[发明专利]发光二极管(LED)传质设备及其制造方法

说明书

实施方式涉及用于制造包含发光二极管(LED)结构的产品的传质方法。通过多个LED器件的光束辅助释放(BAR)以高速灵活的方式将LED阵列从源衬底转移到目标衬底。BAR传质方法还能够利用源衬底的已知良好管芯(KGD)数据文件来仅转移功能良好的管芯，并避免返工和产量损失。

技术领域

本申请是2017年6月26日提交的美国专利申请号62/525,105的非临时申请，其内容通过引用合并于此。

本发明涉及发光二极管(LED)装置。更具体地，本发明的实施方式涉及技术，包括在制造过程期间有效地将多个发光二极管(LED)装置从源表面转移到目标表面的方法和设备。在实例中，该方法在一般的LED器件转移和放置中有用，并且对于在侧面上可小到几微米的微型LED(uLED)装置的传质特别有用。利用诸如金属有机化学气相沉积(MOCVD)等技术，使微型LED在支撑衬底上生长。在将各个装置用于其最终照明或显示应用之前，希望对LED器件进行测试以建立已知良好管芯(KGD)数据，该数据可驱动传质设备以高速度和高产量放置LED器件。

背景技术

发光二极管(LED)已被用作传统光源的替代技术。例如，LED可用于标牌、交通信号灯、汽车尾灯、移动电子显示器和电视机。与传统光源相比，LED的各种益处可包括提高效率、延长寿命、可变发射光谱以及与各种形状因子集成的能力。

尽管非常成功，但非常需要用于制造LED的改进技术。

发明内容

在LED制造过程期间，使用诸如半导体工业所使用的批量生产过程在衬底上形成LED结构。诸如清洁、沉积、光刻、蚀刻和金属化的过程步骤用于形成基本LED结构。为了实现批量生产规模制造和更低成本，使用这些过程在衬底上同时形成许多装置。根据所需的LED类型，使用不同的衬底和材料。例如，UV发射LED通常由氮化镓(GaN)材料制成，其通常是蓝宝石上的异质外延层或使用氢化物气相外延(HVPE)或氨热法制备的独立式GaN衬底。对于其他颜色，可使用GaAs或GaP衬底。最近，层状转移到支撑衬底上的GaN、GaAs或其他III-V半导体材料已经可用作另一种起始衬底类型。可以使用本发明中公开的设备和方法将这些以及可能的其他LED结构进行传质，以将这些LED器件结构从具有源面密度的源表面(通常是衬底)快速准确地放置到具有通常不同的目标面密度的目标表面上。

需要这样的密度转换以使用通常以阵列布置的LED器件的源衬底到许多可能的目标衬底配置。电视、笔记本电脑的屏幕、计算机显示器、手机、设备、汽车和可穿戴式显示器只是少数需要可编程的面密度传质设备和方法的实例。

大多数微型LED器件的“印刷”方法是“拾取和放置”制造方法的增加产量的版本，已成功用于包括半导体工业在内的许多行业。在半导体工业中，通常从托盘中拾取单个集成电路管芯，并将其放置在最终的互连衬底、中介层等中。追求改进的微型LED制造拾放传质策略的公司的实例包括加利福尼亚库比蒂诺的Apple公司和爱尔兰科克的X-Celeprint。两家公司都在开发变型，该变型可拾取多个LED器件，然后将它们放置在目标表面的至少一部分上。使用这些方法的适合性的特点是生产量，仅可打印已知良好管芯微型LED器件的选项和转移产量。当前的方法在每个这些标准中都有局限性。例如，X-Celeprint最近公开了其微转移打印功能的一些细节(SPIE Photonics West 2017论文10124-44和SID 2017会议论文19.4)。据称生产量每小时超过约一百万个LED，并且该方法仅限于不存在的打印KGD装置的能力。取而代之的是，该公司提出了一系列的印后维修方法。这些限制被认为是物理拾取和放置方法的基本结果，并且难以进一步改进。

通过认识到物理印章拾取和放置方法从源衬底提起特定的装置阵列并将该阵列放置在目标衬底内的特定位置，可以认识到利用KGD测试数据通过拾取和放置方法仅转移功能良好的管芯的固有困难。无论管芯功能的级别如何，它本质上都是对源阵列的“盲”打印。利用KGD数据的唯一解决方案是通过在目标衬底转移之前添加无功能的管芯移除步骤来降低生产量，然后在后续的丢失管芯中进行填充。