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WO2019166195A1 - Bauteilverbund aus optischen bauteilen, verfahren zur herstellung eines bauteilverbunds und bauelement mit einem optischen bauteil - Google Patents

Bauteilverbund aus optischen bauteilen, verfahren zur herstellung eines bauteilverbunds und bauelement mit einem optischen bauteil Download PDF

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WO2019166195A1
WO2019166195A1 PCT/EP2019/052779 EP2019052779W WO2019166195A1 WO 2019166195 A1 WO2019166195 A1 WO 2019166195A1 EP 2019052779 W EP2019052779 W EP 2019052779W WO 2019166195 A1 WO2019166195 A1 WO 2019166195A1
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WO
WIPO (PCT)
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component
optical
optical components
intermediate carrier
components
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/EP2019/052779
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English (en)
French (fr)
Inventor
Frank Singer
Hubert Halbritter
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ams Osram International GmbH
Original Assignee
Osram Opto Semiconductors GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Osram Opto Semiconductors GmbH filed Critical Osram Opto Semiconductors GmbH
Priority to US16/977,174 priority Critical patent/US12374865B2/en
Priority to CN201980016597.XA priority patent/CN111801860A/zh
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    • H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00—Simple or compound lenses
    • G02B2003/0093—Simple or compound lenses characterised by the shape

Definitions

  • Optical components such as optical structures, are often fabricated on a substrate and mounted individually on devices such as semiconductor chips. The attachment and fixing of a large number of optical components on the
  • One object is to specify optical components that can be mounted on components quickly, reliably and in a simplified manner. Other tasks are reliable and
  • a plurality of optical components is formed on an intermediate carrier.
  • the intermediate carrier may be formed of a transparent material, for example of glass, or of a semiconductor material, for example of silicon.
  • the method is based on the production of a plurality of transferable and in particular printable optical components on one
  • the optical components are preferably carried out detachable from the intermediate carrier.
  • the optical components may be printed one at a time or in groups simultaneously on target mounting surfaces, such as one or more components, by means of a punch or a plurality of punches.
  • the optical component described here is set up in particular for shaping a light beam.
  • the optical component is an optical chip, for example a
  • Diffractive optics a refractive optics, a
  • the component or the plurality of components may be provided for generating or for detecting electromagnetic radiation, for example in the UV-IR or in the visible spectral range.
  • a sacrificial layer is arranged in the vertical direction between the
  • the sacrificial layer is made of a material such as
  • Germanium or silicon formed.
  • the sacrificial layer can open the intermediate carrier are formed before or while the optical components are produced on the intermediate carrier.
  • Components can be the sacrificial layer of a selective
  • the material of the sacrificial layer is chosen such that it can be dissolved, for example, by an etching process without damaging the intermediate carrier and / or the optical components.
  • a lateral direction is understood as meaning a direction which runs in particular parallel to a main extension surface of the intermediate carrier and / or of the optical component.
  • the lateral direction is parallel to the sacrificial layer. Under a vertical direction becomes a
  • Main extension surface of the intermediate carrier and / or the optical component is directed.
  • the vertical direction and the lateral direction are particularly orthogonal
  • a holding structure with a plurality of holding elements is produced.
  • the holding structure is in particular such
  • Holding structure approximately exclusively via the holding elements of the support structure, be mechanically connected to the intermediate carrier. If the optical component is mechanically or only mechanically connected to the intermediate carrier via the holding elements, the mechanical connection between the Intermediate carrier and the optical components are interrupted when the holding elements are severed or detached from the intermediate carrier or from the optical components.
  • a plurality of optical components are mounted or formed on the intermediate carrier.
  • the optical components can be produced directly on the intermediate carrier or are produced in a separate method step and fixed on the intermediate carrier.
  • the optical components are
  • a holding structure with a plurality of holding elements mediates or forms a mechanical connection between the intermediate carrier and the optical components.
  • a sacrificial layer is arranged in the vertical direction at least in regions between the intermediate carrier and the optical components.
  • the optical components are preferably mechanically connected to the intermediate carrier only via the holding structure, after the sacrificial layer has been removed.
  • Retaining elements are expediently designed such that they are the optical components under mechanical stress
  • optical components are thus designed individually or in groups printable.
  • the optical components can be removed individually or in groups, in particular by breaking and / or by detachment of the retaining elements from the intermediate carrier and, for instance, in the same production step
  • Example with the help of a stamp or more stamp transferred to a target mounting surface and mechanically fastened thereon The target mounting surface may be the surface of an optoelectronic component, such as an optoelectronic semiconductor chip.
  • An optical component produced by this method has a particularly small vertical layer thickness.
  • the vertical layer thickness of the entire optical component is less than 40 ym, 30 ym, 20 ym, 10 ym or less than 5 ym.
  • the vertical layer thickness of the entire optical device is between 1 ym and 10 ym inclusive, between 1 ym and 10 ym inclusive, between 1 ym and 5 ym inclusive, approximately 3 ym.
  • a component composite in at least one embodiment, it has a plurality of optical components, a removable sacrificial layer, a holding structure and a common intermediate carrier.
  • the optical components preferably each have an optical element for shaping a light beam.
  • the sacrificial layer is arranged in the vertical direction at least in regions between the intermediate carrier and the optical components.
  • the holding structure has a plurality of holding elements, wherein the
  • Support structure and / or the sacrificial layer form / form a mechanical connection between the intermediate carrier and the optical components.
  • Retaining elements mechanically connected to the intermediate carrier.
  • the holding elements are preferably formed under mechanical stress such that they are the optical components
  • Such a composite component contains a plurality of
  • the sacrificial layer can be removed if necessary from the component composite.
  • the optical components are still held mechanically stable on the intermediate carrier, so that the transport of such a composite component can be carried out without great risk of breakage.
  • the optical components are mechanically connected to the intermediate carrier only via the holding elements, the optical components can be broken by breaking or removing the optical components
  • Retaining elements are detached from the intermediate carrier.
  • the holding elements can thereby directly or indirectly adjoin the optical components and / or the intermediate carrier.
  • the retaining elements are preferably designed with regard to their geometry and / or material composition such that they are under mechanical stress
  • the mechanical stress can be exerted on the holding structure and / or on the holding elements Tensile force or compressive force. If the retaining elements are designed to be breakable under mechanical load, they can break off or tear off when the associated component is removed.
  • a mechanical fracture can be achieved approximately within a layer of the same material. If the holding elements are detachably formed, the detachment of the holding elements from the optical component or from the intermediate carrier takes place approximately at an interface between the holding element and the optical component or at an interface between the holding element and the intermediate carrier, that is usually at an interface between two layers of different
  • the holding structure is contained at least in some areas in the sacrificial layer.
  • the holding structure can
  • the holding columns are arranged below the optical components.
  • the optical components associated with them are arranged below the optical components.
  • the holding columns are arranged in the vertical direction approximately between the intermediate carrier and the optical components.
  • the support structure may include tethers.
  • the tethers are arranged in particular laterally of the optical components.
  • the holding elements can be formed from an electrically insulating material.
  • the holding elements during pressing of the associated component to the intermediate carrier out are made breakable.
  • the tethers may be on different side surfaces of the optical component or on different side surfaces be arranged a base body of the optical component.
  • the tethers may mechanically connect the optical component or optical components to a support beam or a plurality of support beams, wherein the support beam is spaced apart from the optical components in the lateral direction.
  • the holding beam is an integral part of the support structure.
  • the retaining bar can directly to the intermediate carrier and / or directly to the straps
  • the retaining bar and the retaining straps may be formed of the same material or of different materials.
  • the support structure may include a plurality of such support beams.
  • the holding straps are located exclusively on the side of the optical components and are designed to be breakable or detachable when the optical components are removed under mechanical stress.
  • the holding straps are designed, for example with respect to their geometries and / or materials, such that they break off under the action of pressure.
  • the holding elements are made of an electric
  • insulating material such as a polymer, a
  • plastic material silicon nitride or silicon oxide.
  • the holding elements comprise holding columns which are located below the optical components.
  • Retaining columns are arranged in the vertical direction, in particular exclusively between the intermediate carrier and the optical components.
  • the support pillar may be formed of a material that is more resistant to etching than the material of the sacrificial layer.
  • the holding columns are made of one electrically insulating material, such as silicon dioxide, plastic or formed from another plastic. It is also possible that the holding elements, in particular the
  • Tethers and / or the support columns made of an electrically conductive material, such as a metal such as copper, aluminum, nickel, chromium, platinum or alloys thereof are formed.
  • the retaining elements are preferably designed with respect to their geometry and / or material composition such that they are used during pressing or removal of the
  • associated optical component are designed to be breakable.
  • the sacrificial layer forms a common one
  • Boundary layer between the intermediate carrier and the components.
  • the sacrificial layer directly adjoins the sacrificial layer
  • Sacrificial layer for example, after the removal of the sacrificial layer, in particular a gap, such as a cavity between the intermediate carrier and the optical components is formed.
  • the holding elements such as the holding columns and / or the holding straps, may in places directly adjoin the cavity or be arranged in the cavity.
  • the holding elements are preferably surrounded by the cavity, so that the holding elements can be relatively easily broken mechanically upon application of force or pressure.
  • the optical components each have an optical element.
  • the optical element a diffractive optical element (DOE).
  • DOE diffractive optical element
  • Element or the optical elements is / are for forming a light beam, such as a laser light beam,
  • the optical component can be set up to distribute a light beam, for example a laser light beam, over a larger solid angle range or to direct or focus a light beam.
  • the optical element forms an optically effective structure of the optical component, which changes the course of the optical component
  • the optical element of the optical component may be convex or concave curved, plano-convex, plano-concave or convexo-concave.
  • the optical element of the optical component may comprise diffraction elements or photonic crystals.
  • the optical element may be a lattice-like structure similar to a diffraction grating and / or a
  • Hologram for the light beam acting for the laser radiation.
  • the optical element of the optical system is the optical element
  • the optical element has one or more materials
  • the optical component or the optical element can SiO, SiN, ZnO, ZnS, ZnTe, Ga203, In203 , ZnO, SnO 2 or Ta 2 O 5.
  • Other examples of materials for the optical element are, for example, alumina such as Al 2 O 3, GaAs or GaN.
  • the optical components each have a base body.
  • the optical element of the respective component is determined by the geometry of the associated component
  • the optical element is arranged on the base body or in the
  • Basic body is embedded or buried.
  • the optical component or the base body is plano-convex or plano-concave.
  • the components may each have a planar rear side facing the intermediate carrier. It is possible for the optical component or the main body to have a planar or planar rear side facing the intermediate carrier and an at least flat front side facing away from the intermediate carrier.
  • the optical components each have a base body, wherein the optical element of the respective component is embedded in the associated base body.
  • the optical element is, for example, a diffractive optical element.
  • the optical components each have a transparent base body.
  • the transparent body may contain photonic crystals that are the optical
  • the optical layer is arranged in particular on the associated base body of the optical component.
  • the optical layer may comprise substructures of a material having a refractive index of at least 1.5 or 1.6.
  • the substructures are formed of silicon nitride or Ta205.
  • the substructures may be embedded in a matrix material having a lower refractive index, for example less than 1.5 or less than 1.6.
  • the matrix material may be formed of silicon oxide, for example of silicon dioxide.
  • the component has a protective layer or a cover layer, which is arranged between the base body and the intermediate carrier.
  • the protective layer or the cover layer can be planarized so that the protective layer or the
  • Cover layer has a surface that is a planar
  • Rear side of the optical component forms.
  • Component which is produced in particular by a method described herein and / or detached from the common carrier of the composite component described here, this is an electrically insulating component.
  • the optical component free of an optically active layer which is adapted to generate or to detect electromagnetic radiation.
  • the optical component configured to form a light beam or light beam is not provided for generating or detecting electromagnetic radiation.
  • the component may contain remnants or separation traces of the
  • a component assembly described here is provided.
  • the sacrificial layer In a subsequent process step, the sacrificial layer
  • One of the optical components or a plurality of optical components can be removed by means of one or a plurality of punches, wherein the holding elements release the components under mechanical loading of the punch or the punches, so that the components of the
  • optical component or the plurality of optical
  • Components can target a target area, such as one
  • Main body of the device or a plurality of
  • Main bodies of the components are printed.
  • the main body comprises a semiconductor body having an active zone for generating or detecting
  • the punch or the plurality of punches can be separated from the optical component or from the optical components.
  • the optical components can thus individually or in groups of the component composite on one or more Target surfaces, such as surfaces of semiconductor chips are transferred.
  • the optical component is fastened by means of a connection layer on the associated main body of the component.
  • Bonding layer may include a primer layer such as
  • the optical component and its associated main body may each have a planar surface and to be mechanically connected to one another at the planar surfaces by means of a direct bonding process.
  • the planar surfaces of the optical component and / or the main body are at least partially or completely by surfaces of electrical
  • planar surface of the main body is partially or completely formed by a surface of a transparent electrically conductive layer, such as a TCO layer.
  • the planar surface has a roughness which is preferably at most 50 nm, 20 nm, 10 nm, 5 nm or at most 3 nm.
  • planar or planarized surfaces are in physical contact
  • the basis of the mechanical connection is predominantly or exclusively hydrogen bonds and / or van der Waals interactions in the immediate vicinity of a common interface between the planarized surfaces.
  • To create covalent bonds between Atoms or molecules on the physically contacting surfaces may be subjected to a thermal treatment to achieve increased bond strength.
  • this has a main body and an optical component.
  • the main body comprises a semiconductor body, in particular having an active zone, for generating or detecting
  • the optical component has an optical element for forming a
  • the optical component is printed on the main body and, in particular, contains mechanical traces of detached or broken retaining elements.
  • the mechanical traces may be remnants or traces of mechanical breakage of one or more retaining elements.
  • the optical component and the main body each have a planar surface.
  • the planar surfaces directly abut each other and form a mechanical van der Waals interaction-based connection between the optical component and the main body.
  • Component and the main body can be a common
  • the common interface is free of, for example, a solder or primer material.
  • the common interface is in particular one
  • the methods described here are particularly suitable for the production of an optical component, component assembly or component described here.
  • the related to the component, component composite or with the component is particularly suitable for the production of an optical component, component assembly or component described here.
  • Figures 1A, 1B, IC and ID are schematic representations
  • FIGS. 3A, 3B and 3C show schematic representations of some method steps for producing a component or a plurality of components in sectional views
  • Figures 4A, 4B, 4C and 4D are schematic representations of some embodiments of a device in sectional views.
  • FIG. 1A schematically shows a component composite 100 with a plurality of optical components 10 on a common intermediate carrier 90.
  • the intermediate carrier 90 may be a glass substrate or a substrate made of a semiconductor material, such as silicon.
  • the optical components 10 are manufactured in particular on the intermediate carrier 90. In the lateral directions, the optical components 10
  • the optical components 10 are connected via a
  • Intermediate carrier 90 mechanically connected and thus mechanically fixed to the intermediate carrier 90.
  • the sacrificial layer 4 directly adjoins the intermediate carrier 90 and / or the holding structure 3.
  • the sacrificial layer 4 directly adjoins the intermediate carrier 90 and / or the holding structure 3.
  • Sacrificial layer 4 is formed of a removable material, such as of an etchable material.
  • the material of the sacrificial layer 4 is preferably selectively removable.
  • the material of the sacrificial layer 4 has a higher etch rate than a material of the
  • Subcarrier 90 and / or the support structure 3 in particular an at least 5 times, 10 times, 20 times or 100 times higher etch rate.
  • the sacrificial layer 4 is arranged between the intermediate carrier 90 and the optical components 10.
  • the optical components 10 each have a front side 10F facing away from the intermediate carrier 90 and a rear side 10R facing the intermediate carrier 90.
  • the rear side 10R and / or the front side 10F of the respective optical component 10 may be planar or planar.
  • the front side 10F is free from being covered by the sacrificial layer 4.
  • the back side 10R may be covered completely or partially by the sacrificial layer 4, in particular completely, except for the support structure 3.
  • the optical components 10 have vertically extending side surfaces, which in particular are partially covered by the sacrificial layer 4.
  • the holding structure 3 contains a plurality of holding elements 3A.
  • the support structure 3 has, in particular in the areas of the separation trenches 4T a plurality of
  • the retaining bars 30 can adjoin the intermediate carrier 90 indirectly or directly.
  • Holding elements 3A are shown in FIG 1A especially as
  • Tethers 3A performed.
  • the holding straps 3A are arranged laterally of the optical components 10.
  • An optical component 10 may include a plurality of tethers 3A, such as
  • the retaining bars 30 can have larger geometric dimensions.
  • a support beam 30 has a lateral width or height that is at least 2 times, 3 times, 4 times, 5 times, or at least 10 times as large as a corresponding lateral width or height
  • the tethers 3A connect the optical
  • Components 10 with the holding beam 30 Components 10 with the holding beam 30.
  • Holding elements 3A and retaining bars 30 can / can
  • tethers 3A directly to the optical Components 10 and / or adjoin the retaining bars 30.
  • the tethers 3A and the support beams 30 may be formed of the same material or different materials. It is possible that the tethers 3A and the
  • Anchoring layer applied over a large area on the optical components 10 and / or on the intermediate carrier 90, wherein the anchoring layer is subsequently in a plurality of
  • Holding beam 30 and tethers 3A is structured.
  • Holding structure 3 has no retaining bars 30, or that the holding bars 30 are themselves designed as lateral tethers 3A. Along the vertical direction, such a tether 3A may extend from a side surface of the optical component 10 to the intermediate carrier 90.
  • optical components 10 it is possible for the optical components 10 to be produced from a coherent structure on the common intermediate carrier 90. Even after the separation of the optical components 10 by the formation of the separation trenches 4T, the optical components 10 can continue to be mechanically fastened on the same intermediate carrier 90.
  • a gap 4H or a cavity 4H may be formed between the intermediate carrier 90 and the optical components 10. As shown in Figure 1A, the cavity 4H may be in the lateral
  • the sacrificial layer 4 may be selectively removed, particularly etched away become.
  • the optical component 10 or the optical components 10 are / is mechanically connected to the intermediate carrier 90 after removal of the sacrificial layer 4 exclusively by the holding structure 3, in this case by the holding bars 30 and the holding elements 3A.
  • optical components 10 can be detached from the intermediate carrier 90 individually or in groups, for example by breaking or detaching the holding elements 3A.
  • FIG. 1B The embodiment illustrated in FIG. 1B
  • the holding structure 3 has a plurality of holding pillars 3B, which are arranged along the vertical direction between the intermediate carrier 90 and the optical components 10.
  • an optical component 10 can cover the holding column 3B assigned to it or the holding columns 3B assigned to it,
  • the sacrificial layer 4 may have openings made of a material of
  • the sacrificial layer 4 may be continuous or have a plurality of laterally spaced sublayers.
  • Holding structure 3 in the openings of the sacrificial layer 4, a plurality of holding columns 3 B and / or holding beams 30th
  • the holding columns 3B connect the intermediate carrier 90 with the optical components 10, in particular on the rear sides 10R of the optical components 10.
  • the holding bars 30 and the holding straps 3A connect the intermediate carrier 90 with the optical components 10, in particular on the side surfaces of the optical components 10.
  • Holding elements 3A and / or 3B are preferably designed such that they can be broken or released, in particular after the removal of the sacrificial layer 4 under mechanical load
  • the holding straps 3A or the holding columns 3B may be formed of an electrically insulating material or of an electrically conductive material.
  • the material of the holding elements 3A and / or 3B has a lower etch rate than a material of the
  • Sacrificial layer 4 for example, at least 5 times, 10 times, 20 times or 100 times lower etch rate.
  • the holding elements 3A and / or 3B are identical to each other.
  • the holding elements 3A and / or 3B may be formed such that they are under mechanical
  • the holding structure 3 has a plurality of predetermined breaking points, which are formed in particular by the holding elements 3A and / or 3B.
  • the embodiment shown in the figure IC for a composite component 100 substantially corresponds to the embodiments shown in Figures 2A and 2B for a component composite 100.
  • the component composite 100 has a plurality of lateral tethers 3A and a plurality of support columns 3B as holding elements.
  • the holding straps 3A can be formed laterally of the optical components 10 in the regions of the separating trenches 4T and connect the optical components 10 to the holding bars 30.
  • the production of the lateral holding straps 3A and / or the holding bars 30 takes place in particular after the formation of the separating trenches 4T.
  • the formation of the support pillars 3B may be performed prior to the formation of the isolation trenches 4T.
  • each optical component 10 may have a plurality of holding elements 3A and / or 3B
  • the optical component 10 can have several or all side surfaces which are partially covered by the optical component
  • Tethers 3A are covered. On the side surfaces of the optical component 10, the tethers 3A in
  • the tethers 3A may include between 0.1% and 1%, between 0.3% and 3% inclusive
  • Figures 2A, 2B, 2C, 2D, 2E, 2F, 2G, 2H, 21 and 2J show various embodiments of the optical component 10 in sectional views.
  • the optical component 10 has an optical Element 10E on.
  • the optical element 10E is for forming one onto the optical component 10
  • the optical element 10E may be a diffractive optical element.
  • the component 10 has a main body 10G.
  • the optical element 10E may be replaced by the main body 10G, approximately by itself
  • Geometry and / or material composition of the body 10G be formed.
  • the optical element 10E is disposed on the base body 10G or embedded or buried in the base body 10G.
  • the optical element 10E is formed by the geometry of the main body 10G.
  • the main body 10G forms an optical lens.
  • the main body 10G may be a glass body.
  • the main body 10G is designed plano-convex according to Figure 2A.
  • the component 10 has a curved front side 10F, which is formed in particular by the convex surface of the main body 10G.
  • the component 10 has a planar or planar rear side 10R, which is formed in particular by the flat or planar surface of the main body 10G.
  • the main body 10G is designed plano-concave as shown in FIG 2B.
  • the curved front side 10F of the component 10 is formed, in particular, by the concave surface of the main body 10G. Notwithstanding Figures 2A and 2B, it is possible that the base body 10G is biconvex, biconcave, convex-concave or concave-convex.
  • the optical element 10E is of the
  • the optical element 10E is an optical lens.
  • the optical lens can assume conventional forms of a lens, which are described in particular in connection with the basic body 10G described in Figures 2A and 2B.
  • the optical element 10E is plano-concave.
  • the front side 10F and the rear side 10R of the optical component are planar or planar.
  • the front 10F and the back 10R can through
  • Base 10G may be formed of a radiation-transparent, in particular transparent material. It is possible that the optical element 10E is a glass body. Furthermore, it is conceivable that the base body 10G and the optical element 10E made of different materials
  • Refractive indices are formed.
  • a refractive index of the optical element 10E is different
  • the optical element 10E may have a larger refractive index than the main body 10G.
  • optical element 10E and / or the base body 10G is / are formed of a semiconductor material.
  • Embodiments essentially correspond to the exemplary embodiment shown in FIG. 2C for an optical component 10.
  • the optical element 10E in FIGS. 2D, 2E and 2F is plano-convex, biconvex or biconcave.
  • Embodiments correspond substantially to the embodiment shown in Figure 2C for an optical
  • the optical element 10E according to FIGS. 2G and 2H is designed in particular as a diffractive optical element 10E.
  • the optical element 10E may be a planar or curved layer within the
  • the optical element 10E may be formed of photonic crystals or high refractive materials. Also, the optical element 10E may include diffractive elements or a lattice-like structure that acts approximately similar to a diffraction grating.
  • the optical element 10E is formed by an optical layer which is located on the associated optical element 10E
  • the optical layer may comprise substructures 10E2, for example micro- or nanostructures.
  • the substructures 10E2 may be formed of a material having a refractive index of at least 1.5 or 1.6, or 2.0.
  • the substructures 10E2 can in a matrix material 10E1 in particular with a smaller
  • Refractive index such as with at least 0.2 or 0.3 or 0.5 smaller refractive index, be embedded.
  • the front side 10F of the optical component 10 may be formed by a surface of the optical layer.
  • the optical layer is in particular a separate layer of the optical component 10.
  • the optical component 10 has a
  • Cover layer 10S which is designed in particular as a protective layer of the optical component 10.
  • the cover layer 10S may adjoin the main body 10G indirectly or directly.
  • the back 10R of the optical Component 10 through a surface of the cover layer 10S
  • the cover layer 10S may be made of an electrically insulating material, such as silicon nitride or
  • Silica be formed.
  • the optical components 10 illustrated in FIGS. 2A, 2B, 2C, 2D, 2E, 2F, 2G and 2H may likewise have such a cover layer 10S.
  • Such a cover layer 10S can be planarized and is particularly suitable for a direct bonding method in which the optical component 10 is mounted on a target surface.
  • a plurality of components 1 or a plurality of main bodies 2H of the components 1 are provided on a common carrier 9G.
  • the common carrier 9G and the main bodies 2H form approximately a semiconductor wafer.
  • the components 1 or the main bodies 2H can each have a semiconductor layer sequence which is set up during operation of the corresponding component 1 for generating or for detecting electromagnetic radiation R.
  • Component 1 or the main body 2H may be one
  • Radiation passage region 6 have approximately on a front side 1F of the component 1 or the main body 2H.
  • the radiation passage region 6 may have an aperture 60 of the
  • the carrier 9G may be a growth substrate on which the semiconductor layer sequence is in particular epitaxially
  • the carrier 9G may also be different from such a growth substrate. It is possible that the carrier 9G has printed conductors, IC chips or transistors.
  • the respective main body 2H may have a
  • Semiconductor body 2 have ( Figures 4A to 4D).
  • the main body 2H or the semiconductor body 2 as Components of a semiconductor structure 20, in particular a contiguous semiconductor structure 20 may be formed.
  • the semiconductor structure 20 may, for example, along a
  • the semiconductor structure 20 can have a first semiconductor layer 21, a second semiconductor layer 22 and an active zone 23 arranged between the semiconductor layers 21 and 22, the active zone 23 being set up in particular for emission or detection of electromagnetic radiation.
  • the active zone 23 is a pn junction zone.
  • the semiconductor structure 20 may be on a III-V or II-VI semiconductor interconnect material
  • the semiconductor structure 20 is based on a group III-V compound semiconductor material, in particular when it comprises at least one element from the main group III, such as Al, Ga, In, and an element from the main group V, such as N, P, As.
  • III-V compound semiconductor material includes the group of binary, tertiary and quaternary compounds containing at least one element from main group III and at least one element from main group V, for example nitride and phosphide compound semiconductors a semiconductor structure 20 based on the group II-VI compound semiconductor material.
  • a plurality of optical components 10 are applied to the main bodies 2H or to the semiconductor structure 20.
  • the optical components 10 can be removed from the component assembly 100 and individually or in groups on the main body 2H or on the
  • the optical component 10 can cover a radiation passage region 6 or an aperture 60 of the associated main body 2H, in particular
  • the number of optical components 10 applied to the main bodies 2H or to the semiconductor structure 20 in a single process step may be at least or greater than 4, 10, 100 or 1000.
  • the attaching and fixing of the optical components 10 on the main bodies 2H or on the semiconductor structure 20 may be performed before the formation of the mesa trenches IT (FIG. 3A) or after the formation of the mesa trenches IT (FIG. 3B).
  • the optical components 10 and the main bodies 2H or the semiconductor structure 20 may have planar surfaces 1F and 10R, and may preferably be mechanically bonded to each other at the planar surfaces by a direct bonding process.
  • Connecting surface 5G which is defined approximately by overlapping areas of the planar surfaces 1F and 10R, is in this case free of a bonding material, such as free of a primer material such as solder or adhesive material.
  • Joining area 5G can be different layers
  • the optical components 10 can have mechanical traces of detached or broken holding elements 3A.
  • the mechanical traces may be remnants or traces of a mechanical fracture of one or more
  • Tethers 3A especially on the side surfaces of the
  • optical components 10 be optical components 10.
  • Such mechanical traces are located on the back side 10R of an optical component 10 (FIG. 3C).
  • optical component 10 by means of a
  • Connection layer 5 are mounted on the associated main body 2H or on the semiconductor structure 20.
  • Bonding layer 5 may comprise an adhesion promoter material, a solder or an adhesive material.
  • the connecting layer 5 may be formed of metallic layers.
  • the retaining pillars 3B arranged on the rear side 10R of the optical component 10 or remnants or traces of the retaining pillars 3B may be arranged locally or completely within the connecting layer 5.
  • the common carrier 9G can be singulated into a plurality of carriers 9 of the components 1. On each isolated
  • a main body 2H in particular a single main body 2H with a single optical component 10 or with a plurality of optical components 10 may be arranged.
  • a device 1 is for example in the
  • Figures 4A, 4B, 4C and 4D shown schematically. It is also possible that on a single carrier 9 a
  • a plurality of main bodies 2H is arranged in particular with a plurality of optical components 10.
  • Component 1 may be a laser bar.
  • a component 1 is shown schematically.
  • the component 1 has a carrier 9, a main body 2H and an optical component 10.
  • the optical component 10 is disposed on a front side 1F of the main body 2H or the
  • the optical component 10 has
  • the optical component 10 has a rear side IR, which is formed by a surface of the carrier 9.
  • the main body 2H has a semiconductor body 2 having a first semiconductor layer 21, a second semiconductor layer 22 and an active zone 23 arranged between the semiconductor layers 21 and 22. Furthermore, the main body 2H comprises a first contact layer 61 and a second contact layer 62 for electrically contacting the
  • the device 1 is a surface emitting laser diode or VCSEL.
  • Semiconductor body 2 can between a first
  • Mirror assembly 71 and a second mirror assembly 72 may be arranged.
  • the mirror arrangements 71 and 72 form, in particular, a laser resonator 7.
  • the mirror arrangements 71 and 72 may be Bragg mirrors, in particular electrically conductive Bragg mirrors approximately of semiconductor materials.
  • the first contact layer 61 covers the
  • the first contact layer 61 may be laterally passivated by a first insulation layer 81.
  • a first contact layer 61 formed in this way it can be achieved that, if possible, electrical charge carriers are only in the region of the region which overlaps the first contact layer 61
  • the Contact layer 61 may be used to form an aperture 60 of the Lead component 1.
  • the first contact layer 61 may be formed of a transparent and electrically conductive material.
  • optical component 10 and the optical component
  • the component 1 shown in FIG. 4A can be produced by a method step as shown in FIG. 3A or 3B.
  • the planar surface of the optical component 10 is, in particular, the rear side 10R of the optical component 10.
  • the planar surface 1F of the main body 2H can pass through
  • Insulation layer 81 may be formed.
  • Main body 2H are mechanically connected to each other by means of a connecting layer 5.
  • a connecting layer 5 is shown, for example, in FIG. 4B.
  • the component 1 shown in FIG. 4B can be produced by a method step as shown in FIG. 3C.
  • the second mirror arrangement 72 can be designed to be electrically insulating.
  • Mirror assembly 72 may form a cap layer IS of the main body 2H. A the optical component 10 facing Surface of the second mirror assembly 72 or the
  • Cover layer IS can be flat or planar.
  • the optical component 10 can be mechanically connected to the main body 2H by means of a direct bonding method.
  • the main body 2H has a second one
  • Insulation layer 82 with an opening.
  • the semiconductor body 2 in particular the second
  • the main body 2H has a second contact layer 62, which extends in particular into the opening of the second insulation layer 82. Outside the opening, the second contact layer 62 may cover the second insulation layer 82, in particular
  • the second contact layer 62 may be in direct or indirect electrical contact with the semiconductor body 2 or with the second semiconductor layer 22.
  • the opening of the second insulating layer 82 may thus define an aperture 60 of the device 1.
  • the second contact layer 62 is preferably made of a
  • Embodiments essentially correspond to the exemplary embodiments illustrated in FIGS. 4A and 4B for a component 1.
  • the component 1 or the main body 2H may be surface-mountable
  • the component 1 is in particular an optoelectronic semiconductor chip, for example an LED.
  • the main body 2H may be in the form of a flip chip or a back-contact semiconductor chip.
  • the first contact layer 61 may be referred to as
  • Through-hole may be formed, which extends through the second semiconductor layer 22 and the active region 23 into the first semiconductor layer 21 inside.
  • Through-connection is completely surrounded in the lateral directions by the semiconductor body 2.
  • the through-connection can be electrically insulated by an insulating layer 80 from the second semiconductor layer 22 and from the active zone 23.
  • the cover layer IS can be formed from an electrically insulating material. It is also possible that the
  • Cover layer IS is a growth substrate on which the
  • the carrier 9 may have electrical conductor tracks which are approximately in
  • the carrier 9 may have through contacts, with the through contacts in particular in electrical contact with the contact layers 61 and 62, so that the contact layers 61 and 62 are approximately at the back IR of the device 1

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Abstract

Es wird ein Bauteilverbund (100) mit einer Mehrzahl von optischen Bauteilen (10), einer entfernbaren Opferschicht (4), einer Haltestruktur (3) und einem gemeinsamen Zwischenträger (90) angegeben, wobei die optischen Bauteile jeweils ein optisches Element (10E) zur Formung eines Lichtstrahls aufweisen und die Opferschicht in vertikaler Richtung zumindest bereichsweise zwischen dem Zwischenträger und den optischen Bauteilen angeordnet ist. Die Haltestruktur weist eine Mehrzahl von Halteelementen (3A, 3B) auf, wobei die Haltestruktur und die Opferschicht eine mechanische Verbindung zwischen dem Zwischenträger und den optischen Bauteilen bilden. Die optischen Bauteile sind ohne die Opferschicht nur noch über die Haltestruktur mit dem Zwischenträger mechanisch verbunden, wobei die Halteelemente unter mechanischer Belastung derart ausgebildet sind, dass diese die optischen Bauteile freigeben, sodass die optischen Bauteile von dem Zwischenträger ablösbar und somit transferierbar ausgeführt sind. Des Weiteren werden ein Bauelement mit einem optischen Bauteil insbesondere aus dem Bauteilverbund und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Bauteilverbunds angegeben.

Description

Beschreibung
BAUTEILVERBUND AUS OPTISCHEN BAUTEILEN, VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES BAUTEILVERBUNDS UND BAUELEMENT MIT EINEM
OPTISCHEN BAUTEIL
Es wird ein Bauteilverbund aus einer Mehrzahl von optischen Bauteilen angegeben, wobei die optischen Bauteile
insbesondere transferierbar und somit bevorzugt druckbar ausgeführt sind. Des Weiteren werden ein Verfahren zur
Herstellung eines Bauteilverbunds, ein Verfahren zur
Herstellung eines Bauelements oder einer Mehrzahl von
Bauelementen und ein Bauelement mit einem optischen Bauteil angegeben .
Optische Bauteile, etwa optische Strukturen, werden oft auf einem Substrat hergestellt und einzeln auf Bauelementen, etwa auf Halbleiterchips montiert. Das Anbringen und das Fixieren einer großen Anzahl von optischen Bauteilen auf den
Bauelementen sind zeitaufwendig und kostenintensiv.
Eine Aufgabe ist es, optische Bauteile anzugeben, die auf Bauelementen schnell, zuverlässig und vereinfacht montierbar sind. Weitere Aufgaben sind es, zuverlässige und
kosteneffiziente Verfahren zur Herstellung eines
Bauteilverbunds oder einer Mehrzahl von Bauelementen mit solchen optischen Bauteilen anzugeben.
Diese Aufgaben werden durch den Bauteilverbund, durch das Verfahren und das Bauelement gemäß den unabhängigen
Ansprüchen sowie in Zusammenhang mit einem solchen Verfahren oder mit einem solchen Bauteilverbund gelöst. Weitere
Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Verfahrens, des Bauteilverbunds oder des Bauelements sind Gegenstand der weiteren Ansprüche.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines Bauteilverbunds wird eine Mehrzahl von optischen Bauteilen auf einem Zwischenträger gebildet. Der Zwischenträger kann aus einem transparenten Material, etwa aus Glas, oder aus einem Halbleitermaterial, zum Beispiel aus Silizium, gebildet sein. Insbesondere ist das Verfahren auf die Herstellung einer Mehrzahl von transferierbaren und insbesondere druckbaren optischen Bauteilen auf einem
gemeinsamen Zwischenträger gerichtet, wobei die optischen Bauteile bevorzugt von dem Zwischenträger ablösbar ausgeführt sind. Zum Beispiel können die optischen Bauteile mittels eines Stempels oder mehrerer Stempel einzeln nacheinander oder gruppenweise gleichzeitig auf Zielmontageflächen, etwa auf ein Bauelement oder auf mehrere Bauelemente, gedruckt werden .
Das hier beschriebene optische Bauteil ist insbesondere zur Formung eines Lichtstrahls eingerichtet. Insbesondere ist das optische Bauteil ein Optik-Chip, zum Beispiel eine
Diffraktive Optik, eine Refraktive Optik, eine
Kollimationsoptik oder eine Diffusor-Struktur. Das Bauelement oder die Mehrzahl der Bauelemente kann zur Erzeugung oder zur Detektion elektromagnetischer Strahlung etwa im UV- IR- oder im sichtbaren Spektralbereich vorgesehen sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens ist eine Opferschicht in vertikaler Richtung zwischen dem
Zwischenträger und den optischen Bauteilen angeordnet. Zum Beispiel ist die Opferschicht aus einem Material wie
Germanium oder Silizium gebildet. Die Opferschicht kann auf dem Zwischenträger gebildet werden, bevor oder während die optischen Bauteile auf dem Zwischenträger erzeugt werden. Im Hinblick auf den Zwischenträger und auf die optischen
Bauteile kann die Opferschicht aus einem selektiv
entfernbaren Material gebildet sein. Zum Beispiel wird das Material der Opferschicht derart gewählt, dass dieses etwa durch ein Ätzverfahren ohne Beschädigung des Zwischenträgers und/oder der optischen Bauteile aufgelöst werden kann.
Unter einer lateralen Richtung wird eine Richtung verstanden, die insbesondere parallel zu einer Haupterstreckungsfläche des Zwischenträgers und/oder des optischen Bauteils verläuft. Zum Beispiel verläuft die laterale Richtung parallel zu der Opferschicht. Unter einer vertikalen Richtung wird eine
Richtung verstanden, die insbesondere senkrecht zu der
Haupterstreckungsfläche des Zwischenträgers und/oder des optischen Bauteils gerichtet ist. Die vertikale Richtung und die laterale Richtung sind insbesondere orthogonal
zueinander .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird eine Haltestruktur mit einer Mehrzahl von Halteelementen erzeugt. Die Haltestruktur ist insbesondere derart
ausgebildet, dass die optischen Bauteile insbesondere nach dem Entfernen der Opferschicht nur noch über die
Haltestruktur mit dem Zwischenträger mechanisch verbunden sind. Mit anderen Worten können die optischen Bauteile nach dem Entfernen der Opferschicht ausschließlich über
Haltestruktur, etwa ausschließlich über die Halteelemente der Haltestruktur, mit dem Zwischenträger mechanisch verbunden sein. Ist das optische Bauteil nur noch oder ausschließlich über die Halteelemente mit dem Zwischenträger mechanisch verbunden, kann die mechanische Verbindung zwischen dem Zwischenträger und den optischen Bauteilen unterbrochen werden, wenn die Halteelemente zertrennt beziehungsweise von dem Zwischenträger oder von den optischen Bauteilen abgelöst werden .
In mindestens einer Ausführungsform eines Verfahrens wird eine Mehrzahl von optischen Bauteilen auf dem Zwischenträger angebracht oder ausgebildet. Die optischen Bauteile können direkt auf dem Zwischenträger erzeugt sein oder werden in einem separaten Verfahrensschritt hergestellt und auf dem Zwischenträger befestigt. Die optischen Bauteile sind
insbesondere zur Formung eines Lichtstrahls eingerichtet. Insbesondere vermittelt oder bildet eine Haltestruktur mit einer Mehrzahl von Halteelementen eine mechanische Verbindung zwischen dem Zwischenträger und den optischen Bauteilen. Eine Opferschicht ist in der vertikalen Richtung zumindest bereichsweise zwischen dem Zwischenträger und den optischen Bauteilen angeordnet. Zur Herstellung einer Mehrzahl von transferierbaren optischen Bauteilen auf dem gemeinsamen Zwischenträger sind die optischen Bauteile bevorzugt nur noch über die Haltestruktur mit dem Zwischenträger mechanisch verbunden, nachdem die Opferschicht entfernt wird. Die
Halteelemente sind zweckmäßig derart ausgebildet, dass diese die optischen Bauteile unter mechanischer Belastung
freigeben, sodass die optischen Bauteile von dem
Zwischenträger ablösbar und somit transferierbar ausgeführt sind .
Durch die Haltestruktur werden die optischen Bauteile
insbesondere auch nach der Entfernung der Opferschicht geordnet und ausreichend stabil auf dem Zwischenträger gehalten, bevor sie einzeln oder gruppenweise für weitere Verarbeitungsschritte gezielt und sicher von dem Zwischenträger abgenommen werden können. Die optischen
Bauteile sind somit einzeln oder gruppenweise druckbar ausgeführt. Mit anderen Worten können die optischen Bauteile einzeln oder gruppenweise insbesondere durch Brechen und/oder durch Ablösen der Halteelemente von dem Zwischenträger abgenommen und etwa in demselben Produktionsschritt zum
Beispiel mit Hilfe eines Stempels oder mehrerer Stempel auf eine Zielmontagefläche transferiert und darauf mechanisch befestigt werden. Die Zielmontagefläche kann Oberfläche eines optoelektronischen Bauelements, etwa eines optoelektronischen Halbleiterchips sein.
Ein durch dieses Verfahren hergestelltes optisches Bauteil weist eine besonders geringe vertikale Schichtdicke auf.
Insbesondere ist die vertikale Schichtdicke des gesamten optischen Bauteils kleiner 40 ym, 30 ym, 20 ym, 10 ym oder kleiner als 5 ym. Zum Beispiel ist die vertikale Schichtdicke des gesamten optischen Bauteils zwischen einschließlich 1 ym und 10 ym, zwischen einschließlich 1 ym und 10 ym, zwischen einschließlich 1 ym und 5 ym, etwa bei 3 ym.
In mindestens einer Ausführungsform eines Bauteilverbunds weist dieser eine Mehrzahl von optischen Bauteilen, eine entfernbare Opferschicht, eine Haltestruktur und einen gemeinsamen Zwischenträger auf. Die optischen Bauteile weisen bevorzugt jeweils ein optisches Element zur Formung eines Lichtstrahls auf. Die Opferschicht ist in der vertikalen Richtung zumindest bereichsweise zwischen dem Zwischenträger und den optischen Bauteilen angeordnet. Die Haltestruktur weist eine Mehrzahl von Halteelementen auf, wobei die
Haltestruktur und/oder die Opferschicht eine mechanische Verbindung zwischen dem Zwischenträger und den optischen Bauteilen bilden/bildet. Bevorzugt sind die optischen Bauteile ohne die Opferschicht nur noch über die Haltestruktur, insbesondere ausschließlich über die
Halteelemente, mit dem Zwischenträger mechanisch verbunden. Die Halteelemente sind unter mechanischer Belastung bevorzugt derart ausgebildet, dass diese die optischen Bauteile
freigeben, sodass die optischen Bauteile von dem
Zwischenträger ablösbar und somit transferierbar ausgeführt sind .
Ein solcher Bauteilverbund enthält eine Mehrzahl von
ablösbaren und somit transferierbaren und insbesondere druckbaren optischen Bauteilen, wobei die Opferschicht bei Bedarf von dem Bauteilverbund entfernt werden kann. In der Anwesenheit der Opferschicht sind die optischen Bauteile jedoch weiterhin mechanisch stabil auf dem Zwischenträger gehalten, sodass der Transport eines solchen Bauteilverbunds ohne großes Bruchrisiko durchgeführt werden kann.
Sind die optischen Bauteile nur noch über die Halteelemente mit dem Zwischenträger mechanisch verbunden, können die optischen Bauteile durch Brechen oder Entfernen der
Halteelemente von dem Zwischenträger abgelöst werden. Die Halteelemente können dabei mittelbar oder unmittelbar an die optischen Bauteile und/oder an den Zwischenträger angrenzen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens oder des Bauteilverbunds sind die Halteelemente bevorzugt hinsichtlich ihrer Geometrie und/oder Materialzusammensetzung derart ausgeführt, dass diese unter mechanischer Belastung
abgebrochen, abgerissen oder von dem Zwischenträger oder von den optischen Bauteilen abgelöst werden und dadurch die
Bauteile freigeben. Die mechanische Belastung kann eine auf die Haltestruktur und/oder auf die Halteelemente ausgeübte Zugkraft oder Druckkraft sein. Sind die Halteelemente unter mechanischer Belastung brechbar ausgeführt, können sie beim Abnehmen des zugehörigen Bauteils abbrechen oder abreißen.
Ein mechanischer Bruch kann etwa innerhalb einer Schicht desselben Materials erzielbar sein. Sind die Halteelemente ablösbar ausgebildet, findet das Ablösen der Halteelemente von dem optischen Bauteil oder von dem Zwischenträger etwa an einer Grenzfläche zwischen dem Halteelement und dem optischen Bauteil oder an einer Grenzfläche zwischen dem Halteelement und dem Zwischenträger statt, also in der Regel an einer Grenzfläche zwischen zwei Schichten verschiedener
Materialien .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens oder des Bauteilverbunds ist die Haltestruktur zumindest bereichsweise in der Opferschicht enthalten. Die Haltestruktur kann
Haltesäulen umfassen, die in lateralen Richtungen etwa von der Opferschicht vollumfänglich umschlossen sind.
Insbesondere sind die Haltesäulen unterhalb der optischen Bauteile angeordnet. In Draufsicht auf den Zwischenträger können die optischen Bauteile die ihnen zugeordneten
Haltesäulen bedecken, insbesondere vollständig bedecken. Die Haltesäulen sind in der vertikalen Richtung etwa zwischen dem Zwischenträger und den optischen Bauteilen angeordnet.
Zusätzlich oder alternativ kann die Haltestruktur Haltegurte enthalten. Die Haltegurte sind insbesondere seitlich der optischen Bauteile angeordnet. Die Halteelemente können aus einem elektrisch isolierenden Material gebildet sein.
Bevorzugt sind die Halteelemente beim Pressen des zugehörigen Bauteils zum Zwischenträger hin brechbar ausgeführt. Die Haltegurte können auf unterschiedlichen Seitenflächen des optischen Bauteils oder auf unterschiedlichen Seitenflächen eines Grundkörpers des optischen Bauteils angeordnet sein.
Die Haltegurte können das optische Bauteil oder die optischen Bauteile mit einem Haltebalken oder mehreren Haltebalken mechanisch verbinden, wobei der Haltebalken in der lateralen Richtung von den optischen Bauteilen beabstandet angeordnet ist. Insbesondere ist der Haltebalken integraler Bestandteil der Haltestruktur. Der Haltebalken kann unmittelbar an den Zwischenträger und/oder unmittelbar an die Haltegurte
angrenzen. Der Haltebalken und die Haltegurte können aus demselben Material oder aus unterschiedlichen Materialien gebildet sein. Die Haltestruktur kann eine Mehrzahl von solchen Haltebalken aufweisen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens oder des Bauteilverbunds befinden sich die Haltegurte ausschließlich seitlich der optischen Bauteile und sind beim Abnehmen der optischen Bauteile unter mechanischer Belastung brechbar oder ablösbar ausgeführt. Insbesondere sind die Haltegurte etwa bezüglich deren Geometrien und/oder Materialien derart ausgebildet, dass diese unter Druckeinwirkung abbrechen. Zum Beispiel sind die Halteelemente aus einem elektrisch
isolierenden Material, etwa aus einem Polymer, einem
plastischen Material, Siliziumnitrid oder aus Siliziumoxid gebildet .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens oder des Bauteilverbunds umfassen die Halteelemente Haltesäulen, die sich unterhalb der optischen Bauteile befinden. Die
Haltesäulen sind in der vertikalen Richtung insbesondere ausschließlich zwischen dem Zwischenträger und den optischen Bauteilen angeordnet. Die Haltesäule kann aus einem Material gebildet sein, das ätzresistenter ist als das Material der Opferschicht. Zum Beispiel sind die Haltesäulen aus einem elektrisch isolierenden Material, etwa aus Siliziumdioxid, Plastik oder aus einem anderen Kunststoff gebildet. Es ist auch möglich, dass die Halteelemente, insbesondere die
Haltegurte und/oder die Haltesäulen, aus einem elektrisch leitfähigen Material, etwa aus einem Metall wie Kupfer, Aluminium, Nickel, Chrom, Platin oder Legierungen davon gebildet sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens oder des Bauteilverbunds sind die Halteelemente bevorzugt hinsichtlich ihrer Geometrie und/oder Materialzusammensetzung derart ausgeführt, dass sie beim Pressen oder Abnehmen des
zugehörigen optischen Bauteils brechbar ausgeführt sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens oder des Bauteilverbunds bildet die Opferschicht eine gemeinsame
Grenzschicht zwischen dem Zwischenträger und den Bauteilen. Insbesondere grenzt die Opferschicht direkt an den
Zwischenträger und/oder direkt an die Haltestruktur,
insbesondere direkt an die Halteelemente an. Ohne die
Opferschicht, etwa nach der Entfernung der Opferschicht, ist insbesondere ein Zwischenraum, etwa ein Hohlraum zwischen dem Zwischenträger und den optischen Bauteilen gebildet. Die Halteelemente, etwa die Haltesäulen und/oder die Haltegurte, können stellenweise unmittelbar an den Hohlraum angrenzen oder in dem Hohlraum angeordnet sein. Die Halteelemente sind bevorzugt von dem Hohlraum umgeben, sodass die Halteelemente bei Krafteinwirkung oder bei Druckeinwirkung vergleichsweise leichter mechanisch gebrochen werden können.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens oder des Bauteilverbunds weisen die optischen Bauteile jeweils ein optisches Element auf. Insbesondere ist das optische Element ein diffraktives optisches Element (DOE) . Das optische
Element oder die optischen Elemente ist/sind zur Formung eines Lichtstrahls, etwa eines Laserlichtstrahls,
insbesondere zur Aufweitung und zur Verteilung des
Lichtstrahls eingerichtet. Das optische Bauteil kann zur Verteilung eines Lichtstrahls, etwa eines Laserlichtstrahls, über einen größeren Raumwinkelbereich hinweg oder zur Lenkung oder Fokussierung eines Lichtstrahls eingerichtet sein. Das optische Element bildet insbesondere eine optisch wirksame Struktur des optischen Bauteils, welche den Verlauf des
Lichtstrahls in dem optischem Bauteil und/oder nach dem
Verlassen des optischen Bauteils bestimmt.
Das optische Element des optischen Bauteils kann konvex oder konkav gekrümmt, plan-konvex, plan-konkav oder konvex-konkav ausgebildet sein. Das optische Element des optischen Bauteils kann Beugungselemente oder photonische Kristalle aufweisen. Auch kann das optische Element eine gitterartige Struktur sein, die ähnlich wie ein Beugungsgitter und/oder ein
Hologramm für den Lichtstrahl, etwa für die Laserstrahlung wirkt .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens oder des Bauteilverbunds ist das optische Element des optischen
Bauteils aus einem III-V- oder aus einem II-VI- Verbindungshalbleitermaterial gebildet. Insbesondere weist das optische Element ein Material oder mehrere
unterschiedliche Materialien mit einem Brechungsindex von mindestens 1,5, 1,6, 1,8 oder oder von mindestens 2,0 auf, etwa zwischen einschließlich 1,5 und 3 oder zwischen
einschließlich 1,8 und 2,5. Im Zweifel ist der hier
angegebene Brechungsindex auf eine Wellenlänge 632,8 nm bezogen. Das optische Bauteil oder das optische Element kann SiO, SiN, ZnO, ZnS, ZnTe, Ga203, In203, ZnO, Sn02 oder Ta205 aufweisen. Weitere Beispiele für Materialien für das optische Element sind zum Beispiel Aluminiumoxid wie A1203, GaAs oder GaN.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens oder des Bauteilverbunds weisen die optischen Bauteile jeweils einen Grundkörper auf. Insbesondere ist das optische Element des jeweiligen Bauteils durch die Geometrie des zugehörigen
Grundkörpers gebildet. Auch ist es möglich, dass das optische Element auf dem Grundkörper angeordnet oder in dem
Grundkörper eingebettet oder vergraben ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens oder des Bauteilverbunds ist das optische Bauteil oder der Grundkörper plan-konvex oder plan-konkav ausgeführt. Die Bauteile können jeweils eine dem Zwischenträger zugewandte planare Rückseite aufweisen. Es ist möglich, dass das optische Bauteil oder der Grundkörper eine dem Zwischenträger zugewandte ebene oder planare Rückseite und eine dem Zwischenträger abgewandte zumindest ebene Vorderseite aufweist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens oder des Bauteilverbunds weisen die optischen Bauteile jeweils einen Grundkörper auf, wobei das optische Element des jeweiligen Bauteils in dem zugehörigen Grundkörper eingebettet ist. Das optische Element ist zum Beispiel ein diffraktives optisches Element .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens oder des Bauteilverbunds weisen die optischen Bauteile jeweils einen transparenten Grundkörper auf. Der transparente Grundkörper kann photonische Kristalle enthalten, die das optische
Element des jeweiligen Bauteils bilden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens oder des Bauteilverbunds ist das optische Element des jeweiligen
Bauteils durch eine optische Schicht gebildet. Die optische Schicht ist insbesondere auf dem zugehörigen Grundkörper des optischen Bauteils angeordnet. Die optische Schicht kann Substrukturen aus einem Material mit einem Brechungsindex von mindestens 1,5 oder 1,6 aufweisen. Zum Beispiel sind die Substrukturen aus Siliziumnitrid oder aus Ta205 gebildet. Die Substrukturen können in einem Matrixmaterial mit einem niedrigeren Brechungsindex, zum Beispiel kleiner als 1,5 oder kleiner als 1,6, eingebettet sein. Das Matrixmaterial kann aus Siliziumoxid, etwa aus Siliziumdioxid gebildet sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens oder des Bauteilverbunds weist das optische Bauteil oder der
Grundkörper eine dem Zwischenträger zugewandte planare
Rückseite und eine dem Zwischenträger abgewandte zumindest eben oder planar ausgeführte Vorderseite auf. Es ist möglich, dass das Bauteil eine Schutzschicht oder eine Deckschicht aufweist, die zwischen dem Grundkörper und dem Zwischenträger angeordnet ist. Die Schutzschicht oder die Deckschicht kann planarisiert werden, sodass die Schutzschicht oder die
Deckschicht eine Oberfläche aufweist, die eine planare
Rückseite des optischen Bauteils bildet.
Gemäß mindestens einer Ausführungsform eines optischen
Bauteils, das insbesondere nach einem hier beschriebenen Verfahren hergestellt ist und/oder von dem gemeinsamen Träger des hier beschriebenen Bauteilverbunds abgelöst ist, ist dieses ein elektrisch isolierendes Bauteil. Insbesondere ist das optische Bauteil frei von einer optisch aktiven Schicht, die zur Erzeugung oder zur Detektion elektromagnetischer Strahlung eingerichtet ist. Mit anderen Worten ist das optische Bauteil, das zur Formung eines Lichtstrahls oder Lichtbündels eingerichtet ist, nicht zur Erzeugung oder zur Detektion elektromagnetischer Strahlung vorgesehen. Das Bauteil kann Überreste oder Trennspuren von den
Halteelementen aufweisen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung eines oder einer Mehrzahl von Bauelementen, insbesondere von optoelektronischen Bauelementen, wird ein hier beschriebener Bauteilverbund bereitgestellt. In einem nachfolgenden Verfahrensschritt wird die Opferschicht
entfernt. Eines der optischen Bauteile oder eine Mehrzahl von optischen Bauteilen kann mit Hilfe eines oder einer Mehrzahl von Stempeln abgenommen werden, wobei die Halteelemente unter mechanischer Belastung des Stempels oder der Stempel die Bauteile freigeben, sodass die Bauteile von dem
Zwischenträger abgelöst werden.
Das optische Bauteil oder die Mehrzahl von optischen
Bauteilen kann auf eine Zielfläche, etwa auf einen
Hauptkörper des Bauelements oder auf eine Mehrzahl von
Hauptkörpern der Bauelemente gedruckt werden. Zum Beispiel weist der Hauptkörper einen Halbleiterkörper mit einer aktiven Zone auf, die zur Erzeugung oder Detektion
elektromagnetischer Strahlung eingerichtet ist. Anschließend kann der Stempel oder die Mehrzahl von Stempeln von dem optischen Bauteil oder von den optischen Bauteilen getrennt werden. Die optischen Bauteile können somit einzeln oder gruppenweise von dem Bauteilverbund auf eine oder auf mehrere Zielflächen, etwa auf Oberflächen von Halbleiterchips, transferiert werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines oder einer Mehrzahl von Bauelementen wird das optische Bauteil mittels einer Verbindungsschicht auf dem zugehörigen Hauptkörper des Bauelements befestigt. Die
Verbindungsschicht kann eine Haftvermittlerschicht wie
Lotschicht oder Klebeschicht sein.
Alternativ ist es möglich, dass das optische Bauteil und der ihm zugehörige Hauptkörper jeweils eine planare Oberfläche aufweisen und mittels eines Direktbond-Verfahrens an den planaren Oberflächen miteinander mechanisch verbunden werden. Zum Beispiel sind die planaren Oberflächen des optischen Bauteils und/oder des Hauptkörpers zumindest bereichsweise oder vollständig durch Oberflächen von elektrisch
isolierenden Schichten, etwa aus Siliziumnitrid, und/oder durch Oberflächen von Halbleiterschichten gebildet. Es ist auch möglich, dass die planare Oberfläche des Hauptkörpers bereichsweise oder vollständig durch eine Oberfläche einer transparenten elektrisch leitfähigen Schicht, etwa einer TCO- Schicht, gebildet ist. Die planare Oberfläche weist eine Rauigkeit auf, die bevorzugt höchstens 50 nm, 20 nm, 10 nm, 5 nm oder höchstens 3 nm ist.
Bei einem Direktbond-Verfahren werden insbesondere planare oder planarisierte Oberflächen in physischen Kontakt
gebracht. Die Grundlage der mechanischen Verbindung stellen vorwiegend oder ausschließlich Wasserstoffbrücken und/oder Van-der-Waals-Wechselwirkungen in unmittelbarer Umgebung einer gemeinsamen Grenzfläche zwischen den planarisierten Oberflächen. Zur Erzeugung kovalenter Bindungen zwischen Atomen oder Molekülen auf den im physischen Kontakt stehenden Oberflächen kann eine thermische Behandlung zum Erreichen einer erhöhten Bondfestigkeit angewandt werden.
In mindestens einer Ausführungsform eines Bauelements weist dieses einen Hauptkörper und ein optisches Bauteil auf. Der Hauptkörper umfasst einen Halbleiterkörper insbesondere mit einer aktiven Zone, die zur Erzeugung oder Detektion
elektromagnetischer Strahlung eingerichtet ist. Das optische Bauteil weist ein optisches Element zur Formung eines
Lichtstrahls auf. Zum Beispiel ist das optische Bauteil auf dem Hauptkörper gedruckt und enthält insbesondere mechanische Spuren von abgelösten oder gebrochenen Halteelementen. Die mechanischen Spuren können Überreste oder Spuren eines mechanischen Bruchs eines oder mehrerer Halteelemente sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Bauelements weisen das optische Bauteil und der Hauptkörper jeweils eine planare Oberfläche auf. Insbesondere grenzen die planaren Oberflächen unmittelbar aneinander an und bilden eine mechanische auf van-der-Waals-Wechselwirkungen basierende Verbindung zwischen dem optischen Bauteil und dem Hauptkörper. Das optische
Bauteil und der Hauptkörper können eine gemeinsame
Grenzfläche aufweisen, die insbesondere planar und frei von einem Verbindungsmaterial ist. Die gemeinsame Grenzfläche ist zum Beispiel frei von einem Lot- oder Haftvermittlermaterial. Die gemeinsame Grenzfläche ist insbesondere eine
Überlappungsfläche zwischen den planarisierten Oberflächen des optischen Bauteils und des Hauptkörpers des Bauelements.
Die hier beschriebenen Verfahren sind für die Herstellung eines hier beschriebenen optischen Bauteils, Bauteilverbunds oder Bauelements besonders geeignet. Die im Zusammenhang mit dem Bauteil, Bauteilverbund oder mit dem Bauelement
beschriebenen Merkmale können daher auch für die jeweiligen Verfahren herangezogen werden und umgekehrt.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen und Weiterbildungen des optischen Bauteils, Bauteilverbunds, Bauelements sowie des jeweiligen Verfahrens ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren 1A bis 4D erläuterten
Ausführungsbeispielen. Es zeigen:
Figuren 1A, 1B, IC und ID schematische Darstellungen
verschiedener Ausführungsformen eines Bauteilverbunds aus einer Mehrzahl von optischen Bauteilen in Schnittansichten,
Figuren 2A, 2B, 2C, 2D, 2E, 2F, 2G, 2H, 21 und 2J
schematische Darstellungen verschiedener Ausführungsformen eines optischen Bauteils in Schnittansichten,
Figuren 3A, 3B und 3C schematische Darstellungen einiger Verfahrensschritte zur Herstellung eines Bauelements oder einer Mehrzahl von Bauelementen in Schnittansichten, und
Figuren 4A, 4B, 4C und 4D schematische Darstellungen einiger Ausführungsbeispiele für ein Bauelement in Schnittansichten.
Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figuren sind jeweils schematische Darstellungen und daher nicht unbedingt maßstabsgetreu. Vielmehr können vergleichsweise kleine Elemente und insbesondere Schichtdicken zur
Verdeutlichung übertrieben groß dargestellt werden. In Figur 1A ist ein Bauteilverbund 100 mit einer Mehrzahl von optischen Bauteilen 10 auf einem gemeinsamen Zwischenträger 90 schematisch dargestellt. Der Zwischenträger 90 kann ein Glassubstrat oder ein Substrat aus einem Halbleitermaterial, etwa aus Silizium, sein. Die optischen Bauteile 10 werden insbesondere auf dem Zwischenträger 90 gefertigt. In den lateralen Richtungen sind die optischen Bauteile 10
insbesondere durch Trenngräben 4T voneinander räumlich getrennt .
Gemäß Figur 1A sind die optischen Bauteile 10 über eine
Opferschicht 4 und/oder eine Haltestruktur 3 mit dem
Zwischenträger 90 mechanisch verbunden und somit auf dem Zwischenträger 90 mechanisch befestigt. Insbesondere grenzt die Opferschicht 4 unmittelbar an den Zwischenträger 90 und/oder an die Haltestruktur 3 an. Bevorzugt ist die
Opferschicht 4 aus einem entfernbaren Material, etwa aus einem ätzbaren Material, gebildet. Hinsichtlich der
Materialien der optischen Bauteile 10 und des Zwischenträgers 90 ist das Material der Opferschicht 4 bevorzugt selektiv entfernbar. Zum Beispiel weist das Material der Opferschicht 4 eine höhere Ätzrate auf als ein Material des
Zwischenträgers 90 und/oder der Haltestruktur 3, insbesondere eine mindestens 5-mal, 10-mal, 20-mal oder 100-mal höhere Ätzrate .
Entlang der vertikalen Richtung ist die Opferschicht 4 zwischen dem Zwischenträger 90 und den optischen Bauteilen 10 angeordnet. Die optischen Bauteile 10 weisen jeweils eine dem Zwischenträger 90 abgewandte Vorderseite 10F und eine dem Zwischenträger 90 zugewandte Rückseite 10R auf. Die Rückseite 10R und/oder die Vorderseite 10F des jeweiligen optischen Bauteils 10 können/kann planar oder eben ausgeführt sein. Die Vorderseite 10F ist insbesondere frei von einer Bedeckung durch die Opferschicht 4. Die Rückseite 10R kann von der Opferschicht 4 teilweise oder vollständig, insbesondere bis auf die Haltestruktur 3 vollständig, bedeckt sein. Gemäß Figur 1A weisen die optischen Bauteile 10 sich vertikal erstreckende Seitenflächen auf, die insbesondere teilweise von der Opferschicht 4 bedeckt sind.
Gemäß Figur 1A enthält die Haltestruktur 3 eine Mehrzahl von Halteelementen 3A. Die Haltestruktur 3 weist insbesondere in den Bereichen der Trenngräben 4T eine Mehrzahl von
Haltebalken 30 auf. Die Haltebalken 30 können mittelbar oder unmittelbar an den Zwischenträger 90 angrenzen. Die
Halteelemente 3A sind gemäß Figur 1A insbesondere als
Haltegurte 3A ausgeführt. Die Haltegurte 3A sind seitlich der optischen Bauteile 10 angeordnet. Ein optisches Bauteil 10 kann eine Mehrzahl von Haltegurten 3A aufweisen, etwa
mindestens zwei, drei, vier oder mindestens sechs solche Haltegurte 3A. Im Vergleich zu den Haltegurten 3A können die Haltebalken 30 größere geometrische Abmessungen aufweisen.
Zum Beispiel weist ein Haltebalken 30 eine laterale Breite oder eine vertikale Höhe auf, die mindestens 2-mal, 3-mal, 4- mal, 5-mal oder mindestens 10-mal so groß ist wie eine entsprechende laterale Breite oder vertikale Höhe der
Haltegurte 3A.
Insbesondere verbinden die Haltegurte 3A die optischen
Bauteile 10 mit den Haltebalken 30. Die Opferschicht 4 und/oder Haltestruktur 3 mit einer Mehrzahl von
Halteelementen 3A und Haltebalken 30 können/kann eine
mechanische Verbindung zwischen dem Zwischenträger 90 und den optischen Bauteilen 10 bilden oder vermitteln. Es ist
möglich, dass die Haltegurte 3A unmittelbar an die optischen Bauteile 10 und/oder an die Haltebalken 30 angrenzen. Die Haltegurte 3A und die Haltebalken 30 können aus dem gleichen Material oder aus unterschiedlichen Materialien gebildet sein. Es ist möglich, dass die Haltegurte 3A und die
Haltebalken 30 in einem gemeinsamen Verfahrensschritt
hergestellt werden. Zum Beispiel wird eine
Verankerungsschicht großflächig auf die optischen Bauteile 10 und/oder auf den Zwischenträger 90 aufgebracht, wobei die Verankerungsschicht nachfolgend in eine Mehrzahl von
Haltebalken 30 und Haltegurten 3A strukturiert wird.
Abweichend von der Figur 1A ist es möglich, dass die
Haltestruktur 3 keine Haltebalken 30 aufweist, oder dass die Haltebalken 30 selbst als seitliche Haltegurte 3A ausgeführt sind. Entlang der vertikalen Richtung kann sich ein solcher Haltegurt 3A von einer Seitenfläche des optischen Bauteils 10 bis zu dem Zwischenträger 90 erstrecken.
Es ist möglich, dass die optischen Bauteile 10 aus einer zusammenhängenden Struktur auf dem gemeinsamen Zwischenträger 90 erzeugt werden. Auch nach der Vereinzelung der optischen Bauteile 10 durch die Bildung der Trenngräben 4T können die optischen Bauteile 10 weiterhin auf demselben Zwischenträger 90 mechanisch befestigt sein.
Nach dem Entfernen der Opferschicht 4 kann ein Zwischenraum 4H oder ein Hohlraum 4H zwischen dem Zwischenträger 90 und den optischen Bauteilen 10 gebildet sein. Wie in der Figur 1A dargestellt, kann sich der Hohlraum 4H in der lateralen
Richtung bereichsweise zwischen dem optischen Bauteil 10 und der Haltestruktur 3, insbesondere zwischen dem optischen Bauteil 10 und dem Haltebalken 30 befinden. Zum Beispiel kann die Opferschicht 4 selektiv entfernt, insbesondere weggeätzt werden. Insbesondere ist/sind das optische Bauteil 10 oder die optischen Bauteile 10 nach dem Entfernen der Opferschicht 4 ausschließlich durch die Haltestruktur 3, in diesem Fall durch die Haltebalken 30 und die Halteelemente 3A, mit dem Zwischenträger 90 mechanisch verbunden. Über die
Haltestruktur 3 sind die optischen Bauteile 10 somit
weiterhin geordnet auf dem gemeinsamen Zwischenträger 90 platziert, wobei die optischen Bauteile 10 etwa durch Brechen oder Ablösen der Halteelemente 3A einzeln oder gruppenweise von dem Zwischenträger 90 abgelöst werden können.
Das in der Figur 1B dargestellte Ausführungsbeispiel
entspricht im Wesentlichen dem in der Figur 1A dargestellten Ausführungsbeispiel für einen Bauteilverbund 100. Im
Unterschied hierzu weist die Haltestruktur 3 eine Mehrzahl von Haltesäulen 3B auf, die entlang der vertikalen Richtung zwischen dem Zwischenträger 90 und den optischen Bauteilen 10 angeordnet sind. In Draufsicht auf den Zwischenträger 90 kann ein optisches Bauteil 10 die ihm zugeordnete Haltesäule 3B oder die ihm zugeordneten Haltesäulen 3B bedecken,
insbesondere vollständig bedecken.
Wie in der Figur 1A und 1B dargestellt, kann die Opferschicht 4 Öffnungen aufweisen, die von einem Material der
Haltestruktur 3 aufgefüllt sind. Die Opferschicht 4 kann zusammenhängend ausgeführt sein oder eine Mehrzahl von lateral beabstandeten Teilschichten aufweisen. Die
Haltestruktur 3 kann in den Öffnungen der Opferschicht 4 eine Mehrzahl von Haltesäulen 3B und/oder Haltebalken 30
aufweisen. Die Haltesäulen 3B verbinden den Zwischenträger 90 mit den optischen Bauteilen 10 insbesondere an den Rückseiten 10R der optischen Bauteile 10. Die Haltebalken 30 und die Haltegurte 3A verbinden den Zwischenträger 90 mit den optischen Bauteilen 10 insbesondere an den Seitenflächen der optischen Bauteile 10.
Bezüglich der Geometrien und der Materialien sind die
Halteelemente 3A und/oder 3B bevorzugt derart ausgebildet, dass sie insbesondere nach der Entfernung der Opferschicht 4 unter mechanischer Belastung brechbar oder ablösbar
ausgeführt sind. Die Haltegurte 3A oder die Haltesäulen 3B können aus einem elektrisch isolierenden Material oder aus einem elektrisch leitfähigen Material gebildet sein.
Insbesondere weist das Material der Halteelemente 3A und/oder 3B eine geringere Ätzrate auf als ein Material der
Opferschicht 4, zum Beispiel eine mindestens 5-mal, 10-mal, 20-mal oder 100-mal geringere Ätzrate.
Insbesondere sind die Halteelemente 3A und/oder 3B
hinsichtlich ihrer Geometrien und Materialien derart
gebildet, dass sie beim Pressen des zugehörigen optischen Bauteils 10 mechanisch abbrechen und/oder beim Anheben des optischen Bauteils 10 zerreißen oder von dem optischen
Bauteil 10 oder von dem Zwischenträger 90 ablösen. Mit anderen Worten können die Halteelemente 3A und/oder 3B, derart ausgebildet sein, dass sie unter mechanischer
Belastung die optischen Bauteile 10 freigeben, sodass die optischen Bauteile 10 einzeln oder gruppenweise von dem
Zwischenträger 90 ablösbar und somit transferierbar oder druckbar ausgeführt sind. Die Haltestruktur 3 weist eine Mehrzahl von Sollbruchstellen auf, die insbesondere durch die Halteelemente 3A und/oder 3B gebildet sind.
Das in der Figur IC dargestellte Ausführungsbeispiel für einen Bauteilverbund 100 entspricht im Wesentlichen den in den Figuren 2A und 2B dargestellten Ausführungsbeispielen für einen Bauteilverbund 100. Im Unterschied hierzu weist der Bauteilverbund 100 eine Mehrzahl von seitlichen Haltegurten 3A und eine Mehrzahl von Haltesäulen 3B als Halteelemente auf. Die Haltegurte 3A können seitlich der optischen Bauteile 10 in den Bereichen der Trenngräben 4T gebildet sein und verbinden die optischen Bauteile 10 mit den Haltebalken 30. Die Herstellung der seitlichen Haltegurte 3A und/oder der Haltebalken 30 erfolgt insbesondere nach der Ausbildung der Trenngräben 4T. Die Ausbildung der Haltesäulen 3B kann vor der Ausbildung der Trenngräben 4T durchgeführt werden.
Das in der Figur ID dargestellte Ausführungsbeispiel
entspricht im Wesentlichen dem in der Figur IC dargestellten Ausführungsbeispiel für einen Bauteilverbund 100. In der Figur ID ist das Bauteilverbund 100 in Draufsicht auf den Zwischenträger 90 dargestellt. Jedem optischen Bauteil 10 kann eine Mehrzahl von Halteelementen 3A und/oder 3B
zugeordnet sein. Das optische Bauteil 10 kann mehrere oder alle Seitenflächen aufweisen, die bereichsweise von den
Haltegurten 3A bedeckt sind. Auf den Seitenflächen des optischen Bauteils 10 können die Haltegurte 3A im
Wesentlichen punktförmig ausgeführt sein. Zum Beispiel können die Haltegurte 3A in Draufsicht auf eine Seitenfläche des optischen Bauteils 10 zwischen einschließlich 0,1 % und 1 %, zwischen einschließlich 0,3 % und 3 %, zwischen
einschließlich 0,5 % und 5 %, zwischen einschließlich 1 % und 10 % oder zwischen einschließlich 2 % und 20 % einer
Gesamtfläche der zugehörigen Seitenfläche des optischen
Bauteils 10 bedecken.
Die Figuren 2A, 2B, 2C, 2D, 2E, 2F, 2G, 2H, 21 und 2J zeigen verschiedene Ausführungsformen des optischen Bauteils 10 in Schnittansichten. Das optische Bauteil 10 weist ein optisches Element 10E auf. Insbesondere ist das optische Element 10E für die Formung eines auf das optische Bauteil 10
auftreffenden Lichtstrahls eingerichtet. Das optische Element 10E kann ein diffraktives optisches Element sein. Das Bauteil 10 weist einen Grundkörper 10G auf. Das optische Element 10E kann durch den Grundkörper 10G, etwa allein durch die
Geometrie und/oder Materialzusammensetzung des Grundkörpers 10G, gebildet sein. Alternativ ist es möglich, dass das optische Element 10E auf dem Grundkörper 10G angeordnet oder in dem Grundkörper 10G eingebettet oder vergraben ist.
Gemäß den Figuren 2A und 2B ist das optische Element 10E durch die Geometrie des Grundkörpers 10G gebildet.
Insbesondere bildet der Grundkörper 10G eine optische Linse. Der Grundkörper 10G kann ein Glaskörper sein. Der Grundkörper 10G ist gemäß Figur 2A plan-konvex ausgeführt. Das Bauteil 10 weist eine gekrümmte Vorderseite 10F auf, die insbesondere durch die konvex ausgebildete Oberfläche des Grundkörpers 10G gebildet ist. Das Bauteil 10 weist eine ebene oder planare Rückseite 10R auf, die insbesondere durch die eben oder planar ausgebildete Oberfläche des Grundkörpers 10G gebildet ist. Der Grundkörper 10G ist gemäß Figur 2B plan-konkav ausgeführt. Die gekrümmte Vorderseite 10F des Bauteils 10 ist insbesondere durch die konkav ausgebildete Oberfläche des Grundkörpers 10G gebildet. Abweichend von den Figuren 2A und 2B ist es möglich, dass der Grundkörper 10G bikonvex, bikonkav, konvex-konkav oder konkav-konvex ausgeführt ist.
Gemäß Figur 2C ist das optische Element 10E von dem
Grundkörper 10G umschlossen. Das optische Element 10E
befindet sich zumindest bereichsweise oder vollständig innerhalb des Grundkörpers 10G. Insbesondere ist das optische Element 10E eine optische Linse. Die optische Linse kann übliche Formen einer Linse annehmen, die insbesondere im Zusammenhang mit dem in den Figuren 2A und 2B beschriebenen Grundkörper 10G beschrieben sind. In der Figur 2C ist das optische Element 10E plan-konkav ausgeführt.
Gemäß Figur 2C sind die Vorderseite 10F und die Rückseite 10R des optischen Bauteils eben oder planar ausgebildet. Die Vorderseite 10F und die Rückseite 10R können durch
Oberflächen des Grundkörpers 10G gebildet sein. Der
Grundkörper 10G kann aus einem strahlungsdurchlässigen, insbesondere transparenten Material gebildet sein. Es ist möglich, dass das optische Element 10E ein Glaskörper ist. Weiterhin ist es denkbar, dass der Grundkörper 10G und das optische Element 10E aus Materialien verschiedener
Brechungsindizes gebildet sind. Zum Beispiel unterscheidet sich ein Brechungsindex des optischen Elements 10E um
mindestens 0,2, 0,3 oder 0,5 von dem Brechungsindex des Grundkörpers 10G. Das optische Element 10E kann einen größeren Brechungsindex aufweisen als der Grundkörpers 10G.
Es ist auch denkbar, dass das optische Element 10E und/oder der Grundkörper 10G aus einem Halbleitermaterial gebildet sind/ist .
Die in den Figuren 2D, 2E und 2F dargestellten
Ausführungsbeispiele entsprechen im Wesentlichen dem in der Figur 2C dargestellten Ausführungsbeispiel für ein optisches Bauteil 10. Im Unterschied hierzu ist das optische Element 10E in den Figuren 2D, 2E und 2F plan-konvex, bikonvex oder bikonkav ausgeführt.
Die in den Figuren 2G und 2H dargestellten
Ausführungsbeispiele entsprechen im Wesentlichen dem in der Figur 2C dargestellten Ausführungsbeispiel für ein optisches Bauteil 10. Im Unterschied hierzu ist das optische Element 10E gemäß den Figuren 2G und 2H insbesondere als diffraktives optisches Element 10E ausgeführt. Das optische Element 10E kann als ebene oder gekrümmte Schicht innerhalb des
Grundkörpers 10G ausgeführt sein. Das optische Element 10E kann aus photonischen Kristallen oder aus hochbrechenden Materialien gebildet sein. Auch kann das optische Element 10E Beugungselemente oder eine gitterartige Struktur aufweisen, die etwa ähnlich wie ein Beugungsgitter wirken/wirkt.
Gemäß Figur 21 ist das optische Element 10E durch eine optische Schicht gebildet, die auf dem zugehörigen
Grundkörper 10G angeordnet ist. Die optische Schicht kann Substrukturen 10E2, zum Beispiel Mikro- oder Nanostrukturen, aufweisen. Die Substrukturen 10E2 können aus einem Material mit einem Brechungsindex von mindestens 1,5 oder 1,6, oder 2,0 gebildet sein. Die Substrukturen 10E2 können in einem Matrixmaterial 10E1 insbesondere mit einem kleineren
Brechungsindex, etwa mit einem um mindestens 0,2 oder 0,3 oder 0,5 kleineren Brechungsindex, eingebettet sein. Die Vorderseite 10F des optischen Bauteils 10 kann durch eine Oberfläche der optischen Schicht gebildet sein. Die optische Schicht ist insbesondere eine eigene Schicht des optischen Bauteils 10.
Das in der Figur 2J dargestellte Ausführungsbeispiel
entspricht im Wesentlichen dem in der Figur 21 dargestellten Ausführungsbeispiel für ein optisches Bauteil 10. Im
Unterschied hierzu weist das optische Bauteil 10 eine
Deckschicht 10S auf, die insbesondere als Schutzschicht des optischen Bauteils 10 ausgeführt ist. Die Deckschicht 10S kann mittelbar oder unmittelbar an den Grundkörper 10G angrenzen. Insbesondere ist die Rückseite 10R des optischen Bauteils 10 durch eine Oberfläche der Deckschicht 10S
gebildet. Die Deckschicht 10S kann aus einem elektrisch isolierenden Material, etwa aus Siliziumnitrid oder aus
Siliziumoxid, gebildet sein. Die in den Figuren 2A, 2B, 2C, 2D, 2E, 2F, 2G und 2H dargestellten optischen Bauteile 10 können ebenfalls eine solche Deckschicht 10S aufweisen. Eine solche Deckschicht 10S kann planarisiert werden und eignet sich besonders für ein Direkt-Bondverfahren, bei dem das optische Bauteil 10 auf einer Zielfläche befestigt wird.
Gemäß Figur 3A wird eine Mehrzahl von Bauelementen 1 oder eine Mehrzahl von Hauptkörpern 2H der Bauelemente 1 auf einem gemeinsamen Träger 9G bereitgestellt. Der gemeinsame Träger 9G und die Hauptkörper 2H bilden etwa einen Halbleiterwafer. Die Bauelemente 1 oder die Hauptkörper 2H können jeweils eine Halbleiterschichtenfolge aufweisen, die im Betrieb des entsprechenden Bauelements 1 zur Erzeugung oder zur Detektion elektromagnetischer Strahlung R eingerichtet ist. Das
Bauelement 1 oder der Hauptkörper 2H kann einen
Strahlungsdurchtrittsbereich 6 etwa auf einer Vorderseite 1F des Bauelements 1 oder des Hauptkörpers 2H aufweisen. Der Strahlungsdurchtrittsbereich 6 kann eine Apertur 60 des
Bauelements 1 oder des Hauptkörpers 2H aufweisen.
Der Träger 9G kann ein Aufwachssubstrat sein, auf dem die Halbleiterschichtenfolge insbesondere epitaktisch
aufgewachsen ist. Der Träger 9G kann jedoch auch verschieden von einem solchen Aufwachssubstrat sein. Es ist möglich, dass der Träger 9G Leiterbahnen, IC-Chips oder Transistoren aufweist. Der jeweilige Hauptkörper 2H kann einen
Halbleiterkörper 2 aufweisen (Figuren 4A bis 4D) . Auf dem gemeinsamen Träger 9, insbesondere auf Wafer-Ebene, können die Hauptkörper 2H oder die Halbleiterkörper 2 als Bestandteile einer Halbleiterstruktur 20, insbesondere einer zusammenhängenden Halbleiterstruktur 20, gebildet sein. Die Halbleiterstruktur 20 kann zum Beispiel entlang einer
Mehrzahl von Trennlinien IT oder Mesagräben IT in eine
Mehrzahl von Halbleiterkörpern 2 zertrennt werden.
Die Halbleiterstruktur 20 kann eine erste Halbleiterschicht 21, eine zweite Halbleiterschicht 22 und eine zwischen den Halbleiterschichten 21 und 22 angeordnete aktive Zone 23 aufweisen, wobei die aktive Zone 23 insbesondere zur Emission oder zur Detektion elektromagnetischer Strahlung eingerichtet ist. Insbesondere ist die aktive Zone 23 eine pn- Übergangszone . Die Halbleiterstruktur 20 kann auf einem III- V- oder auf einem II-VI-Halbleiterverbindungsmaterial
basieren. Die Halbleiterstruktur 20 basiert auf einem Gruppe III-V-Verbindungshalbleitermaterial, wenn diese insbesondere zumindest ein Element aus der Hauptgruppe III, wie etwa Al, Ga, In, und ein Element aus der Hauptgruppe V, wie etwa N, P, As, aufweist. Insbesondere umfasst der Begriff „III-V- Halbleiterverbindungsmaterial" die Gruppe der binären, tertiären und quaternären Verbindungen, die zumindest ein Element aus Hauptgruppe III und zumindest ein Element aus Hauptgruppe V enthalten, beispielsweise Nitrid- und Phosphid- Verbindungshalbleiter . Sinngemäß analog gilt es für eine auf dem Gruppe-II-VI-Verbindungshalbleitermaterial basierende Halbleiterstruktur 20.
Es wird gemäß Figur 3A eine Mehrzahl von optischen Bauteilen 10 auf die Hauptkörper 2H oder auf die Halbleiterstruktur 20 aufgebracht. Insbesondere können die optischen Bauteile 10 von dem Bauteilverbund 100 abgenommen und einzeln oder gruppenweise auf die Hauptkörper 2H oder auf die
Halbleiterstruktur 20 gedruckt und darauf befestigt werden. In Draufsicht kann das optische Bauteil 10 einen Strahlungsdurchtrittsbereich 6 oder eine Apertur 60 des zugehörigen Hauptkörpers 2H bedecken, insbesondere
vollständig bedecken. Die Anzahl der optischen Bauteile 10, die in einem einzigen Verfahrensschritt auf die Hauptkörper 2H oder auf die Halbleiterstruktur 20 aufgebracht wird, kann mindestens oder größer als 4, 10, 100 oder 1000 sein.
Das Anbringen und Fixieren der optischen Bauteile 10 auf den Hauptkörpern 2H oder auf der Halbleiterstruktur 20 können vor dem Ausbilden der Mesagräben IT (Figur 3A) oder nach dem Ausbilden der Mesagräben IT (Figur 3B) durchgeführt werden. Gemäß den Figuren 3A und 3B können die optischen Bauteile 10 und die Hauptkörper 2H oder die Halbleiterstruktur 20 planare Oberflächen 1F und 10R aufweisen und bevorzugt mittels eines Direktbond-Verfahrens an den planaren Oberflächen miteinander mechanisch verbunden werden. Eine gemeinsame
Verbindungsfläche 5G, die etwa durch Überlappungsbereiche der planaren Oberflächen 1F und 10R definiert ist, ist in diesem Fall frei von einem Verbindungsmaterial, etwa frei von einem Haftvermittlermaterial wie Lot- oder Klebematerial. Die
Verbindungsfläche 5G des jeweiligen Bauelements 1 ist
insbesondere ebenfalls planar ausgebildet. An der
Verbindungsfläche 5G können Schichten verschiedener
Materialien unmittelbar aneinander angrenzen.
Gemäß Figur 3A können die optischen Bauteile 10 mechanische Spuren von abgelösten oder gebrochenen Halteelementen 3A aufweisen. Die mechanischen Spuren können Überreste oder Spuren eines mechanischen Bruchs eines oder mehrerer
Haltegurte 3A insbesondere auf den Seitenflächen der
optischen Bauteile 10 sein. Alternativ oder ergänzend können sich solche mechanische Spuren auf der Rückseite 10R eines optischen Bauteils 10 befinden (Figur 3C) .
Das in der Figur 3C dargestellte Ausführungsbeispiel
entspricht im Wesentlichen dem in der Figur 3A dargestellten Ausführungsbeispiel für einen Verfahrensschritt zur
Herstellung einer Mehrzahl von Bauelementen 1. Im Unterschied hierzu kann das optische Bauteil 10 mittels einer
Verbindungsschicht 5 auf dem zugehörigen Hauptkörper 2H oder auf der Halbleiterstruktur 20 befestigt werden. Die
Verbindungsschicht 5 kann ein Haftvermittlermaterial, ein Lot- oder ein Klebematerial aufweisen. Insbesondere kann die Verbindungsschicht 5 aus metallischen Schichten gebildet sein. Die auf der Rückseite 10R des optischen Bauteils 10 angeordneten Haltesäulen 3B oder Überreste oder Spuren der Haltesäulen 3B können stellenweise oder vollständig innerhalb der Verbindungsschicht 5 angeordnet sein.
Insbesondere nach dem Fixieren der optischen Bauteile 10 kann der gemeinsame Träger 9G in eine Mehrzahl von Trägern 9 der Bauelemente 1 vereinzelt werden. Auf jedem vereinzelten
Träger 9 kann ein Hauptkörper 2H, insbesondere ein einziger Hauptkörper 2H mit einem einzigen optischen Bauteil 10 oder mit einer Mehrzahl von optischen Bauteilen 10 angeordnet sein. Ein solches Bauelement 1 ist zum Beispiel in den
Figuren 4A, 4B, 4C und 4D schematisch dargestellt. Es ist auch möglich, dass auf einem vereinzelten Träger 9 eine
Mehrzahl von Hauptkörpern 2H insbesondere mit einer Mehrzahl von optischen Bauteilen 10 angeordnet ist. Ein solches
Bauelement 1 kann ein Laserbarren sein.
In der Figur 4A ist ein Bauelement 1 schematisch dargestellt. Das Bauelement 1 weist einen Träger 9, einen Hauptkörper 2H und ein optisches Bauteil 10 auf. Das optische Bauteil 10 ist auf einer Vorderseite 1F des Hauptkörpers 2H oder des
Bauelements 1 angeordnet. Das optische Bauteil 10 weist
Seitenflächen mit Überresten und/oder Spuren von Haltegurten 3A auf. Das optische Bauteil 10 weist eine Rückseite IR auf, die durch eine Oberfläche des Trägers 9 gebildet ist.
Der Hauptkörper 2H weist einen Halbleiterkörper 2 mit einer ersten Halbleiterschicht 21, einer zweiten Halbleiterschicht 22 und einer zwischen den Halbleiterschichten 21 und 22 angeordneten aktiven Zone 23 auf. Des Weiteren umfasst der Hauptkörper 2H eine erste Kontaktschicht 61 und eine zweite Kontaktschicht 62 zur elektrischen Kontaktierung des
Halbleiterkörpers 2. Insbesondere ist das Bauelement 1 als oberflächenemittierende Laserdiode oder VCSEL (Englisch:
vertical-cavity surface-emitting laser) ausgeführt. Der
Halbleiterkörper 2 kann zwischen einer ersten
Spiegelanordnung 71 und einer zweiten Spiegelanordnung 72 angeordnet sein. Die Spiegelanordnungen 71 und 72 bilden insbesondere einen Laserresonator 7. Die Spiegelanordnungen 71 und 72 können Bragg-Spiegel , insbesondere elektrisch leitfähige Bragg-Spiegel etwa aus Halbleitermaterialien sein.
In Draufsicht bedeckt die erste Kontaktschicht 61 den
Halbleiterkörper 2 oder die aktive Zone 23 lediglich
teilweise. Die erste Kontaktschicht 61 kann seitlich durch eine erste Isolierungsschicht 81 passiviert sein. Durch eine derart gebildete erste Kontaktschicht 61 kann erzielt werden, dass elektrische Ladungsträger möglichst nur in dem sich mit der ersten Kontaktschicht 61 überlappenden Bereich des
Halbleiterkörpers in den Halbleiterkörper 2 eingeprägt werden. Eine derartige Ausgestaltung der ersten
Kontaktschicht 61 kann zur Formung einer Apertur 60 des Bauelements 1 führen. Die erste Kontaktschicht 61 kann aus einem transparenten und elektrisch leitfähigen Material gebildet sein.
Insbesondere weisen das optische Bauteil 10 und der
Hauptkörper 2H planare Oberflächen 1F und 10R auf, wobei die planaren Oberflächen 1F und 10R unmittelbar aneinander angrenzen und eine mechanische auf van-der-Waals- Wechselwirkungen basierende Verbindung zwischen dem optischen Bauteil 10 und dem Hauptkörper 2H bilden können. Das in der Figur 4A dargestellte Bauelement 1 kann durch einen wie in der Figur 3A oder 3B gezeigten Verfahrensschritt hergestellt werden. Die planare Oberfläche des optischen Bauteils 10 ist insbesondere die Rückseite 10R des optischen Bauteils 10. Die planare Oberfläche 1F des Hauptkörpers 2H kann durch
Oberfläche einer Deckschicht IS des Bauelements 1 oder durch Oberflächen der ersten Kontaktschicht 61 und der ersten
Isolierungsschicht 81 gebildet sein.
Es ist möglich, dass das optische Bauteil 10 und der
Hauptkörper 2H mittels einer Verbindungsschicht 5 miteinander mechanisch verbunden sind. Eine solche Verbindungsschicht 5 ist zum Beispiel in der Figur 4B dargestellt. Das in der Figur 4B dargestellte Bauelement 1 kann durch einen wie in der Figur 3C gezeigten Verfahrensschritt hergestellt werden.
Das in der Figur 4B dargestellte Ausführungsbeispiel
entspricht im Wesentlichen dem in der Figur 4A dargestellten Ausführungsbeispiel für ein Bauelement 1. Im weiteren
Unterschied hierzu kann die zweite Spiegelanordnung 72 elektrisch isolierend ausgeführt sein. Die zweite
Spiegelanordnung 72 kann eine Deckschicht IS des Hauptkörpers 2H bilden. Eine dem optischen Bauteil 10 zugewandte Oberfläche der zweiten Spiegelanordnung 72 oder der
Deckschicht IS kann eben oder planar ausgebildet sein.
Abweichend von der Figur 4B kann das optische Bauteil 10 mittels eines Direkt-Bondverfahrens mit dem Hauptkörper 2H mechanisch verbunden werden.
Gemäß Figur 4B weist der Hauptkörper 2H eine zweite
Isolierungsschicht 82 mit einer Öffnung auf. In der Öffnung kann der Halbleiterkörper 2, insbesondere die zweite
Halbleiterschicht 22, bereichsweise freigelegt sein. Zur elektrischen Kontaktierung der zweiten Halbleiterschicht 22 oder des Halbleiterkörpers 2 weist der Hauptkörper 2H eine zweite Kontaktschicht 62 auf, die sich insbesondere in die Öffnung der zweiten Isolierungsschicht 82 hinein erstreckt. Außerhalb der Öffnung kann die zweite Kontaktschicht 62 die zweite Isolierungsschicht 82 bedecken, insbesondere
vollständig bedecken. In dem Bereich der Öffnung der zweiten Isolierungsschicht 82 kann die zweite Kontaktschicht 62 im unmittelbaren oder mittelbaren elektrischen Kontakt mit dem Halbleiterkörper 2 oder mit der zweiten Halbleiterschicht 22 stehen. Die Öffnung der zweiten Isolierungsschicht 82 kann somit eine Apertur 60 des Bauelements 1 definieren. Die zweite Kontaktschicht 62 ist bevorzugt aus einem
strahlungsdurchlässigen und elektrisch leitfähigen Material gebildet .
Die in den Figuren 4C und 4D dargestellten
Ausführungsbeispiele entsprechen im Wesentlichen den in den Figuren 4A und 4B dargestellten Ausführungsbeispielen für ein Bauelement 1. Im Unterschied hierzu kann das Bauelement 1 oder der Hauptkörper 2H als oberflächenmontierbares
Bauelement oder als oberflächenmontierbarer Hauptkörper ausgeführt sein. Das Bauelement 1 ist insbesondere ein optoelektronischer Halbleiterchip, etwa eine LED.
Gemäß Figur 4C kann der Hauptkörper 2H die Form eines Flip- Chips oder eines Halbleiterchips mit Rückseitenkontakten aufweisen. Die erste Kontaktschicht 61 kann als
Durchkontaktierung ausgebildet sein, die sich durch die zweite Halbleiterschicht 22 und die aktive Zone 23 hindurch in die erste Halbleiterschicht 21 hinein erstreckt. Die
Durchkontaktierung ist in den lateralen Richtungen von dem Halbleiterkörper 2 vollumfänglich umgeben. Dabei kann die Durchkontaktierung durch eine Isolierungsschicht 80 von der zweiten Halbleiterschicht 22 und von der aktiven Zone 23 elektrisch isoliert sein.
Die Deckschicht IS kann aus einem elektrisch isolierenden Material gebildet sein. Es ist auch möglich, dass die
Deckschicht IS ein Aufwachssubstrat ist, auf dem der
Halbleiterkörper 2 epitaktisch aufgewachsen ist. Der Träger 9 kann elektrische Leiterbahnen aufweisen, die etwa im
elektrischen Kontakt mit den Kontaktschichten 61 und 62 des Hauptkörpers 2H stehen.
Das in der Figur 4D dargestellte Ausführungsbeispiel
entspricht im Wesentlichen dem in der Figur 4C dargestellten Ausführungsbeispiel für ein Bauelement 1. Im Unterschied hierzu kann der Träger 9 Durchkontakte aufweisen, wobei die Durchkontakte insbesondere mit den Kontaktschichten 61 und 62 im elektrischen Kontakt stehen, sodass die Kontaktschichten 61 und 62 etwa an der Rückseite IR des Bauelements 1
elektrisch kontaktierbar sind. Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2018 104 778.9, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird. Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung der Erfindung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Die Erfindung umfasst vielmehr jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Ansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Ansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Bezugszeichenliste
100 Bauteilverbund
10 optisches Bauteil
10G Grundkörper des optischen Bauteils
10E optisches Element
10E1 Matrixmaterial des optischen Elements
10E2 Substrukturen des optischen Elements
10F Vorderseite des optischen Bauteils
10R Rückseite des optischen Bauteils
10S Deckschicht/ Schutzschicht des optischen Bauteils
1 Bauelement
1F Vorderseite des Bauelements
IR Rückseite des Bauelements
IS Deckschicht
IT Trennlinie, Mesagraben
2H Hauptkörper des Bauelements
2 Halbleiterkörper
20 Halbleiterstruktur
21 erste Halbleiterschicht
22 zweite Halbleiterschicht
23 aktive Zone
3 Haltestruktur
30 Haltebalken
3A Halteelement, Haltegurt
3B Halteelement, Haltesäule
4 Opferschicht
4H Hohlraum
4T Trenngraben 5 Verbindungsschicht
5G gemeinsame Grenzfläche
6 Strahlungsdurchtrittsbereich
60 Apertur
61 erste Kontaktschicht
62 zweite Kontaktschicht
7 Laserresonator
71 erste Spiegelanordnung
72 zweite Spiegelanordnung
80 IsolierungsSchicht
81 erste Isolierungsschicht
82 zweite Isolierungsschicht
9 Träger
9G gemeinsamer Träger/ gemeinsames Aufwachssubstrat
90 Zwischenträger
R Strahlung

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung einer Mehrzahl von
transferierbaren optischen Bauteilen (10) auf einem
gemeinsamen Zwischenträger (90), wobei die optischen Bauteile zur Formung eines Lichtstrahls eingerichtet sind und wobei eine Haltestruktur (3) mit einer Mehrzahl von Halteelementen (3A, 3B) eine mechanische Verbindung zwischen dem
Zwischenträger und den optischen Bauteilen bildet, mit folgenden Schritten:
- Anbringen oder Ausbilden einer Mehrzahl von optischen
Bauteilen auf dem Zwischenträger, wobei eine Opferschicht (4) in vertikaler Richtung zumindest bereichsweise
zwischen dem Zwischenträger und den optischen Bauteilen angeordnet ist; und
- Entfernen der Opferschicht, wodurch die optischen Bauteile nur noch über die Haltestruktur mit dem Zwischenträger mechanisch verbunden sind, wobei die Halteelemente die optischen Bauteile unter mechanischer Belastung freigeben, sodass die optischen Bauteile von dem Zwischenträger ablösbar und somit transferierbar ausgeführt sind.
2. Bauteilverbund (100) mit einer Mehrzahl von optischen Bauteilen (10), einer entfernbaren Opferschicht (4), einer Haltestruktur (3) und einem gemeinsamen Zwischenträger (90), wobei
- die optischen Bauteile jeweils ein optisches Element (10E) zur Formung eines Lichtstrahls aufweisen,
- die Opferschicht in vertikaler Richtung zumindest
bereichsweise zwischen dem Zwischenträger und den
optischen Bauteilen angeordnet ist,
- die Haltestruktur eine Mehrzahl von Halteelementen (3A,
3B) aufweist, wobei die Haltestruktur und die Opferschicht eine mechanische Verbindung zwischen dem Zwischenträger und den optischen Bauteilen bilden, und
- die optischen Bauteile ohne die Opferschicht nur noch über die Haltestruktur mit dem Zwischenträger mechanisch verbunden sind, wobei die Halteelemente unter mechanischer Belastung derart ausgebildet sind, dass diese die
optischen Bauteile freigeben, sodass die optischen
Bauteile von dem Zwischenträger ablösbar und somit
transferierbar ausgeführt sind.
3. Verfahren oder Bauteilverbund nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die optischen Bauteile (10) jeweils einen Grundkörper (10G) aufweisen, wobei das optische Element (10E) des jeweiligen Bauteils durch die Geometrie des zugehörigen
Grundkörpers gebildet ist.
4. Verfahren oder Bauteilverbund nach dem vorhergehenden Anspruch,
wobei der Grundkörper (10G) plan-konvex oder plan-konkav ausgeführt ist und wobei die Bauteile (10) jeweils eine dem Zwischenträger (90) zugewandte planare Rückseite (10R) aufweisen .
5. Verfahren oder Bauteilverbund nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die optischen Bauteile (10) jeweils einen Grundkörper (10G) aufweisen, wobei das optische Element (10E) des jeweiligen Bauteils in dem zugehörigen Grundkörper
eingebettet ist.
6. Verfahren oder Bauteilverbund nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die optischen Bauteile (10) jeweils einen
transparenten Grundkörper (10G) aufweisen, der photonische Kristalle enthält, die das optische Element (10E) des
jeweiligen Bauteils bilden.
7. Verfahren oder Bauteilverbund nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die optischen Bauteile (10) jeweils einen Grundkörper (10G) aufweisen, wobei das optische Element (10E) des
jeweiligen Bauteils durch eine optische Schicht gebildet ist, die auf dem zugehörigen Grundkörper angeordnet ist.
8. Verfahren oder Bauteilverbund nach einem der Ansprüche 5 bis 7 ,
wobei das Bauteil (10) eine dem Zwischenträger (90)
zugewandte planare Rückseite (10R) und eine dem
Zwischenträger abgewandte zumindest eben ausgeführte
Vorderseite (10F) aufweist.
9. Verfahren oder Bauteilverbund nach einem der
vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Halteelemente (3A, 3B) Haltegurte (3A) umfassen, die sich seitlich der optischen Bauteile (10) befinden und beim Abnehmen der optischen Bauteile unter mechanischer
Belastung brechbar oder ablösbar ausgeführt sind.
10. Verfahren oder Bauteilverbund nach einem der
vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Halteelemente (3A, 3B) Haltesäulen (3B) umfassen, die sich unterhalb der optischen Bauteile (10) befinden, in vertikaler Richtung ausschließlich zwischen dem
Zwischenträger (90) und den optischen Bauteilen (10)
angeordnet und beim Abnehmen der optischen Bauteile unter mechanischer Belastung brechbar oder ablösbar ausgeführt sind .
11. Verfahren oder Bauteilverbund nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Halteelemente (3A, 3B) hinsichtlich ihrer Geometrie und/oder Materialzusammensetzung derart ausgeführt sind, dass sie beim Pressen oder Abnehmen des zugehörigen optischen Bauteils (10) brechbar ausgeführt sind.
12. Verfahren oder Bauteilverbund nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, wobei
- die Opferschicht (4) eine gemeinsame Grenzschicht zwischen dem Zwischenträger (90) und den optischen Bauteilen (10) bildet, und
- ohne die Opferschicht ein Hohlraum (4H) zwischen dem
Zwischenträger und den optischen Bauteilen oder zwischen den optischen Bauteilen gebildet ist, wobei die
Halteelemente (3A, 3B) stellenweise unmittelbar an den Hohlraum angrenzen oder in dem Hohlraum angeordnet sind.
13. Verfahren zur Herstellung eines oder einer Mehrzahl von Bauelementen (1) mit folgenden Schritten:
- Bereitstellen des Bauteilverbunds (100) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 11;
- Entfernen der Opferschicht (4);
- Abnehmen eines oder einer Mehrzahl von optischen Bauteilen (10) mit Hilfe eines Stempels oder einer Mehrzahl von Stempeln, wobei die Halteelemente (3A, 3B) unter
mechanischer Belastung des Stempels oder der Stempel die optischen Bauteile freigeben, sodass die optischen
Bauteile von dem Zwischenträger (90) abgelöst werden;
- Drucken des Bauteils oder der Mehrzahl von Bauteilen (10) auf einen Hauptkörper (2H) des Bauelements oder auf eine Mehrzahl von Hauptkörpern (2H) der Bauelemente, wobei der Hauptkörper einen Halbleiterkörper (2) mit einer aktiven Zone (23) aufweist, die zur Erzeugung oder Detektion elektromagnetischer Strahlung eingerichtet ist; und
- Trennen des Stempels oder der Stempel von dem optischen Bauteil oder von den optischen Bauteilen.
14. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch,
bei dem das optische Bauteil (10) mittels einer
Verbindungsschicht (5) auf dem zugehörigen Hauptkörper (2H) des Bauelements (1) befestigt wird.
15. Verfahren nach Anspruch 13,
bei dem das optische Bauteil (10) und der ihm zugehörige Hauptkörper (2H) jeweils eine planare Oberfläche aufweisen und mittels eines Direktbond-Verfahrens an den planaren
Oberflächen miteinander mechanisch verbunden werden.
16. Bauelement (1) mit einem Hauptkörper (2H) und einem optischen Bauteil (10), wobei
- der Hauptkörper einen Halbleiterkörper (2) mit einer
aktiven Zone (23) umfasst, die zur Erzeugung oder
Detektion elektromagnetischer Strahlung eingerichtet ist,
- das optische Bauteil ein optisches Element (10E) zur
Formung eines Lichtstrahls aufweist, und
- das optische Bauteil auf dem Hauptkörper gedruckt ist und mechanische Spuren von abgelösten oder gebrochenen
Halteelementen (3A, 3B) enthält.
17. Bauelement nach dem vorhergehenden Anspruch,
bei dem das optische Bauteil (10) und der Hauptkörper (2H) jeweils eine planare Oberfläche aufweisen, wobei die planaren Oberflächen unmittelbar aneinander angrenzen und eine
mechanische auf van-der-Waals-Wechselwirkungen basierende Verbindung zwischen dem optischen Bauteil und dem Hauptkörper bilden .
18. Bauelement nach Anspruch 16 oder 17,
wobei der Hauptkörper (2H) eine oberflächenemittierende
Laserdiode ist und das optische Bauteil (10) zur Formung eines im Betrieb der Laserdiode erzeugten Lichtstrahls eingerichtet ist.
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