DE102017129326B4 - Verfahren zur Herstellung von Halbleiterlichtquellen - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Herstellung von Halbleiterlichtquellen (1) mit den Schritten:A) Wachsen einer Vielzahl von Halbleitersäulen (3) an einer Aufwachsfläche (20) zumindest eines Aufwachssubstrats (2), wobei die Halbleitersäulen (3) zur Strahlungserzeugung eingerichtet sind,B) Einprägen der fertig gewachsenen Halbleitersäulen (3) in eine Prägematrix (4), sodass zumindest Seitenflächen (35) der Halbleitersäulen (3) unmittelbar von einem Material der Prägematrix (4) umschlossen werden, undC) Ablösen der Halbleitersäulen (3) von dem zumindest einen Aufwachssubstrat (2) nach dem Einprägen in die Prägematrix (4), wobei die Prägematrix (4) die Halbleitersäulen (3) beim Ablösen festhält, wobei die Prägematrix (4) im Schritt B) in Form mehrerer Inseln über die Aufwachsfläche (20) hinweg verteilt vorliegt und in einem Schritt D) nach dem Schritt C) die Inseln von einem Vergussmaterial (7) umgossen werden, so dass aus dem Vergussmaterial (7) zusammen mit den die Halbleitersäulen (3) umfassenden Inseln der Prägematrix (4) Kunstwafer (77) gebildet werden, und wobei in einem Schritt E) nach dem Schritt D) mehrere der Kunstwafer (77) übereinander gestapelt angeordnet werden.

Description

  • Es wird ein Verfahren zur Herstellung von Halbleiterlichtquellen angegeben.
  • Die US 2005 0 158 989 A1 offenbart ein Verfahren zur Formung von Vias, bei dem eine Isolierschicht auf einer ersten Verdrahtungsschicht platziert wird, Öffnungen in der Isolierschicht erzeugt werden und eine zweite Verdrahtungsschicht auf der Isolierschicht geformt wird, wobei während des Erzeugens der Öffnungen die Isolierschicht mit einem Laserstrahlbündel bestrahlt wird, dessen Fokus versetzt ist.
  • Die US 2015 0 008 456 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines mikroelektronischen Bauteiles, das eine Vielzahl von Leuchtdioden umfasst, die jeweils stabartig mit Abmessungen im Nanometer- oder Mikrometerbereich ausgebildet sind. Das Verfahren umfasst die Schritte Aufwachsen der stabartigen Leuchtdioden auf einem Aufwachssubstrat, Formen mindestens einer dielektrischen Schicht auf einem Transfersubstrat und Penetration der dielektrischen Schicht durch die stabartigen Leuchtdioden.
  • Die US 2008 0 081 400 A1 offenbart ein Transferverfahren für Bauteile mit den Schritten: Einbetten von Bauteilen, die auf einem ersten Substrat angeordnet sind, in einer druckempfindlichen, adhäsiven Schicht, die auf einem zweiten Substrat angeordnet ist, und Abziehen der Bauteile von dem ersten Substrat, so dass die Bauteile in der druckempfindlichen, adhäsiven Schicht eingebettet bleiben.
  • Eine zu lösende Aufgabe liegt darin, ein Verfahren anzugeben, mit dem Halbleiterlichtquellen effizient herstellbar sind.
  • Diese Aufgabe wird unter anderem durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der übrigen Ansprüche.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform dient das Verfahren zur Herstellung von Halbleiterlichtquellen. Das heißt, mit dem Verfahren wird eine oder werden mehrere Halbleiterlichtquellen hergestellt. Bei den Halbleiterlichtquellen kann es sich um einzelne Bildpunkte für ein Display handeln, das aus einer Vielzahl solcher Bildpunkte und damit aus einer Vielzahl solcher Halbleiterquellen zusammengesetzt wird. Alternativ ist es möglich, dass es sich bei der Halbleiterlichtquelle selbst bereits um eine Anzeigevorrichtung handelt, die eine Vielzahl von Bildpunkten aufweist.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Verfahren den Schritt des Wachsens einer Vielzahl von Halbleitersäulen an einer Aufwachsfläche zumindest eines Aufwachssubstrats auf. Bei dem Aufwachssubstrat handelt es sich beispielsweise um einen Saphirwafer oder um ein Substrat aus einem Halbleitermaterial wie Silizium, Germanium, GaN oder GaAs. Auf einem bestimmten Aufwachssubstrat wird bevorzugt lediglich eine Sorte von Halbleitersäulen aufgewachsen, sodass sich bestimmungsgemäß im Rahmen der Herstellungstoleranzen die Halbleitersäulen auf diesem bestimmten Aufwachssubstrat untereinander nicht oder nicht signifikant voneinander unterscheiden. Die Halbleitersäulen basieren bevorzugt auf einem Halbleitermaterial.
  • Bei dem Halbleitermaterial handelt es sich zum Beispiel um ein Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial wie AlnIn1-n-mGamN oder um ein Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial wie AlnIn1-n-mGamP oder auch um ein Arsenid-Verbindungshalbleitermaterial wie AlnIn1-n-mGamAs oder wie AlnGamIn1-n-mAskP1-k, wobei jeweils 0 ≤ n ≤ 1, 0 ≤ m ≤ 1 und n + m ≤ 1 sowie 0 ≤ k < 1 ist. Bevorzugt gilt dabei für zumindest eine Schicht oder für alle Schichten der Halbleiterschichtenfolge 0 < n ≤ 0,8, 0,4 ≤ m < 1 und n + m ≤ 0,95 sowie 0 < k ≤ 0,5. Dabei kann die Halbleiterschichtenfolge Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen. Der Einfachheit halber sind jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters der Halbleiterschichtenfolge, also Al, As, Ga, In, N oder P, angegeben, auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt und/oder ergänzt sein können.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Halbleitersäulen zur Strahlungserzeugung eingerichtet. Das heißt, in der fertigen Halbleiterlichtquelle wird im Betrieb in und/oder an den Halbleitersäulen eine Strahlung erzeugt, beispielsweise nahultraviolette Strahlung oder sichtbares Licht wie blaues Licht, grünes Licht und/oder rotes Licht oder auch nahinfrarote Strahlung. Das heißt, die Halbleiterlichtquelle weist als eigentliche Lichtquelle die Halbleitersäulen, insbesondere ausschließlich die Halbleitersäulen, auf.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die Halbleitersäulen lediglich kleine geometrische Abmessungen auf. Dies kann bedeuten, dass ein mittlerer Durchmesser der Halbleitersäulen, insbesondere in Draufsicht auf die Aufwachsfläche des Aufwachssubstrats gesehen, bei mindestens 50 nm oder 100 nm oder 200 nm und/oder bei höchstens 5 µm oder 2 µm oder 1 µm liegt. Alternativ oder zusätzlich weisen die Halbleitersäulen eine Höhe oder mittlere Höhe auf, die größer ist als der mittlere Durchmesser. Beispielsweise liegt die mittlere Höhe der Halbleitersäulen bei mindestens dem Doppelten oder 5-Fachen und/oder bei höchstens dem 20-Fachen oder 10-Fachen des mittleren Durchmessers. Die Halbleitersäulen können einen Kern-Schale-Aufbau aufweisen oder einen Schichtaufbau mit in Richtung weg von der Aufwachsfläche aufeinanderfolgenden Halbleiterschichten.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt des Einprägens der fertig gewachsenen Halbleitersäulen in eine Prägematrix. Zumindest Seitenflächen der Halbleitersäulen sind unmittelbar von einem Material der Prägematrix umschlossen, insbesondere formschlüssig. Beim Einprägen sind bevorzugt auch dem Aufwachssubstrat abgewandte Bereiche der Halbleitersäulen wie Spitzen der Halbleitersäulen unmittelbar von dem Material der Prägematrix umschlossen. Beim Einprägen in die Prägematrix findet bevorzugt keine oder keine signifikante Änderung einer Geometrie der einzuprägenden Halbleitersäulen statt.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt des Ablösens der Halbleitersäulen von dem zumindest einen Aufwachssubstrat. Dieses Ablösen erfolgt nach dem Einprägen der Halbleitersäulen in die Prägematrix. Beim Ablösen hält die Prägematrix die Halbleitersäulen fest. Dies kann bedeuten, dass die Halbleitersäulen mechanisch in der Prägematrix durch diese fixiert sind und dass bei einer Bewegung der Prägematrix relativ zum Aufwachssubstrat die Halbleitersäulen nahe an oder direkt an der Aufwachsfläche abbrechen und in der Prägematrix verbleiben.
  • Beim Ablösen bleiben die Stellen der Halbleitersäulen, die ehemals mit der Aufwachsfläche verbunden waren, besonders bevorzugt frei von dem Material der Prägematrix. Weiterhin ist die Prägmatrix beim Ablösen der Halbleitersäulen bevorzugt ein fester Körper, der sich beim Ablösen nicht oder nicht signifikant verformt.
  • In mindestens einer Ausführungsform dient das Verfahren zur Herstellung von Halbleiterlichtquellen und umfasst die folgenden Schritte, bevorzugt in der angegebene Reihenfolge:
    1. A) Wachsen einer Vielzahl von Halbleitersäulen an einer Aufwachsfläche zumindest eines Aufwachssubstrats, wobei die Halbleitersäulen zur Strahlungserzeugung eingerichtet sind,
    2. B) Einprägen der fertig gewachsenen Halbleitersäulen in eine Prägematrix, sodass zumindest Seitenflächen der Halbleitersäulen unmittelbar von einem Material der Prägematrix umschlossen werden, und
    3. C) Ablösen der Halbleitersäulen von dem zumindest einen Aufwachssubstrat nach dem Einprägen in die Prägematrix, wobei die Prägematrix die Halbleitersäulen beim Ablösen festhält.
  • Mit dem hier beschriebenen Verfahren ist es möglich, ein sogenannte Mikro-Display mit Pixelgrößen im Bereich um 1 µm herzustellen. Dazu werden bevorzugt mehrere Transferprozesse von mehreren LED-Wafern mit verschiedenen Emissionswellenlängen verwendet, um die Halbleiterlichtquelle sequentiell aufzubauen. Die Einzelpixel sind bevorzugt aus Mikrosäulen-LEDs gebildet, wobei eine lichtaktive Schicht, also eine aktive Zone, eine Umhüllung eines Halbleiterkernbereichs bilden kann und dann nicht planar gestaltet ist. Die räumliche Anordnung der Halbleitersäulen erlaubt gegenüber einer planen Chiptechnologie zusätzliche Gestaltungsmöglichkeiten, beispielsweise hinsichtlich der Abstrahlcharakteristik. Die Halbleitersäulen werden bevorzugt auf einem aktiven Steuerelement montiert. Geometrien von Durchkontaktierungen und elektrischen Anschlüssen können in entsprechenden Dimensionen ausgelegt und hergestellt werden.
  • Bevorzugt werden drei unterschiedliche Wafer mit Halbleitersäulen zu einem Paneel kombiniert. Dabei kann auf die folgenden Eigenschaften aus dem Bereich der Halbleitersäulentechnologie zurückgegriffen werden:
    • - Die dreidimensionalen Strukturen, also die Halbleitersäulen, werden auf dem Aufwachssubstrat beabstandet voneinander erzeugt.
    • - Ein Zielwafer weist beabstandete RGB-Zellen auf, wobei ein Abstand der RGB-Zellen voneinander viel größer sein kann als ein Abstand der einzelnen Halbleitersäulen innerhalb einer RGB-Zelle. RGB steht für rot-grün-blau.
    • - Der Zielwafer kann Übertragungsstrukturen aufweisen, insbesondere gebildet durch die Prägematrix, wobei die Übertragungsstrukturen inselförmig gestaltet sein können.
    • - Das Prinzip der Übertragungsstrukturen kann auch zum Übertragen von Konverterstrukturen auf bevorzugt nahultraviolett emittierende Halbleitersäulen verwendet werden. Die Konverterstrukturen sind zur teilweisen oder, bevorzugt, vollständigen Absorption einer Primärstrahlung der Halbleitersäulen und zur Umwandlung in eine langwelligere Sekundärstrahlung im sichtbaren Spektralbereich eingerichtet.
    • - Das Übertragen der Halbleitersäulen von dem Aufwachssubstrat auf den Zielwafer kann mit wechselseitigen Orientierungen und/oder in mehreren Pixellagen erfolgen.
    • - Die bevorzugt mehreren Aufwachssubstrate werden nach und nach abgeerntet und können mehrfach verwendet werden. Dabei kann eine Passivierungsmaske auf der Aufwachsfläche versetzt aufgebracht werden.
    • - Es werden bevorzugt Aufwachssubstrate mit Halbleitersäulen, die zur Emission unterschiedlicher Farben eingerichtet sind, miteinander kombiniert. Die Farben ergeben sich aus den unterschiedlichen Materialzusammensetzungen der Halbleitersäulen während einer Epitaxie.
    • - Die Halbleitersäulen können mit vergleichsweise kleinen elektrischen Durchkontaktierungen, auch als Vias bezeichnet, elektrisch angeschlossen werden. Ein mittlerer Durchmesser solcher elektrischer Durchkontaktierungen liegt bevorzugt bei mindestens 0,5 µm oder 1 µm oder 3 µm und/oder bei höchstens 25 µm oder 15 µm oder 10 µm.
    • - Auf einem Träger mit einer Ansteuerelektronik für die Halbleitersäulen können strukturierte Polymerstifte, beispielsweise gebildet aus einem belichteten Fotolack mit einer metallischen Beschichtung, angebracht werden.
  • Somit ist es möglich, LED-Pixel mit Größen insbesondere im Bereich von 100 nm bis 5 µm zu erzeugen. Trennverluste bei einem ansonsten erforderlichen Vereinzeln der Aufwachssubstrate sind vermeidbar. Die Aufwachssubstrate können wiederverwendet werden, nachdem die Halbleitersäulen abgeerntet wurden. Es ist eine einfache Verkapselung der Halbleitersäulen ermöglicht.
  • Die hier beschriebenen Halbleiterlichtquellen können beispielsweise in Videowänden, auch als Videowall bezeichnet, in Videobrillen, in Mikrodisplays oder in Mikroprojektoren eingesetzt werden.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Prägematrix im Schritt B) weicher ist als im Schritt C). Beispielsweise ist die Prägematrix im Schritt C) um mindestens einen Faktor zwei oder fünf oder zehn härter als im Schritt B). Der Begriff Härte kann sich hierbei auf einen Elastizitätsmodul der Prägematrix und/oder auf eine Viskosität und/oder auf eine Shore-Härte der Prägematrix beziehen.
  • Beispielsweise liegt der Elastizitätsmodul im Schritt B) bei mindestens 102 Pa oder 103 Pa. Alternativ oder zusätzlich liegt der Elastizitätsmodul im Schritt B) bei höchstens 107 Pa oder 106 Pa oder 105 Pa. Weiterhin gilt alternativ oder zusätzlich, dass die Viskosität im Schritt B) bei mindestens 103 mPa·s oder 104 mPa·s oder 105 mPa·s liegt und/oder bei höchstens 1013 mPa·s oder 1011 mPa·s oder 109 mPa·s.
  • Der Elastizitätsmodul und die Viskosität können im Herstellungsverfahren insbesondere mittels Temperatur verändert und eingestellt werden. Beispielsweise für PMMA lässt sich die Viskosität im Temperaturbereich zwischen ungefähr 100 °C und 260 °C im Bereich von etwa 102 Pa·s bis 106 Pa·s verändern.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Prägematrix über die Schritte B) und C) hinweg eine unveränderliche Außenkontur auf. Das bedeutet, die Prägematrix bleibt über die Schritte B) und C) hinweg in Draufsicht und/oder im Querschnitt gesehen beispielsweise quadratisch oder rechteckig oder trapezförmig. Es erfolgt somit keine oder keine signifikante Verformung der Prägematrix, insbesondere bezogen auf eine äußere Umrisslinie, in Draufsicht und/oder im Querschnitt gesehen. Das heißt, die Prägematrix kann auch im Schritt B) im Wesentlichen als fester Körper betrachtet werden. Beispielsweise weist die Prägematrix während des Schritts B) eine honigartige oder puddingartige Konsistenz mit vergleichsweiser hoher Viskosität auf. Insbesondere ist das Material der Prägematrix während des Schritts B) nicht oder nicht ohne weiteres fließfähig.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform bedeckt die Prägematrix im Schritt B) nur einen Teil der Aufwachsfläche. Das heißt, die Prägematrix erstreckt sich dann nur über einige Plätze für die Halbleitersäulen an dem Aufwachssubstrat. Somit ist es möglich, dass nur einige der Halbleitersäulen an dem Aufwachssubstrat im Schritt B) in die Prägematrix eingeprägt und damit nachfolgend abgeerntet werden.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden die Halbleitersäulen von dem entsprechenden Aufwachssubstrat in mehreren, nacheinander durchgeführten Schritten B) sukzessive abgeerntet. Das heißt, pro Aufwachssubstrat gesehen wird der Schritt B) mehrfach durchgeführt. Dabei ist es möglich, dass nur die funktionstüchtigen Halbleitersäulen abgeerntet werden, wohingegen beschädigte oder defekte Halbleitersäulen bis zuletzt am Aufwachssubstrat verbleiben. Defekte oder beschädigte Halbleitersäulen können anschließend vor einem Wiederverwenden des Aufwachssubstrats entfernt werden, ohne in eine Prägematrix eingebracht worden zu sein und ohne für Halbleiterlichtquellen verbaut worden zu sein. Ein Funktionstest der Halbleitersäulen an dem Aufwachssubstrat erfolgt zum Beispiel mittels Fotolumineszenz.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden im Schritt A) mehrere Aufwachssubstrate bereitgestellt. Dabei weist jedes der Aufwachssubstrate bevorzugt je nur eine bestimmte Art von Halbleitersäulen zur Erzeugung von Licht einer bestimmten Farbe auf. Die Halbleitersäulen auf verschiedenen Aufwachssubstraten können auf unterschiedlichen Materialsystemen basieren, beispielsweise auf InGaN zur Erzeugung von blauem und grünem Licht und/oder auf AlInGaP zur Erzeugung von rotem Licht. Somit können RGB-Bildpunkte erzielt werden, ohne dass Leuchtstoffe zum Einsatz kommen.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden die Schritte B) und C) mehrmals wiederholt, sodass nacheinander die verschiedenfarbig emittierenden Halbleitersäulen von den verschiedenen Aufwachssubstraten in die Prägematrix eingeprägt werden. Es ist möglich, dass für einen bestimmten Träger ein Abernten mehrmals vom gleichen Aufwachssubstrat erfolgt, speziell falls das Aufwachssubstrat eine kleinere Grundfläche aufweist als der Träger oder ein Zwischenträger, auf den die Halbleitersäulen in den Schritten B) und C) transferiert werden.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden durch die mehrmals wiederholten Schritte B) und C) mehrere Bildpunkte gebildet, die je verschiedenfarbig emittierende Halbleitersäulen umfassen. Bei den Bildpunkten kann es sich um RGB-Bildpunkte mit drei verschiedenen Farben oder um RGGB-Bildpunkte mit zwei grün emittierenden Halbleitersäulen oder auch um lediglich zweifarbig emittierende Bildpunkte wie RB-Bildpunkte oder BY-Bildpunkte handeln, wobei Y für gelbes Licht steht.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen benachbarte Halbleitersäulen innerhalb der Bildpunkte, auch als Pixel bezeichnet, einen kleineren mittleren Abstand zueinander auf als benachbarte Bildpunkte zueinander. Beispielsweise übersteigt der mittlere Abstand zwischen den Bildpunkten den mittleren Abstand zwischen den Halbleitersäulen innerhalb der Bildpunkte um mindestens einen Faktor 2 oder 5 oder 10. Alternativ ist es möglich, dass alle Halbleitersäulen nach dem Abernten über alle Bildpunkte hinweg einen gleichen mittleren Abstand aufweisen und äquidistant angeordnet sind.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Halbleitersäulen allesamt zur Emission von Strahlung der gleichen Wellenlänge eingerichtet. Dabei wird wenigstens einem Teil der Halbleitersäulen zumindest ein Leuchtstoff zur Vollkonversion der Strahlung der zugehörigen Halbleitersäulen nachgeordnet. Das heißt, die fertige Halbleiterlichtquelle kann nur mit einer einzigen Farbe oder Wellenlänge emittierende Halbleitersäulen aufweisen, beispielsweise lediglich blauemittierende Halbleitersäulen oder lediglich nahultraviolett emittierende Halbleitersäulen. Die Vielfarbigkeit der Bildpunkte wird dann über einen oder über mehrere Leuchtstoffe erreicht. Die Leuchtstoffe können in gleicher Weise von verschiedenen Trägern transferiert werden wie die Halbleitersäulen. Das heißt, die Leuchtstoffe können in gleicher Weise wie die Halbleitersäulen in und/oder an die Prägematrix gebracht werden.
  • Erfindungsgemäß liegt die Prägematrix im Schritt B) in Form mehrerer Inseln über die Aufwachsfläche hinweg verteilt vor. Die Prägematrix stellt dann keine zusammenhängende, einstückige Schicht dar. Alternativ ist es möglich, dass die Prägematrix als zusammenhängender Materialbereich gebildet ist, jedoch eine Dickenvariation aufweist. Beispielsweise ist die Prägematrix in dem Bereich, in dem Halbleitersäulen abgeerntet werden sollen, signifikant dicker als in Zwischenbereichen. Auch eine solche Struktur mit Bereichen großen Dicke und mit dazwischenliegenden Bereichen kleiner oder verschwindender Dicke kann vorliegend als inselförmige Struktur verstanden werden.
  • Erfindungsgemäß werden in einem Schritt D) nach dem Schritt C) die Inseln von einem Vergussmaterial umgossen oder umschlossen, auch als Molden bezeichnet. Somit wird aus dem Vergussmaterial zusammen mit der die Halbleitersäulen direkt umfassenden Prägematrix eine zusammenhängende Schicht gebildet. Die Prägematrix zusammen mit dem Vergussmaterial bildet einen Kunstwafer, der folienartig gestaltet sein kann und der optional mechanisch selbsttragend ist. Es ist möglich, dass das Vergussmaterial die Halbleitersäulen nicht berührt.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden, bevorzugt vor dem Schritt B) oder zwischen den Schritten C) und D), die Halbleitersäulen und/oder die Inseln mit den eingeprägten Halbleitersäulen ganzflächig oder nur an in ihrer Mantelflächen mit einer Beschichtung versehen, beispielsweise mit einer Metallbeschichtung. Durch solche Metallummantelungen lässt sich eine effiziente elektrische Kontaktierung und/oder Stromverteilung erzielen. Ferner können durch solche die optischen Eigenschaften, wie eine Reflektivität und/oder eine Abstrahlcharakteristik, eingestellt werden. Die Beschichtung kann zudem mechanisch stabilisierende Eigenschaften haben, sodass die Halbleitersäulen und/oder die Inseln mit den eingeprägten Halbleitersäulen zum Schritt B) oder zum Schritt D) mechanisch weniger anfällig gegenüber Beschädigungen sind.
  • Erfindungsgemäß werden in einem Schritt E) nach dem Schritt D) mehrere der Schichten und/oder Kunstwafer übereinander gestapelt angeordnet. Die einzelnen Kunstwafer können deckungsgleich übereinander angeordnet werden oder sich nur teilweise überlappen. Es ist möglich, dass jeder der Kunstwafer nur Halbleitersäulen für eine bestimmte Farbe oder Strahlung eines bestimmten Spektralbereichs aufweist.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden an dem Vergussmaterial und/oder an den Inseln nach dem Schritt D), optional und bevorzugt vor dem Schritt E), mehrere elektrische Leitungen angebracht. Es können die Halbleitersäulen bevorzugt elektrisch unabhängig voneinander angesteuert werden.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden die Halbleitersäulen im Schritt A) an einer der Aufwachsfläche abgewandten Seite je mit Spitzen gewachsen. An der Aufwachsfläche können die Halbleitersäulen Fußbereiche aufweisen.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die Spitzen der Halbleitersäulen nach dem Schritt C) in der Prägematrix in entgegengesetzte Richtungen. Das heißt, verschiedenen Halbleitersäulen können antiparallel zueinander in die Prägematrix im Schritt B) eingeprägt werden. Alternativ sind alle Halbleitersäulen gleich orientiert und weisen die Spitzen in die gleiche Richtung.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform durchdringen die Halbleitersäulen die Prägematrix nach dem Schritt C) nur zum Teil. Mit anderen Worten kann die Prägematrix eine größere Dicke aufweisen als die Halbleitersäulen hoch sind.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird die die Halbleitersäulen umfassende Prägematrix in einem Schritt F), der bevorzugt dem Schritt C) nachfolgt, mit einer Montageseite, an der die Halbleitersäulen freiliegen, an einen Träger angebracht. Der Träger kann ein temporärer Träger oder ein permanenter Träger sein. In letztgenannten Fall weist der Träger bevorzugt eine Ansteuerelektronik zur Ansteuerung der Halbleitersäulen und der Bildpunkte auf. Das heißt etwa, bei dem Träger kann es sich um einen Siliziumträger mit Transistoren in CMOS-Technologie handeln.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden in einem Schritt G), bevorzugt nach dem Schritt F), die Halbleitersäulen an einer der Montageseite gegenüberliegenden Kontaktseite freigelegt. Dieses Freiliegen erfolgt beispielsweise über eine Ätzen oder ein Schleifen.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Prägematrix aus einem Silikon, einem Siloxan, einem Silazan, einem teilweise oder vollständig fluorierten Polymer und/oder aus einem thermoplastischen Kunststoff hergestellt. Weitere bevorzugte Materialien für die Prägematrix sind PMMA (Polymethylmethacrylat), PC (Polycarbonat), COP (Cyclo-Olefin-Polymer), COC (Cyclo-Olefin-Copolymer), PS (Polystyren), PEHD (hochdichtes Polyethylen).
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich bei dem Schritt B) um ein Heißprägen, auch als Hot Embossing bezeichnet. Das heißt, die Prägematrix weist im Schritt B) eine höhere Temperatur auf als im Schritt C). Eine Härte der Prägematrix ist bevorzugt mittels Temperaturänderung reversibel einstellbar.
  • Hot Embossing ist beispielsweise in dem Buch von Matthias Worgull, „Hot Embossing: Theory and Technology of Microreplication“, Verlag William Andrew, 2014, ISBN-13: 978-0323165549, beschrieben. Der Offenbarungsgehalt dieses Buchs wird durch Rückbezug mit aufgenommen, siehe insbesondere die .24, 3.25 und 6.3 sowie die jeweils zugehörige Beschreibung.
    Auch die Inseln der Prägematrix selbst können durch Hot Embossing erstellt werden.
  • Alternativ ist es möglich, dass ein Härten der Prägematrix nach dem Schritt B) über einen fotochemischen Prozess erfolgt. Das heißt, die Prägematrix kann insbesondere lokal etwa über Laserstrahlung fotochemisch gehärtet werden. Alternativ ist eine Härtung auch über Temperatureinwirkung oder durch Beaufschlagung mit einer Chemikalie möglich.
  • Weiterhin besteht die Möglichkeit der Kombination von Materialien, deren Härte mittels Temperatur einstellbar ist, mit UV-härtbaren Materialien. Außerdem besteht die Möglichkeit einer Kombination mit Zweikomponenten-Materialien und/oder Einprägen während des Aushärtens, etwa während eines Strahlungsaushärtens oder eines thermischen Aushärtens.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird die Prägematrix vor dem Schritt B) mit einer Prägebeschichtung versehen. Die Prägebeschichtung wird im Schritt B) von den Halbleitersäulen durchstoßen. Zum Beispiel ist die Prägebeschichtung auf Oberseiten der Inseln der Prägematrix beschränkt oder erstreckt sich kappenförmig auf die Inseln. Ebenso kann der gesamt Hilfsträger zusammen mit der Prägematrix mit der Prägebeschichtung versehen sein.
  • Darüber hinaus wird eine Halbleiterlichtquelle angegeben. Die Halbleiterlichtquelle ist mit einem Verfahren hergestellt, wie in Verbindung mit einer oder mehrerer der oben genannten Ausführungsformen beschrieben. Merkmale des Verfahrens sind daher auch für die Halbleiterlichtquelle offenbart und umgekehrt.
  • In mindestens einer Ausführungsform umfasst die Halbleiterlichtquelle einen Träger sowie eine Vielzahl von Halbleitersäulen zur Strahlungserzeugung an dem Träger, wobei die Halbleitersäulen bevorzugt mittels des Trägers elektrisch einzeln ansteuerbar sind. Die Halbleitersäulen sind in einer Prägematrix formschlüssig eingeprägt, so dass zumindest Seitenflächen der Halbleitersäulen unmittelbar von einem Material der Prägematrix umschlossen sind.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird beim Einprägen der Halbleitersäulen in die Prägematrix Material verdrängt. Es kann sich um eine Eindringstelle eine Wulst bilden. Alternativ oder zusätzlich können die Inseln der Prägematrix, die vor dem Einprägen insbesondere Zylindersäulen oder Quadersäulen sind, leicht bauchig werden. Ein Ausmaß der Verformung der Inseln ist von einem Verhältnis der Volumina der Halbleitersäulen zur Prägematrixinsel abhängig.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die Halbleiterlichtquelle verschiedenfarbig emittierende Halbleitersäulen, die zu einer Vielzahl von einstellbar farbig emittierenden Bildpunkten gruppiert sind. Somit kann es sich bei der Halbleiterlichtquelle um ein Display handeln. Dabei ist bevorzugt kein Farbfilter notwendig, wie im Falle von Displays mit einer weißes Licht emittierenden Display-Hinterleuchtung erforderlich. Ebenso kann bevorzugt auf räumliche Filter wie Flüssigkristallmasken und/oder auf Leuchtstoffe verzichtet werden.
  • Nachfolgend werden ein hier beschriebenes Verfahren und eine hier beschriebene Halbleiterlichtquelle unter Bezugnahme auf die Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen geben dabei gleiche Elemente in den einzelnen Figuren an. Es sind dabei jedoch keine maßstäblichen Bezüge dargestellt, vielmehr können einzelne Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
  • Es zeigen:
    • 1, 2 und 4 schematische Schnittdarstellungen und Draufsichten von Schritten eines hier beschriebenen Verfahrens zur Herstellung von hier beschriebenen Halbleiterlichtquellen,
    • 3 eine schematische Schnittdarstellung von Halbleitersäulen für hier beschriebene Halbleiterlichtquellen,
    • 5 bis 7 schematische Schnittdarstellungen und Draufsichten von Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen Halbleiterlichtquellen, und
    • 8 bis 10 schematische Schnittdarstellungen von Schritten eines hier beschriebenen Verfahrens zur Herstellung von hier beschriebenen Halbleiterlichtquellen.
  • In 1 ist ein Beispiel eines Herstellungsverfahrens für eine Halbleiterlichtquelle 1 illustriert. Gemäß 1A wird ein Aufwachssubstrat 2B mit einer Aufwachsfläche 20 bereitgestellt. An der Aufwachsfläche 20 wird eine Vielzahl von Halbleitersäulen 3B gewachsen. Die Halbleitersäulen 3B sind zur Erzeugung von blauem Licht eingerichtet.
  • Mittlere Durchmesser der Halbleitersäulen 3B liegen im Bereich um 0,5 µm bis 1 µm, eine mittlere Höhe der Halbleitersäulen 3B liegt im Bereich um 1 µm bis 10 µm. Ein Abstand zwischen benachbarten Halbleitersäulen 3B liegt beispielsweise zwischen dem mittleren Durchmesser der Halbleitersäulen 3B und dem fünffachen oder dem dreifachen des mittleren Durchmessers. Entsprechendes kann für alle anderen Ausführungsbeispiele gelten.
  • Ferner ist in 1A illustriert, dass ein zeitweiliger Träger 92 bereitgestellt wird. An dem zeitweiligen Träger 92 befinden sich mehrere Inseln, die zusammen genommen eine Prägematrix 4 bilden. Mit anderen Worten ist die Prägematrix 4 nur stellenweise auf dem Träger 92 aufgebracht. Die Prägematrix 4 ist beispielsweise aus einem Silikon. Im Querschnitt gesehen weisen die Inseln der Prägematrix 4 jeweils eine rechteckige Außenkontur 40 auf.
  • Die Prägematrix 4 kann aus einem lichtdurchlässigen Material sein. Alternativ ist es möglich, dass die Prägematrix 4 aus einem lichtundurchlässigen Material ist, beispielsweise aus einem reflektierenden Material wie einen Silikon, dem reflektierende Partikel beispielsweise aus Titandioxid beigegeben sind. Weiterhin ist es möglich, dass die Prägematrix 4 aus einem absorbierenden, beispielsweise schwarzen Material gebildet ist, etwa um eine optische Isolation zu erreichen. Entsprechendes kann für alle anderen Ausführungsbeispiele gelten.
  • Gemäß 1B werden einige der Halbleitersäulen 3B an dem Aufwachssubstrat 2B in die Inseln der Prägematrix 4 eingeprägt. Pro Insel erfolgt bevorzugt lediglich die Einprägung von genau einer der Halbleitersäulen 3B. Dabei berühren die Halbleitersäulen 3B den Träger 92 nicht, sodass eine Dicke der Inseln der Prägematrix 4 eine Höhe der Halbleitersäulen 3B übersteigt.
  • Während des Einprägens ist die Prägematrix 4 bevorzugt auf eine vergleichsweise hohe Temperatur gebracht, so dass die Prägematrix 4 relativ weich ist. Das heißt, das Einprägen kann ein Hot Embossing sein. Dennoch ist die Prägematrix 4 nicht fließfähig, so dass die Außenkontur 40, wie in 1A dargestellt, auch beim Verfahrensschritt der 1B erhalten bleibt. Mit anderen Worten verformen sich die Inseln der Prägematrix 4 durch das Einprägen hinsichtlich der Außenkontur 40 nicht oder nicht signifikant.
  • Das Einprägen erfolgt zum Beispiel mit dem Imprint Stepper Suess NPS 300. Eine Anpresskraft beim Eindrücken der Halbleitersäulen 2 liegt bevorzugt bei mindestens 5 N oder 20 N oder 100 N und/oder bei höchstens 4 kN oder 1 kN oder 0,2 kN. Eine maximale Temperatur beim beschriebenen Verfahren liegt bevorzugt unterhalb von 550 °C. Eine Stempelgröße für das Hot Embossing beträgt insbesondere höchstens 100 mm, wobei eine Substratgröße bei bis zu 3000 mm liegen kann. Bevorzugt liegt eine laterale Positioniertoleranz beim Eindrücken der Halbleitersäulen 2 in die Prägematrix 4 bei 250 nm oder weniger.
  • In 1C ist gezeigt, dass die Prägematrix 4 gegenüber dem Verfahrensschritt 1B gehärtet wurde, beispielsweise durch Absenken der Temperatur. Nachfolgend wird das Aufwachssubstrat 2 entfernt, wobei die nicht in die Prägematrix 4 eingebrachten Halbleitersäulen 3B an dem Aufwachssubstrat 2b verbleiben. Mit anderen Worten erfolgt ein Ablösen nur von einigen der Halbleitersäulen 3B von dem Aufwachssubstrat 2B insbesondere durch ein Abbrechen der Halbleitersäulen 3B aufgrund deren Fixierung in der Prägematrix 4 nahe oder an der Aufwachsfläche 20.
  • In 1D ist dargestellt, dass ein Aufwachssubstrat 2G für Halbleitersäulen 3G zur Erzeugung von grünem Licht bereitgestellt und in die Prägematrix 4 eingeprägt wird, analog zu 1B.
  • Nachfolgend, nicht dargestellt, erfolgt das Ablösen der betreffenden Halbleitersäulen 3G von dem Aufwachssubstrat 2G, entsprechend der 1C. Damit verbleiben in den Inseln der Prägematrix 4 je eine der Halbleitersäulen 3B für blaues Licht und eine der Halbleitersäulen 3G für grünes Licht.
  • In gleicher Weise werden Halbleitersäulen 3R von einem Aufwachssubstrat 2R zur Erzeugung von rotem Licht ebenso in die Inseln der Prägematrix 4 eingebracht, siehe 1E.
  • Damit resultieren an dem zeitweiligen Träger 92 mehrere Inseln der Prägematrix 4, die jeweils für jede Farbe eine der Halbleitersäulen 3B, 3G, 3R aufweist. Hierdurch können Halbleitersäulenanordnungen für einzelne Bildpunkte entstehen. Weiterhin verbleiben Aufwachssubstrate 2B, 2G, 2R mit den übrigen Halbleitersäulen 3B, 3G, 3R. Die übrigen Halbleitersäulen 3B, 3G, 3R können in nachfolgenden Verfahrensschritten, analog zu den 1B bis 1E, sequentiell von den betreffenden Aufwachssubstraten 2B, 2G, 2R abgeerntet werden. Das heißt, pro Aufwachssubstrat 2B, 2G, 2R können mehrere der zeitweiligen Träger 92 mit Halbleitersäulen 3B, 3G, 3R bestückt werden.
  • In 1G ist ein optionaler Verfahrensschritt dargestellt, in dem elektrische Kontaktflächen 83 auf die Halbleitersäulen 3B, 3R, 3G aufgebracht werden. Die elektrischen Kontaktflächen 83 sind beispielsweise durch Metallisierungen gebildet. Es ist möglich, dass die Kontaktflächen 83 sich auf die einzelnen Halbleitersäulen 3B, 3R, 3G beschränken oder sich in Form von Zeilen und/oder Spalten über mehrere der Halbleitersäulen 3B, 3R, 3G erstrecken.
  • In 1H ist ein ebenfalls optionaler Verfahrensschritt gezeigt, bei dem der zeitweilige Träger 92 entfernt wird, so dass einzelne Bildpunkte 5 entstehen, die an nicht gezeichnete weitere Komponenten angebracht werden können.
  • Gemäß 1I wird ein Träger 9 bereitgestellt, beispielsweise ein Siliziumträger. Der Träger 9 umfasst eine Ansteuerelektronik für die nachfolgend anzubringenden Bildpunkte 5. Ferner befinden sich an dem Träger 9 bevorzugt mehrere elektrische Durchkontaktierungen 82. Beispielsweise sind jeweils drei Durchkontaktierungen 82 je für einen der Bildpunkte 5 vorgesehen.
  • Bevorzugt sind alle Kontaktierungen 82 an dem Träger 9 gleich gestaltet. Zur Illustration sind in 1I jedoch zwei verschiedene Arten von Durchkontaktierungen 82 gezeigt. Es können die Durchkontaktierungen 82 durch Lotkugeln 87 an Metallisierungen 84 gebildet sein. Alternativ ist es möglich, dass auf den Metallisierungen 84 ein Fotolack flächig aufgebracht und mittels Belichten strukturiert wird, sodass der Fotolackblöcke 85 lediglich an den Metallisierungen 84 verbleibt. Nachfolgend kann eine formschlüssige Abscheidung einer Metallbeschichtung 86 rund um die Fotolackblöcke 85 erfolgen.
  • Beim Verfahrensschritt der 1J wird der zeitweilige Träger 92, insbesondere wie in den 1F oder 1G gezeigt, an den Träger 9 der 1I angebracht. Auch bei diesem Schritt erfolgt bevorzugt keine oder keine signifikante Verformung der Prägematrix 4, so dass die Außenkontur 40 nach wie vor erhalten bleibt oder näherungsweise erhalten bleibt.
  • Gemäß 1K wird ein Vergussmaterial 7 zwischen dem Träger 9 und dem zeitweiligen Träger 92 eingebracht. Das Vergussmaterial 7 ist bevorzugt ein Kunststoff. Das Vergussmaterial 7 kann lichtdurchlässig oder, bevorzugt, reflektierend oder auch absorbierend, etwa schwarz, gestaltet sein.
  • Im Schritt der 1L wird der zeitweilige Träger 92 entfernt, so dass die Durchkontaktierungen 82 freigelegt werden, ebenso wie dies für die Prägematrix 4 möglich ist.
  • Somit sind die Halbleitersäulen 3B, 3G, 3R mit Montageseiten 42 an dem Träger 9 angebracht. Im Verfahrensschritt der 1M erfolgt ein Freilegen von Kontaktseiten 44, die dem Träger 9 abgewandt sind. Dies wird beispielsweise mittels Schleifen durchgeführt. Bei diesem Freilegen werden auch die Durchkontaktierungen 82 teilweise entfernt.
  • Nachfolgend, siehe 1N, werden elektrische Leitungen 81 an einer den Träger 9 abgewandten Seite des Vergussmaterials 7 erzeugt, um die Halbleitersäulen 3B, 3R, 3G elektrisch zu kontaktieren. Hierbei sind in der Schnittdarstellung der 1N beispielhaft nur wenige der Leitungen 81 dargestellt.
  • Abweichend hiervon kann die Kontaktführung und das Erzeugen der Leitungen 81 zum Teil auch schon vor dem Anbringen des Vergussmaterials 7 um die Trägermatrix 4 erfolgen. Dies ist beispielsweise in den Schritten der 1I und/oder 1J direkt an dem Träger 9 möglich.
  • In 10 ist beispielhaft eine Draufsicht auf die Halbleiterlichtquelle 1 der 1N dargestellt. Die Halbleitersäulen 3R, 3G, 3B, die je einen der Bildpunkte 5 bilden, sind vergleichsweise nah benachbart angeordnet und mit zugehörigen Durchkontaktierungen 82 elektrisch kontaktiert. Es ist möglich, dass das Vergussmaterial 7 an einer dem Träger 9 abgewandten Seite frei liegt.
  • In 2 ist in schematischen Schnittdarstellungen das Herstellungsverfahren verkürzt dargestellt. Gemäß 2A wird das Aufwachssubstrat 2 bereitgestellt. An dem Aufwachssubstrat 2 wird eine Anwachsschicht 21 erzeugt, die mit einer Maskenschicht 22 versehen wird. Aus Öffnungen der Maskenschicht 22 heraus wachsen Halbleiterkerne 21 an der Anwachsschicht 21 an.
  • Auf die Halbleiterkerne 31 wird eine aktive Zone 32, beispielsweise eine Einfach-Quantentopfstruktur oder eine Mehrfach-Quantentopfstruktur, aufgebracht. Auf die aktive Zone 32 folgt je eine Halbleiterhülle 33. Die Halbleiterkerne 31 sind beispielsweise n-dotiert, die Halbleiterhüllen 33 beispielsweise p-dotiert.
  • Außen auf die Halbleitersäulen 3 wird bevorzugt eine Stromverteilungsschicht 38 zur elektrischen Kontaktierung der Halbleiterhüllen 33 aufgebracht. Die Stromverteilungsschicht 38 kann lichtdurchlässig aus einem transparenten leitfähigen Oxid wie ITO sein oder reflektierend aus einem Metall wie Silber. Spitzen 34 der Halbleitersäulen 3 weisen weg von dem Aufwachssubstrat 2, Fußbereiche 36 der Halbleitersäulen 3 liegen an der Anwachsschicht 21.
  • In 2B ist gezeigt, dass die Halbleitersäulen 3 in die Prägematrix 4 eingeprägt wurden. Die Prägematrix 4 ist vom dem Vergussmaterial 7 umgossen, so dass die Prägematrix 4 zusammen mit dem Vergussmaterial 7 einen Kunstwafer 77 bilden kann.
  • Zur elektrischen Kontaktierung der Halbleitersäulen 3 können beidseitig die elektrischen Kontaktflächen 83 vorhanden sein. An den Fußbereichen 36 ist dabei zur elektrischen Passivierung der aktiven Zonen 32 und der Halbleiterhüllen 33 bevorzugt eine Passivierungsschicht 88 vorhanden. Die Passivierungsschicht 88 kann aus einem Oxid wie Siliziumoxid oder einem Nitrid wie Siliziumnitrid sein. Optional kann es sich bei der Passivierungsschicht 88 um einen Teil der Maskenschicht 21 handeln. Bevorzugt jedoch verbleibt die Maskenschicht 21, beispielsweise aus Siliziumnitrid, vollständig an dem Aufwachssubstrat 2, so dass das Aufwachssubstrat 2 bevorzugt inklusive der Maskenschicht 21 für ein erneutes Aufwachsen von Halbleitersäulen 3 wiederverwendbar ist.
  • Alternativ zu 2 können auch scheibenartig aufgebaute Halbleitersäulen 3 herangezogen werden, siehe 3. Die Halbleitersäulen 3 gemäß 3 weisen eine erste Halbleiterschicht 37, beispielsweise n-dotiert, die aktive Zone 32 sowie eine zweite Halbleiterschicht 39, beispielsweise p-dotiert, auf. Damit ist die aktive Zone 32 gemäß 3 zweidimensional gestaltet, wohingegen gemäß 2 eine dreidimensional geformte aktive Zone 32 vorliegt.
  • Scheibenförmig aufgebaute Halbleitersäulen 3, wie in 3 gezeigt, können alternativ zu Kern-Schale-Halbleitersäulen 3, wie in 2 illustriert, genauso in allen anderen Ausführungsbeispielen verwendet werden.
  • Beim Ausführungsbeispiel der 1 werden verschiedenfarbig emittierende Halbleitersäulen 3R, 3G, 3B miteinander kombiniert. Demgegenüber ist es möglich, vergleiche beispielsweise 2A, dass nur in einer Farbe emittierende Halbleitersäulen 3 vorhanden sind. Dies ist in Verbindung mit 4 näher erläutert. Beispielsweise emittieren die Halbleitersäulen 3 der 4 nahultraviolette Strahlung mit einer Wellenlänge maximaler Intensität von bevorzugt mindestens 390 nm und/oder höchstens 415 nm. Die erzeugte Strahlung ist für das menschliche Auge nicht oder nur schlecht sichtbar. Alternativ können die Halbleitersäulen 3 zur Erzeugung von blauem Licht eingerichtet sein, insbesondere mit einer Wellenlänge maximaler Intensität von mindestens 430 nm und/oder von höchstens 475 nm.
  • In 4A ist gezeigt, dass nur einige der Halbleitersäulen 3 mit einem Leuchtstoff 6 versehen sind, beispielsweise als Hülle für die Halbleitersäulen 3. In diesem Fall erzeugen die Halbleitersäulen 3 bevorzugt blaues Licht.
  • Demgegenüber ist in 4B dargestellt, dass die zu den Bildpunkten 5 gruppierten Halbleitersäulen 3 mit verschiedenen Leuchtstoffen 6R, 6G, 6B zur Erzeugung von rotem, grünem und blauem Licht umhüllt sind. Optional zur optischen Isolierung ist das Vergussmaterial 7 vorhanden. Über die Leuchtstoffe 6R, 6G, 6B erfolgt bevorzugt eine Vollkonversion von nahultravioletter Strahlung.
  • Gemäß 4C sind die Leuchtstoffe 6R, 6G, 6B nicht als Hülle aufgebracht, sondern als Schicht auf die Halbleitersäulen 3 und optional auch auf das Vergussmaterial 7. Ein entsprechende Konfiguration kann auch in den Beispielen der 4A und/oder 4B vorliegen. Abweichend von der Darstellung in 4C ist es möglich, dass das Vergussmaterial 7 in Richtung weg von den Träger 9 bündig mit den Leuchtstoffen 6R, 6B, 6G abschließt.
  • Als Variante speziell zu 2B ist in 5A dargestellt, dass die Halbleitersäulen 3R, 3G, 3B mit deren Spitzen 34 in entgegengesetzte Richtungen weisen können. Das heißt, die Halbleitersäulen 3R, 3G, 3B können von unterschiedlichen Richtungen her in die Prägematrix 4 eingeprägt werden. Zwischen den einzelnen Abernteschritten von den zugehörigen Aufwachssubstraten, in 5 nicht gezeichnet, kann insbesondere der zeitweilige Träger 92, wie in 1 verwendet, entfernt oder ersetzt oder umgebondet werden.
  • Die elektrischen Kontaktflächen 83 können reflektierend und metallisch gestaltet sein oder alternativ lichtdurchlässig, etwa aus einem transparenten leitfähigen Oxid, abhängig davon, in welche Richtung die Abstrahlung der Halbleitersäulen 3 in der fertigen Halbleiterlichtquelle 1 erfolgen soll.
  • In 5B ist beispielhaft eine Draufsicht dargestellt. Die Halbleitersäulen 3B, 3R, 3G können unterschiedlich gruppiert werden und in Draufsicht gesehen verschiedene Querschnittsflächen aufweisen.
  • Anders als in 5 sind gemäß 6A lediglich zwei Arten von Halbleitersäulen 3R, 3B zur Erzeugung von rotem und blauem Licht vorhanden. Beispielsweise erfolgt in Draufsicht gesehen eine abwechselnde Aufreihung der Halbleitersäulen 3B, 3R, siehe 6B.
  • In 7 ist dargestellt, dass mehrere Kunstwafer 77B, 77R aus den Prägematrizen 4 mit den Halbleitersäulen 3R, 3B und aus den jeweiligen Vergussmaterialien 7 übereinander gestapelt angeordnet werden können, um die Halbleiterlichtquelle 1 zu bilden. Die Halbleitersäulen 3R in dem Kunstwafer 77R erzeugen beispielsweise rotes Licht. Das Vergussmaterial 7 des Kunstwafers 77R ist beispielsweise reflektierend gestaltet, insbesondere weiß.
  • Demgegenüber erzeugen die Halbleitersäulen 3B des Kunstwafers 77B zum Beispiel blaues Licht. Das Vergussmaterial 7 dieses Kunstwafers 77B ist bevorzugt durchlässig für das Licht der Halbleitersäulen 3R. Dazu kann die Prägematrix 4 dieses Kunstwafers 77B beispielsweise reflektierend gestaltet sein.
  • Es kann ein nicht gezeichneter weiterer Kunstwafer etwa mit grün emittierenden Halbleitersäulen vorhanden sein.
  • Beim Ausführungsbeispiel der 8A ist ein optionaler Verfahrensschritt etwa vor dem Schritt der 1A gezeigt, wonach die Halbleitersäulen 3 vor dem Einpressen in die Prägematrix 4 mit einer Säulenbeschichtung 41 versehen werden. Die Säulenbeschichtung 41 ist beispielsweise aus einem Metall und mechanisch stabil und/oder reflektierend. Die Säulenbeschichtung 41a ist beispielsweise auf die Seitenflächen 35 beschränkt, siehe 8A, links. Alternativ kann die Säulenbeschichtung 41b als Hülle um die kompletten Halbleitersäulen 3 herum gestaltet sein, siehe 8A, Mitte. Schließlich kann die Säulenbeschichtung 41c als Kappe auf bestimmte Bereiche der Halbleitersäulen 3 beschränkt sein, zum Beispiel auf die Spitze 34 und auf einen Teil der Seitenflächen 35, siehe 8A, rechts.
  • Gemäß 8B werden bevorzugt vor dem Schritt der 1J auf Seitenflächen der inselförmigen Teilbereiche der Prägematrix 4 Inselbeschichtungen 46 aufgebracht, beispielsweise aus einem reflektierenden Material wie einem Metall oder auch aus einer diffus reflektierenden Schicht wie Metalloxidpartikeln in einem transparenten Matrixmaterial, insbesondere Titandioxidpartikel in Silikon. Auch die Inselbeschichtungen 46 können zur Einstellung der optischen und/oder mechanischen Eigenschaften der Prägematrix 4 dienen. Die Inselbeschichtung 46a kann die Seitenflächen der Prägematrix 4 vollständig bedecken, siehe 8B, links, oder auch nur zum Teil, etwa beginnend von einer dem Träger 92 abgewandten Seite, siehe 8B, rechts.
  • Derartige Säulenbeschichtungen 41 und/oder Inselbeschichtungen 46 können auch in allen anderen Ausführungsbeispielen vorhanden sein.
  • In 9 ist gezeigt, dass die Prägematrix 4 vor dem Einprägen der Halbleitersäulen 3 bevorzugt mit einer Prägebeschichtung 47 versehen werden. Über die Prägebeschichtung 47 ist verhinderbar, dass ein Material der Prägematix 4 im Schritt etwa der 1B an dem Aufwachssubstrat 2 anklebt. Mit anderen Worten kann die Prägebeschichtung 47 eine Antihaftschicht sein. Zum Beispiel ist die Prägebeschichtung 47 aus einem Metall wie Al oder Ag oder aus einem Kunststoff wie PTFE (Polytetrafluorethylen).
  • Die Prägebeschichtung 47 kann auf die Oberseiten der Inseln der Prägematrix 4 beschränkt sein, siehe 9A, links. Ebenso ist es möglich, dass die Prägebeschichtung 47 als Kappe gestaltet ist und die Oberseiten sowie bevorzugt zu nur einem kleinen Teil Seitenflächen der Inseln bedeckt, siehe 9A, rechts.
  • Wie in 9B gezeigt, kann die Prägebeschichtung 47 den Träger 92 sowie die Inseln der Prägematrix 4 auch vollständig bedecken. Durch diese Gestaltung der Prägebeschichtung 47 ist es möglich, dass eine Form der Inseln beim Eindrücken der Halbleitersäulen 3 stabilisiert wird, sodass sich die Inseln nicht oder nicht signifikant verformen.
  • Derartige Säulenbeschichtungen 41 und/oder Inselbeschichtungen 46 und/oder Prägebeschichtungen 47 können auch in allen anderen Ausführungsbeispielen vorhanden sein.
  • Zum Beispiel liegt eine mittlere Dicke der Säulenbeschichtungen 41, der Inselbeschichtungen 46 und/oder der Prägebeschichtungen 47 bei höchstens 5 % oder 15 % oder 25 % einer mittleren Höhe der Inseln und/oder der Halbleitersäulen 3. Alternativ oder zusätzlich liegt diese mittlere Dicke bei mindestens 20 nm oder 50 nm oder 100 nm und/oder bei höchstens 1 µm oder 300 nm.
  • Gemäß 10A werden die Inseln der Prägematrix 4 durch das Eindrücken der Halbleitersäulen 3 verformt. Im Querschnitt gesehen wird aus der zuvor rechteckigen Außenkontur 40' eine bikonvexe Außenkontur 40. Dabei liegt eine Änderung eines Durchmessers der Inseln durch das Einprägen der Halbleitersäulen 3 von der Außenkontur 40' zur Außenkontur 40 bevorzugt bei höchstens einem Faktor 1,2 oder 1,4.
  • Gemäß 10B bildet sich durch das Einprägen eine Wulst 48 um die Halbleitersäulen 3. Die Wulst ist bevorzugt auf die dem Träger 92 abgewandte Oberseite der Prägematrix 4 beschränkt. In Draufsicht gesehen verläuft die Wulst 48 bevorzugt konzentrisch ringsum um die zugehörige Halbleitersäule 3. Die Halbleitersäulen 3 selbst sind in Draufsicht gesehen bevorzugt frei von der Wulst 48.
  • In 10C ist illustriert, dass eine Prägebeschichtungen 47 vorhanden ist, auf die sich die Wulst 48 erstreckt. Im Übrigen gelten die Ausführungen zur 10B.
  • Die in den Figuren gezeigten Komponenten folgen, sofern nicht anders kenntlich gemacht, bevorzugt in der angegebenen Reihenfolge jeweils unmittelbar aufeinander. Sich in den Figuren nicht berührende Schichten sind bevorzugt voneinander beabstandet. Soweit Linien parallel zueinander gezeichnet sind, sind die entsprechenden Flächen bevorzugt ebenso parallel zueinander ausgerichtet. Ebenfalls, soweit nicht anders kenntlich gemacht, sind die relativen Positionen der gezeichneten Komponenten zueinander in den Figuren korrekt wiedergegeben.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Halbleiterlichtquelle
    2
    Aufwachssubstrat
    21
    Anwachsschicht
    22
    Maskenschicht
    20
    Aufwachsfläche
    3
    Halbleitersäule
    31
    Halbleiterkern
    32
    aktive Zone
    33
    Halbleiterhülle
    34
    Spitze
    35
    Seitenfläche
    36
    Fußbereich
    37
    erste Halbleiterschicht
    38
    Stromverteilungsschicht
    39
    zweite Halbleiterschicht
    4
    Prägematrix
    40
    Außenkontur der Prägematrix
    41
    Säulenbeschichtung
    42
    Montageseite
    44
    Kontaktseite
    46
    Inselbeschichtung
    47
    Prägebeschichtung
    48
    Wulst
    5
    Bildpunkt
    6
    Leuchtstoff
    7
    Vergussmaterial
    77
    Kunstwafer
    81
    elektrische Leitung
    82
    elektrische Durchkontaktierung
    83
    elektrische Kontaktfläche
    84
    Metallisierung
    85
    Fotolack
    86
    Metallbeschichtung
    87
    Lotkugel
    88
    Passivierungsschicht
    9
    Träger
    92
    zeitweiliger Träger

Claims (12)

  1. Verfahren zur Herstellung von Halbleiterlichtquellen (1) mit den Schritten: A) Wachsen einer Vielzahl von Halbleitersäulen (3) an einer Aufwachsfläche (20) zumindest eines Aufwachssubstrats (2), wobei die Halbleitersäulen (3) zur Strahlungserzeugung eingerichtet sind, B) Einprägen der fertig gewachsenen Halbleitersäulen (3) in eine Prägematrix (4), sodass zumindest Seitenflächen (35) der Halbleitersäulen (3) unmittelbar von einem Material der Prägematrix (4) umschlossen werden, und C) Ablösen der Halbleitersäulen (3) von dem zumindest einen Aufwachssubstrat (2) nach dem Einprägen in die Prägematrix (4), wobei die Prägematrix (4) die Halbleitersäulen (3) beim Ablösen festhält, wobei die Prägematrix (4) im Schritt B) in Form mehrerer Inseln über die Aufwachsfläche (20) hinweg verteilt vorliegt und in einem Schritt D) nach dem Schritt C) die Inseln von einem Vergussmaterial (7) umgossen werden, so dass aus dem Vergussmaterial (7) zusammen mit den die Halbleitersäulen (3) umfassenden Inseln der Prägematrix (4) Kunstwafer (77) gebildet werden, und wobei in einem Schritt E) nach dem Schritt D) mehrere der Kunstwafer (77) übereinander gestapelt angeordnet werden.
  2. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem die Prägematrix (4) im Schritt B) weicher ist als im Schritt C), wobei die Prägematrix (4) über die Schritte B) und C) hinweg eine unveränderliche Außenkontur (40) aufweist.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Prägematrix (4) im Schritt B) nur einen Teil der Aufwachsfläche (20) bedeckt, sodass sich die Prägematrix (4) nur über einige Plätze für die Halbleitersäulen (3) an dem Aufwachssubstrat (2) erstreckt, wobei die Halbleitersäulen (3) von dem zugehörigen Aufwachssubstrat (2) in mehreren, nacheinander durchgeführten Schritten B) sukzessive abgeerntet werden.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem im Schritt A) mehrere Aufwachssubstrate (2) bereitgestellt werden, wobei auf jedem der Aufwachssubstrate (2) je nur eine bestimmte Art von Halbleitersäulen (3) zur Erzeugung von Licht einer bestimmten Farbe aufgewachsen werden, und wobei die Schritte B) und C) mehrmals wiederholt werden, sodass nacheinander verschiedenfarbig emittierende Halbleitersäulen (3) von verschiedenen Aufwachssubstraten (2) in die Prägematrix (4) eingeprägt werden.
  5. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem Halbleitersäulen (3) zur Erzeugung von rotem, grünem und blauem Licht in die Prägematrix (4) eingeprägt werden, sodass Bildpunkte (5) gebildet werden, wobei in Draufsicht gesehen ein mittlerer Abstand benachbarter Halbleitersäulen (3) zueinander innerhalb der Bildpunkte (5) kleiner ist als ein mittlerer Abstand zwischen benachbarten Bildpunkten (5).
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Halbleitersäulen (3) allesamt zur Emission von Strahlung der gleichen Wellenlänge eingerichtet sind, wobei wenigstens einem Teil der Halbleitersäulen (3) zumindest ein Leuchtstoff (6) zur Vollkonversion der Strahlung der zugehörigen Halbleitersäulen (3) nachgeordnet wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem an dem Vergussmaterial (7) und an den Inseln nach dem Schritt D) mehrere elektrische Leitungen (81) angebracht werden, mit denen die Halbleitersäulen (3) elektrisch unabhängig voneinander ansteuerbar sind.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem an den Halbleitersäulen (3) im Schritt A) an einer der Aufwachsfläche (20) abgewandten Seite je Spitzen (34) wachsen, wobei nach dem Schritt C) in der Prägematrix (4) die Spitzen (34) in entgegengesetzte Richtungen weisen.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Halbleitersäulen (3) nach dem Schritt C) die Prägematrix (4) nur teilweise durchdringen, wobei die die Halbleitersäulen (3) umfassende Prägematrix (4) in einem nachfolgenden Schritt F) mit einer Montageseite (42), an der die Halbleitersäulen (3) frei liegen, an einen Träger (9) angebracht werden, woraufhin in einem Schritt G) die Halbleitersäulen (3) an einer der Montageseite (42) gegenüberliegenden Kontaktseite (44) freigelegt werden.
  10. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem der Träger (9) eine Ansteuerelektronik (91) für die Halbleitersäulen (3) umfasst.
  11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Prägematrix (4) aus einem Silikon, einem Siloxan, einem Silazan und/oder aus einem mindestens teilweise fluorierten Polymer hergestellt wird.
  12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Schritt B) ein Heißprägen umfasst oder ist, sodass die Prägematrix (4) im Schritt B) eine höhere Temperatur aufweist als im Schritt C), wobei die Prägematrix (4) mittels Temperaturänderung reversibel erweichbar ist.
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