gelöst werden kann. Bedingt durch die Schwerkraft fallen die aus dem Waferverbund gelösten opto elektronischen Halbleiterbauelemente nach unten auf den unter dem ersten Halbleiterwafer angeordneten Träger. Die von dem ersten Halbleiterwafer getrennten und auf den Träger gefallenen ersten optoelektronischen Halbleiterbauelemente wer den an dem Träger befestigt. Der Träger mit den daran befestig ten ersten optoelektronischen Halbleiterbauelementen bildet die optoelektronische Leuchtvorrichtung .
Aufgrund des vorgeschlagenen Transferprozesses entfällt die Notwendigkeit, die ersten optoelektronischen Halbleiterbauele mente einzeln von dem ersten Halbleiterwafer auf den Träger umzusetzen. Ferner ist kein Umbonden erforderlich. Dennoch ist es möglich, die ersten optoelektronischen Halbleiterbauelemente selektiv an einer gewünschten Stelle auf dem Träger zu platzie ren. Folglich lassen sich die ersten optoelektronischen Halb leiterbauelemente mit dem beschriebenen Verfahren in zuverläs siger und kostengünstiger Weise auf dem Träger platzieren.
Die ersten optoelektronischen Halbleiterbauelemente können bei spielsweise als Licht emittierende Dioden (englisch: light emit- ting diodes, LEDs), als organische Licht emittierende Dioden (englisch: organic light emitting diodes, OLEDs), als Licht emittierende Transistoren oder als organische Licht emittie rende Transistoren ausgebildet sein. Die ersten optoelektroni schen Halbleiterbauelemente können in verschiedenen Ausfüh rungsformen Teil einer integrierten Schaltung sein. Nach dem Lösen der ersten optoelektronischen Halbleiterbauele mente aus dem Waferverbund können diese insbesondere als opto elektronische Halbleiterchips ausgebildet sein.
Insbesondere können die ersten optoelektronischen Halbleiter- bauelemente jeweils eine pLED, d. h. eine Mikro-LED, sein. Eine pLED verfügt über ein nur sehr dünnes Substrat oder gar kein Substrat, was es ermöglicht, sie mit kleinen lateralen Ausdeh nungen herzustellen. Beispielsweise kann die Kantenlänge, d. h. die laterale Ausdehnung, einer pLED in einem Bereich von 5 pm bis 60 pm liegen. Die Dicke einer pLED kann beispielsweise in einem Bereich von 2 pm bis 10 pm liegen.
Um das Abtrennen der ersten optoelektronischen Halbleiterbau elemente mit Hilfe der Laserstrahlung zu erleichtern und außer- dem Sollbruchstellen vorzugeben, können Bereiche des ersten Halbleiterwafers zwischen benachbarten ersten optoelektroni schen Halbleiterbauelementen zuvor gedünnt werden, beispiels weise durch Anwendung geeigneter Ätzverfahren. Alternativ oder zusätzlich kann die Rückseite des ersten Halbleiterwafers ge- ätzt werden. Auf dem Träger können Lotdepots (englisch: solder bumps ) plat ziert werden, welche vor dem Trennen der ersten optoelektroni schen Halbleiterbauelemente von dem ersten Halbleiterwafer er- hitzt werden, beispielsweise auf eine Temperatur, die der Schmelztemperatur des Lotmaterial entspricht oder größer als die Schmelztemperatur ist. Die ersten optoelektronischen Halb leiterbauelemente werden dann in das flüssige Lotmaterial der Lotdepots „geschossen". Nach dem Erstarren des Lotmaterials sind die ersten optoelektronischen Halbleiterbauelemente durch das Lotmaterial mechanisch an dem Träger befestigt. Die Lotdepots können ein geeignetes Lotmaterial enthalten, zum Beispiel Sn, In, Auln oder NiSn. Aufgrund der Oberflächenspannung können die Lotdepots die opto elektronischen Halbleiterbauelemente nach deren Landung selbst justierend verschieben.
Die ersten optoelektronischen Halbleiterbauelemente können je- weils Kontaktflächen aufweisen, beispielsweise Anoden- und Ka- thoden-Kontaktflächen, die zum elektrischen Kontaktieren der optoelektronischen Halbleiterbauelemente von außerhalb der optoelektronischen Halbleiterbauelemente ausgebildet sind. Der erste Halbleiterwafer kann derart über dem Träger angeordnet werden, dass die Kontaktflächen zu dem Träger weisen. Nach dem Vereinzeln fallen die ersten optoelektronischen Halbleiterbau elemente mit ihren Kontaktflächen auf die Lotdepots. Die Lot depots verbinden die Kontaktflächen mechanisch mit dem Träger und koppeln die optoelektronischen Halbleiterbauelemente außer- dem elektrisch an den Träger bzw. an in dem Träger enthaltene Bauelemente .
Der Träger kann eine Verdrahtungsschicht aufweisen, an welche die auf den Träger gefallenen ersten optoelektronischen Halb- leiterbauelemente beispielsweise über die Lotdepots elektrisch gekoppelt werden. Die Verdrahtungsschicht kann die ersten opto elektronischen Halbleiterbauelemente an in den Träger inte grierte aktive und/oder passive Bauelemente koppeln. Nach dem Anordnen des ersten Halbleiterwafers über dem Träger kann ein Unterdrück bzw. Vakuum in einem Raum zwischen dem ersten Halbleiterwafer und dem Träger erzeugt werden. Der Un terdrück bewirkt eine Kraft auf den ersten Halbleiterwafers in Richtung des Trägers. Der Unterdrück kann beispielsweise mit einer Pumpe, insbesondere einer Vakuumpumpe, erzeugt werden. Der Unterdrück ermöglicht es, den ersten Halbleiterwafer in einem nur sehr geringen Abstand oberhalb des Trägers anzuordnen. Weiterhin können die von dem fokussierten Laserstrahl „abge schossenen" ersten optoelektronischen Halbleiterbauelemente aufgrund des Vakuums ohne Luftwiderstand auf den Träger fallen, wodurch ein möglicherweise durch den Luftwiderstand bewirktes Verkippen der optoelektronischen Halbleiterbauelemente unter bunden wird. Der Träger kann Durchgangslöcher aufweisen, durch die Luft aus dem Raum zwischen dem ersten Halbleiterwafer und dem Träger zum Erzeugen des Unterdrucks gepumpt wird. Die Durchgangslöcher können sich von einer ersten Hauptoberfläche des Trägers bis zu einer der ersten Hauptoberfläche gegenüberliegenden zweiten Hauptoberfläche des Trägers erstrecken.
Der Träger kann Stützpfeiler und/oder Stützwände aufweisen, auf die der erste Halbleiterwafer gelegt wird, bevor die ersten optoelektronischen Halbleiterbauelemente mittels des fokussier- ten Laserstrahls von dem ersten Halbleiterwafer gelöst werden. Die Stützpfeiler bzw. -wände bieten den Vorteil, dass sie einen definierten Abstand des ersten Halbleiterwafers von dem Träger schaffen. Beispielsweise kann der Abstand im Bereich von 10 pm bis 50 pm liegen. Der Abstand kann in Abhängigkeit von der Größe der optoelektronischen Halbleiterbauelemente und/oder der Größe der Kontaktflächen gewählt werden und kann entsprechend opti miert werden.
Gemäß einer Ausgestaltung wird ein zweiter Halbleiterwafer be- reitgestellt, der eine Vielzahl von zweiten optoelektronischen Halbleiterbauelementen aufweist. Der zweite Halbleiterwafer wird über dem Träger angeordnet und mehrere der zweiten opto elektronischen Halbleiterbauelemente werden mittels eines fo kussierten Laserstrahls, insbesondere eines Laserpulses, von dem zweiten Halbleiterwafer getrennt. Die aus dem Waferverbund gelösten zweiten optoelektronischen Halbleiterbauelemente fal len auf den Träger und werden an dem Träger befestigt.
Der zweite Halbleiterwafer sowie die in dem zweiten Halbleiter- wafer enthaltenen zweiten optoelektronischen Halbleiterbauele mente können die oben beschriebenen Ausgestaltungen des ersten Halbleiterwafers bzw. der ersten optoelektronischen Halbleiter bauelemente aufweisen. Ferner können weitere Halbleiterwafer bereitgestellt werden, die weitere optoelektronische oder anders ausgestaltete Halb leiterbauelemente enthalten, die mit Hilfe des beschriebenen Verfahrens vereinzelt und an dem Träger befestigt werden. Die verschiedenen Halbleiterwafer können nacheinander über dem Trä- ger angeordnet werden und ihre Halbleiterbauelemente können an den jeweils gewünschten Stellen an dem Träger angebracht werden.
Die ersten optoelektronischen Halbleiterbauelemente können dazu ausgebildet sein, Licht einer ersten Farbe zu emittieren und die zweiten optoelektronischen Halbleiterbauelemente können dazu ausgebildet sein, Licht einer zweiten Farbe zu emittieren, wobei die erste und die zweite Farbe unterschiedliche Farben sind. Falls dritte optoelektronische Halbleiterbauelemente vor gesehen sind, die einem dritten Halbleiterwafer entnommen wer- den, können diese dazu ausgebildet sein, Licht einer dritten Farbe zu emittieren. Beispielsweise können die drei Farben die Grundfarben Rot, Grün und Blau sein.
Optoelektronische Halbleiterbauelemente, welche Licht der Far- ben Rot, Grün und Blau emittieren, können jeweils nebeneinander auf dem Träger platziert werden. Drei nebeneinander platzierte optoelektronische Halbleiterbauelemente mit den Farben Rot, Grün und Blau können ein Pixel bilden. Mehrere Pixel können beispielsweise in einer Matrix aus Zeilen und Spalten angeordnet sein.
Der Träger, an dem die optoelektronischen Halbleiterbauelemente befestigt werden, kann ein weiterer Halbleiterwafer sein. Wie vorstehend beschrieben kann der als Träger genutzte Halbleiter- wafer eine Verdrahtungsschicht sowie in den Halbleiterwafer in tegrierte aktive und/oder passive Bauelemente enthalten. Bei spielsweise kann der Halbleiterwafer Dünnschichttransistoren (englisch: thin-film transistor, TFT) umfassen, die zur Ansteu erung der optoelektronischen Halbleiterbauelemente dienen.
Anstelle eines Halbleiterwafers kann auch ein anders ausgestal tetes Substrat als Träger verwendet werden.
Der Träger muss nicht wie typische Halbleiterwafer kreisrund sein, sondern kann beispielsweise rechteckig sein oder eine andere geeignete Grundform aufweisen.
Die mit dem hier beschriebenen Verfahren hergestellte opto elektronische Leuchtvorrichtung kann ein Display, d. h. ein optisches Anzeigegerät, sein.
Weiterhin kann die optoelektronische Leuchtvorrichtung bei spielsweise in Videowänden, RGB-Displays oder Anzeigetafeln verwendet werden. Ferner kann die optoelektronische Leuchtvor- richtung in Fahrzeuganwendungen eingesetzt werden. Beispiels weise kann die optoelektronische Leuchtvorrichtung in Displays, insbesondere im Armaturenbrett, von Fahrzeugen integriert wer den .
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigen schematisch:
Fig . 1 einen Halbleiterwafer mit mehreren opto- elektronischen Halbleiterbauelementen;
Fig. 2A bis 2C Verfahrensschritte zur Herstellung eines
Trägers für eine optoelektronische Leucht vorrichtung; und
Fig. 3A und 3B Verfahrensschritte zur Herstellung einer optoelektronischen Leuchtvorrichtung mit Hilfe des Halbleiterwafers aus Fig. 1 und des Trägers aus Fig. 2C.
In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die bei gefügten Zeichnungen Bezug genommen, die einen Teil dieser Be schreibung bilden und in denen zur Veranschaulichung spezifi sche Ausführungsbeispiele gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeübt werden kann. Da Komponenten von Ausführungsbeispielen in einer Anzahl verschiedener Orientierungen positioniert wer den können, dient die Richtungsterminologie zur Veranschauli chung und ist auf keinerlei Weise einschränkend. Es versteht sich, dass andere Ausführungsbeispiele benutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang abzuweichen. Es versteht sich, dass die Merk male der hierin beschriebenen verschiedenen Ausführungsbei spiele miteinander kombiniert werden können, sofern nicht spe zifisch anders angegeben. Die folgende ausführliche Beschrei bung ist deshalb nicht in einschränkendem Sinne aufzufassen. In den Figuren sind identische oder ähnliche Elemente mit identi schen Bezugszeichen versehen, soweit dies zweckmäßig ist.
Fig. 1 zeigt einen Abschnitt eines Halbleiterwafers 10 im Quer- schnitt mit einer Vielzahl von optoelektronischen Halbleiter bauelementen, die in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel als LEDs 11, insbesondere als pLEDs, ausgebildet sind. In Fig. 1 sind beispielhaft zwei LEDs 11 dargestellt. Die LEDs 11 befinden sich in Fig. 1 im Waferverbund des Halbleiterwafers 10, auf dem die LEDs 11 gewachsen sind.
Der Halbleiterwafer 10 ist in dem vorliegenden Ausführungsbei spiel ein Saphirwafer, auf dem die LEDs 11 in einer Flip-Chip- Konfiguration hergestellt werden, d. h. , die LEDs 11 können in einem späteren Verfahrensschritt direkt mit ihren Kontaktflä chen bzw. Kontaktpads 12 auf einen Träger montiert werden, ohne dass weitere Anschlussdrähte, insbesondere Bonddrähte, zur Kon taktierung erforderlich wären. Der Halbleiterwafer 11 umfasst u. a. eine Saphirschicht 13, d. h. eine Schicht aus AI2O3, und eine Schicht 14 aus GaN. Die GaN- Schicht 14 wird zwischen benachbarten LEDs 11 bis auf die Sa phirschicht 13 heruntergeätzt. Anschließend wird die GaN- Schicht 14 mit einer Passivierungsschicht 15 überzogen, wobei die Kontaktpads 12 der LEDs 11 ausgespart bleiben. Die Kontakt pads 12 sind in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel aus Gold gefertigt und dienen zur elektrischen Kontaktierung der p- bzw. n-Anschlüsse der jeweiligen LED 11. In einem weiteren Verfahrensschritt wird die Rückseite des Halb leiterwafers 11, d. h. die Saphirschicht 13, ausreichend gedünnt und poliert.
Fig. 2 zeigt einen Querschnitt eines Siliziumwafers 20, der als Träger für die LEDs 11 dienen soll. In den Siliziumwafer 20 können aktive und/oder passive Bauelemente integriert sein, die in Fig . 2A nicht dargestellt sind. Ferner kann der Siliziumwafer 20 über eine oder mehrere ebenfalls in Fig. 2A nicht darge stellte Verdrahtungsschicht (en) verfügen.
In die Rückseite des Siliziumwafers 20 werden zunächst als Sack löcher ausgebildete Löcher 21 geätzt, wobei die Löcher 21 nur einen geringen Anteil der Rückseite des Siliziumwafers 20 be anspruchen .
In dem nächsten Verfahrensschritt, der in Fig. 2B dargestellt ist, wird die Vorderseite des Siliziumwafers 20 geätzt. Dabei bleiben jedoch der Randbereich 22 und Stützpfeiler 23 oder Stützwände stehen. Beispielhaft ist in Fig. 2B einer der Stütz- pfeiler 23 dargestellt. Die Funktion der Stützpfeiler 23 wird weiter unten erläutert .
Die Vorderseite des Siliziumwafers 20 wird so weit geätzt, dass die Löcher 20 an der Vorderseite freigelegt werden und außerdem der Randbereich 22 sowie die Stützpfeiler 20 eine definierte Höhe, beispielsweise 20 gm, aufweisen. Die Löcher 20 werden folglich in dem in Fig. 2B dargestellten Verfahrensschritt zu Durchgangslöchern ausgebildet. Die Stützpfeiler 20 beanspruchen nur einen geringen Anteil der Vorderseite des Siliziumwafers 20.
In dem nächsten, in Fig. 2C dargestellten Verfahrensschritt werden eine Passivierungsschicht 24 aus Si02 sowie Lotdepots 25 auf die Vorderseite des Siliziumwafers 20 aufgebracht. Die Lot- depots 25 werden auf Kontaktflächen des Siliziumwafers 20 plat ziert .
Fig. 3A und 3B zeigen schematisch die Herstellung einer opto elektronischen Leuchtvorrichtung in der Form zumindest eines Teils eines Displays aus dem in Fig . 1 dargestellten Halbleiter wafer 10 und dem in Fig. 2C dargestellten Siliziumwafer 20.
Der Halbleiterwafer 10 bzw. die Saphirschicht 13 des Halbleiter- wafers 10 wird derart auf den Randbereich 22 und/oder die Stütz pfeiler 23 des Siliziumwafers 20 gelegt, dass die Kontaktpads 12 der LEDs 11 in Richtung des Siliziumwafers 20 weisen. Durch die vorgegebene Höhe des Randbereichs 22 und der Stützpfeiler 23 kann der Abstand zwischen den in den Halbleiterwafer 10 integrierten LEDs 11 und dem Siliziumwafer 20 genau vorgegeben werden .
Nach dem Auflegen des Halbleiterwafers 10 auf den Randbereich 22 und/oder die Stützpfeiler 23 des Siliziumwafers 20 wird ent- weder die gesamte Kammer, in der sich der Halbleiterwafer 10 und der Siliziumwafer 20 befinden, evakuiert oder es wird le diglich ein Unterdrück in dem Raum zwischen dem Halbleiterwafer 10 und dem Siliziumwafer 20 erzeugt, indem Luft durch die Löcher 21 in dem Siliziumwafer 20 mittels einer Pumpe abgesaugt wird. Der Unterdrück bewirkt eine Kraft auf den Halbleiterwafer 10 in Richtung des Siliziumwafers 20. Die Stützpfeiler 23 verhindern ein Durchbiegen der Halbleiterwafers 10. Ferner werden die Kon taktpads 12 der LEDs 11 während der späteren Erhitzung nicht oxidiert und es werden Verkippungen der separierten LEDs 11 aufgrund von Turbulenzen während des Flugs vermieden. Falls die gesamte Kammer evakuiert wird, beispielsweise aufgrund einer mangelnden Steifigkeit des Halbleiterwafers 10, können der Halb leiterwafer 10 und der Siliziumwafer 20 mittels einer Klemmung arretiert werden.
Zumindest der Siliziumwafer 20 wird anschließend auf die Schmelztemperatur des Lotmaterials erhitzt, so dass die Lotde pots 25 sich in einem flüssigen Zustand befinden. Der Halbleiterwafer 10 ist derart über dem Siliziumwafer 20 in lateraler Richtung positioniert, dass sich bestimmte LEDs 11 direkt oberhalb einer gewünschten Positionierung auf dem Sili ziumwafer 20 befinden. Mittels eines fokussierten Laserpulses 30 werden diese LEDs 11 nacheinander selektiv „abgeschossen" und fallen bedingt durch die Schwerkraft auf den Siliziumwafer 20. Durch den Laserpuls 30 wird insbesondere die Epitaxieschicht der jeweiligen LEDs 11 erhitzt, wodurch die LEDs 11 bzw. LED- Chips aus dem Waferverbund gelöst werden.
Die „abgeschossenen" LEDs 11 landen mit ihren Kontaktpads 12 auf den jeweiligen Lotdepots 25. Die Oberflächenspannung der flüssigen Lotdepots 25 bewirkt, falls erforderlich, eine Ver schiebung der LEDs 11 nach der Landung in eine gewünschte Po- sition.
Aufgrund der kurzen Flugstrecke, des Vakuums und des flüssigen Lotmaterials bleiben die vereinzelten LEDs 11 auf dem Silizi umwafer 20 kleben bzw. werden mittels ihrer kinetischen Energie gleich in das flüssige Lotmaterial verpresst.
Anschließend erstarrt das Lotmaterial. Durch das erstarrte Lot material sind die LEDs 11 mechanisch an dem als Träger dienenden Siliziumwafer 20 befestigt. Außerdem bewirkt das Lotmaterial eine elektrische Kopplung der LEDs 11 an die in den Silizium wafer 20 integrierten aktiven und/oder passiven Bauelemente.
Nach dem selektiven Setzen der LEDs 11 können in gleicher Weise LEDs 31 auf dem Siliziumwafer 20 platziert werden. Die LEDs 11 und 31 können Licht mit unterschiedlichen Farben emittieren. Wie in Fig . 3B gezeigt ist, können die LEDs 31 in einen zweiten Halbleiterwafer 32 integriert sein, der genauso wie zuvor der erste Halbleiterwafer 10 oberhalb des Siliziumwafers 20 ange ordnet wird, um die LEDs 31 an den gewünschten Stellen mittels eines fokussierten Laserpulses 30 separieren und auf dem Sili ziumwafer 20 platzieren zu können.
Das beschriebene Verfahren ermöglicht es, LEDs, welche die Grundfarben Rot, Grün und Blau emittieren, nacheinander an dem als Träger dienenden Siliziumwafer 20 zu befestigen. Rotes Licht emittierende LEDs könnten aus dem Waferverbund beispielsweise mittels eines Infrarot (IR) -Lasers und einer absorbierenden GalnNAs-Schicht gelöst werden. Andererseits könnte auch GaN, sobald verfügbar, für rotes Licht emittierende LEDs verwendet werden .
BEZUGSZEICHENLISTE
10 Halbleiterwafer
11 LED
12 Kontaktpad
13 SaphirSchicht
14 GaN-Schicht
15 PassivierungsSchicht 20 Siliziumwafer
21 Loch
22 Randbereich
23 Stützpfeiler
24 PassivierungsSchicht
25 Lotdepot
30 Laserpuls
31 LED
32 Halbleiterwafer

Claims

ANSPRÜCHE
1. Verfahren zur Herstellung einer optoelektronischen Leuchtvorrichtung, wobei
ein erster Halbleiterwafer (10) bereitgestellt wird, der eine Vielzahl von ersten optoelektronischen Halblei terbauelementen (11) aufweist,
der erste Halbleiterwafer (10) über einem Träger (20) angeordnet wird,
mehrere der ersten optoelektronischen Halbleiterbau elemente (11) mittels einer Laserstrahlung (30) von dem ersten Halbleiterwafer (10) getrennt werden und auf den Träger (20) fallen, und
die von dem ersten Halbleiterwafer (10) getrennten ersten optoelektronischen Halbleiterbauelemente (11) an dem Träger (20) befestigt werden,
wobei Bereiche des ersten Halbleiterwafers (10) zwi schen benachbarten ersten optoelektronischen Halbleiter bauelementen (11) gedünnt werden, bevor die ersten opto elektronischen Halbleiterbauelemente (11) mittels der La serstrahlung (30) von dem ersten Halbleiterwafer (10) getrennt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die ersten optoelektro nischen Halbleiterbauelemente pLEDs (11) sind.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei auf dem Träger (20) Lotdepots (25) platziert werden, wel che vor dem Trennen der ersten optoelektronischen Halb- leiterbauelemente (11) von dem ersten Halbleiterwafer (10) erhitzt werden und welche die auf den Träger (20) gefal lenen ersten optoelektronischen Halbleiterbauelemente (11) an dem Träger (20) befestigen.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die ersten optoelektro nischen Halbleiterbauelemente (11) jeweils Kontaktflächen (12) aufweisen und der erste Halbleiterwafer (10) derart über dem Träger (20) angeordnet wird, dass die Kontakt- flächen (12) zu dem Träger (20) weisen, und wobei die
Lotdepots (25) die Kontaktflächen (12) der auf den Träger (20) gefallenen ersten optoelektronischen Halbleiterbau elemente (11) mit dem Träger (20) verbinden.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Träger (20) eine Verdrahtungsschicht aufweist, an wel che die auf den Träger (20) gefallenen ersten optoelekt ronischen Halbleiterbauelemente (11) elektrisch gekoppelt werden .
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei nach dem Anordnen des ersten Halbleiterwafers (10) über dem Träger (20) ein Unterdrück in einem Raum zwischen dem ersten Halbleiterwafer (10) und dem Träger (20) erzeugt wird .
7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Träger (20) Durch gangslöcher (21) aufweist, durch die Luft aus dem Raum zwischen dem ersten Halbleiterwafer (10) und dem Träger (20) zum Erzeugen des Unterdrucks gepumpt wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Träger (20) Stützpfeiler (23) und/oder Stützwände auf weist, auf die der erste Halbleiterwafer (10) gelegt wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein zweiter Halbleiterwafer (32) bereitgestellt wird, der eine Vielzahl von zweiten optoelektronischen Halblei terbauelementen (31) aufweist, der zweite Halbleiterwafer (32) über dem Träger (20) angeordnet wird,
mehrere der zweiten optoelektronischen Halbleiterbau elemente (31) mittels einer Laserstrahlung (30) von dem zweiten Halbleiterwafer (32) getrennt werden und auf den
Träger (20) fallen, und
die von dem zweiten Halbleiterwafer (32) getrennten zweiten optoelektronischen Halbleiterbauelemente (31) an dem Träger (20) befestigt werden.
10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die ersten optoelektro nischen Halbleiterbauelemente (11) dazu ausgebildet sind, Licht einer ersten Farbe zu emittieren, und die zweiten optoelektronischen Halbleiterbauelemente (31) dazu ausge- bildet sind, Licht einer zweiten Farbe zu emittieren.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Träger ein weiterer Halbleiterwafer (20) ist.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die optoelektronische Leuchtvorrichtung ein Display ist.
13. Verfahren zur Herstellung einer optoelektronischen Leuchtvorrichtung, wobei
ein erster Halbleiterwafer (10) bereitgestellt wird, der eine Vielzahl von ersten optoelektronischen Halblei terbauelementen (11) aufweist,
der erste Halbleiterwafer (10) über einem Träger (20) angeordnet wird,
mehrere der ersten optoelektronischen Halbleiterbau elemente (11) mittels einer Laserstrahlung (30) von dem ersten Halbleiterwafer (10) getrennt werden und auf den Träger (20) fallen, und die von dem ersten Halbleiterwafer (10) getrennten ersten optoelektronischen Halbleiterbauelemente (11) an dem Träger (20) befestigt werden,
wobei nach dem Anordnen des ersten Halbleiterwafers (10) über dem Träger (20) ein Unterdrück in einem Raum zwischen dem ersten Halbleiterwafer (10) und dem Träger (20) erzeugt wird, und
wobei der Träger (20) Durchgangslöcher (21) aufweist, durch die Luft aus dem Raum zwischen dem ersten Halb- leiterwafer (10) und dem Träger (20) zum Erzeugen des
Unterdrucks gepumpt wird.
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