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Diese
Anmeldung beruht auf und beansprucht die Priorität der Japanischen Patentanmeldung
Nr. 2004-267159, angemeldet am 14. September 2004, deren gesamter
Inhalt hiermit vollinhaltlich einbezogen wird.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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A) GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Halbleitervorrichtung, ihr Herstellungsverfahren
und eine Elektronikkomponenteneinheit.
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Halbleiterleuchtvorrichtungen
sind vorgeschlagen worden, welche die Struktur aufweisen, dass eine
Halbleiterleuchtschicht mit einem leitfähigen Substrat verbunden ist
(siehe beispielsweise Japanische Patentveröffentlichungsschriften Nr. 2001-189490,
Nr. 2001-44491, Nr. 2002-217450, Nr. HEI-5-251739 sowie
US 5,917,202 , welche hiermit durch
Bezug einbezogen sind).
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19 ist eine schematische
Querschnittsansicht, welche ein Beispiel für eine herkömmliche Halbleiterleuchtvorrichtung 61 mit
der Struktur zeigt, dass eine Halbleiterleuchtschicht mit einem
leitfähigen
Substrat verbunden ist. Eine aus Metall hergestellte Reflexionsschicht 68 ist
auf einem leitfähigen Trägersubstrat 63 aufgestapelt,
z. B. einem Si-Substrat, das stark mit Fehlstellen vom n-Typ dotiert
ist. Auf dieser Reflexionsschicht 68 sind eine Mantelschicht 66 vom
n-Typ mit einer Potenzialbarrierefunktion aus Löchern, eine aktive Schicht 65 zum
Aussenden von Licht bei Rekombination von Löchern und Elektronen so wie
eine Mantelschicht 64 vom p-Typ mit einer Potenzialbarrierefunktion
aus Elektronen in dieser Reihenfolge vom Boden aus epitaktisch aufgebracht. Auf
der Mantelschicht 64 vom p-Typ ist eine p-seitige ohmsche
Elektrode 62 ausgebildet. Eine n-seitige optische Ausgabeelektrode 67 ist
auf dem leitfähigen Trägersubstrat 63 auf
der der Reflexionsschicht 68 gegenüber liegenden Seite ausgebildet.
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In
der aktiven Schicht 65 erzeugtes Licht, das auf die Reflexionsschicht 68 auftrifft,
bevor es das leitfähige
Trägersubstrat 63 erreicht,
wird durch die Reflexionsschicht 68 reflektiert und von
der Halbleitervorrichtung 61 ausgegeben. Falls die Reflexionsschicht 68 durch
Verringern einer Winkelabhängigkeit
eines Reflexionsvermögens
hergestellt wird, kann ein optischer Ausgabewirkungsgrad verbessert werden.
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20A bis 20D sind schematische Darstellungen,
die ein Herstellungsverfahren für
die in 19 gezeigte Halbleiterleuchtvorrichtung 61 zeigen.
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Nun
wird sich auf 20A bezogen.
Eine Reflexionsschicht 68 wird auf einem leitfähigen Trägersubstrat 63 ausgebildet,
um ein erstes Substrat 70 zu bilden.
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Nun
wird sich auf 20B bezogen. Auf einem
vorübergehenden
Substrat (Aufwuchssubstrat) 69, das beispielsweise aus
GaAs gemacht ist, werden eine Mantelschicht 64 vom p-Typ,
eine aktive Schicht 65 und eine Mantelschicht 66 vom n-Typ
in dieser Reihenfolge von dem Boden bzw. von unten epitaktisch aufgebracht,
um ein zweites Substrat 71 zu bilden.
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Nun
wird sich auf 20C bezogen. Das in 20A gezeigte erste Substrat 70 wird
mit dem in 20B gezeigten zweiten Substrat 71 verbunden, wobei
die Metallschicht 68 an der Mantelschicht 66 vom
n-Typ haftet.
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Nun
wird sich auf 20D bezogen.
Nachdem das vorübergehende
Substrat 69 entfernt wurde, wird eine p-seitige ohmsche
Elektrode 62 auf der Mantelschicht 64 vom p-Typ
ausgebildet, und eine n-seitige optische Ausgabeelektro de 67 wird
auf dem leitfähigen
Trägersubstrat 63 auf
der der Reflexionsschicht 68 gegenüberliegenden Seite ausgebildet.
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In
einer Vorrichtung mit dieser Verbundstruktur werden ohmsche Elektroden
nach einem Verbindungsprozess bzw. -ablauf ausgebildet. Da die Vorrichtung
bei einer höheren
Temperatur (ungefähr
400 °C bis
500 °C)
geheizt wird als derjenigen einer Verbindungs- bzw. Bonding-Temperatur,
um die ohmschen Kontakte auszubilden, wird eine Verbindungsschicht
aus verbindendem eutektischen Material oder Lot erneut aufgeheizt
und verflüssigt,
so dass ein Abschälen
(einschließlich
eines "Aufschwimmens" nichtvollständiger Abschälungen)
auftreten kann. Das Abschälen
wird der Grund für
eine niedrigere Zuverlässigkeit.
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Die
Reflexionsschicht 68 hat einen ohmschen Kontakt mit der
Mantelschicht 66 vom n-Typ, wodurch eine n-seitige Elektrodenfunktion
bereitgestellt wird. Es existiert eine schwerwiegende Abwägung zwischen
guten Reflexionseigenschaften und gutem ohmschen Kontakt. Um einen
ohmschen Kontakt zu bilden, ist ein Legierungsprozess notwendig. Jedoch
diffundiert während
des Legierens Elektrodenmaterial, und ein Reflexionsvermögen wird
herabgesetzt.
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Lot
oder eutektisches Material (nicht gezeigt) wird verwendet, um das
erste Substrat 70 und das zweite Substrat 71 miteinander
haften zu lassen (zu verbinden). Falls Lot oder eutektisches Material
in die Reflexionsschicht eindringt, werden die Reflexionseigenschaften
der Reflexionsschicht verschlechtert. Zusätzlich zu diesem Problem tritt
das weitere Problem des Aufkugelns bzw. Krümmens ("ball-up") des Lots oder eutektischen Materials
auf dem Substrat 70 auf, falls das Substrat 70 größer als
das Substrat 71 ist, wenn die beiden Substrate 70 und 71 miteinander verbunden
werden.
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US 5,917,202 schlägt die Struktur
einer Halbleiterleuchtvorrichtung vor, in welcher eine Trenn- bzw.
Barriereschicht und eine Lotverbindungsschicht zwischen einer Reflexionsschicht
und einer Lotschicht eingebracht sind. Die Trennschicht ist aus
Wolfram (W) oder Molybdän
(Mo) gemacht und verhindert eine Ele mentdiffusion, und die Lotverbindungsschicht
ist aus Nickel (Ni) gemacht und verbessert eine starke Haftung.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Es
ist eine Aufgabe dieser Erfindung, eine Halbleitervorrichtung hoher
Qualität,
ihr Herstellungsverfahren und eine Elektronikkomponenteneinheit
bereitzustellen.
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Gemäß eines
Aspekts der vorliegenden Erfindung wird ein Herstellungsverfahren
für eine
Halbleitervorrichtung bereitgestellt, welches die folgenden Schritte
umfasst: (a) Herstellen eines ersten Substrats; (b) Bilden einer
ersten Verbindungsschicht oberhalb des ersten Substrats, um ein
Trägersubstrat
zu bilden; (c) Herstellen eines zweiten Substrats; (d) Herstellen
einer Halbleiterschicht auf dem zweiten Substrat; (e) Bilden einer
zweiten Verbindungsschicht oberhalb der Halbleiterschicht, um eine
Halbleiterschichtstruktur zu bilden; (f) Bilden einer Diffusionsmaterial
enthaltenden Diffusionsmaterialschicht mittels eines Schritts (f1)
des Bildens der Diffusionsmaterialschicht oberhalb des ersten Substrats
bzw. Bilden der ersten Verbindungsschicht oberhalb der Diffusionsmaterialschicht
in Schritt (b), und/oder mittels eines Schritts (f2) des Bildens
der Diffusionsmaterialschicht oberhalb der Halbleitermaterialschicht bzw.
Bilden der zweiten Verbindungsschicht oberhalb der Diffusionsmaterialschicht
in Schritt (e); und (g) Bilden der ersten Verbindungsschicht des
Trägersubstrats
und der zweiten Verbindungsschicht der Halbleiterschichtstruktur,
um einen Verbindungskörper
zu bilden, wobei Schritt (g) einen Schritt (g1) des Bildens eines
ersten Mischungskörpers
durch Mischen der ersten und zweiten Verbindungsschichten enthält, wobei
die erste oder zweite Verbindungsschicht ein eutektisches Material
enthält,
sowie einen Schritt (g2) des Bildens eines zweiten Mischungskörpers durch
Mischen des ersten Mischungskörpers
und des Diffusionsmaterials der Diffusionsmaterialschicht, wobei
der zweite Mischungskörper
einen Schmelzpunkt aufweist, der höher ist als ein Schmelzpunkt
des ersten Mischungskörpers.
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Gemäß des Herstellungsverfahrens
für eine Halbleitervorrichtung
kann eine Halbleitervorrichtung hoher Qualität mit einer verbesserten starken
Haftung während
eines Heizprozesses nach einem Verbinden hergestellt werden.
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Gemäß eines
weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung wird eine Halbleitervorrichtung
bereitgestellt, welche umfasst: ein Substrat; eine oberhalb des
Substrats ausgebildete zusammengesetzte Verbindungsschicht; eine
oberhalb der zusammengesetzten Verbindungsschicht ausgebildete erste Elektrode;
eine in einem Bereich einschließlich
einer Oberfläche
der ersten Elektrode ausgebildete Halbleiterschicht; und eine in
einem Teiloberflächenbereich
der Halbleiterschicht ausgebildete zweite Elektrode, worin: die
zusammengesetzte Verbindungsschicht ausgeformt wird, wenn ein Trägersubstrat einschließlich des
Substrats und eine erste Verbindungsschicht mit einer Halbleiterschichtstruktur
einschließlich
der Halbleiterschicht, der ersten Elektrode und einer zweiten Verbindungsschicht
verbunden werden; und wobei die erste und zweite Verbindungsschicht
Anteile an eutektischem Material enthalten; und wobei mindestens
das Trägersubstrat
und/oder die Halbleiterschichtstruktur eine Diffusionsmaterialschicht
umfassen, welche Diffusionsmaterial enthält; und wobei die zusammengesetzte
Verbindungsschicht dergestalt ausgebildet ist, dass in einer der ersten
und der zweiten Verbindungsschicht enthaltene Eutektikmaterialanteile
mit den anderen gemischt werden, um einen ersten Mischungskörper zu
bilden, und dass der erste Mischungskörper mit Diffusionsmaterial
gemischt wird, welches in der Diffusionsmaterialschicht enthalten
ist, um einen zweiten Mischungskörper
zu bilden, welcher einen Schmelzpunkt aufweist, der höher ist
als ein Schmelzpunkt des ersten Mischungskörpers.
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Diese
Halbleitervorrichtung hat einen guten ohmschen Kontakt, kann ein
Verkrümmen
("Ball-up") und eine Verschlechterung
der Elektrodenfunktion verhindern und hat eine verbesserte starke
Haftung während
eines Heizprozesses nach dem Verbinden.
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Gemäß eines
weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung wird eine Elektronikkomponenteneinheit
bereitgestellt, welche umfasst: eine Basis bzw. einen Sockel; eine
oberhalb des Substrats ausgebildete zusammengesetzte Verbindungsschicht; und
eine oberhalb der zusammengesetzten Verbindungsschicht ausgebildete
elektronische Komponente, wobei: die zusammengesetzte Verbindungsschicht
ausgebildet wird, wenn ein Basiselement einschließlich der
Basis und eine erste Verbindungsschicht mit einem Elektronikkomponentenelement einschließlich der
elektronischen Komponente und einer zweiten Verbindungsschicht verbunden
werden; wobei die erste oder die zweite Verbindungsschicht Eutektikmaterialanteile
enthält;
das Basiselement und/oder das Elektronikkomponentenelement eine
Diffusionsmaterial enthaltende Diffusionsmaterialschicht umfassen;
und die zusammengesetzte Verbindungsschicht dergestalt ausgebildet
ist, dass die Eutektikmaterialanteile, die in einer ersten und zweiten
Verbindungsschicht enthalten sind, mit den anderen verbunden werden,
um einen ersten Mischungskörper
zu bilden, und dass der erste Mischungskörper mit dem in der Diffusionsmaterialschicht
enthaltenen Diffusionsmaterial gemischt wird, um einen zweiten Mischungskörper zu
bilden, welcher einen Schmelzpunkt hat, der höher ist als ein Schmelzpunkt
des ersten Mischungskörpers.
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Diese
Elektronikkomponenteneinheit hat eine hohe Qualität und eine
verbesserte starke Haftung während
eines Heizprozesses nach einem Verbinden.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist es möglich,
eine Halbleitervorrichtung hoher Qualität, ihr Herstellungsverfahren
und eine Elektronikkomponenteneinheit bereitzustellen.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1A bis 1H sind
schematische Querschnittsansichten, welche ein Verfahren zum Herstellen
einer Halbleiterleuchtvorrichtung zeigen.
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2A bis 2C sind
Darstellungen, welche die Struktur einer Halbleiterleuchtschicht 22 einer
in 1E gezeigten Halbleiterschichtstruktur 31 zeigen.
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3 ist
eine Rasterelektronenmikroskop (Scanning Typ Electron Microscope;
REM)-Aufnahme einer Halbleiterleuchtvorrichtung, welche mittels des
in Bezug auf die 1A bis 1H beschriebenen
Verfahrens hergestellt wurde.
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4 bis 7 sind
rasterelektronenmikroskopische (REM) Aufnahmen, welche die Diffusionszustände von
Ta, Al, Au bzw. Sn auf einer in 3 gezeigten
rasterelektronenmikroskopischen (REM) Aufnahme zeigen.
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8 ist
eine schematische Querschnittsansicht einer Halbleiterleuchtvorrichtung,
welche mittels des in Bezug auf die 1A bis 1H beschriebenen
Verfahrens hergestellt wurde.
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9 und 10 sind
mikroskopische Aufnahmen von reflektierenden Elektrodenschichten von
Halbleiterleuchtvorrichtungen.
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11 und 12 sind
mikroskopische Aufnahmen von reflektierenden Elektrodenschichten von
Vergleichsbeispielen der Halbleiterleuchtvorrichtung.
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13A bis 13C bis
zu 17A bis 17C sind
schematische Querschnittsansichten, welche Herstellungsverfahren
für erste
bis fünfte Halbleiterleuchtvorrichtungen
zeigen, mit Effekten ähnlich
denen einer Halbleiterleuchtvorrichtungen, die durch das in Bezug
auf die 1A bis 1H gezeigte
Verfahren hergestellt worden ist.
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18A bis 18C sind
schematische Querschnittsansichten, welche ein Herstellungsverfahren
einer Halbleiterleuchtvorrichtung mit sowohl einer Elektrode als
auch Reflexionsschichten zeigt.
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19 ist
eine schematische Querschnittsansicht, welche ein Beispiel einer
herkömmlichen Halbleiterleuchtvorrichtung
zeigt.
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20A bis 20D sind
schematische Querschnittsansichten, welche ein Herstellungsverfahren
für die
in 19 gezeigte Halbleiterleuchtvorrichtung 61 zeigen.
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21A bis 21C sind
schematische Querschnittsansichten, welche ein Herstellungsverfahren
für eine
sechste Halbleiterleuchtvorrichtung mit Effekten ähnlich denen
einer Halbleiterleuchtvorrichtung, die mittels der in Bezug auf
die 1A bis 1H gezeigten
Verfahrens hergestellt wurde, zeigen.
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22 ist
eine mikroskopische Aufnahme einer mittels des in Bezug auf die 1A bis 1H gezeigten
Verfahrens hergestellten Halbleiterleuchtvorrichtung, wie von der
Seite einer Vorderelektrode 28 nach einem Trennverfahren
("dicing") aus gesehen.
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23 ist
eine mikroskopische Aufnahme eines Vergleichsbeispiels einer Halbleiterleuchtvorrichtung,
wie von der Seite einer Vorderelektrode 28 nach einem Trennverfahren
aus gesehen.
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24A bis 24D sind
schematische Querschnittsansichten, welche ein Herstellungsverfahren
für Elektronikkomponenteneinheiten
zeigen.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Untersuchungen
bezüglich
der Japanischen Patentanmeldung Nr. 2003-088181, welche von den vorliegenden
Erfindern vorgeschlagen wurden, wurden energisch betrieben, und
die vorliegende Anmeldung schlägt
eine Halbleitervorrichtung hoher Qualität, ihr Herstellungsverfahren
und eine Elektronikkomponenteneinheit vor.
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Die 1A bis 1H sind
schematische Querschnittsansichten, welche ein Herstellungsverfahren
für eine
Halbleiterleuchtvorrichtung zeigen.
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Nun
wird sich auf 1A bezogen. Eine Au-Schicht 12 wird
auf beiden Oberflächen
eines leitfähigen
Substrats 11 gebildet, das beispielsweise aus Si hergestellt
ist, welches stark mit Fehlstellen vom n- oder p-Typ dotiert ist,
und zwar mittels Aufdampfung, und welches bei 400 °C in einer
Stickstoffatmosphäre
legiert wird. Eine Dicke der Au-Schicht 12 beträgt beispielsweise
150 bis 600 nm. Eine der Au-Schichten 12 hat eine Dicke
von 150 nm und die andere hat eine Dicke von 600 nm. Bei diesem
Legierungsablauf wird das leitfähige
Substrat 11 mit den Au-Schichten 12 integriert,
wodurch sich ohmsche Kontakte bilden.
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Es
ist daher möglich,
ein Abschälen
der Au-Schichten 12 vom leitfähigen Substrat 11 zu
verhindern und eine Halbleiterleuchtvorrichtung mit guten ohmschen
Kontakten, einer langen Lebensdauer und einer hohen Zuverlässigkeit
bereitzustellen. Es ist auch möglich,
die Haltbarkeit in einem folgenden Prozess nach einem Legierungsprozess
in Halbleiterherstellungsabläufen
bzw. -prozessen zu verbessern.
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Das
leitfähige
Substrat 11 kann andere Materialien als Si mit einer Leitfähigkeit
und einer hohen Wärmeleitfähigkeit
verwenden, wie beispielsweise Cu.
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Auf
der Au-Schicht 12 (mit einer Dicke von 150 nm) wird eine
Ti-Schicht 13 ausgebildet, und eine Ni-Schicht 14 wird
auf der Ti-Schicht 13 ausgebildet, und zwar mittels Elektronenstrahlaufdampfens
[EB ("electron beam"; Elektronen strahl) – Verfahren].
Die Ti-Schicht 13 hat eine Dicke von 100 bis 200 nm, und die
Ni-Schicht 14 hat eine Dicke von 50 bis 150 nm. Die Ti-Schicht 13 und
die Ni-Schicht 14 wurden auf 150 nm bzw. 100 nm festgesetzt.
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Nun
wird sich auf 1B bezogen. Eine AuSn-Schicht 15 wird
auf die Ni-Schicht 14 durch
ein Widerstandsheiz-aufdampfverfahren aufgedampft. Die AuSn-Schicht 15 hat
eine Dicke von 600 bis 3000 nm. Die AuSn-Schicht 15 wurde
auf 2000 nm festgesetzt. Die Zusammensetzung der AuSn-Schicht 15 ist
vorteilhafterweise so, dass Au : Sn = ca. 80 Gew.-% : 20 Gew.-%
(= ca. 70 at ca. 30 at%). Die AuSn-Schicht 15 hat diese
Zusammensetzung. AuSn ist ein eutektisches Material. Falls die AuSn-Schicht 15 AuSn
als ihre Hauptkomponente enthält,
kann AuSn Additive enthalten.
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Die
Ti-Schicht 13, die Ni-Schicht 14 und die AuSn-Schicht 15 können durch
Sputtern aufgedampft werden.
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Eine
Schichtstruktur aus dem leitfähigen Substrat 11,
der Au-Schicht 12, der Ti-Schicht 13, der Ni-Schicht 14 und
der AuSn-Schicht 15 wird ein Trägersubstrat 30 genannt.
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Das
Trägersubstrat 30 hat
die Ti-Schicht 13 und die Ni-Schicht 14. Wegen
Effekten der Ti-Schicht, welche die starke Haftung verbessern, und
wegen Effekten der Ni-Schicht, welche die Benetzbarkeit verbessern,
ist möglich,
eine ausreichende Verlässlichkeit
der starken Haftung des Endproduktes des leitfähigen Substrats zu erzielen.
Sogar falls das leitfähige
Substrat in einem späteren
Prozessschritt auf ca. 280 °C
(einer eutektischen Temperatur) aufgeheizt wird, bei der die AuSn-Schicht 15 schmilzt,
ist es möglich,
ein Verkrümmen
("Ball-up") der AuSn-Schicht 15 auf
dem Trägersubstrat 30 zu verhindern.
Das sog. "Ball-up" ist das Phänomen, dass
dann, wenn einmal bei einer eutektischen Temperatur oder höher verflüssigtes
AuSn bei sinkender Temperatur wieder verfestigt wird, AuSn auf dem
Trägersubstrat 30 getrennt
wird und teilweise anschwillt.
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Statt
der Ni-Schicht 14 können
eine NiV-Schicht oder eine Pt-Schicht auf der Ti-Schicht ausgebildet werden, um die verkrümmungsverhindernden
Effekte bereitzustellen.
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Nun
wird sich auf 1C bezogen. Als nächstes wird
ein Halbleitersubstrat 21 hergestellt, dessen Gitter zu
einer Halbleiterleuchtschicht 22 passen kann, die epitaktisch
auf dem Halbleitersubstrat aufgewachsen ist. Durch Einschießen von
Elektronen und Löchern
in die Halbleiterleuchtschicht 22 kann diese Schicht Licht
mit einer Wellenlänge
aussenden, die dem Halbleiter inhärent ist.
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Ein
GaAs-Substrat wurde als das Halbleitersubstrat 21 verwendet.
Die Mehrfach-Quantentopfstruktur der Halbleiterleuchtschicht 22 wird
durch abwechselndes Stapeln einer Trennschicht und einer Topfschicht
aus AlGalnP-enthaltenden
Verbindungshalbleitern mit verschiedenen Zusammensetzungen gebildet.
Die Halbleiterleuchtschicht 22 kann aus einer homo-pn-Übergangsstruktur, einer Doppelhetero (DH)-Struktur
oder einer Einzelhetero ("single
hetero";SH)-Struktur
aufgebaut sein. Die Struktur der zwischen den Mantelschichten vom
n-Typ und vom p-Typ eingefügten
Halbleiterleuchtschicht wird auch eine Halbleiterleuchtschicht genannt.
Die Halbleiterleuchtschicht 22 wird weiter unten genauer
beschrieben.
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Nun
wird sich auf 1D bezogen. Eine reflektierende
Elektrodenschicht 23 wird auf der Halbleiterleuchtschicht 22 ausgebildet.
Die reflektierende Elektrodenschicht 23 einer hergestellten
Halbleiterleuchtvorrichtung dient nicht nur als eine Elektrode sondern
auch als eine Reflexionsschicht zum Reflektieren des von der Halbleiterleuchtschicht 22 zu
der der optischen Ausgangsseite gegenüberliegenden Seite ausgestrahlten
Lichts zur optischen Ausgabenseite, um dadurch den optischen Ausgabewirkungsgrad
der Halbleiterleuchtvorrichtung zu verbessern.
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Die
reflektierende Elektrodenschicht 23 ist aus einem Metall
gemacht, welches in der Lage ist, mit der Halbleiterleuchtschicht 22 einen
ohmschen Kontakt zu bilden. Eine Oberflächenschicht der Halbleiterleuchtschicht 22 ist
aus AlGalnP hergestellt, welches einen Verbundhalbleiter eines p-Typs
enthält
und eine p-seitige
Elektrode mit einer Dicke von 300 nm wird unter Verwendung von AuZn
gebildet. Die reflektierende Elektrodenschicht 23 wird
auf der Halbleiterleuchtschicht 22 beispielsweise durch
ein Widerstandsheiz-Aufdampfungsverfahren, ein Elektronenstrahl-Aufdampfungsverfahren
(EB-Verfahren), ein Sputterverfahren oder dergleichen gebildet.
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Nun
wird sich auf 1E bezogen. Eine TaN-Schicht 24 aus
Tantalnitrid (TaN) wird auf der reflektierenden Elektrodenschicht 23 bis
zu einer Dicke von 100 nm abgeschieden, beispielsweise durch ein reaktives
Sputterverfahren.
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Ein
Legierungsprozessablauf wurde durchgeführt, um einen guten ohmschen
Kontakt zwischen der Halbleiterleuchtschicht 22 und der
reflektierenden Elektrodenschicht 23 (p-seitige Elektrode)
zu haben. Da AuZn als der AlGalnP-enthaltende Verbundhalbleiter vom p-Typ
verwendet wurde, wurde eine Wärmebehandlung
bei ungefähr
500 °C in
einer Stickstoffatmosphäre
durchgeführt.
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Die
TaN-Schicht 24 wird verwendet, um zu verhindern, dass eutektisches
Material in die Seite der reflektierenden Elektrode 21 eindringt
(diffundiert), wenn das Trägersubstrat 30 und
die die Halbleiterleuchtschicht einschließende Struktur verbunden werden
(Metallverbinden bzw. -bonden), und zwar durch Verwenden eines eutektischen
Materials in einem späteren
Prozessablauf.
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Eine
Al-Schicht 25 mit einer Dicke von 600 nm wird auf der TaN-Schicht 24 abgeschieden.
Für diese
Abscheidung kann ein Elektronenstrahl-Aufdampfungsverfahren (EB-Verfahren),
ein Widerstandsheiz- Aufdampfungsverfahren oder dergleichen verwendet
werden. Wie später
beschrieben, trägt
die Al-Schicht 25 zur Verbesserung der starken Haftung
der Halbleiterleuchtvorrichtung, zur sich daraus ergebenden Verhinderung
des Eindringens (Diffusion) eutektischen Materials (AuSn) in die
Seite der reflektierenden Elektrodenschicht 23 aufgrund
der Bildung einer AuSnAl-Legierung und zur damit zusammenhängenden
Verbesserung der Qualität
der Halbleiterleuchtvorrichtung bei.
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Eine
Ta (Tantal-) Schicht 26 von 100 nm Dicke wird auf der Al-Schicht 25 aufgedampft.
Ein Elektronenstrahl-Aufdampfungsverfahren (EB-Verfahren) wird für diese
Aufdampfung verwendet. Da Tantal ein hitzebeständiges Metall ist, ist eine
Widerstandsheizverdampfung für
den Verdampfungsvorgang nicht geeignet. Durch Verwenden des Elektronenstrahl-Aufdampfungsverfahrens
(EB-Verfahrens) kann
die Ta-Schicht einfach gebildet werden. Auch ein Sputterverfahren
kann verwendet werden.
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Wie
später
beschrieben, hat die Ta-Schicht 26 eine Funktion des Steuerns
einer gegenseitigen Diffusion (Mischung) von AuSn in der AuSn-Schicht 15 und
Al in der Al-Schicht 25, wenn das Trägersubstrat 30 mit
der die Halbleiterleuchtschicht 22 enthaltende Struktur
in einem späteren
Prozessschritt verbunden (metallverbunden) wird.
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Eine
Au-Schicht 27 mit einer Dicke von beispielsweise 200 nm
wird auf die Ta-Schicht 26 aufgestapelt.
Die Au-Schicht 27 wird verwendet, um zusammen mit der AuSn-Schicht 15 des
Trägersubstrats 30 eine
Verbindungsschicht zu bilden, wenn das Trägersubstrat 30 mit
der die Halbleiterleuchtschicht 22 einschließende Struktur
in einem späteren
Prozessschritt verbunden (metallverbunden) wird.
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Eine
Schichtstruktur aus dem Halbleitersubstrat 21, der Halbleiterleuchtschicht 22,
der reflektierenden Elektrodenschicht 23, der TaN-Schicht 24, der
Al-Schicht 25,
der Ta-Schicht 26 und der Au-Schicht 27 wird eine
Halbleiterschichtstruktur 31 genannt.
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Nun
wird sich auf 1 F bezogen. Als nächstes werden
das Trägersubstrat 30 und
die Halbleiterschichtstruktur 31 beispielsweise durch Metallverbinden
bzw. – bonden
verbunden. Das Metallverbinden ist ein Verbindungsverfahren des
Aufheizens auf einen Schmelzpunkt eines eutektischen Materials und
Anlegen eines Drucks, um das Trägersubstrat 30,
das die AuSn-Schicht (eutektischen Schicht) 15 umfasst,
und die Halbleiterschichtungsschicht bzw. -stapelschicht 31,
die die Au-Schicht 27 umfasst, zu verbinden. Beide werden
verbunden, weil die AuSn-Schicht 15 und die Au-Schicht 27 ein neues
eutektisches Material (AuSn) bilden. Das Metallverbinden wurde durch
starkes Haften und Halten der AuSn-Schicht 15 des Trägersubstrats 30 und
der Au-Schicht 27 der Halbleiterschichtstruktur 31 unter einer
Stickstoffatmosphäre
für 10
Minuten bei 300 °C und
bei einem Druck von ungefähr
1 MPa durchgeführt.
Da das eutektische Material während
des Verbindens schmilzt, wurden das Trägersubstrat 30 und die
Halbleiterschichtstruktur 31 an einer vorbestimmten Position
durch geeignetes Festhalten verbunden.
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Das
Verbindungsmaterial, die Atmosphäre und
die Zeit sind nicht auf nur die oben beschriebenen Werte beschränkt, sondern
jegliche andere Verbindungsmaterialien, Atmosphären, Verbindungstemperaturen
und Zeiten können
ebenfalls verwendet werden, falls diese Bedingungen das Trägersubstrat 30 und
die Halbleiterschichtstruktur 31 durch Schmelzen des eutektischen
Materials und ohne Ändern
der Verbindungseigenschaften (z.B. ohne Erniedrigen einer Verbindungsstärke durch
Oxidation oder dergleichen) verbinden können.
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Nun
wird sich auf 1G bezogen. Nachdem
das Trägersubstrat 30 und
die Halbleiterschichtstruktur 31 verbunden sind, wird das
Halbleitersubstrat 21 (GaAs-Substrat) der Halbleiterschichtstruktur 31 entfernt.
Das Halbleitersubstrat 21 wurde durch Nassätzen unter
Verwendung eines gemischten Ätzmittels
aus Ammoniak und Wasserstoffperoxyd entfernt. Entfernen des Halbleitersubstrats 21 (GaAs-Substrat)
ist nicht auf Nassätzen
beschränkt,
sondern es können
auch Trockenätzen, chemisch-mechanisches
Polieren (CMP), mechanisches Polieren oder eine Kombination davon
verwendet werden.
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Die
AuSn-Schicht 15 des Trägersubstrats 30 und
die Au-Schicht 27 der Halbleiterschichtstruktur 31 werden
durch das Metallverbinden in dem in Bezug auf 1F
beschriebenen Prozessablauf verbunden. Eine während dieses Metallverbindens
neu geformte AuSn-Schicht ist in 1G als
eine Verbindungsschicht 29 gezeigt.
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Nun
wird sich auf 1H bezogen. Nachdem das Halbleitersubstrat 21 entfernt
ist, werden vordere Elektroden 28 auf der Halbleiterleuchtschicht 22 ausgebildet,
die auf der Oberfläche
der Halbleiterleuchtvorrichtung freiliegen, wobei die vordere Elektrode
in ohmschem Kontakt mit der Halbleiterleuchtschicht steht. Die Halbleiterleuchtschicht 22,
auf welcher die vorderen Elektroden aufgedampft werden, ist ein
Halbleiter vom n-Typ. Daher kann die Vorderelektrode 28 aus
dem Material gemacht sein, das in der Lage ist, einen ohmschen Kontakt
mit dem Halbleiter vom n-Typ zu bilden, wie beispielsweise AuSnNi,
AuGeNi, AuSn und AuGe. In dieser Ausführungsform wurde AuSnNi verwendet.
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Die
Vorderelektrode 28 wird beispielsweise mittels eines Abziehverfahrens
gebildet. Bei dem Abziehverfahren wird die Halbleiterleuchtschicht 22 mit einem
Fotolack beschichtet und selektiv mittels einer Fotomaske belichtet,
um ein Fotolackmuster mit einer Öffnung
einer gewünschten
Elektrodenform zu erlangen, dann wird Elektrodenmaterial aufgedampft und
danach werden das Fotolackmuster und die Metallschicht auf dem Fotolackmuster
entfernt. Aufdampfen des Elektrodenmaterials kann mittels eines Widerstandsheiz-Aufdampfungsverfahrens,
eines Elektrodenstrahl-Aufdampfungsverfahrens (EB-Verfahren), eines
Sputterverfahrens oder dergleichen durchgeführt werden.
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Legieren
durch Hitzebehandlung in einer Stickstoffatmosphäre bei ungefähr 400 °C wurde durchgeführt, um
einen guten ohmschen Kontakt zwischen der Halbleiterleuchtschicht 22 und
Vorderelektroden (n-seitigen Elektroden) 28 herzustellen.
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Die
Halbleiterleuchtvorrichtung wurde mittels der oben beschriebenen
Prozessabläufe
hergestellt.
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Die
vorliegenden Erfinder haben die Struktur der hergestellten Halbleiterleuchtvorrichtung
untersucht. Dies wird weiter unten genauer beschrieben.
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Eine
Beschreibung wird unter dem Gesichtspunkt gegeben, dass das Trägersubstrat 30 die Ti-Schicht 13 und
die Ni-Schicht 14 aufweist. Falls das Träger substrat 30 diese
Schichten nicht hat und mittels Metallverbindens mit der Halbleiterschichtstruktur 31 verbunden
wird, tritt erstens ein Abschälen
zwischen dem Trägersubstrat 30 und
der Halbleiterschichtstruktur 31 auf. Falls das Trägersubstrat 30 zweitens
größer ist
als die Halbleiterschichtstruktur 31 (im Unterschied zu
der in 1G gezeigten Struktur), wird
eine Krümmung
bzw. eine Aufkugelung eutektischen Maierials auf dem Trägersubstrat 30 nach
einem Verbinden gebildet. Dieses Krümmen bewirkt einen Defekt bei
einem späteren fotolithografischen
Ablauf. Beispielsweise verhindert in dem in Bezug auf 1H beschriebenen
Prozessablauf getrenntes eutektisches Material die Fotolackoberfläche daran,
stark an der Fotomaske zu haften. Es ist daher schwierig, die Vorderelektrode
einer gewünschten
Form mit einer Größe von 10 μm oder kleiner
auszubilden. Sogar falls das Elektrodenmaterial zuerst auf der Halbleiterleuchtschicht 22 aufgedampft
und dann mittels eines Fotolackmusters in eine gewünschte Elektrodenform
gemustert wird, um danach unnötiges
Elektrodenmaterial zu entfernen, existiert immer noch der Einfluss
einer Krümmung, solange
der Fotolithografie-Prozessschritt betroffen ist. Als ein einfaches
Elektroden bildendes Verfahren ist ein bekanntes Lochmasken-Aufdampfungsverfahren
bekannt. Bei diesem Verfahren ist es jedoch schwierig, eine Elektrode
mit einer Größe von 10 μm oder kleiner
mit hoher Genauigkeit herzustellen.
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Die
oben beschriebenen Probleme können durch
Herstellen der Halbleiterleuchtvorrichtung unter Verwendung des
Trägersubstrats 30 mit
der Ti-Schicht 13 und der Ni-Schicht 14 vermieden
werden.
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Nun
wird eine zusätzliche
Beschreibung des Legierens des leitfähigen Substrats 11 und
der Au-Schicht 12 gegeben. Bei ihrem effektiven Legieren
ist die Oberflächenschicht
der Au-Schicht 12 auf der Verbindungsseite mit der Halbleiterschichtstruktur 31 wichtig.
Da die Oberflächenschicht
auf der gegenüberliegenden
Seite für
Elektrodenverbindungen mittels sog. "Die-Bondens" bzw. Rohchip-Verbindens oder dergleichen
verwendet wird, kann sie aus anderen Elektrodenmaterialien, wie
beispielsweise Ti/TiN/Al, gemacht sein. Um die Abläufe zu vereinfachen,
wird erwartet, das Einzelmaterial zu verwenden. Das Ma terial ist
nicht auf Au beschränkt,
sondern es können
andere Materialien verwendet werden, welche einen ohmschen Kontakt
mit Si bilden, wie beispielsweise Ni, Ti und Pt.
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Nun
wird in Bezug auf die 2A bis 2C eine
Beschreibung der Struktur einer Halbleiterleuchtschicht 22 der
in 1E gezeigten Halbleiterschichtstruktur 31 gegeben.
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Nun
wird sich auf 2A bezogen. Die Halbleiterleuchtschicht 22 hat
eine Mehrfach-Quantentopf-Struktur, die aus einer Schichtstruktur
aus beispielsweise Trennschichten 22b und Topfschichten 22w aufgebaut
ist.
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Nun
wird sich auf 2B bezogen. Die Halbleiterleuchtvorrichtung 22 kann
eine Einzel-Hetero ("Single
Hetero"; SH)-Struktur
haben, welche gestapelte Halbleiterschichten 22p vom p-Typ
mit unterschiedlichen Zusammensetzungen und auf einer Halbleiterschicht 22n von
einem n-Typ gebildet aufweist.
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Nun
wird sich auf 2C bezogen. Die Halbleiterleuchtvorrichtung 22 kann
eine Doppel-Hetero (DH)-Struktur aufweisen, welche i Schichten 22i mit unterschiedlichen
Zusammensetzungen und einer engen Bandlücke und gebildet auf einer
Halbleiterschicht 22n vom n-Typ aufweist, als auch Halbleiterschichten 22p vom
p-Typ mit unterschiedlichen Zusammensetzungen und einer breiten
Bandlücke
und gebildet auf der i-Schicht 22i.
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Mit
dem oben beschriebenen Herstellungsverfahren für die Halbleiterleuchtvorrichtung
kann durch Verwenden des Trägersubstrats 30 mit
der Ti-Schicht 13 und der Ni-Schicht 14 unter
der AuSn-Schicht 15 ein Krümmen von AuSn während des
Verbindens des Trägersubstrats 30 und
der Halbleiterschichtstruktur 31 verhindert werden. Ein Krümmen kann
vollständig
oder innerhalb einer Höhe von
2 μm oder
weniger unterdrückt
werden.
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Es
kann überlegt
werden, dass die Ti-Schicht 13 als eine Schicht mit einer
hohen starke Haftung an der unteren Au-Schicht 12 dient.
Die Ti-Schicht 13 ist eine ein starkes Haften verbessernde
Schicht zum Verbessern einer starken Haftung zwischen der Au-Schicht 12 und
der Ni-Schicht 14. Durch Bilden der Ni-Schicht 14 auf
der Ti-Schicht 13, wird die Benetzbarkeit einer auf der
Ti-Schicht gebildeten Schicht
verbessert. Die Ni-Schicht 14 ist eine nasse bzw. benetzte
Schicht zum Verbessern der Benetzbarkeit des eutektischen Materials
AuSn, und es kann angenommen werden, dass die Verbesserung der Benetzbarkeit
durch die Ni-Schicht 14 eine Trennung von AuSn verhindert.
Die benetzte Schicht für AuSn
wird vorzugsweise aus Ni oder Pt hergestellt.
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Die
die starke Haftung verbessernde Schicht und die benetzte Schicht
können
auf der Si-Substratoberfläche
ausgebildet werden. Die die starke Haftung verbessernde Schicht
und die benetzte Schicht sind nicht auf diese Ausführungsform
beschränkt, sondern
können
abhängig
von den Materialien, den Filmdickestrukturen und den Schichtstrukturen
geeignet verwendet werden.
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3 ist
eine rasterelektronenmikroskopische (REM-) Aufnahme einer Halbleiterleuchtvorrichtung,
die mittels des in Bezug auf die 1A bis 1H beschriebenen
Verfahrens hergestellt worden ist.
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Die 4 bis 7 sind
rasterelektronenmikroskopische (REM-) Aufnahmen, welche die Diffusionszustände von
Ta, Al, Au bzw. Sn in der in 3 gezeigten
rasterelektronenmikroskopischen (REM-) Aufnahme zeigen.
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Nun
werden die in den 4 bis 7 gezeigten
Diffusionsverteilungen von Ta, Al, Au und Sn im Vergleich zu der
in 3 gezeigten REM-Aufnahme und der schematischen
Darstellung der in 1H gezeigten Halbleiterleuchtvorrichtung
betrachtet. Man kann erkennen, dass die REM-Aufnahme aus 3 in
der Reihenfolge von oben nach unten zeigt: die Halbleiterleuchtschicht 22,
die aus einem AlGalnP-enthaltenden Verbundhalbleiter gemacht ist; die
aus AuZn hergestellte reflektierende Elektrodenschicht 23;
die TaN-Schicht 24, die Al/Au/Sn-Schicht, die Ta-Schicht 26,
die AuSn(Al)-Schicht und das aus Si hergestellte leitfähige Substrat 11 (in
diesem Fall wird beschränkend
angenommen, dass das leitende Substrat 11 die obere gestapelte
Au-Schicht 12, die Ti-Schicht 13 und die Ni-Schicht 14 umfasst).
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Die
vorliegenden Erfinder verglichen die Dicke jeder Schicht in der
REM-Aufnahme von 3 mit
der Dicke jeder Schicht des Trägersubstrats 30 und
der Haibleiterschichtstruktur 31 vor dem in 1 F gezeigten Metallverbinden und haben
bestätigt, dass
die aus AuZn hergestellte reflektierende Elektrodenschicht 23,
die TaN-Schicht 24 und die Ta-Schicht 26 ungefähr die Dicken
vor dem Metallverbinden haben. Dies kann aus Diffusionsverteilungsergebnissen
von Ta und Au, die in den 4 und 6 gezeigt
sind, bestätigt
werden.
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Verglichen
mit der Al-Schicht 25 und der AuSn-Schicht 15 vor
dem Verbinden, sind die Diffusionsbereiche von Al und Sn, die in
den 5 und 7 gezeigt sind, breiter. Die
in der REM-Aufnahme von 3 gezeigte Ta-Schicht 26 ist
abgeschnitten oder in den Zwischenbereichen verloren gegangen. Die
vorliegenden Efinder haben die mittels des in Bezug auf die 1A bis 1H beschriebenen Verfahrens
hergestellte Halbleiterleuchtvorrichtung untersucht und haben herausgefunden,
dass die Al-Schicht 25 und die AuSn-Schicht 15 nach
einem Verbinden gegenseitig diffundieren und eine AuSnAl enthaltende
Schicht gebildet wird.
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Es
kann daher angenommen werden, dass die mittels des in Bezug auf
die 1A bis 1H beschriebenen
Vefahrens hergestellte Halbleiterleuchtvorrichtung nicht die in 1H gezeigte
Struktur hat, sondern die weiter unten beschriebene Struktur.
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8 ist
eine schematische Querschnittsansicht einer Halbleiterleuchtvorrichtung,
die mittels des in Bezug auf die 1A bis 1H beschriebenen
Verfahrens hergestellt wurde.
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Verschiedene
Punkte aus 1H deuten darauf hin, dass die
Ta-Schicht 26 gebrochen bzw. zerbrochen ist, dass eine
zusammengesetzte Verbindungsschicht 33 abgeschieden wird,
welche durch drei Lagen einschließlich der Al- Schicht 25, Ta-Schicht 26 und
Verbindungsschicht 29 gebildet wird, und dass eine zusammengesetzte
Trennschicht 34 abgeschieden wird, welche durch die zusammengesetzte
Verbindungsschicht und die TaN-Schicht 24 gebildet wird.
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Die
Ta-Schicht 26 wird während
des Metallverbindens zerbrochen, Al in der Al-Schicht 25 diffundiert durch
die zerbrochene Ta-Schicht zur Verbindungsschicht 29, und
AuSn in der Verbindungsschicht 29 diffundiert zur Al-Schicht 25,
um dadurch einen Mischbereich zu bilden. Durch diese Diffusionen
wird eine AuSnAl-Legierung gebildet.
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Weil
in dem in Bezug auf 1 F beschriebenen
Metallverbindungsablauf AuSn mit einem Anteil von ungefähr 20 Gew.-%
Sn als dem eutektischen Material verwendet wird, schmilzt die AuSn-Schicht 15 während des
Verbindens bei ungefähr
280 °C (eutektischer
Punkt, eutektische Temperatur). Da jedoch danach eine AuSnAl-Legierung
durch gegenseitige Diffusionen gebildet wird, wird die zusammengesetzte
Verbindungsschicht 33 sogar dann nicht vollständig geschmolzen,
wenn sie auf ungefähr
400 °C bis 500 °C aufgeheizt
wird. Da die zusammengesetzte Verbindungsschicht 33 mit
einem Schmelzpunkt höher
als dem der AuSn-Schicht 15 mittels gegenseitiger Diffusionen
gebildet wird, ist es möglich,
eine stabile Halbleiterleuchtvorrichtung zu bilden, welche in der
Lage ist, ein Abschälen
(Verbessern einer starken Haftung), zu verhindern, welches durch
den Heizprozessablauf nach einem Verbinden bewirkt wird.
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Vom
Einführen
des Konzepts der zusammengesetzten Verbindungsschicht 33 wird
erwartet, dass sie geeigneter ist als das Verwenden der Dreilagenstruktur
aus Al-Schicht 25, Ta-Schicht 26 und Verbindungsschicht 29.
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Es
wird auch angenommen, dass ein Verbindungskörper mit einem hohen Schmelzpunkt – d. h., die
zusammengesetzte Verbindungsschicht 33 – durch zeitweiliges Bilden
eines Mischkörpers
wie der Verbindungsschicht 29 durch Mischung eutektischer Inhalte
(Elementbestandteile eutektischer Materialien) Au und Sn der AuSn-Schicht 15 und
der Au-Schicht 27 gebildet wird, als auch durch Mischung des
AuSn-Mischkörpers
und des Al der Al-Schicht.
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Die
vorliegenden Erfinder haben bestätigt, dass
die gegenseitigen Diffusionen von Al und AuSn mittels einer Dicke
der Ta-Schicht 26 gesteuert werden können. Die Zusammensetzung der
zusammengesetzten Verbindungsschicht kann nicht nur durch Ta, sondern
auch durch andere Materialien mit einem hohen Schmelzpunkt und einer
niedrigen Löslichkeit bezüglich des
Verbindungsmaterials gesteuert werden. Ti, W, Mo oder dergleichen
können
zusätzlich
zu Ta verwendet werden.
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Obwohl
die AuSn-Schicht 15 und die Au-Schicht 27 zum
Verbinden des Trägersubstrats 30 und
der Halbleiterschichtstruktur 31 verwendet werden, kann
eutektische Material, das Au als seinen Hauptbestandteil enthält, wie
beispielsweise AuGe und AuSi, vorzugsweise zusätzlich zu AuSn verwendet werden.
Das zum Verbinden der Halbleiterleuchtvorrichtung verwendete Material,
das eine eutektische Temperatur hat, die höher ist als diejenige einer den
ohmschen Kontakt einer Elektrode bildenden Temperatur, wird nicht
bevorzugt, um Beschädigungen
der Halbleiterschichten zu verringern. Falls es einen späteren Prozessablauf
des Befestigens der Halbleiterleuchtvorrichtung durch Löten gibt,
wird es bevorzugt, ein eutektisches Material zu verwenden, das eine
eutektische Temperatur aufweist, die höher als ein Schmelzpunkt eines
allgemeinen Lötmaterials (SnPb
(183 °C),
SnAgCu (217 °C))
ist.
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Obwohl
die Al-Schicht als das Diffusionsmaterial von Al verwendet wird,
ist das Material nicht auf Al beschränkt, sondern auch Ag, Cu oder
eine Legierung daraus, die einfach mit Au zu mischen ist, können verwendet
werden. Durch Auswählen
des Materials und der Filmdicke kann die Al-Schicht nicht nur die
Funktion des Zuführens
eines Diffusionsmaterials bereitstellen, sondern kann auch die zusammengesetzte
Verbindungsschicht 33 mit einer Trennfunktion durch Bilden
der AuSnAl-Legierung bereitstellen. Beispielsweise durch Auswählen einer
Dicke der Al-Schicht 25, kann die zusammengesetzte Verbindungsschicht 33 mit
einer Trennfunktion ausgestaltet werden, so dass die Zahl der Schichten
der Halbleiterleuchtvorrichtung verringert werden kann. Die Zahl der
Herstel lungsprozessschritte für
eine Halbleiterleuchtvorrichtung kann ebenfalls verringert werden.
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Die
TaN-Schicht 24 kann wie gewünscht gebildet werden. Sogar
falls die TaN-Schicht 24 gebildet wird,
ist es nicht nötig,
dass die TaN-Schicht 24 die zusammengesetzte Verbindungsschicht 33 auf
der Seite der reflektierenden Elektrodenschicht 23 kontaktiert,
sondern es ist ausreichend, falls die TaN-Schicht zwischen der zusammengesetzten
Verbindungsschicht 33 und der reflektierenden Elektrodenschicht 23 gebildet
wird. Das Material ist nicht nur auf TaN beschränkt, sondern auch andere Materialien,
die zum Verhindern des Eindringens von eutektischem Material geeignet
sind, können
verwendet werden, wie beispielsweise ein hitzebeständiges Metall
wie Mo, Ta, W und dergleichen, TiW, TiWN und dergleichen.
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Mit
Bezug auf die Aufnahmen wird eine Beschreibung eines Beitrags zu
einer effektiven Verhinderung des Eindringens (Diffusion) eutektischen
Materials (AuSn) zur Seite der reflektierenden Elektrodenschicht 23 gegeben,
und zwar mittels der AuSnAl-Legierung, die durch Al in der Al-Schicht 25 mit einer
Dicke von 600 nm gebildet wird.
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Die
vorliegenden Erfinder stellten Halbleiterleuchtvorrichtungen mittels
des in Bezug auf die 1A und 1H beschriebenen
Verfahrens her, sowie Leuchtvorrichtungen (Vergleichsbeispiele)
mit der Struktur ohne die Al-Schicht 25, und untersuchten
die aus AlZn hergestellte reflektierende Elektrodenschicht 23 jeder
Vorrichtung.
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Die 9 und 10 sind
mikroskopische Aufnahmen, welche die reflektierende Elektrodenschicht
jeder Halbleiterleuchtvorrichtung zeigen, die mittels des in Bezug
auf die 1A bis 1H beschriebenen
Verfahrens hergestellt wurde.
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Die 11 und 12 sind
mikroskopische Aufnahmen, welche die reflektierende Elektrodenschicht
jedes Vergleichsbeispiels der Halbleiterleuchtvorrichtung zeigen.
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Die 9 und 11 sind
Draufsichten, welche die gesamten äußeren Erscheinungen einer Halbleiterleuchtvorrichtung
zeigen, die mittels des in Bezug auf die 1A bis 1H beschriebenen Verfahrens
hergestellt wurden, und ein Vergleichsbeispiel der Halbleiterleuchtvorrichtung.
Die 10 und 12 sind
vergrößerte Ansichten
der mittigen Flächen
der in den 9 bzw. 11 gezeigten
Aufnahmen. Die aus AuZn hergestellte reflektierende Elektrodenschicht
kann in allen in den 10 bis 12 gezeigten
mikroskopischen Aufnahmen bestätigt
werden, weil die Halbleiterleuchtschicht transparent ist.
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Man
kann aus den in den 9 und 10 gezeigten
Aufnahmen verstehen, dass die reflektierende Elektrodenschicht der
Halbleiterleuchtvorrichtung, die mittels des in Bezug auf die 1A und 1H beschriebenen
Verfahrens hergestellt werden, eine gleichförmige Oberfläche hat.
Es kann aus den in den 11 und 12 gezeigten
mikroskopischen Aufnahmen bestätigt
werden, dass die reflektierende Elektrodenschicht des Vergleichsbeispiels der
Halbleiterleuchtvorrichtung teilweise zerbrochen ist und eine ungleichmäßige Oberfläche hat.
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Man
kann aus den vier in den 9 bis 12 gezeigten
mikroskopischen Aufnahmen erkennen, dass die Al-Schicht der Halbleiterleuchtvorrichtung,
die mittels des in Bezug auf die 1A bis 1H beschriebenen
Verfahrens hergestellt wird, auch mit der Funktion ausgestattet
ist, eine Schicht zum Schützen
der reflektierenden Elektrodenschicht bereitzustellen. Dies kann
der Tatsache zugeschrieben werden, dass Al und AuSn während des
Metallverbindens gegenseitig diffundieren und die AuSnAl-Legierung
bilden.
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Wenn,
wie vorher beschrieben, die Halbleiterschichtstruktur 31 durch
Metallverbinden mit dem Trägersubstrat 30 unter
Verwenden eutektischen Materials (AuSn) verbunden wird, verhindert
die TaN-Schicht 24 das Eindringen (Diffusion) des eutektischen
Materials (AuSn) zur Seite der reflektierenden Elektrodenschicht 23.
Zusätzlich
verhindert die Al-Schicht 25 weiterhin das Eindringen (Diffusion) des
eutektischen Materials (AuSn) zur Seite der reflektierenden Elektrodenschicht 23.
Durch Bilden der TaN-Schicht 24 und der Al-Schicht 25 ist
es möglich, eine
Diffusion und Mischung der Elemente in Richtung der reflektierenden
Elektrodenschicht 23 zu verhindern, und zu verhindern,
dass die Reflexions- oder Elektrodenfunktion der reflektierenden
Elektrodenschicht verschlechtert wird. Durch Bilden der TaN-Schicht 24 und
der Al-Schicht 25 ist es möglich, zu verhindern, dass
Elemente in Richtung der Seite der reflektierenden Elektrodenschicht 23 diffundieren und
gemischt werden, und zu verhindern, dass die Reflexionsfunktion
oder die Elektrodenfunktion der reflektierenden Elektrodenschicht 23 verschlechtert werden,
während
das Trägersubstrat 30 und
die Halbleiterschichtstruktur 31 miteinander verbunden werden.
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Die
vorliegenden Erfinder verglichen optisch die Halbleiterleuchtvorrichtungen,
die mittels des in Bezug auf die 1A bis 1H beschriebenen Verfahrens
hergestellt wurden sowie Vergleichsbeispiele der Leuchtvorrichtung,
und untersuchten sie. Es wurde bestätigt, dass das Vergleichsbeispiel
der Halbleiterleuchtvorrichtung eine abgeschrägte bzw. geneigte obere Oberfläche der
endgültigen
Vorrichtung hatte und diese abgeschrägte obere Oberfläche wurde
für die
mittels des in Bezug auf die 1A bis 1H beschriebenen
Verfahrens hergestellten Halbleiterleuchtvorrichtungen nicht bestätigt. Dies kann
der Tatsache zugeschrieben werden, dass ein Schmelzpunkt aufgrund
der Bildung von AuSnAl durch Mischung von Al und AuSn angehoben
wird.
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Eine
Beschreibung wird nun in Bezug auf die anderen Aufnahmen für hoch verlässliches
Verbinden der Halbleiterleuchtvorrichtungen gegeben, die mittels
des in Bezug auf die 1A bis 1H beschriebenen
Verfahrens hergestellt werden.
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22 und 23 sind
mikroskopische Aufnahmen einer Halbleiterleuchtvorrichtung, die
mittels des in Bezug auf die 1A bis 1H beschriebenen
Verfahrens hergestellt wird, und eines Vergleichsbeispiels der Leuchtvorrichtung,
und zwar fotografiert von der Seite der Vorderelektrode 28 nach einem
Trennablauf (einer der späteren
Prozessabläufe
nach dem Verbindungsprozessablauf).
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Nun
wird sich auf die Aufnahme aus 22 bezogen.
Die gesamte Fläche
der Aufnahme der Fläche
ist schwärzlich.
Kein Abschälen
wurde für
die mittels des in Bezug auf die 1A bis 1H beschriebenen
Verfahrens hergestellte Halbleiterleuchtvorrichtung beobachtet.
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Nun
wird sich auf die Aufnahme aus 23 bezogen.
Eine weißliche
Fläche
der mikroskopischen Aufnahme entspricht einer abgeschälten Fläche. Abschälung wurde
in ungefähr
80 % der aufgenommenen Fläche
des Vergleichsbeispiels der Halbleiterleuchtvorrichtung beobachtet.
Bei dem Vergleichsbeispiel der Halbleiterleuchtvorrichtung wurden
die Schichten von der TaN-Schicht 24 bis zur Halbleiterleuchtschicht 22 von
der zusammengesetzten Verbindungsschicht 33 abgeschält und gingen
verloren, und die zusammengesetzte Verbindungsschicht 33 wurde
beobachtet und direkt fotografiert. Es war unsicher, ob die Abschälung an
der Grenzfläche
zwischen der TaN-Schicht 24 und der zusammengesetzten Verbindungsschicht 33 auftrat.
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Man
kann aus den zwei in den 22 und 23 gezeigten
mikroskopischen Aufnahmen verstehen, dass die Al-Schicht der Halbleiterleuchtvorrichtung,
welche mittels des in Bezug auf die 1A und 1H beschriebenen
Verfahrens hergestellt wird, zu einem hochverlässlichen Verbinden beiträgt.
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Bei
dem Vergleichsbeispiel mit einer niedrigen Verbindungszuverlässigkeit,
trat ein Abschälen aufgrund
einer Vibration einer Trennschneide ('dicing blade'), eines Wasserdüsenstrahlflusses und dergleichen
während
des Trennprozessablaufs auf.
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Als
nächstes
wird eine Beschreibung von Halbleiterleuchtvorrichtungen gegeben,
die ähnliche Effekte
zu denen der mittels des in Bezug auf die 1A bis 1H beschriebenen
Verfahrens hergestellte Halbleiterleuchtvorrichtung zeigen.
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Die 13A bis 13C sind
schematische Querschnittsansichten, welche ein Herstellungsverfahren
für eine
erste Halbleiterleuchtvorrichtung mit ähnlichen Effekten zu denen
der in 8 gezeigten Vorrichtung darstellen. Es kann angenommen
werden, dass die Ta-Schicht nicht wesentlich ist, weil die Tatsche,
dass die AuSnAl-Legierung, die gebildet wurde, nachdem die Ta-Schicht
zer brochen wurde, und dass Al in der Al-Schicht und AuSn in der
Verbindungsschicht gemischt werden, zur hohen Qualität der Vorrichtung
beitragen.
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Nun
wird sich auf 13A bezogen. 13A entspricht 1B. Ein
Trägersubstrat 30 ähnlich zu
dem in 1B gezeigten Trägersubstrat 30 wird
durch die in Bezug auf die 1A und 1B beschriebenen
Prozessschritte gebildet.
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Nun
wird sich auf 13B bezogen. 13B entspricht 1E. In 1E wird
die Ta-Schicht 26 zwischen der Al-Schicht 25 und
der Au-Schicht 27 gebildet. Ein unterschiedlicher Punkt in 13B ist, dass eine Au-Schicht 27 auf
einer Al-Schicht 25 gebildet wird.
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Andere
Schichten werden mittels Prozessschritten gebildet, die ähnlich zu
den in Bezug auf die 1C bis 1E beschrieben
sind, um eine Halbleiterschichtstruktur 31 zu bilden.
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Nun
wird sich auf 13C bezogen. 13C entspricht 8. Das Trägersubstrat 30 und
die Halbleiterschichtstruktur 31 sind miteinander verbunden,
um eine Halbleiterleuchtvorrichtung zu bilden, und zwar durch Prozessabläufe, die ähnlich zu
den in Bezug auf die 1F bis 1H beschriebenen
sind.
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Verglichen
mit der in 8 gezeigten Halbleiterleuchtvorrichtung
ist es ein unterschiedlicher Punkt der in 13C gezeigten
Halbleiterleuchtvorrichtung, dass die Ta-Schicht 26 nicht
von der zusammengesetzten Verbindungsschicht 33 umfasst
ist.
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Die 14A bis 14C sind
schematische Querschnittsdarstellungen, welche ein Herstellungsverfahren
für eine
zweite Halleiterleuchtvorrichtung mit Effekten zeigen, die denen
der in 8 gezeigten Vorrichtung ähnlich sind. Diese Halbleiterleuchtvorrichtung
ist dadurch gekennzeichnet, dass eine AuSn-Schicht 15 und
eine Au-Schicht 27, die direkt zum Verbinden verwendet
werden, wenn das Trägersubstrat 30 und
die Halbleiterschichtstruktur 31 verbunden werden, zwischen
Al-Schichten über Ta-Schichten
eingefügt
sind. Die Al-Schicht, die Al zum Bilden der AuSnAl-Legierung durch
Mischen mit AuSn bereitstellt, kann nicht nur auf einer Seite der Verbindungsschicht
gebildet werden, sondern auch auf beiden Seiten, wodurch sie die
Verbindungsschicht zwischen sich einfügt.
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Nun
wird sich auf 14A bezogen. 14A entspricht 1B. Verglichen
mit 1B ist ein unterschiedlicher Punkt von 14A, dass eine Al-Schicht 25a und
eine Ta-Schicht 26a zwischen einer Ni-Schicht 14 und
einer AuSiN-Schicht 15 ausgebildet werden.
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Die
Al-Schicht 25a mit einer Dicke von beispielsweise 3 μm wird auf
der Ni-Schicht 14 ausgebildet,
und die Ta-Schicht 26a mit einer Dicke von beispielsweise
0,1 μm wird
auf der Al-Schicht ausgebildet. Beide Schichten werden beispielsweise
mittels eines Elektronenstrahl-Aufdampfungsverfahrens (EB-Verfahrens) gebildet.
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Andere
Schichten werden durch Prozessabläufe gebildet, die den in Bezug
auf die 1A und 1B beschriebenen ähnlich sind,
um ein Trägersubstrat 30 zu
bilden.
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Nun
wird sich auf 14B bezogen. 14B entspricht 1E. Obwohl
die in den 1E und 14B gezeigten
Halbleiterleuchtvorrichtungen die gemeinsame Schichtstruktur haben,
hat die in 1E gezeigte Al-Schicht 25 eine
Dicke von 600 nm, eine in 14B gezeigte
Al-Schicht 25b hat eine Dicke von 3 μm.
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Andere
Schichten werden durch Prozessabläufe gebildet, die den in Bezug
auf die 1C bis 1E beschriebenen ähnlich sind,
um eine Halbleiterschichtstruktur 31 zu bilden.
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Nun
wird sich auf 14C bezogen. 14C entspricht 8. Das Trägersubstrat 30 und
die Halbleiterschichtstruktur 31 werden verbunden, um eine
Halbleiterleuchtvorrichtung zu bilden, und zwar durch Prozessabläufe, die
den in Bezug auf die 1F bis 1H beschriebenen ähnlich sind.
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Verglichen
mit der in 8 gezeigten Halbleiterleuchtvorrichtung
bestehen unterschiedliche Punkte der in 14C gezeigten
Halbleiterleuchtvorrichtung darin, dass die zusammengesetzte Verbindungsschicht 33 zwei
zerbrochene Ta-Schichten 26a und 26b umfasst,
und dass die AuSnAl-Legierung mittels Diffusionsmaterials (Al) von
den zwei Al-Schichten 25a und 25b gebildet wird,
welche die Verbindungsschicht (AuSn-Schicht 15 und Au-Schicht 27) über die
Ta-Schichten umfassen.
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Es
kann angenommen werden, dass die Verhinderung der Diffusion von
AuSn zur reflektierenden Elektrodenseite hauptsächlich durch Al in der Al-Schicht 25b an
der Seite der reflektierenden Elektrode und AuSn in der Verbindungsschicht
realisiert wird.
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Die 15A bis 15C sind
schematische Querschnittsdarstellungen, welche ein Herstellungsverfahren
für eine
dritte Halbleiterleuchtvorrichtung zeigt, welche ähnliche
Effekte zu denen der in 8 gezeigten Vorrichtung hat.
Diese Halbleiterleuchtvorrichtung ist ähnlich zur zweiten Halbleiterleuchtvorrichtung
mit ähnlichen
Effekten zu denen der in 8 gezeigten Vorrichtung. Verglichen
mit der zweiten Halbleiterleuchtvorrichtung ist es ein unterschiedlicher
Punkt der dritten Halbleiterleuchtvorrichtung, dass die Ta-Schicht
nicht ausgebildet ist.
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Nun
wird sich auf 15A bezogen. 15A entspricht 14A.
Verglichen mit 14A ist es ein unterschiedlicher
Punkt von 15A, dass nur eine Al-Schicht 25c zwischen
einer Ni-Schicht 14 und einer AuSn-Schicht 15 gebildet
wird.
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Die
Al-Schicht 25c mit einer Dicke von 3 μm wird auf der Ni-Schicht 14 gebildet,
beispielsweise durch ein Elektronenstrahl-Aufdampfungsverfahren (EB-Verfahren).
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Andere
Schichten werden durch Prozessabläufe gebildet, die ähnlich zu
den in Bezug auf die 1A und 1B beschriebenen
sind, um ein Trägersubstrat 30 zu
bilden.
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Nun
wird sich auf 15B bezogen. 15B entspricht 14B.
Verglichen mit 14B ist es ein unterschiedlicher
Punkt der in 15B gezeigten Halbleiterleuchtvorrichtung,
dass nur eine Al-Schicht 25d zwischen einer TaN-Schicht 24 und einer
Au-Schicht 27 ausgebildet ist.
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Die
Al-Schicht 25d mit einer Dicke von 3 μm wird auf der TaN-Schicht 24 gebildet,
beispielsweise mittels eines Elektronenstrahl-Aufdampfungsverfahrens
(EB-Verfahrens).
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Andere
Schichten werden durch Prozesse gebildet, die den in Bezug auf die 1C bis 1E beschriebenen ähnlich sind,
um eine Halbleiterschichtstruktur 31 zu bilden.
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Nun
wird sich auf 15C bezogen. 15C entspricht 14C.
Das Trägersubstrat 30 und
die Halbleiterschichtstruktur 31 werden verbunden, um eine
Halbleiterleuchtvorrichtung zu bilden, und zwar durch Prozessabläufe, die ähnlich zu
den in Bezug auf die 1F bis 1H beschriebenen sind.
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Verglichen
mit der in 14C gezeigten Halbleiterleuchtvorrichtung,
ist es ein unterschiedlicher Punkt der in 15C gezeigten
Halbleiterleuchtvorrichtung, dass die zusammengesetzte Verbindungsschicht 33 keine
Ta-Schicht umfasst.
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Die 16A bis 16C sind
schematische Querschnittsansichten, welche ein Herstellungsverfahren
für eine
vierte Halbleiterleuchtvorrichtung zeigen, welche Effekte aufweist,
die ähnlich
zu denen der in 8 gezeigten Vorrichtung sind.
Bei dem in Bezug auf die 1A bis 1H beschriebenen Herstellungsverfahren
werden die Al-Schicht und die Ta-Schicht in der Halbleiterschichtstruktur 31 ausgebildet.
Ein unterschiedlicher Punkt der vierten Halbleiterleuchtvorrichtung
ist es, dass die Al-Schicht und die Ta-Schicht in dem Trägersubstrat 30 ausgebildet werden.
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Nun
wird sich auf 16A bezogen. 16A entspricht 1B. Verglichen
mit 1B ist es ein unterschiedlicher Punkt von 16A, dass eine Al-Schicht 25e und eine
Ta-Schicht 26c zwischen einer Ni-Schicht 14 und
einer AuSn-Schicht 15 gebildet
werden.
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Die
Al-Schicht 25e mit einer Dicke von beispielsweise 6 μm wird auf
der Ni-Schicht 14 gebildet, und
die Ta-Schicht 26c mit einer Dicke von beispielsweise 0,1 μm wird auf
der Al-Schicht ausgebildet. Beide Schichten werden beispielsweise
mittels eines Elektronenstrahl-Aufdampfungsverfahrens (EB-Verfahrens)
gebildet.
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Andere
Schichten werden durch Vorgänge gebildet,
die ähnlich
zu den in Bezug auf 1A und 1B beschriebenen
sind, um ein Trägersubstrat 30 zu
bilden.
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Nun
wird sich auf 16B bezogen. 16B entspricht 1E. Verglichen
mit 1E werden in 16B die
Al-Schicht 25 und die Ta-Schicht 26 nicht ausgebildet,
und eine Au-Schicht 27 wird direkt auf einer TaN-Schicht 24 gebildet.
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Andere
Lagen werden durch Prozessabläufe gebildet,
die ähnlich
zu den in Bezug auf die 1C bis 1E gebildeten
sind, um eine Halbleiterschichtstruktur 31 zu bilden.
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Nun
wird sich auf 16C bezogen. 16C entspricht 8. Das Trägersubstrat 30 und
die Halbleiterschichtstruktur 31 werden verbunden, um eine
Halbleiterleuchtvorrichtung durch Prozessabläufe zu bilden, die ähnlich zu
den in Bezug auf die 1F bis 1H beschriebenen
sind.
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Verglichen
mit der in 8 gezeigten Halbleiterleuchtvorrichtung
hat die in 16C gezeigte Halbleiterleuchtvorrichtung
die gleiche Schichtstruktur als Ganzes, obwohl die Elementverteilung
in der zusammengesetzten Verbindungsschicht 33 unterschiedlich
ist.
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Die 17A bis 17C sind
schematische Querschnittsansichten, welche ein Herstellungsverfahren
für eine
fünfte
Halbleiterleuchtvorrichtung zeigen, die ähnliche Effekte zu denen der
in 8 gezeigten Vorrichtung hat. Die fünfte Halbleiterleuchtvorrichtung
ist ähnlich
zur vierten Halbleiterleuchtvorrichtung. Verglichen mit der vierten
Halbleiterleuchtvorrichtung, ist es ein unterschiedlicher Punkt
der fünften
Halbleiterleuchtvorrichtung, dass keine Ta-Schicht ausgebildet ist.
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Nun
wird sich auf 17A bezogen. 17A entspricht 16A.
Verglichen mit 16A ist es ein unterschiedlicher
Punkt von 17A, dass nur eine Al-Schicht 25f zwischen
einer Ni-Schicht 14 und einer AuSn-Schicht 15 ausgebildet
ist.
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Die
Al-Schicht 25f mit einer Dicke von beispielsweise 3 μm wird auf
der Ni-Schicht 14 gebildet, beispielsweise
durch ein Elektronenstrahl-Aufdampfungsverfahren
(EB-Verfahren).
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Andere
Schichten werden durch Prozessabläufe gebildet, die ähnlich zu
den in Bezug auf die 1A und 1B beschriebenen
sind, um ein Trägersubstrat 30 zu
bilden.
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Nun
wird sich auf 17B bezogen. 17B entspricht 16B.
Eine Halbleiterschichtstruktur 31 wird durch Prozessabläufe gebildet,
die den in Bezug zu 16B beschriebenen ähnlich sind.
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Nun
wird sich auf 17C bezogen. 17C entspricht 16C.
Das Trägersubstrat 30 und
die Halbleiterschichtstruktur 31 werden verbunden, um eine
Halbleiterleuchtvorrichtung zu bilden, und zwar durch Prozessschritte,
die ähnlich
zu den in Bezug auf die 1F bis 1H beschriebenen sind.
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Verglichen
mit der in 16C gezeigten vierten Halbleiterleuchtvorrichtung
ist es ein unterschiedlicher Punkt der in 17C gezeigten
Halbleiterleuchtvorrich tung, dass die zusammengesetzte Verbindungsschicht 33 keine
Ta-Schicht enthält.
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Die
Halbleiterleuchtvorrichtung mit der reflektierenden Elektrodenschicht
(AuZn-Schicht),
welche sowohl die Funktion als Elektrodenschicht als auch als Reflexionsschicht
hat, sind oben beschrieben worden. Die Funktionen als Elektrodenschicht und
als Reflexionsschicht können
aufgeteilt werden.
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Die 18A bis 18C sind
schematische Querschnittsansichten, welche ein Herstellungsverfahren
für eine
Halbleiterleuchtvorrichtung zeigen, die eine Elektrodenschicht und
eine Reflexionsschicht aufweist.
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Nun
wird sich auf 18A bezogen. 18A entspricht 1B. Ein
Trägersubstrat 30, das ähnlich zu
dem in 1E gezeigten Trägersubstrat 30 ist,
wird durch die in Bezug auf die 1A und 1B beschriebenen
Prozessabläufe
gebildet.
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Nun
wird sich auf 18B bezogen. 18B entspricht 1E.
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Eine
Reflexionsschicht 23a mit einer Dicke von beispielsweise
0,1 μm und
beispielsweise aus SiO2 hergestellt, wird
auf einer Halbleiterleuchtschicht 22 gebildet. Die Reflexionsschicht 23a wird mittels
eines Sputterverfahrens, eines EB-Verfahrens, eines CVD-Verfahrens oder
dergleichen gebildet.
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Die
Reflexionsschicht 23a kann aus einem zusammengesetzten
Halbleiter, aus einem anderen dielektrischen Material als SiO2, Metall oder dergleichen gemacht sein.
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Eine
Elektrodenschicht 23b mit einer Dicke von beispielsweise
0,6 μm und
beispielsweise aus einer AuZn-Legierung hergestellt, wird auf einer
Halbleiterleuchtschicht 22 und der Reflexionsschicht 23a ausgebildet.
Die Elektrodenschicht 23b wird mittels eines Sputterverfahrens,
eines Widerstandsheiz-Aufdampfungsverfahrens
oder dergleichen gebildet.
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Falls
eine Oberflächenschicht
der Halbleiterleuchtschicht 22 beispielsweise aus einem
zusammengesetzten Halbleiter vom p-Typ besteht, kann die Elektrodenschicht 23 aus
einer AuBe-Legierung oder dergleichen gemacht sein, die als p-seitiges
Elektrodenmaterial gut bekannt ist.
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Andere
Schichten werden durch Prozessabläufe gebildet, die ähnlich zu
den in Bezug auf die C1 bis 1E beschriebenen
sind, um eine Halbleiterschichtstruktur 31 zu bilden.
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Nun
wird sich auf 18C bezogen. 18C entspricht 8. Das Trägersubstrat 30 und
die Halbleiterschichtstruktur 31 werden verbunden, um eine
Halbleiterleuchtvorrichtung mit unabhängigen Elektroden- und Reflexionsschichten
anstatt der reflektierenden Elektrodenschicht zu bilden, und zwar
durch Prozessabläufe,
die ähnlich
zu den in Bezug auf die 1 F bis 1
H beschriebenen sind.
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Die 21A bis 21C sind
schematische Querschnittsdarstellungen, welche ein Herstellungsverfahren
für eine
sechste Halbleiterleuchtvorrichtung darstellen, welche ähnliche
Effekte zu denen der in 8 gezeigten Vorrichtung hat.
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Nun
wird sich auf 21A bezogen. 21A entspricht 18A (1B).
Verglichen mit 18A ist es ein unterschiedlicher
Punkt von 21A, dass, obwohl die AuSn-Schicht 15 in 18A auf der Ni-Schicht 14 gebildet wird,
eine Al-Schicht 25, eine Ta-Schicht 26 und eine Au-Schicht 27 in
dieser Reihenfolge in 21A auf einer
Ni-Schicht 14 aufgestapelt sind.
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Die
Al-Schicht 25 mit einer Dicke von beispielsweise 6 μm wird auf
der Ni-Schicht 14 gebildet, und
die Ta-Schicht 26 mit einer Dicke von beispielsweise 0,1 μm wird auf
der Al-Schicht gebildet, beispielsweise mittels eines Elektronenstrahl-Aufdampfungsverfahrens
(EB-Verfahrens). Die Au-Schicht 27 mit einer Dicke von
beispielsweise 0,3 μm
wird auf der Ta-Schicht 26 gebildet.
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Andere
Schichten werden durch Prozessabläufe gebildet, die ähnlich zu
den in Bezug auf 18 beschriebenen
sind, um ein Trägersubstrat 30 zu
bilden.
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Wenn
die Struktur einschließlich
der Halbleiterleuchtschicht mit dem Trägersubstrat 30 bei
einem späteren
Prozessschritt unter Verwendung eutektischen Materials metallverbunden
wird, wird die Au-Schicht 27 dazu verwendet, zusammen mit
einer AuSn-Schicht eine Verbindungsschicht in der Struktur zu bilden.
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Nun
wird sich auf 21B bezogen. 21B entspricht 18B.
Verglichen mit 18B ist es ein unterschiedlicher
Punkt von 21B, dass, obwohl die Al-Schicht 25,
die Ta-Schicht 26 und die Au-Schicht 27 in dieser
Reihenfolge in 18B auf der TaN-Schicht 24 aufgestapelt
sind, eine Ti-Schicht 13, eine Ni-Schicht 14 und eine AuSn-Schicht 15 in
dieser Reihenfolge in 21B auf
eine TaN-Schicht 24 aufgestapelt sind.
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Die
Ti-Schicht 13 mit einer Dicke von beispielsweise 0,15 μm wird auf
der TaN-Schicht 24 ausgebildet,
und die Ni-Schicht 14 mit einer Dicke von beispielsweise
0,1 μm wird
auf der Ti-Schicht gebildet, beispielsweise durch Elektronenstrahl-Aufdampfung
(EB-Verfahren). Die AuSn-Schicht 15 mit einer Dicke von
beispielsweise 2 μm
wird auf der Ni-Schicht 14 mittels eines Widerstandsheiz-Aufdampfungsverfahrens
gebildet. Andere Schichten werden durch Prozessabläufe gebildet,
die den in Bezug auf die 18B beschriebenen ähneln, um
eine Halbleiterschichtstruktur 31 zu bilden.
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Nun
wird sich auf 21C bezogen. 21C entspricht 18C.
Das Trägersubstrat 30 und
die Halbleiterschichtstruktur 31 werden verbunden, um eine
Halbleiterleuchtvorrichtung zu bilden, und zwar durch Prozessabläufe, die
den in Bezug auf 18C beschriebenen ähnlich sind.
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Bie
der sechsten Halbleiterleuchtvorrichtung werden die Ti-Schicht 13 und
die Ni-Schicht 14 sowohl im Trägersubstrat als auch in der
Halbleiterschichtstruktur 31 gebildet. Die Ti-Schicht 13 ist
eine die starke Haftung verbessernde Schicht, was eine hohe Haftung
mit einer darunter liegenden Schicht darstellt (z.B. dem leitenden
Substrat 11, welches mit der Au-Schicht 12 in
dem Trägersubstrat 30 integriert ist,
wie in 21A gezeigt). Die Ni-Schicht
ist eine benetzte Schicht zum Verbessern der Benetzbarkeit einer
oberen Schicht (beispielsweise der AuSn-Schicht 15 in der
Halbleiterschichtstruktur 31, wie in 21B gezeigt).
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Die
Ti-Schicht 13 und die Ni-Schicht 14 können wie
gewünscht
ausgebildet werden. Falls diese Schichten gebildet werden, können sie
entweder in dem Trägersubstrat 30 oder
in der Halbleiterschichtstruktur 31 ausgebildet werden.
Sie können sowohl
im Trägersubstrat 30 als
auch in der Halbleiterschichtstruktur 31 ausgebildet werden.
Es kann auch nur die Ti-Schicht 13 oder es kann nur die Ni-Schicht 14 ausgebildet
sein.
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In
den 21A und 21B wird
die Au-Schicht 27 auf dem Trägersubstrat 30 ausgebildet,
und die AuSn-Schicht 15 wird auf der Halbleiterschichtstruktur 31 ausgebildet.
Diese Struktur ist auch dahingehend verfügbar, dass die AuSn-Schicht 15 nicht
auf dem Trägersubstrat 30 ausgebildet
wird und die Au-Schicht 27 nicht auf der Halbleiterschichtstruktur 31 ausgebildet
wird.
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Durch
Bilden der zusammengesetzten Verbindungsschicht ist es möglich, nicht
nur hochqualitative Halbleitervorrichtungen herzustellen, sondern auch
hochqualitative elektronische Komponenteneinheiten oder dergleichen.
Beispielsweise ist die zusammengesetzte Verbindungsschicht anwendbar
auf ein Verbinden elektronischer Komponenten, welche in einem folgenden
Prozessschritt bei einer höheren Verbindungs
(Haft)-Temperatur herzustellen ist als bei einer Verbindungs (Haftungs)-Temperatur
in einem vorhergehenden Prozessschritt .
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Die 24A bis 24D sind
schematische Querschnittsansichten, welche ein Herstellungsverfahren
für eine
Elektronikkomponenteneinheit zeigen.
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Nun
wird sich auf 24A bezogen. Ein Basisschichtbereich 82 wird
auf einer Befestigung 81 oberhalb einer Basis 80 ausgebildet.
Eine elektronische Kom ponente 84 wird durch Hinzufügen eines Verbindungsbereichs
zu einem Halbleiterchip 83 einschließlich einer Halbleiterleuchtvorrichtung
gebildet.
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Nun
wird sich auf 24B bezogen, die 1F entspricht.
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Der
Basisschichtbereich 82 besteht aus einer Ti-Schicht 13,
einer Ni-Schicht 14 und einer AuSn-Schicht 15,
die in dieser Reihenfolge auf der Befestigung 81 von unten
aufgestapelt sind. Der Basisschichtbereich 82 entspricht
dem in 1B gezeigten Trägersubstrat 30 und
hat die Ti-Schicht 13, die Ni-Schicht 14 und die
AuSn-Schicht 45 auf dem Substrat ausgebildet.
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Die
elektronische Komponente 84 ist aus einer Al-Schicht 25,
einer Ta-Schicht 26 und einer Au-Schicht 27 aufgebaut,
die in dieser Reihenfolge von unten auf dem Halbleiterchip 83 aufgestapelt sind.
Die elektronische Komponente 84 entspricht der in 1E gezeigten
Halbleiterschichtstruktur 31. Der Halbleiterchip 83 entspricht
der Halbleiterleuchtschicht 22 der in 1E gezeigten
Halbleiterschichtstruktur 31. In der Halbleiterschichtstruktur 31 werden
die reflektierende Elektrodenschicht 23 und die TaN-Schicht 24 zwischen
der Halbleiterleuchtschicht 22 und der Al-Schicht 25 ausgebildet.
Im Unterschied zu der Halbleiterschichtstruktur werden die reflektierende
Elektrodenschicht und die TaN-Schicht in
der elektronischen Komponente 84 nicht ausgebildet.
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Der
Halbleiterchip 83, dem der Verbindungsbereich (Al-Schicht 25,
Ta-Schicht 26 und Au-Schicht 27) hinzugefügt ist,
wird mit dem Träger 81 Rohchipverbunden
("die-bonded"), und zwar durch
Verwenden des Verbindungsbereichs und des Trägerschichtbereichs 82.
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Nun
wird sich auf 24C bezogen, welche 8 entspricht. 24C zeigt den Verbindungszustand des Basisschichtbereichs 82 und
der elektronischen Komponente 84.
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Von
dem Verbindungskörper
(zusammengesetzte Verbindungsschicht 33) mit einem Schmelzpunkt,
der höher
ist als der des AuSn-Gemischs, wird ange nommen, dass er auf folgende
Art gebildet wird. Eutektische Anteile (Elementbestandteile eutektischen
Materials) der AuSn-Schicht 15 und der Au-Schicht 27 werden
gemischt, um vorübergehend ein
AuSn-Gemisch zu bilden, welches mit AI in der Al-Schicht über die
zerbrochenen Bereiche der Ta-Schicht 26 gemischt wird.
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Im
Unterschied zu der Halbleiterschichtstruktur 31 der in 8 gezeigten
Halbleiterleuchtvorrichtung werden die reflektierende Elektrodenschicht 23 und
die TaN-Schicht 24 in der elektronischen Komponente 85 nicht
ausgebildet.
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Nun
wird sich auf 24D bezogen. Nach dem Rohchip-Verbinden
der durch T angedeuteten elektronischen Komponente werden äußere Anschlüsse unter
Verwendung eutektischen Materials montiert und wie durch S angedeutet
befestigt, um dadurch eine Paketeinheit (elektronische Komponenteneinheit) 85 zu
bilden.
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Da
die zusammengesetzte Verbindungsschicht 33 mittels des
Rohchip-Verbindungs-Prozessablaufs
zwischen den Halbleiterchip 83 und dem Basisschichtbereich 82 gebildet
wird, kann eine hohe feste Haftung zwischen Halbleiterchip 83 und
dem Basisschichtbereich 82 sogar während des Montageprozesses
aufrechterhalten werden, der eine höhere Temperatur als beim Rohchip-Verbindungsprozess benötigt.
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Falls
beispielsweise In als eutektisches Material für den Rohchip-Verbindungsprozessablauf verwendet
wird, beträgt
die Verbindungstemperatur um die 140 °C. Eine Temperatur beim Montageprozess
unter Verwendung von SnPb-Lot in einem Rückflussbrennofen ist ungefähr 220 °C höher als
die eutektische Temperatur von 183 °C. Daher wird die In-Verbindungsschicht
während
des Montageprozesses durch Hitze beeinflusst, so dass sich die Verlässlichkeit
des Verbindens des Halbleiterchips verringert.
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Da
AuSn für
das Rohchip-Verbinden verwendet wird, kann die Verbindungstemperatur
auf 280 °C festgesetzt
werden, so dass das oben beschriebene Problem des Montageprozesses
unter Verwendung von SnPb gelöst
werden kann. Falls jedoch Lot, wie beispielsweise SnAgCu, welches
eine höhere
Temperatur benötigt,
verwendet wird, bleibt das obige Problem bestehen. Die eutektische
Temperatur von SnAgCu ist 217 °C,
und diese Temperatur steigt auf ungefähr 250 °C in einem Rückflussmontageprozess an, welches
nahe der eutektischen Temperatur von AuSn liegt.
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Jedoch,
wie in Bezug auf die 24A und 24D beschrieben,
kann durch Verwenden von AuSn als dem eutektischen Material für den Rohchip-Verbindungsprozess
und Al als dem Material der Diffusionsmaterialschicht eine stabile
feste Haftung sogar bei einer Temperatur während des Rückflussmontageprozesses erreicht
werden, die höher liegt
als der Schmelzpunkt von AuSn.
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Bei
der in Bezug zu den 24A bis 24D beschriebenen
Herstellungsmethode für eine
Elektronikkomponenteneinheit können – obwohl der
Basisschichtbereich 82, der dem in 1B gezeigten
Trägersubstrat
entspricht, und die Elektronikkomponente 84, die der Halbleiterschichtstruktur 31 entspricht,
gebildet werden – der
Basisschichtbereich 82 und die elektronische Komponente 84 so
gebildet werden, dass sie die Strukturen der anderen Halbleiterleuchtvorrichtungen
aufweisen, die ähnlich
Effekte zu denen der in 8 gezeigten Vorrichtung aufweisen.
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Die
vorliegende Erfindung ist in Verbindung mit den bevorzugten Ausführungsformen
beschrieben worden. Die Erfindung ist nicht auf die obigen Ausführungsformen
beschränkt.
Obwohl beispielsweise die Halbleiterleuchtvorrichtung, die mittels
des in Bezug auf die 1A bis 1H beschriebenen Verfahrens
hergestellt worden ist, die Halbleiterleuchtschicht aufweist, können auch
andere Halbleiterschichten mit zu der Halbleiterleuchtschicht unterschiedlichen
Funktionen ausgebildet werden. Es wird für die Fachleute klar sein,
dass verschiedene andere Modifikationen, Verbesserungen, Kombinationen
und dergleichen durchgeführt
werden können.
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Die
Ausführungsform
ist vorteilhafter Weise anwendbar auf elektronische Komponenten,
die nach einem Montageprozess einem Aufheizen auf eine hohe Temperatur
unterworfen werden soll, insbesondere Leuchtdioden für Anzeigen,
Infrarotleuchtdioden und dergleichen, welche eine hohe Leuchtdichte
und einen hohen Leuchtwirkungsgrad benötigen.