DE10017336A1 - Light-emitting semiconductor wafer manufacturing method has uppermost of epitaxial layers applied to substrate surface metallized before attached to carrier substrate - Google Patents

Light-emitting semiconductor wafer manufacturing method has uppermost of epitaxial layers applied to substrate surface metallized before attached to carrier substrate

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Abstract

The semiconductor wafer manufacturing method has a number of layers (2,3,4,5,6,7,8) applied to a semiconductor substrate (1) by epitaxial deposition, with a carrier substrate applied to the uppermost epitaxial layer (8) before removal of the semiconductor substrate. The uppermost epitaxial layer is at least partially metallized before attaching to the carrier substrate via an adhesive. An Independent claim for a 2-pole light-emitting semiconductor component is also included.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von strahlungsemittierenden Halbleiter-Wafern gemäß dem Patentanspruch 1.The invention relates to a method for producing radiation-emitting Semiconductor wafers according to claim 1.

Es sind strahlungsemittierende Dioden (LEDs) bekannt, die auf der Basis von AlInGaP mittels MOVPE (Metal Organic Vapour Phase Epitaxy) auf GaAs aufgebracht sind. Das GaAs-Halbleiter-Substrat ist jedoch bei der emittierenden Wellenlänge absorbierenden und weist eine schlechte thermische Leitfähigkeit mit λ = 0,54 W/K.cm auf. Da insbesondere Leuchtdioden augrund ihrer hohen Lebensdauer verstärkt bei Tageslichtanwendungen, insbesondere im Kraftfahrzeug, bei den Bremsleuchten als Glühlampenersatz verwendet werden, benötigt man hohe Lichtleistungen. Um hohe Lichtleistungen mit herkömmlichen Technologien zu erzielen, müssen alle Absorptionsursachen beseitigt werden. Aus diesem Grund werden beim Aufbau von strahlungsemittierenden Halbleiter- Wafern zur Zeit zwei unterschiedliche Techniken angewendet. Zum einen kann ein Braggreflektor zwischen Halbleiter-Substrat und strahlungsemittierenden Schichten verwendet werden oder aber das absorbierende GaAs-Halbleiter- Substrat wird durch ein transparentes GaP-Halbleiter-Substrat ersetzt.Radiation-emitting diodes (LEDs) are known which are based on AlInGaP using MOVPE (Metal Organic Vapor Phase Epitaxy) on GaAs are upset. The GaAs semiconductor substrate, however, is the emissive Wavelength absorbing and has poor thermal conductivity with λ = 0.54 W / K.cm. In particular, light emitting diodes due to their high Lifespan increased in daylight applications, especially in Motor vehicle in which brake lights are used as a replacement for a light bulb you need high light outputs. To achieve high light outputs with conventional To achieve technology, all causes of absorption must be eliminated. Out for this reason, when building radiation-emitting semiconductor Wafers currently use two different techniques. For one, one can Bragg reflector between semiconductor substrate and radiation emitting Layers are used or the absorbent GaAs semiconductor The substrate is replaced by a transparent GaP semiconductor substrate.

Nachteilig hierbei ist es jedoch, dass die verwendeten Halbleiter-Substrate sehr teuer sind und nicht immer alle benötigten Eigenschaften aufweisen. Insbesondere leitet das GaP-Halbleiter-Substrat die Verlustleistung auch nur schlecht ab und im Hochleistungsbetrieb erwärmt sich die LED stark. Die thermische Leitfähigkeit von GaP beträgt auch nur λ = 1,1 W/K.cm. Dadurch wird die Lichtleistung begrenzt und es kann bei einer zu starken Erwärmung eine Wellenlängenverschiebung stattfinden. Auch werden große Schichtdicken (ca. 200-300 µm) des GaP-Substrats benötigt. Daher sind geringe Bauhöhen nicht realisierbar. Durch die große Schichtdicke erhöht sich auch der thermische Widerstand.The disadvantage here, however, is that the semiconductor substrates used are very are expensive and do not always have all the required properties. In particular, the GaP semiconductor substrate only conducts the power loss poorly and the LED heats up strongly in high-performance operation. The thermal conductivity of GaP is also only λ = 1.1 W / K.cm. Thereby the light output is limited and if it heats up too much, a  Wavelength shift take place. Large layer thicknesses (approx. 200-300 µm) of the GaP substrate is required. Therefore, low heights are not realizable. The large layer thickness also increases the thermal Resistance.

Aus der EP 0 616 376 A1 und EP 0 356 037 B1 sind Verfahren bekannt, die auf der Oberseite eines Wafers, welcher auf seiner Unterseite das ursprüngliche Substrat aufweist, ein weiteres Halbleiter-Substrat anbringen. Die Anbringung erfolgt durch das sogenannte Waferbonden. Nach dem Waferbonden wird das ursprüngliche Substrat entfernt.Methods are known from EP 0 616 376 A1 and EP 0 356 037 B1 which refer to the top of a wafer, which has the original on its underside Has substrate, attach another semiconductor substrate. The attachment is done by the so-called wafer bonding. After wafer bonding it will original substrate removed.

Nachteilig hierbei ist jedoch, dass beim Waferbonden hohe Temperaturen und vor allem ein hoher Anpressdruck benötigt wird. Dadurch werden im Wafer hohe mechanische Spannungen erzeugt und die lichtemittierenden Schichten können beschädigt oder zerstört werden. Auch sind die Prozesszeiten beim Waferbonden sehr lang. Ein weiterer Nachteil ergibt sich durch das aufwendige Justieren der Kristallachsen beim Waferbonden.The disadvantage here, however, is that high temperatures and above all, a high contact pressure is required. This causes high levels in the wafer generates mechanical stresses and the light-emitting layers can be damaged or destroyed. The process times for wafer bonding are also very long. Another disadvantage arises from the complex adjustment of the Crystal axes in wafer bonding.

Aus den IEEE Photonics Technology Letters, Vol. 10, No. 8, August 1998, page 1061; Grabherr, M. und andere: 'Bottom-Emitting VCSEL's for High-CW Optical Output Power' ist ein Aufbau bekannt, bei dem auf einem GaAs-Substrat lichtempfindliche Schichten gewachsen sind. Darauf befindet sich eine Lötschicht. Hier ist das Bauteil an eine Wärmesenke angelötet, welche aus einer Schicht Diamant und einer Schicht Kupfer besteht. Der Strahlungsaustritt erfolgt über das GaAs-Substrat. Die lichtempfindlichen Schichten sind zum Teil in der Lötschicht eingebettet.From the IEEE Photonics Technology Letters, Vol. 10, No. August 8, 1998, page 1061; Grabherr, M. and others: 'Bottom-Emitting VCSEL's for High-CW Optical Output Power 'is a structure known in which on a GaAs substrate photosensitive layers have grown. There is one on it Solder layer. Here the component is soldered to a heat sink, which consists of a Layer of diamond and a layer of copper. The radiation emerges over the GaAs substrate. The light-sensitive layers are partly in the Solder layer embedded.

Nachteile ergeben sich bei diesem Aufbau dadurch, dass der Aufbau sehr hoch ist und mechanische Spannungen am Halbleiter beim Verlöten in die Wärmesenke durch Krafteinwirkung an den Seitenwänden auftreten und der Wafer hohen Temperaturen ausgesetzt ist, so dass die Degradation ansteigt.Disadvantages arise with this structure in that the structure is very high and mechanical stresses on the semiconductor when soldering into the heat sink occur due to force on the side walls and the wafer high Exposed to temperatures, so that the degradation increases.

Aus den Electronics Letters, Vol. 33, No. 13, 19th June 1997, page 1148-1149; Matsuo, S. und andere: 'Use of polyimide bonding for hybrid integration of a vertical cavity surface emitting laser on a silicon substrat' ist gleichfalls eine Laseranordnung offenbart, bei der auf einem GaAs-Substrat lichtempfindliche Schichten aufgebracht sind, die in Braggreflektoren eingebettet sind. Auf der obersten Braggreflektorschicht befindet sich als mechanisches Puffer eine Polyimid-Schicht. Mit dieser Schicht wird ein zusätzliches Silizium-Substrat, auf dem partiell Goldkontakte ausgebildet sind, durch Bonden verbunden. Die lichtempfindlichen Schichten mit den Braggreflektoren sind komplett in der Polyimidschicht eingebettet. Das ursprüngliche GaAs-Substrat wird zum Schluss entfernt.From Electronics Letters, Vol. 33, No. 13, 19 th June 1997, page 1148-1149; Matsuo, S. and others: 'Use of polyimide bonding for hybrid integration of a vertical cavity surface emitting laser on a silicon substrat' also discloses a laser arrangement in which light-sensitive layers are applied to a GaAs substrate and are embedded in Bragg reflectors . A mechanical buffer is a polyimide layer on the top Bragg reflector layer. An additional silicon substrate, on which gold contacts are partially formed, is connected to this layer by bonding. The light-sensitive layers with the Bragg reflectors are completely embedded in the polyimide layer. The original GaAs substrate is finally removed.

Nachteilig hierbei ist, dass das Polyimid, das den Halbleiter ganz umgibt, Spannungen auf diesen ausübt und dadurch die Degradation erhöht. Ein weiterer Nachteil besteht in dem hohen Aufbau der Anordnung, wodurch der untere Kontakt nicht bis ganz an die Oberfläche des Aufbaus geführt werden kann. Ferner weist das Silizium-Substrat einen hohen thermischen Widerstand auf.The disadvantage here is that the polyimide that completely surrounds the semiconductor Exerts tension on it and thereby increases the degradation. Another The disadvantage is the high structure of the arrangement, which makes the lower one Contact cannot be brought all the way to the surface of the body. Furthermore, the silicon substrate has a high thermal resistance.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren der eingangs genannten Art aufzuzeigen, mit dem strahlungsemittierende flache, degradationsarme Halbleiteranordnungen hergestellt werden können, die sowohl eine hohe Lichtausbeute, als auch im Hochleistungsbetrieb eine gute Wärmeabfuhr aufweisen und mit dem eine kostengünstige Herstellung gewährleistet ist.The object of the invention is therefore to provide a method of the type mentioned to demonstrate with the radiation-emitting flat, low degradation Semiconductor devices can be manufactured that are both high Luminous efficiency, as well as good heat dissipation in high-performance operation have and with which an inexpensive production is guaranteed.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 gelöst. Hierbei wird ein Verfahren zur Herstellung von strahlungsemittierenden Halbleiter-Wafern offenbart, bei dem das Trägersubstrat, mit den gewünschten Eigenschaften, auf den Halbleiter-Wafer aufgeklebt wird. Der Halbleiter-Wafer weist beim Zusammenkleben noch das ursprüngliche Substrat auf, das sich auf der dem Trägersubstrat abgewandten Seite befindet. Vor dem Verkleben von Halbleiter-Wafer und Trägersubstrat wird die Oberfläche an der Oberseite der epitaxierten Schicht des Halbleiter-Aufbaus mit einer ganzflächigen oder partiellen Metallisierung versehen.The object is achieved by the features in the characteristic of Claim 1 solved. Here is a process for the production of radiation-emitting semiconductor wafers disclosed, in which the carrier substrate, with the desired properties on which semiconductor wafers are glued. The semiconductor wafer still shows the original when glued together Substrate, which is located on the side facing away from the carrier substrate. Before the semiconductor wafer and carrier substrate are bonded, the surface is on top of the epitaxial layer of the semiconductor device with a all-over or partial metallization.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen. In diesen wird der Halbleiter-Aufbau mit einer reflektierenden Metallisierung versehen. Auch das Trägersubstrat wird an einer Seite mit einer Metallisierung abgedeckt. Werden die beiden Teile an ihrer Metallisierung miteinander verklebt, so wird die im aktiven Teil erzeugte Strahlung, die in die obere epitaxierte Schicht gelangt, zurückreflektiert. Auch kann durch die Metallisierung die Ausbildung von den Kontaktflächen vereinfacht werden, sofern das Trägersubstrat nicht selbst bereits metallisch ist. Bei einer weiteren Ausbildung wird als Trägersubstrat ein Material mit einer höheren thermischen Leitfähigkeit λ < 1,1 W/K.cm insbesondere Keramik, Siliziumcarbid SiC oder Saphir Al2O3 verwendet, so dass die Halbleiter-Bauelemente mit höheren Strömen betrieben und höhere Lichtleistungen erzielt werden können, ohne dass unerwünschte Nebeneffekte wie Wellenlängenverschiebung, Stagnation der Lichtausbeute und Verringerung der Lebensdauer zu erwarten sind.Advantageous developments of the invention result from the dependent claims. In these, the semiconductor structure is provided with a reflective metallization. The carrier substrate is also covered on one side with a metallization. If the two parts are glued together at their metallization, the radiation generated in the active part, which reaches the upper epitaxial layer, is reflected back. The metallization can also simplify the formation of the contact surfaces, provided that the carrier substrate itself is not already metallic. In a further embodiment, a material with a higher thermal conductivity λ <1.1 W / K.cm, in particular ceramic, silicon carbide SiC or sapphire Al 2 O 3 , is used as the carrier substrate, so that the semiconductor components are operated with higher currents and higher light outputs can be achieved without undesirable side effects such as wavelength shift, stagnation of light output and reduction in life expectancy.

Die Vorteile der Erfindung sind die einfache und kostengünstige Herstellung flacher, heller und degradationsarmer, strahlungsemittierender Bauelemente. Dadurch, dass das Trägersubstrat schon aufgebracht wird, bevor das ursprüngliche Substrat entfernt wird, ist der Wafer für die Weiterverarbeitung sehr stabil. Eine zusätzliche mechanische Pufferschicht wird nicht mehr benötigt. Auch können für das Trägersubstrat verschiedenste Stoffe ausgewählt werden, unabhängig davon, ob es sich um einen Leiter, Halbleiter oder Isolator handelt. Hierbei sind die Eigenschaften wie thermische Leitfähigkeit, Strahlungsleitfähigkeit, Reflexionsvermögen des Trägersubstrats und der Verbindung zwischen Trägersubstrat und Fensterschicht so gewählt, dass höhere Strahlungsleistungen erzielt werden können. Auch kann durch einen solchen Aufbau die Lebensdauer der Bauelemente im Vergleich zu ähnlichen Aufbauten vergrößert werden. Gleichfalls kann das Trägersubstrat flacher aufgebaut werden, so dass sich mit diesem Verfahren besonders dünne Halbleiterbauelemente herstellen lassen. Insbesondere erlaubt ein mechanisch stabiles Trägersubstrat eine geringere Substratdicke als die bekannten strahlungsemittierenden Dioden auf transparentem GaP-Substrat. Auch kann durch den dünneren Substrataufbau der thermische Widerstand des Bauteils signifikant verkleinert werden.The advantages of the invention are the simple and inexpensive manufacture flat, bright and low-degradation, radiation-emitting components. The fact that the carrier substrate is already applied before the original substrate is removed, the wafer is very suitable for further processing stable. An additional mechanical buffer layer is no longer required. Also various substances can be selected for the carrier substrate, regardless of whether it is a conductor, semiconductor or insulator. Here are the properties such as thermal conductivity, Radiation conductivity, reflectivity of the carrier substrate and the Connection between carrier substrate and window layer chosen so that higher Radiant powers can be achieved. Also through such Structure the lifespan of the components compared to similar structures be enlarged. Likewise, the carrier substrate can be made flatter, so that this method is particularly thin semiconductor devices have it made. In particular, a mechanically stable carrier substrate allows a smaller substrate thickness than the known radiation-emitting diodes on transparent GaP substrate. Also due to the thinner substrate structure the thermal resistance of the component can be significantly reduced.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und Figuren näher erläutert werden. Es zeigen:The invention is intended to be described in the following with the aid of exemplary embodiments and figures are explained in more detail. Show it:

Fig. 1 Schichtstruktur des strahlungsemittierenden Halbleiteraufbaus vor der Montage auf einen Isolator Fig. 1 layer structure of the radiation-emitting semiconductor structure before mounting on an insulator

Fig. 2a Metallisieren von Halbleiter-Wafer und Trägersubstrat Fig. 2a metallization of the semiconductor wafer and carrier substrate

Fig. 2b Verkleben von Halbleiter-Wafer und Trägersubstrat mit leitendem Kleber Fig. 2b bonding semiconductor wafer and carrier substrate with conductive adhesive

Fig. 2c Entfernen des ursprünglichen Substrats Fig. 2c removal of the original substrate

Fig. 2d Strukturierung des lichtaktiven Teils Fig. 2d structuring of the light-active part

Fig. 2e Abtrennung der Vorder- und Rückseitenkontakte Fig. 2e separation of the front and rear contacts

Fig. 2f Passivierung Fig. 2f passivation

Fig. 2g Ausbildung der Kontakte Fig. 2g training of the contacts

Fig. 2h Vereinzeln Fig. 2h Separate

Fig. 3 Querschnitt durch ein strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement mit einem nachträglich aufgebrachten Trägersubstrat Fig. 3 cross section through a radiation-emitting semiconductor component with a subsequently applied carrier substrate

Fig. 4 Draufsicht auf ein strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement mit einem nachträglich aufgebrachten Trägersubstrat Fig. 4 top view of a radiation-emitting semiconductor component with a subsequently applied support substrate

Fig. 5 Verkleben von Halbleiter-Wafer und Trägersubstrat mit isolierendem Kleber Fig. 5 bonding semiconductor wafer and carrier substrate with insulating adhesive

Fig. 1 zeigt die Schichtstruktur des strahlungsemittierenden Halbleiteraufbaus vor der Montage auf ein Trägersubstrat. Zur Herstellung eines solchen Halbleiteraufbaus wird die Struktur mit den photoaktiven Schichten zunächst wie bei konventionellen LEDs (Licht Emittierende Diode) auf ein GaAs-Substrat mittels MOVPE oder eines anderen Verfahrens gewachsen. Die Dicke des GaAs- Substrats 1 beträgt in etwa 350 µm. Auf dem Substrat wird nach geeigneten Zwischenschichten, welche nicht eingezeichnet sind, eine sogenannte Stopschicht 2 gewachsen, die später ermöglichen soll, das Substrat 1 selektiv von den darüber gewachsenen Schichten 3, 4, 5, 6, 7, 8 zu entfernen. Die Dicke der Stopschicht 2, die aus Al0,5GaAs besteht, beträgt ca. 0,5 µm. Nachfolgend wird eine hochdotierte, transparente Kontaktierungsschicht 3, insbesondere n++GaIn0,25P gewachsen, auf die später die Kontakte an der strahlungsemittierenden Seite aufgebracht werden. Die Dicke dieser Kontaktierungsschicht beträgt ca. 0,02 µm. Danach wird eine sogenannte "spreading" Schicht 4, die nachfolgend als Stromverteilungsschicht bezeichnet werden soll, aus hochdotiertem n++Al0,6GaInP aufgebracht, die für eine günstige Stromverteilung sorgt und deren Schichtdicke im Bereich von ca. 1-2 µm liegt. Darauf wird eine ca. 0,5 µm dicke Mantelschicht 5 aus n+Al0,6GaInP aufgebracht. Die daraufliegende Schicht ist die eigentliche photoaktive Schicht 6 aus AlGaInP. Auf dieser befindet sich die zweite 0,5 µm dicke Mantelschicht 7 aus p+Al0,6GaInP. Darüber wird als letzte Schicht aus technologischen Gründen zur Verbesserung der Lichtauskopplung und zur mechanischen Pufferung eine Fensterschicht 8 aus p++GaP mit einer Schichtdicke im Bereich von ca. 3-6 µm gewachsen, auf die später eine reflektierende Metallisierung aufgebracht wird, die gleichzeitig den Kontakt zum später anzubringenden Trägersubstrat gewährleistet. Ein Halbleiter- Wafer mit einer solchen Schichtstruktur bildet die Grundlage für das in den Fig. 2a-h dargestellte Verfahren. Fig. 1 shows the layer structure of the radiation-emitting semiconductor structure prior to assembly on a supporting substrate. To produce such a semiconductor structure, the structure with the photoactive layers is first grown on a GaAs substrate by means of MOVPE or another method, as in conventional LEDs (light-emitting diode). The thickness of the GaAs substrate 1 is approximately 350 μm. After suitable intermediate layers, which are not shown, a so-called stop layer 2 is grown on the substrate, which should later enable the substrate 1 to be selectively removed from the layers 3 , 4 , 5 , 6 , 7 , 8 grown over it. The thickness of the stop layer 2 , which consists of Al 0.5 GaAs, is approximately 0.5 μm. A highly doped, transparent contacting layer 3 , in particular n ++ GaIn 0.25 P, is subsequently grown, to which the contacts are later applied on the radiation-emitting side. The thickness of this contacting layer is approximately 0.02 µm. Then a so-called "spreading" layer 4 , which is to be referred to below as a current distribution layer, is applied from highly doped n ++ Al 0.6 GaInP, which ensures favorable current distribution and whose layer thickness is in the range of approximately 1-2 μm. An approximately 0.5 μm thick cladding layer 5 made of n + Al 0.6 GaInP is applied thereon. The layer thereon is the actual photoactive layer 6 made of AlGaInP. The second 0.5 μm thick cladding layer 7 made of p + Al 0.6 GaInP is located on this. A window layer 8 made of p ++ GaP with a layer thickness in the range of approx. 3-6 µm is grown over it as the last layer for technological reasons to improve the light decoupling and for mechanical buffering Contact with the carrier substrate to be attached later is guaranteed. A semiconductor wafer with such a layer structure forms the basis for the method shown in FIGS. 2a-h.

Fig. 2a zeigt das Metallisieren von Halbleiterwafer und Trägersubstrat. Es stellt den ersten Schritt für das Verfahren zur Herstellung von strahlungsemittierenden Halbleiterbauelementen mit einem gut thermisch leitenden Trägersubstrat dar. Hierbei wird die Vorderseite eines zweiten Substrats 9, im folgenden als Trägersubstrat bezeichnet, mit einer gut haftenden Metallisierung 10, insbesondere Ti, Pd, Ag oder Mischungen daraus, versehen. Das Trägersubstrat zeichnet sich dadurch aus, dass es beispielsweise eine bessere thermische Leitfähigkeit als GaP mit λ < 1,1 W/K.cm aufweist. Auch seine Dicke beträgt nur ca. 100 µm. Gleichfalls wird die epitaxierte Seite - also die Fensterschicht 8 - des Halbleiter-Wafers, wie er in Fig. 1 abgebildet ist, mit einer reflektierenden Metallisierung 11, aus beispielsweise Au, Zn, Ag, Ge, Ni oder Mischungen daraus, versehen. Diese reflektierende Metallisierung 11 hat zwei Aufgaben. Zum einen gewährleistet sie einen ohmschen Kontakt und eine hochreflektierende Fläche und zum anderen eignet sie sich zum Verkleben mit dem metallisierten Trägersubstrat 10 unter Verwendung eines geeigneten Klebers wie beispielsweise Polyimid oder Silicon. Im Anwendungsbeispiel wird ein elektrisch leitender Kleber wie z. B. Ag-gefülltes Polyimid verwendet, der zusammen mit den Metallisierungen eine elektrisch leitende Verbindungsschicht bildet, dies ist jedoch nicht zwingend der Fall. Fig. 2a shows the metallization of semiconductor wafer and the carrier substrate. It represents the first step for the process for producing radiation-emitting semiconductor components with a thermally conductive carrier substrate. Here, the front of a second substrate 9 , hereinafter referred to as the carrier substrate, with a well-adhering metallization 10 , in particular Ti, Pd, Ag or Mixtures thereof. The carrier substrate is characterized in that, for example, it has better thermal conductivity than GaP with λ <1.1 W / K.cm. Its thickness is also only approx. 100 µm. Likewise, the epitaxial side - that is, the window layer 8 - of the semiconductor wafer, as shown in FIG. 1, is provided with a reflective metallization 11 , for example made of Au, Zn, Ag, Ge, Ni or mixtures thereof. This reflective metallization 11 has two functions. On the one hand, it ensures ohmic contact and a highly reflective surface and, on the other hand, it is suitable for gluing to the metallized carrier substrate 10 using a suitable adhesive such as polyimide or silicone. In the application example, an electrically conductive adhesive such as. B. Ag-filled polyimide is used, which forms an electrically conductive connection layer together with the metallizations, but this is not necessarily the case.

Fig. 2b zeigt das Verbinden von Halbleiter-Wafer und Trägersubstrat. In diesem zweiten Schritt erfolgt das Verkleben von Trägersubstrat 9 und Fensterschicht 8 des Halbleiter-Wafers, wie er in Fig. 1 abgebildet ist, an den beiden metallisierten Seiten 10 und 11. Dieser Prozess soll bei niedrigen Drücken und niedrigen Temperaturen erfolgen, um möglichst wenig Spannung zu induzieren. Die Kleberschicht 13 verbindet den metallisierten Halbleiter-Wafer und das neue Trägersubstrat 9. In diesem Anwendungsbeispiel wird als Kleber Ag-gefülltes Polyimid verwendet. Dieser Klebstoff ist leitfähig und nicht transparent. FIG. 2b shows the connection of semiconductor wafer and the carrier substrate. In this second step, the carrier substrate 9 and the window layer 8 of the semiconductor wafer, as shown in FIG. 1, are bonded to the two metallized sides 10 and 11 . This process should take place at low pressures and low temperatures in order to induce as little stress as possible. The adhesive layer 13 connects the metallized semiconductor wafer and the new carrier substrate 9 . In this application example, Ag-filled polyimide is used as the adhesive. This adhesive is conductive and not transparent.

Danach wird, wie in Fig. 2c dargestellt, das bisherige GaAs-Substrat 1 selektiv bis zur Ätzstopschicht 2 entfernt. Durch die Entfernung der Ätzstopschicht 2 wird die hochdotierte Kontaktschicht 3 freigelegt. Der dabei entstandene neue Wafer besteht jetzt aus einem Träger 9, der eine sehr gute thermische Leitfähigkeit aufweist, einer Kleberschicht 13, die zwischen zwei Metallisierungsschichten 10, 11 angeordnet ist und einem strahlungsemittierenden Halbleiteraufbau 12. Der strahlungsemittierende Halbleiteraufbau 12 wiederum setzt sich zusammen aus einer Fensterschicht 8 aus p++GaP mit einer Schichtdicke im Bereich von ca. 3-­ 6 µm. Auf dieser befindet sich eine 0,5 µm dicke Mantelschicht 7 aus p+Al0,6GaInP. Die daraufliegende Schicht ist die eigentliche photoaktive Schicht 6 aus AlGaInP. Darauf ist eine weitere ca. 0,5 µm dicke Mantelschicht 5 aus n+Al0,6GaInP vorhanden. Nach dieser ist die Stromverteilungsschicht 4 aus hochdotiertem n++Al0,6GaInP angeordnet, die für eine günstige Stromverteilung sorgt und deren Schichtdicke im Bereich von ca. 1-2 µm liegt. Ganz oben befindet sich jetzt die hochdotierte, transparente Kontaktierungsschicht 3, insbesondere aus n++GaIn0,25P. Die Dicke dieser Kontaktierungsschicht beträgt ca. 0,02 µm.Thereafter, as shown in FIG. 2c, the previous GaAs substrate 1 is selectively removed up to the etch stop layer 2 . By removing the etch stop layer 2 , the highly doped contact layer 3 is exposed. The resulting new wafer now consists of a carrier 9 which has very good thermal conductivity, an adhesive layer 13 which is arranged between two metallization layers 10 , 11 and a radiation-emitting semiconductor structure 12 . The radiation-emitting semiconductor structure 12 in turn is composed of a window layer 8 made of p ++ GaP with a layer thickness in the range of approximately 3-6 μm. There is a 0.5 μm thick cladding layer 7 made of p + Al 0.6 GaInP on this. The layer thereon is the actual photoactive layer 6 made of AlGaInP. There is a further approximately 0.5 μm thick cladding layer 5 made of n + Al 0.6 GaInP. After this, the current distribution layer 4 made of highly doped n ++ Al 0.6 GaInP is arranged, which ensures a favorable current distribution and whose layer thickness is in the range of approx. 1-2 µm. The highly doped, transparent contacting layer 3 , in particular made of n ++ GaIn 0.25 P, is now at the top. The thickness of this contacting layer is approximately 0.02 μm.

Im nachfolgenden vierten Schritt, wie in Fig. 2d dargestellt, wird durch eine Mesaätzung die aktive Fläche des Aufbaus festgelegt. Der strahlungsemittierende Halbleiteraufbau 12 mit allen Schichten (3, 4, 5, 6, 7, 8) wird partiell bis hin zur Metallisierung 10 abgetragen, da die elastische leitfähige Kleberschicht 13 und die darüber angeordnete reflektierende Metallisierung 11 des Halbleiteraufbaus für das spätere Bonden des Bauelements nicht geeignet sind. Dadurch wird der verbleibende strahlungsemittierende Halbleiteraufbau 12 strukturiert und die aktive Fläche der später entstehenden Einzelbauelemente 21 festgelegt. In the subsequent fourth step, as shown in FIG. 2d, the active area of the structure is determined by a mesa etching. The radiation-emitting semiconductor structure 12 with all layers ( 3 , 4 , 5 , 6 , 7 , 8 ) is partially removed down to the metallization 10 , since the elastic conductive adhesive layer 13 and the reflective metallization 11 of the semiconductor structure arranged above it for later bonding of the component are not suitable. As a result, the remaining radiation-emitting semiconductor structure 12 is structured and the active area of the individual components 21 that are created later is defined.

Die in Fig. 2e schematisch dargestellte Ätzung führt zur galvanischen Trennung von Vorderseiten- 14 und Rückseitenkontakt 15. Hierbei wird die Metallisierungsschicht 10 durchstrukturiert, das heißt die Metallisierung des Trägersubstrats 10 wird partiell bis hin zum Trägersubstrat 9 abgetragen. Die verbleibende Metallisierung 10 bildet die unelastischen Kontaktflächen für den Vorder- 14 und Rückseitenkontakt 15 aus. Auch werden in diesem Schritt Trennungsspalten 19 für die spätere Vereinzelung eingeätzt.The etching shown schematically in FIG. 2e leads to the electrical isolation of the front 14 and rear 15 contacts . In this case, the metallization layer 10 is structured through, that is to say the metallization of the carrier substrate 10 is partially removed down to the carrier substrate 9 . The remaining metallization 10 forms the inelastic contact surfaces for the front 14 and rear contact 15 . Separation columns 19 are also etched in this step for later separation.

In Fig. 2f wird die Passivierungsschicht 16 aufgebracht. Dabei wird der Graben zwischen Vorderseiten- 14 und Rückseitenkontakt 15 in der Metallisierung 10 und die Seitenfläche des strahlungsemittierenden Halbleiteraufbaus 12 passiviert. Gleichfalls wird rahmenförmig um die obere Kontaktierungsschicht 3 herum passiviert.The passivation layer 16 is applied in FIG. 2f. The trench between the front 14 and rear 15 contacts in the metallization 10 and the side surface of the radiation-emitting semiconductor structure 12 is passivated. Passivation is also carried out in a frame-like manner around the upper contacting layer 3 .

In Fig. 2g erfolgt die Metallisierung zur Herstellung der Kontakte 17, 20, an denen das später vereinzelte Bauteil an eine Schaltung angeschlossen werden kann. Der gesamte metallische Vorderseitenkontakt verläuft von der Oberfläche, auf der er fingerförmig 18 angeordnet ist, entlang der Passivierungsschicht 16 bis hin zur Trägermetallisierung 10, wo er den Vorderseitenkontakt 20 auf der Vorderseitenkontaktfläche 14 ausbildet. Am Vorderseitenkontakt 20 kann das Bauteil elektrisch verbunden werden. Die Metallisierungen können unter anderem mittels Lift-off-Verfahren realisiert werden.In FIG. 2g the metallization takes place for the production of the contacts 17 , 20 , to which the component, which will later be isolated, can be connected to a circuit. The entire metallic front-side contact runs from the surface on which it is arranged finger-shaped 18 , along the passivation layer 16 to the carrier metallization 10 , where it forms the front-side contact 20 on the front-side contact surface 14 . The component can be electrically connected at the front contact 20 . The metallizations can be implemented using the lift-off method, among other things.

In Fig. 2h erfolgt als letzter Schritt die Vereinzelung der strahlungsemittierenden Halbleiterbauelemente 21. Hierbei wird das Trägersubstrat 9 am Spalt 19 durchtrennt und damit die letzten Verbindungsstücke von Bauelement 21 zu Bauelement 21 abgetrennt.The final step in FIG. 2h is the separation of the radiation-emitting semiconductor components 21 . In this case, the carrier substrate 9 is severed at the gap 19 and thus the last connecting pieces from component 21 to component 21 are separated.

Fig. 3 zeigt den Querschnitt durch ein strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement 21 mit einem thermisch gut leitenden Trägersubstrat 9. Auf der Unterseite befindet sich das Trägersubstrat 9, welches eine im Vergleich zum GaP-Substrat höhere thermische Leitfähigkeit λ < 1,1 W/K.cm aufweist. Als Materialien für das Trägersubstrat 9 eignen sich besonders Keramik, Saphir (Al2O3) und Siliziumcarbid (SiC) mit Werten im Bereich von 2 W/K.cm bis 4 W/K.cm. Das Trägersubstrat 9 hat in diesem Ausführungsbeispiel eine Dicke von 100 µm und ist metallisiert. Darauf folgt die Kleberschicht 13, die das Trägersubstrat und den strahlungsemittierenden Halbleiteraufbau 12 miteinander verbindet. Die Metallisierung 11 ist reflektierend, so dass das Licht aus dem strahlungsemittierenden Halbleiteraufbau 12 in diesen zurückreflektiert wird und nicht im Falle eines absorbierenden Trägersubstrats 9 oder Klebers dort verloren geht. Auch ist die Trägermetallisierung 10 auf dem Trägersubstrat 9 in zwei Teilbereiche aufgeteilt. Der eine bildet die Vorderseitenkontaktfläche 14 und der andere Teil bildet die Rückseitenkontaktfläche 15 aus. Auf der Rückseitenkontaktfläche ist der strahlungsemittierende Halbleiteraufbau 12 angeordnet. Dieser besteht aus einer Fensterschicht 8 aus p++GaP mit einer Schichtdicke im Bereich von ca. 3-6 µm. Auf dieser befindet sich eine 0,5 µm dicke Mantelschicht 7 aus p+Al0,6GaInP. Die daraufliegende Schicht ist die eigentliche photoaktive Schicht 6 aus AlGaInP. Darauf ist eine weitere ca. 0,5 µm dicke Mantelschicht 5 aus n+Al0,6GaInP vorhanden. Nach dieser ist eine Stromverteilungsschicht 4 aus hochdotiertem n++Al0,6GaInP angeordnet, die für eine günstige Stromverteilung sorgt und deren Schichtdicke im Bereich von ca. 1-2 µm liegt. Ganz oben befindet sich jetzt die hochdotierte, transparente Kontaktierungsschicht 3, insbesondere n++GaIn0,25P. Die Dicke dieser Kontaktierungsschicht 3 beträgt ca. 0,02 µm. Der strahlungsemittierende Halbleiteraufbau 12 ist von einer Passivierungsschicht 16 umgeben, die auch rahmenförmig die Oberfläche der Kontaktierungsschicht 3 umschließt und im Graben zwischen Vorderseitenkontaktfläche 14 und Rückseitenkontaktfläche 15 angeordnet ist. Auf dem verbleibenden Teil der Rückseitenkontaktfläche 15 der Trägermetallisierung 10 wird eine weitere Metallisierung aufgebracht, die dann den Rückseitenkontakt 17 des Bauelements darstellt. Die Bezeichnung Rückseitenkontakt 17 wird deshalb gewählt, weil sie mit der Unterseite des strahlungsemittierenden Halbleiteraufbaus 12 verbunden ist und nicht, weil sie sich auf der Rückseite des gesamten Bauelements 21 befindet. Der Vorderseitenkontakt 20 wird an der gegenüberliegenden Seite gleichfalls durch eine Metallisierung ausgebildet. Diese Metallisierung verläuft entlang der Vorderseitenkontaktfläche 14 der Trägermetallisierung 10 an der Seite hinauf entlang der Passivierung und dann oben von der Passivierungsschicht fingerförmig 18 auf der Kontaktschicht 3 des Halbleiteraufbaus 12. Fig. 3 shows the cross section through a radiation-emitting semiconductor component 21 having a thermally well-conductive support substrate 9. On the underside is the carrier substrate 9 , which has a higher thermal conductivity λ <1.1 W / K.cm compared to the GaP substrate. Ceramic, sapphire (Al 2 O 3 ) and silicon carbide (SiC) with values in the range from 2 W / K.cm to 4 W / K.cm are particularly suitable as materials for the carrier substrate 9 . In this exemplary embodiment, the carrier substrate 9 has a thickness of 100 μm and is metallized. This is followed by the adhesive layer 13 , which connects the carrier substrate and the radiation-emitting semiconductor structure 12 to one another. The metallization 11 is reflective, so that the light from the radiation-emitting semiconductor structure 12 is reflected back into the latter and is not lost there in the case of an absorbent carrier substrate 9 or adhesive. The carrier metallization 10 on the carrier substrate 9 is also divided into two partial areas. One forms the front side contact surface 14 and the other part forms the rear side contact surface 15 . The radiation-emitting semiconductor structure 12 is arranged on the rear side contact area. This consists of a window layer 8 made of p ++ GaP with a layer thickness in the range of approx. 3-6 µm. There is a 0.5 μm thick cladding layer 7 made of p + Al 0.6 GaInP on this. The layer thereon is the actual photoactive layer 6 made of AlGaInP. There is a further approximately 0.5 μm thick cladding layer 5 made of n + Al 0.6 GaInP. A current distribution layer 4 made of highly doped n ++ Al 0.6 GaInP is arranged after this, which ensures a favorable current distribution and whose layer thickness is in the range of approximately 1-2 μm. The highly doped, transparent contacting layer 3 , in particular n ++ GaIn 0.25 P, is now at the top. The thickness of this contacting layer 3 is approximately 0.02 μm. The radiation-emitting semiconductor structure 12 is surrounded by a passivation layer 16 , which also surrounds the surface of the contacting layer 3 in a frame-like manner and is arranged in the trench between the front-side contact area 14 and the rear-side contact area 15 . On the remaining part of the rear side contact surface 15 of the carrier metallization 10 , a further metallization is applied, which then represents the rear side contact 17 of the component. The designation rear side contact 17 is chosen because it is connected to the underside of the radiation-emitting semiconductor structure 12 and not because it is located on the rear side of the entire component 21 . The front side contact 20 is also formed on the opposite side by a metallization. This metallization runs along the front side contact surface 14 of the carrier metallization 10 on the side upwards along the passivation and then finger-shaped upwards from the passivation layer 18 on the contact layer 3 of the semiconductor structure 12 .

Fig. 4 zeigt die Draufsicht auf ein strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement mit einem thermisch gut leitenden Trägersubstrat. Hier befindet sich in der Mitte der Abbildung die Kontaktierungsschicht 3 des strahlungsemittierenden Halbleiteraufbaus 12. In diese Kontaktierungsschicht ragt der fingerförmige Teil 18 des Vorderseitenkontakts 20. Die fingerförmige Anordnung dient hierbei zur Verteilung der Stromdichte und Erhöhung der Strahlungsausbeute. Gegenüber des Vorderseitenkontakts 20 befindet sich der Rückseitenkontakt 17, der in dieser Abbildung nicht sichtbar über die Trägermetallisierung 10 mit der Rückseite, also der Fensterschicht 8 des strahlungsemittierenden Halbleiteraufbaus 12, verbunden ist. Vorderseiten- 20 und Rückseitenkontakt 17 dienen als Anschlüsse für das Bauelement 21. Auch ist bei dieser Darstellung die Passivierungsschicht 16 dargestellt, die zwischen den Kontakten 17, 20 und des strahlungsemittierenden Halbleiteraufbaus 12 angeordnet ist und die auf der Metallisierung 10 des Trägersubstrats angeordnet ist. FIG. 4 shows the top view of a radiation-emitting semiconductor component with a thermally highly conductive carrier substrate. The contacting layer 3 of the radiation-emitting semiconductor structure 12 is located here in the middle of the figure. The finger-shaped part 18 of the front-side contact 20 projects into this contacting layer. The finger-shaped arrangement serves to distribute the current density and increase the radiation yield. Opposite the front-side contact 20 is the rear-side contact 17 , which is not visible in this figure via the carrier metallization 10 to the rear side, that is to say the window layer 8 of the radiation-emitting semiconductor structure 12 . Front 20 and rear contact 17 serve as connections for the component 21 . Also shown in this illustration is the passivation layer 16 which is arranged between the contacts 17 , 20 and the radiation-emitting semiconductor structure 12 and which is arranged on the metallization 10 of the carrier substrate.

Fig. 5 zeigt ein weiteres Anwendungsbeispiel analog zur Fig. 2b. Auch hier ist als zweiter Schritt der mit dem Trägersubstrat 9 verklebte metallisierte Halbleiter- Wafer dargestellt. Jedoch wurde in diesem Anwendungsbeispiel kein leitfähiger Kleber 13, sondern ein isolierender, wie beispielsweise Silicon, verwendet. Auch ist die Oberseite 22 des Halbleiteraufbaus nicht leitend, so dass der elektrische Kontakt von einer darrunterliegenden Schicht 7 herausgeführt werden muss. Aus diesem Grund weist die Oberfläche der obersten Schicht 22 Kerben 23 auf, die sich bis an die nächstgelegene Schicht 7 erstrecken. Die partielle Metallisierung 11 auf der Oberfläche an der Oberseite 22 ist derart angebracht, dass sie die Kerben 23 ausfüllt und überragt. Auf der obersten Schicht 22 ist zwischen den Kerben 23 partiell der isolierende Kleber 13 angebracht, der zusammen mit der Metallisierung 11 eine Ebene ausbildet. Beim Verkleben wird dadurch erreicht, dass zum einen der elektrische Kontakt zur Trägermetallisierung 10, die später die Kontaktflächen ausbildet, und zum anderen die Klebeverbindung 13 zwischen dem Halbleiteraufbau und dem Trägesubstrat 9 ausgebildet wird. Ist das Trägersubstrat absorbierend, so sollte die Trägermetallisierung reflektierend sein. FIG. 5 shows a further application example analogous to FIG. 2b. The metallized semiconductor wafer bonded to the carrier substrate 9 is also shown here as a second step. However, in this application example, no conductive adhesive 13 , but an insulating one, such as silicone, was used. The upper side 22 of the semiconductor structure is also not conductive, so that the electrical contact must be led out from a layer 7 lying underneath. For this reason, the surface of the uppermost layer 22 has notches 23 which extend to the closest layer 7 . The partial metallization 11 on the surface on the upper side 22 is attached in such a way that it fills and extends above the notches 23 . On the uppermost layer 22 , the insulating adhesive 13 is partially applied between the notches 23 , which together with the metallization 11 forms a plane. During the gluing process, the electrical contact to the carrier metallization 10 , which later forms the contact areas, and the adhesive connection 13 between the semiconductor structure and the carrier substrate 9 are formed. If the carrier substrate is absorbent, the carrier metallization should be reflective.

Auch kann als Trägersubstrat nicht nur Kunststoff, Glas, Keramik oder ein Halbleiter verwendet werden, sondern es könnte auch ein Metall Verwendung finden. Ein derartiges Trägersubstrat müsste dann nicht noch zusätzlich metallisiert werden, um später die Kontaktflächen auszubilden.Not only plastic, glass, ceramic or a can also be used as the carrier substrate Semiconductors are used, but it could also be a metal use Find. Such a carrier substrate would then not have to be added be metallized in order to later form the contact areas.

Claims (6)

1. Verfahren zur Herstellung von strahlungsemittierenden Halbleiter-Wafern, bei dem zuerst auf einem Halbleiter-Substrat (1) mehrere Schichten (2, 3, 4, 5, 6, 7, 8) epitaxiert werden, auf der obersten epitaxierten Schicht (8) ein Trägersubstrat (9) angeordnet und anschließend das Halbleiter-Substrat (1) entfernt wird, dadurch gekennzeichnet, dass
  • - vor dem Verbinden der obersten Schicht (8) mit dem Trägersubstrat (9) auf der Oberfläche der obersten Schicht (8) eine zumindest partielle Metallisierung (11) aufgebracht wird und
  • - diese zumindest partiell metallisierte oberste Schicht (8) mit dem Trägersubstrat (9) zumindest partiell verklebt wird.
1. A method for producing radiation-emitting semiconductor wafers, in which a plurality of layers ( 2 , 3 , 4 , 5 , 6 , 7 , 8 ) are first epitaxized on a semiconductor substrate ( 1 ), on the uppermost epitaxial layer ( 8 ). a carrier substrate ( 9 ) is arranged and then the semiconductor substrate ( 1 ) is removed, characterized in that
  • - Before connecting the top layer ( 8 ) with the carrier substrate ( 9 ) on the surface of the top layer ( 8 ), an at least partial metallization ( 11 ) is applied and
  • - This at least partially metallized top layer ( 8 ) is at least partially glued to the carrier substrate ( 9 ).
2. Verfahren zur Herstellung von strahlungsemittierenden Halbleiter-Wafern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Oberfläche der Oberseite (8) eine reflektierende Metallisierung (11) aufgebracht wird.2. The method for producing radiation-emitting semiconductor wafers according to claim 1, characterized in that a reflective metallization ( 11 ) is applied to the surface of the upper side ( 8 ). 3. Verfahren zur Herstellung von strahlungsemittierenden Halbleiter-Wafern nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Verkleben mit der obersten Schicht (8) auf die der obersten Schicht (8) zugewandten Oberfläche des Trägersubstrats (9) eine Metallisierung (10) aufgebracht wird.3. A method for producing radiation-emitting semiconductor wafers according to claim 1 or 2, characterized in that a metallization ( 10 ) before bonding with the uppermost layer ( 8 ) on the surface of the carrier substrate ( 9 ) facing the uppermost layer ( 8 ). is applied. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Trägersubstrat (9) verwendet wird, dessen thermische Leitfähigkeit größer ist als die von GaP mit 1,1 W/K.cm.4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that a carrier substrate ( 9 ) is used, whose thermal conductivity is greater than that of GaP with 1.1 W / K.cm. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Trägersubstrat (9) aus Siliziumcarbid, Saphir oder Keramik verwendet wird. 5. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that a carrier substrate ( 9 ) made of silicon carbide, sapphire or ceramic is used. 6. Zweipoliges, strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement hergestellt, gemäß des Verfahrens nach Patentanspruch 1, bestehend aus dem Trägersubstrat (9) und einem Halbleiteraufbau (12), dadurch gekennzeichnet, dass auf der Metallisierung (10, 11) zwischen dem Trägersubstrat und dem Halbleiteraufbau (12) zumindest ein Pol (17, 20) ausgebildet ist.6. A two-pole, radiation-emitting semiconductor component manufactured according to the method of claim 1, consisting of the carrier substrate ( 9 ) and a semiconductor structure ( 12 ), characterized in that on the metallization ( 10 , 11 ) between the carrier substrate and the semiconductor structure ( 12 ) at least one pole ( 17 , 20 ) is formed.
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