使用金属镓的微LED拾取和放置制造技术

使用拾取工具(PUT)将包含镓半导体层的LED管芯放置在目标衬底上，拾取工具使用金属镓附接到LED管芯。作为将镓半导体层与镓半导体层形成于其上的衬底层分离的激光剥离(LLO)过程的结果，镓金属层在LED管芯的表面上形成。镓层被熔化以形成液态镓。PUT的头部与液态镓接触，随之，LED管芯被冷却使得液态镓固化，从而将LED管芯附接到PUT上。PUT拾取LED管芯并将其放置在目标衬底上的期望位置处。LED管芯可以被加热以熔化镓层，从而允许PUT被拆离。

Micro led pickup and placement using metal gallium

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用金属镓的微LED拾取和放置背景本公开涉及一种组装工艺，用于但不排他地限于非常小的显示元件的拾取和放置，这些非常小的显示元件需要使用拾取(pick-up)和转移工艺从初始衬底转移到接收衬底。为了用非常小的发光二极管(LED)(例如微LED(micro-LED))来填充(populate)显示器，可能需要将LED从它们被制造于其上的原生衬底(nativesubstrate)转移到形成显示器的一部分的目标衬底或“显示器衬底”。这种小型半导体器件可以以它们之间的限定的间隔距离组装在目标衬底上，或者一起紧密地封装在目标衬底上。由于这些器件的尺寸很小(例如，小于49×40μm2)，所以传统的拾取和放置技术是不合适的。概述实施例涉及使用拾取工具(PUT)将诸如LED的半导体器件放置在目标衬底上。形成包括衬底层和镓半导体层的LED管芯(die)的阵列。镓半导体层可以是在衬底层(例如蓝宝石、砷化镓(GaAs)或玻璃衬底)上形成(例如生长)的GaAs或氮化镓(GaN)外延层。衬底对于用于激光剥离(LLO)工艺的激光可以是基本透明的。在LLO过程期间，激光被施加(例如，穿过衬底层)到镓半导体层以将LED管芯的镓半导体层与衬底层拆离(detach)，使得镓半导体层的表面被暴露并提供LED管芯的发光表面。该表面包括由LLO过程产生的镓材料，在LLO过程中，激光被镓半导体层的一部分吸收并转化为镓材料。该镓材料可以被加热以熔化镓材料并在镓半导体层的表面上形成液态镓。拾取工具(PUT)的头部与液态镓接触，随之，LED管芯被冷却使得液态镓固化，从而将LED管芯附接到PUT。PUT拾取LED管芯并将其放置在目标衬底上的期望位置处。LED管芯可以被加热以熔化将LED管芯结合到PUT的镓层，从而允许PUT与LED管芯拆离。镓层然后可以用于后续的拾取和放置操作，或者从LED管芯的表面去除。因此，LED管芯可以使用作为LLO过程的结果自然形成的镓层来拾取和放置，而不需要附加的流体或粘合材料来附接到PUT。此外，由于镓的熔点低，所以镓层可以在由于暴露于高温而损坏LED管芯或PUT的风险最小的情况下熔化成液体并再冷却成固体。在一些实施例中，提供了一种用于拾取和放置LED管芯的方法。该方法包括形成发光二极管(LED)管芯的阵列，该LED管芯包括衬底层和镓半导体层。该方法还包括向镓半导体层施加激光以使衬底层与镓半导体层拆离。激光被镓半导体层的一部分吸收，以在阵列的每个LED管芯上形成镓材料。该方法还包括将衬底层与镓半导体层分离，以暴露镓半导体层的表面和在该表面上的镓材料。在LED管芯的至少一个子集上的镓材料被加热，以在LED管芯的至少一个子集的镓半导体层的表面上形成液态镓。该方法还包括使LED管芯的至少一个子集的液态镓与拾取工具(PUT)接触，将液态镓冷却成固态镓，以经由固态镓将PUT与LED管芯的至少一个子集附接，并使用PUT拾取LED管芯的至少一个子集。在涉及方法和LED显示器的所附权利要求中具体公开了根据本专利技术的实施例，其中，在一个权利要求类别(例如方法)中提到的任何特征也可以在另一个权利要求类别(例如LED显示器、系统、存储介质和计算机程序产品)中被要求保护。在所附权利要求中的从属性或往回引用仅为了形式原因而被选择。然而，也可以要求保护由对任何前面权利要求的有意往回引用(特别是多项引用)而产生的任何主题，使得权利要求及其特征的任何组合被公开并可被要求保护，而不考虑在所附权利要求中选择的从属性。可以被要求保护的主题不仅包括如在所附权利要求中阐述的特征的组合，而且还包括在权利要求中的特征的任何其他组合，其中，在权利要求中提到的每个特征可以与在权利要求中的任何其他特征或其他特征的组合相结合。此外，本文描述或描绘的实施例和特征中的任一个可以在单独的权利要求中和/或以与本文描述或描绘的任何实施例或特征的任何组合或以与所附权利要求的任何特征的任何组合被要求保护。在实施例中，一种方法可以包括：形成发光二极管(LED)管芯的阵列，该LED管芯包括：衬底层；和在衬底层的表面上形成的镓半导体层；将镓半导体层暴露于激光以将镓半导体层与衬底层拆离，激光被镓半导体层的一部分吸收以在阵列的每个LED管芯上形成镓材料；将衬底层与镓半导体层分离，以暴露镓半导体层的表面和在该表面上的镓材料；加热在LED管芯的至少一个子集上的镓材料，以在LED管芯的至少一个子集的镓半导体层的表面上形成液态镓；将LED管芯的至少一个子集的液态镓与拾取工具(PUT)接触；将液态镓冷却成固态镓，以经由固态镓使PUT与LED管芯的至少一个子集附接；使用PUT拾取LED管芯的至少一个子集。在实施例中，一种方法可以包括：使用PUT将LED管芯的至少一个子集放置在目标衬底上；加热将PUT与LED管芯的至少一个子集附接的固态镓，以将PUT与LED管芯的至少一个子集拆离。目标衬底可以包括器件衬底，该器件衬底包括用于LED管芯的控制电路。在实施例中，一种方法可以包括在将PUT与LED管芯的至少一个子集拆离之后，去除留在LED管芯的至少一个子集上的镓。去除留在LED管芯的至少一个子集上的镓可以包括用蚀刻剂蚀刻镓。镓半导体层可以包括氮化镓(GaN)。被镓半导体层的一部分吸收来形成镓材料的激光可以将镓半导体层的该部分分离成镓材料和氮气。镓半导体层可以包括砷化镓(GaAs)。被镓半导体层的一部分吸收来形成镓材料的激光可以将镓半导体层的该部分分离成镓材料和砷化合物。将镓半导体层暴露于激光可以包括将激光投射穿过衬底层到达镓半导体层，激光可以是脉冲式紫外激光，并且衬底层可以包括对于脉冲式紫外激光基本透明的蓝宝石衬底。被镓半导体层的一部分吸收的激光可以弱化镓半导体层与衬底层之间的结合，以使衬底层与镓半导体层拆离。在实施例中，一种方法可以包括：在将镓半导体层暴露于激光以将镓半导体层与衬底层拆离之前，将LEDS的阵列附接到载体衬底，镓半导体层位于衬底层和载体衬底之间；和其中，使用PUT拾取LED管芯的至少一个子集包括从载体衬底拾取LED管芯的至少一个子集。在实施例中，一种发光二极管(LED)显示器可以包括：显示器衬底；和放置在显示器衬底上的多个LED管芯，每个LED管芯包括镓半导体层，并且其中，多个LED管芯中的LED管芯通过以下方式被放置在显示器衬底上：在衬底层上形成LED管芯的镓半导体层，将镓半导体层暴露于激光以将镓半导体层与衬底层拆离，激光被镓半导体层的一部分吸收以在LED管芯的镓半导体层的表面上形成镓材料，将衬底层与镓半导体层分离以暴露镓半导体层的表面和在该表面上的镓材料，加热在镓半导体层的表面上的镓材料以形成液态镓，将液态镓与拾取工具(PUT)接触，将液态镓冷却成固态镓，以经由固态镓使PUT与LED管芯附接，使用PUT拾取LED管芯，使用PUT将LED管芯放置本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种方法，包括：/n形成发光二极管(LED)管芯的阵列，所述LED管芯包括：/n衬底层；和/n在所述衬底层的表面上形成的镓半导体层；/n将所述镓半导体层暴露于激光以将所述镓半导体层与所述衬底层拆离，所述激光被所述镓半导体层的一部分吸收以在所述阵列的LED管芯的每一个上形成镓材料；/n将所述衬底层与所述镓半导体层分离，以暴露所述镓半导体层的表面和在所述表面上的所述镓材料；/n加热在所述LED管芯的至少一个子集上的所述镓材料，以在所述LED管芯的所述至少一个子集的所述镓半导体层的所述表面上形成液态镓；/n将所述LED管芯的所述至少一个子集的所述液态镓与拾取工具(PUT)接触；/n将所述液态镓冷却成固态镓，以经由所述固态镓将所述PUT与所述LED管芯的所述至少一个子集附接；/n使用所述PUT拾取所述LED管芯的所述至少一个子集。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171009 US 15/728,1741.一种方法，包括：
形成发光二极管(LED)管芯的阵列，所述LED管芯包括：
衬底层；和
在所述衬底层的表面上形成的镓半导体层；
将所述镓半导体层暴露于激光以将所述镓半导体层与所述衬底层拆离，所述激光被所述镓半导体层的一部分吸收以在所述阵列的LED管芯的每一个上形成镓材料；
将所述衬底层与所述镓半导体层分离，以暴露所述镓半导体层的表面和在所述表面上的所述镓材料；
加热在所述LED管芯的至少一个子集上的所述镓材料，以在所述LED管芯的所述至少一个子集的所述镓半导体层的所述表面上形成液态镓；
将所述LED管芯的所述至少一个子集的所述液态镓与拾取工具(PUT)接触；
将所述液态镓冷却成固态镓，以经由所述固态镓将所述PUT与所述LED管芯的所述至少一个子集附接；
使用所述PUT拾取所述LED管芯的所述至少一个子集。


2.根据权利要求1所述的方法，还包括：
使用所述PUT将所述LED管芯的所述至少一个子集放置在目标衬底上；
加热将所述PUT与所述LED管芯的至少一个子集附接的所述固态镓，以将所述PUT与所述LED管芯的所述至少一个子集拆离。


3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述目标衬底包括器件衬底，所述器件衬底包括用于所述LED管芯的控制电路。


4.根据权利要求2所述的方法，还包括在将所述PUT与所述LED管芯的至少一个子集拆离之后，去除留在所述LED管芯的所述至少一个子集上的镓。


5.根据权利要求4所述的方法，其中，去除留在所述LED管芯的所述至少一个子集上的镓包括用蚀刻剂蚀刻所述镓。


6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述镓半导体层包括氮化镓(GaN)。


7.根据权利要求6所述的方法，其中，被所述镓半导体层的所述一部分吸收来形成镓材料的所述激光将所述镓半导体层的所述一部分分离成所述镓材料和氮气。


8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述镓半导体层包括砷化镓(GaAs)。


9.根据权利要求8所述的方法，其中，被所述镓半导体层的所述一部分吸收来形成镓材料的所述激光将所述镓半导体层的所述一部分分离成所述镓材料和砷化合物。


10.根据权利要求1所述的方法，其中，将所述镓半导体层暴露于所述激光包括将所述激光穿过所述衬底层投射到所述镓半导体层，其中，所述激光是脉冲式紫外激光，并且所述衬底层包括对于所述脉冲式紫外激光基本透明的蓝宝石衬底。


11.根据权利要求1所述的方法，其中，被所述镓半导体层的一部分吸收的所述激光弱化所述镓半导体层与所述衬底层之间的结合，以将所述衬底层与所述镓半导体层拆离。


12.根据权利要求1所述的方法，还包括：
在将所述镓半导体层暴露于所述激光以将所述镓半导体层与所述衬底层拆离之前，将LEDS的所述阵列附接到载体衬底，所述镓半导体层位于所述衬底层和所述载体衬底之间；并且
其中，使用所述PUT拾取所述LED管芯的所述至少一个子集包括从所述载体衬底拾取所述LED管芯的所述至少一个子集。


13.一种发光二极管(LED)显示器，包括：
显示器衬底；和
放置在所述显示器衬底上的多个LED管芯，每个LED管芯包括镓半导体层，并且其中，所述多个LED管芯中的LED管芯通过以下方式被放置在所述显示器衬底上：
在衬底层上形成所述LED管芯的所述镓半导体层，
将所述镓半导体层暴露于激光以将所述镓半导体层与所述衬底层拆离，所述激光被所述镓半导体层的一部分吸收以在所述LED管芯的所述镓半导体层的表面上形成镓材料，
将所述衬底层与所述镓半导体层分离以暴露所述镓半导体层的表面和在所述表面上的所述镓材料，
加热在所述镓半导体层的所述表面上的所述镓材料以形成液态镓，
将所述液态镓与拾取工具(PUT)接触，
将所述液态镓冷却成固态镓以经由所述固态镓将所述PUT与所述LED管芯附接，
使用所述PUT拾取所述LED管芯，
使用所述PUT将所述LED管芯放置在所述显示器衬底上，以及
加热将所述PUT与所述LED管芯附接的所述固态镓，以将所述PUT与所述LED管芯拆离。


14.根据权利要求13所述的LED显示器，其中，所述显示器衬底包括对应于所述多个LED管芯的控制电路。


15.根据权利要求13所述的LED显示器，其中，将所述LED管芯放置在所述显示器衬底上还包括在将所述PUT与所述LED管芯拆离之后，去除留在所述LED管芯上的镓。


16.根据权利要求15所述的LED显示器，其中，去除留在所述LED管芯的所述至少一个子集上的镓包括用蚀刻剂蚀刻所述镓。


17.根据权利要求13所述的LED显示器，其中，所述镓半导体层包括氮化镓(GaN)。


18.根据权利要求13所述的LED显示器，其中，所述镓半导体层包括砷化镓(GaAs)。


19.根据权利要求13所述的LED显示器，其中，将所述镓半导体层暴露于所述激光包括将所述激光穿过所述衬底层投射到所述镓半导体层，其中，所述激光是脉冲式紫外激光，并且所述衬底层包括对于所述脉冲式紫外激光基本透明的蓝宝石衬底。


20.根据权利要求13所述的LED显示器，其中，将所述LED管芯放置在所述显示器衬底上还包括：
在将所述镓半导体层暴露于所述激光以将所述镓半导体层与所述衬底层拆离之前，将所述LED管芯附接到中间载体衬底，所述镓半导体层位于所述衬底层和所述中间载体衬底之间；和
使用所...

【专利技术属性】
技术研发人员：艾伦·普尔谢，波亚·萨克提，
申请(专利权)人：脸谱科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US