DE102007027641A1

DE102007027641A1 - Licht emittierende Vorrichtung und Verfahren zum Herstellen derselben

Info

Publication number: DE102007027641A1
Application number: DE200710027641
Authority: DE
Inventors: Tzong-Liang Tsai
Original assignee: Huga Optotech Inc
Current assignee: Epistar Corp
Priority date: 2007-06-15
Filing date: 2007-06-15
Publication date: 2008-12-18
Anticipated expiration: 2027-06-16
Also published as: DE102007027641B4

Abstract

Eine Licht emittierende Diode umfasst: ein Epitaxiesubstrat 6, das eine aufgeraute Seite 60 aufweist und mit abwechselnd angeordneten Kämmen 61 und Tälern 62 an der aufgerauten Seite 60 gebildet ist, wobei jeder der Kämme 61 eine aufgeraute Oberfläche 610 aufweist, die mit einer dichten Konzentration von abwechselnd angeordneten Vertiefungen 611 und Vorsprüngen 612 gebildet ist; und eine Epitaxieschichtstruktur 7, die auf den Kämmen 61 und den Tälern 62 des Epitaxiesubstrats 6 gebildet ist und dieselben bedeckt. Ein Verfahren zum Herstellen der Licht emittierenden Diode umfasst ein Bilden des Epitaxiesubstrats 6 mit den Kämmen 61 und Tälern 62 vor der Bildung der Epitaxieschichtstruktur 7.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Licht emittierende Diode, insbesondere auf eine Licht emittierende Diode und ein Verfahren, das ein Bilden einer Epitaxieschichtstruktur auf einem aufgerauten Epitaxiesubstrat zum Herstellen der Licht emittierenden Diode umfasst.
Es ist in der Technik bekannt, dass der interne Quantenwirkungsgrad einer Licht emittierenden Diode aufgrund des Vorhandenseins von Fadenversetzung in einer Epitaxiekristallschicht der Licht emittierenden Diode erheblich verringert wird. Eine Fadenversetzung wird erzeugt, wenn ein Material auf einem anderen Material gebildet wird, und je mehr die Gitter der beiden Materialien nicht zusammenpassen, desto höher ist die Fadenversetzungsdichte in dem einen Material.
Herkömmliche Verfahren zum Verringern der Fadenversetzungsdichte in einer Epitaxieschicht einer Licht emittierenden Diode umfassen normalerweise die Bildung von Ausnehmungen in einem Epitaxiesubstrat, wie z. B. einem Saphirsubstrat, vor einem Bilden der Epitaxieschicht auf dem Epitaxiesubstrat. Bei diesen herkömmlichen Verfahren erfolgt die Bildung der Ausnehmungen normalerweise durch Nass- oder Trockenätzverfahren. Während des Trocken- oder Nassätzen wird das Epitaxiesubstrat mit einer strukturierten Maske bedeckt, um eine Mehrzahl von freiliegenden Regionen zum Ätzen zu definieren, gefolgt von einem Ätzen an den freiliegenden Regionen, um die Ausnehmungen zu bilden. Da jedoch nur lokale Oberflächen der ausgenommenen Regionen des Epitaxiesubstrats infolge des Ätzens aufgeraut werden, und da die Oberfläche der verbleibenden Region des Epitaxiesubstrats, die mit der Maske bedeckt ist, nicht aufgeraut wird und eben bleibt, ist eine Verringerung der Fadenversetzung begrenzt. Außerdem weisen im Fall eines Nassätzens die lokalen Oberflächen der so gebildeten, ausgenommenen Regionen normalerweise eine relativ geringe Rauheit auf, was kaum eine weitere Verbesserung beim Verringern der Fadenversetzungsdichte liefern kann. Beispiele für das Bilden der Ausnehmungen in dem Epitaxiesubstrat können den US-Patenten Nr. 6,936,851 und 7,033,854 entnommen werden.
Außerdem offenbart das US-Patent Nr. 6,504,183 ein Verfahren, das ein Bilden von mehreren Keimen auf einem Epitaxiesubstrat, ein Bilden einer Versetzungshemmschicht auf den mehreren Keimen und dem Epitaxiesubstrat, gefolgt von einem Bilden einer Epitaxieschicht auf der Versetzungshemmschicht umfasst. Mit dem Einschluss der mehreren Keime kann die Versetzungshemmschicht mit einer Mehrzahl von abwechselnd angeordneten Vorsprüngen und Ausnehmungen gebildet werden, was eine Wirkung beim Verringern der Bildung der Fadenversetzung in der Epitaxieschicht liefern kann. Die lokalen Oberflächen der Vorsprünge und der ausgenommenen Regionen, die so gebildet werden, weisen jedoch immer noch eine relativ geringe Rauheit auf und bleiben im Wesentlichen eben und können somit keine weitere Verbesserung bei der Verringerung der Fadenversetzungsdichte liefern.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Licht emittierende Diode zu schaffen, die ein aufgerautes Epitaxiesubstrat umfasst, das aufgeraute Kämme aufweist, die es ermöglichen, dass eine Epitaxieschicht, die auf dem Epitaxiesubstrat gebildet wird, eine relativ geringe Fadenversetzungsdichte aufweist.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen der Licht emittierenden Diode zu schaffen, das die im Vorhergehenden genannten Nachteile im Zusammenhang mit dem Stand der Technik beseitigen kann.
Gemäß einem Aspekt dieser Erfindung wird eine Licht emittierende Diode geliefert, die Folgendes aufweist: ein Epitaxiesubstrat, das eine aufgeraute Seite aufweist und mit abwechselnd angeordneten Kämmen und Tälern an der aufgerauten Seite gebildet ist, wobei jeder der Kämme eine aufgeraute Oberfläche aufweist, die mit einer dichten Konzentration von abwechselnd angeordneten Vertiefungen und Vorsprüngen gebildet ist; und eine Epitaxieschichtstruktur, die auf den Kämmen und den Tälern des Epitaxiesubstrats gebildet ist und dieselben bedeckt.
Gemäß einem weiteren Aspekt dieser Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen einer Licht emittierenden Diode bereitgestellt, das folgende Schritte aufweist: (a) Bilden einer Maskenschicht auf einem Epitaxiesubstrat; (b) Aufrauen der Maskenschicht, um die Maskenschicht mit abwechselnd angeordneten Maskenkämmen und Maskentälern zu bilden; (c) anisotropes Ätzen der aufgerauten Maskenschicht und des darunter liegenden Epitaxiesubstrats, um die gesamte aufgeraute Maskenschicht von dem Epitaxiesubstrat zu entfernen und das Epitaxiesubstrat aufzurauen, um das Epitaxiesubstrat mit abwechselnd angeordneten Substratkämmen und Substrattälern zu bilden, die den Maskenkämmen bzw. den Maskentälern entsprechen, derart, dass jeder der Substratkämme eine aufgeraute Oberfläche aufweist, die mit einer dichten Konzentration von abwechselnd angeordneten Vertiefungen und Vorsprüngen gebildet ist; und (d) Bilden einer Epitaxieschichtstruktur auf den Substratkämmen und den Substrattälern des Epitaxiesubstrats.
Gemäß einem weiteren Aspekt dieser Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen einer Licht emittierenden Diode bereitgestellt, das folgende Schritte aufweist: (a) Aufrauen eines Epitaxiesubstrats durch Techniken, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die Sandstrahltechniken und mechanische Poliertechniken umfasst, um das Epitaxiesubstrat mit abwechselnd angeordneten Kämmen und Tälern zu bilden, derart, dass jeder der Kämme eine aufgeraute Oberfläche aufweist, die mit einer dichten Konzentration von abwechselnd angeordneten Vertiefungen und Vorsprüngen gebildet ist; und (b) Bilden einer Epitaxieschichtstruktur auf den Kämmen und den Tälern des Epitaxiesubstrats.
Andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden in der folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele dieser Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen ersichtlich. Es zeigen:
1 eine schematische Fragmentansicht des bevorzugten Ausführungsbeispiels einer Licht emittierenden Diode gemäß dieser Erfindung;
2 eine vergrößerte Ansicht, um die Konfiguration eines aufgerauten Epitaxiesubstrats des bevorzugten Ausführungsbeispiels zu veranschaulichen;
3A bis 3D schematische Ansichten, um aufeinander folgende Schritte des ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Herstellen der Licht emittierenden Diode gemäß dieser Erfindung zu veranschaulichen;
4A bis 4C schematische Ansichten, um aufeinander folgende Schritte des zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiels des Verfahrens zum Herstellen der Licht emittierenden Diode gemäß dieser Erfindung zu veranschaulichen; und
5 eine Atomkraftmikroskopansicht einer aufgerauten Oberfläche des Epitaxiesubstrats der durch das erste bevorzugte Ausführungsbeispiel gebildeten Licht emittierenden Diode.
Die 1 und 2 veranschaulichen das bevorzugte Ausführungsbeispiel einer Licht emittierenden Diode gemäß dieser Erfindung. Die Licht emittierende Diode umfasst: ein Epitaxiesubstrat 6, das eine aufgeraute Seite 60 aufweist und mit abwechselnd angeordneten Kämmen 61 und Tälern 62 an der aufgerauten Seite 60 gebildet ist, wobei jeder der Kämme 61 eine aufgeraute Oberfläche 610 aufweist, die mit einer dichten Konzentration von abwechselnd angeordneten Vertiefungen 611 und Vorsprüngen 612 gebildet ist; und eine Epitaxieschichtstruktur 7, die auf den Kämmen 61 und den Tälern 62 des Epitaxiesubstrats 6 gebildet ist und dieselben bedeckt.
Jeder der Kämme 61 weist eine Kammlinie 63 auf. Die Vertiefungen 611 und die Vorsprünge 612, die auf der Kammlinie 63 jedes der Kämme 61 liegen, machen aus der Kammlinie 63 des jeweiligen der Kämme 61 ein allgemein zahnartiges, gewundenes Profil. Jedes der Täler 62 ist von benachbarten der Kämme 61 umgeben und definiert und befindet sich in räumlicher Kommunikation mit benachbarten der Täler 62.
Das Epitaxiesubstrat 6 ist bevorzugt aus einem Material hergestellt, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die Saphir, SiC, Si, ZnO, GaAs, GaN und MgAl₂O₄, das eine Spinellstruktur aufweist, umfasst. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Epitaxiesubstrat 6 aus Saphir hergestellt. Bevorzugt weist die aufgeraute Seite 60 des Epitaxiesubstrats 6 eine durchschnittliche Rauheit (Ra) auf, die zwischen 0,5 nm und 1000 nm liegt und bevorzugter zwischen 0,5 nm und 500 nm liegt.
Die Epitaxieschichtstruktur 7 umfasst eine Nuklidschicht 71, die auf den Kämmen 61 und den Tälern 62 des Epitaxiesubstrats 6 gebildet ist, und eine Epitaxieschicht 72, die auf der Nuklidschicht 71 gebildet ist. Die Epitaxieschicht 72 ist aus einer III-V-Verbindung hergestellt. Das Gruppe-III-Element ist aus der Gruppe ausgewählt, die B, Al, Ga, In, Ti und Kombinationen derselben umfasst, und das Gruppe-V-Element ist aus der Gruppe ausgewählt, die N, P, As, Sb, Bi und Kombinationen derselben umfasst.
Die Epitaxieschicht 72 umfasst eine erste und eine zweite Halbleiterschicht 721, 723 und eine aktive Schicht 722, die zwischen der ersten und der zweiten Halbleiterschicht 721, 723 angeordnet ist. Die erste Halbleiterschicht 721 ist auf der Nuklidschicht 71 gebildet. Ein erster und ein zweiter Elektrodenkontakt 81, 82 sind auf der ersten bzw. der zweiten Halbleiterschicht 721, 723 gebildet.
Die 3A bis 3D veranschaulichen aufeinander folgende Schritte des ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Herstellen der Licht emittierenden Diode gemäß dieser Erfindung. Das Verfahren umfasst: (a) Bilden einer Maskenschicht 9 auf einem Epitaxiesubstrat 6' (siehe 3A); (b) Aufrauen der Maskenschicht 9 (siehe 3B), um die Maskenschicht 9 mit abwechselnd angeordneten Maskenkämmen 91 und Maskentälern 92 zu bilden, derart, dass jeder der Kämme 91 oder jedes der Täler 92 eine aufgeraute Oberfläche 90 mit einem allgemein zahnartigen Profil aufweist; (c) anisotropes Ätzen der aufgerauten Maskenschicht 9 und des darunter liegenden Epitaxiesubstrats 6', um die gesamte aufgeraute Maskenschicht 9 von dem Epitaxiesubstrat 6' zu entfernen und das Epitaxiesubstrat 6' aufzurauen, um das Epitaxiesubstrat 6' mit den abwechselnd angeordneten Substratkämmen 61 und Substrattälern 62 zu bilden, die den Maskenkämmen 91 bzw. den Maskentälern 92 entsprechen, derart, dass jeder der Substratkämme 61 oder jedes der Substrattäler 62 die aufgeraute Oberfläche 610 aufweist, die mit einer dichten Konzentration der abwechselnd angeordneten Vertiefungen 611 und Vorsprünge 612 gebildet ist (siehe 3C); und (d) Bilden der Epitaxieschichtstruktur 7 auf den Substratkämmen 61 und den Substrattälern 62 des aufgerauten Epitaxiesubstrats 6 (siehe 3D).
Das Aufrauen der Maskenschicht 9 bei Schritt (b) erfolgt durch Techniken, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die Tempertechniken, Nassätztechniken, mechanische Poliertechniken und Sandstrahltechniken umfasst. Bei Tempertechniken kann das getemperte Material eine Druckspannung oder eine Zugspannung aufweisen. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die getemperte Maskenschicht 9 eine Druckspannung auf.
Wenn das Aufrauen durch Tempertechniken erfolgt, wird die Maskenschicht 9 bevorzugt aus einem Material hergestellt, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die ein Photoresistmaterial und ein Metallmaterial umfasst. Das Metallmaterial ist aus der Gruppe ausgewählt, die Ni, Ag, Al, Au, Pt, Pd, Zn, Cd, Cu und Kombinationen derselben umfasst. Das Photoresistmaterial ist aus der Gruppe ausgewählt, die Su-8^®, Benzocyclobuten (BCB), Polyimid, EPG-516^®, AZ-5214^® und DNR-L300-D1^® umfasst. Alternativ dazu kann es sich bei der Maskenschicht 9 um eine Kombination aus einem Basisfilm, wie z. B. einem SiO₂-Film, und einem Photoresistfilm, wie z. B. einem EPG-516^®-Film, handeln. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die Maskenschicht 9 aus Ni hergestellt und weist eine Schichtdicke auf, die zwischen 50 nm und 2000 nm liegt. Wenn die Schichtdicke der Maskenschicht 9 zu groß ist, ist die Wirkung einer Druckspannung, die auf die getemperte Maskenschicht 9 einwirkt, gering. Wenn die Schichtdicke der Maskenschicht 9 zu klein ist, kann die gewünschte Rauheit der aufgerauten Oberfläche 90 der Maskenschicht 9 nicht erreicht werden. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel erfolgt das Aufrauen der Maskenschicht 9 bei Schritt (b) bevorzugt bei einer Tempertemperatur, die zwischen 400°C und 1000°C liegt, bevorzugter zwischen 500°C und 800°C liegt und am bevorzugtesten zwischen 600°C und 750°C liegt. Wenn die Tempertemperatur zu hoch ist, verschlechtert sich die Maskenschicht 9. Wenn die Tempertemperatur zu niedrig ist, kann die gewünschte Rauheit der aufgerauten Oberfläche 90 der Maskenschicht 9 nicht erreicht werden.
Wenn das Aufrauen durch Sandstrahltechniken erfolgt, wird die bei Schritt (a) gebildete Maskenschicht 9 bevorzugt aus einem Metallmaterial hergestellt, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die Ni, Cu, Ti, Au und Pt umfasst, und weist eine Schichtdicke auf, die zwischen 50 nm und 5000 nm liegt. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel erfolgt das Aufrauen der Maskenschicht 9 bei Schritt (b) unter Verwendung von Sandstrahlperlen, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die Al₂O₃-Perlen, SiC-Perlen, schwarze Aluminiumoxidperlen, Stahlkugeln, Bronzelegierungskugeln, Keramikperlen, Aluminiumoxidperlen, rostfreie Kugeln, Kunststoffperlen, Walnusspulver, SiO₂-Perlen, B₄C-Perlen und Kombinationen derselben umfasst. Die Sandstrahlperlen, die bei Schritt (b) verwendet werden, weisen bevorzugt einen Partikeldurchmesser auf, der zwischen 0,05 μm und 500 μm liegt. Das Sandstrahlen der Maskenschicht 9 bei Schritt (b) erfolgt unter Verwendung einer Sandstrahlvorrichtung (nicht gezeigt) mit einer Düse, die derart angeordnet ist, dass die Entfernung zwischen der Maskenschicht 9 und einem Perlenauslass der Düse zwischen 20 cm und 30 cm beträgt. Bei diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die Sandstrahlvorrichtung bei einem Arbeitsdruck von 0,005 kg/cm² bis 10 kg/cm² während des Sandstrahlens der Maskenschicht 9 betrieben.
Bevorzugt weist die aufgeraute Oberfläche 90 der bei Schritt (b) gebildeten, aufgerauten Maskenschicht 9 eine durchschnittliche Rauheit auf, die zwischen 0,5 nm und 1000 nm liegt und bevorzugter zwischen 0,5 nm und 500 nm liegt. Wenn die Rauheit der aufgerauten Oberfläche 90 der Maskenschicht 9 zu groß ist, scheitert die Bildung der Epitaxieschichtstruktur 7 auf dem Epitaxiesubstrat 6 mit hoher Wahrscheinlichkeit. Wenn die Rauheit der aufgerauten Oberfläche 90 der Maskenschicht 9 zu gering ist, ist die Verringerung der Fadenversetzungsdichte bei der Epitaxieschichtstruktur 7 gering.
Nach dem Bilden der Maskenschicht 9 mit den Maskenkämmen 91 und den Maskentälern 92 mit einem vorbestimmten Profil erfolgt das nachfolgende anisotrope Ätzen (bei diesem Ausführungsbeispiel wird Trockenätzen verwendet), um das Epitaxiesubstrat 6 mit den Substratkämmen 61 und Substrattälern 62, die ein gewünschtes Profil aufweisen, zu bilden.
Bevorzugt erfolgt die Bildung der Nuklidschicht 71 bei einer Arbeitstemperatur, die zwischen 450°C und 1000°C liegt, und die Bildung der Epitaxieschicht 72 erfolgt bei einer Arbeitstemperatur, die zwischen 650°C und 1300°C liegt.
Die 4A bis 4C veranschaulichen aufeinander folgende Schritte des zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiels des Verfahrens zum Herstellen der Licht emittierenden Diode gemäß dieser Erfindung. Das Verfahren umfasst: (a) Aufrauen eines Epitaxiesubstrats 6'' durch Sandstrahltechniken (siehe 4A und 4B), um das Epitaxiesubstrat 6'' mit abwechselnd angeordneten Kämmen 61 und Tälern 62 zu bilden, derart, dass jeder der Kämme 61 oder jedes der Täler 62 die aufgeraute Oberfläche 610 aufweist, die mit einer dichten Konzentration der abwechselnd angeordneten Vertiefungen 611 und Vorsprünge 612 gebildet ist; und (b) Bilden der Epitaxieschichtstruktur 7 auf den Kämmen 61 und den Tälern 62 des Epitaxiesubstrats 6 (siehe 4C). Alternativ dazu kann das Aufrauen des Epitaxiesubstrats 6'' durch mechanische Poliertechniken erfolgen. Die Düse 200 (siehe 4B) der Sandstrahlvorrichtung, die bei diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel verwendet wird, ist derart angeordnet, dass die Entfernung zwischen dem Epitaxiesubstrat 6'' und dem Perlenauslass der Düse 200 bevorzugt zwischen 15 cm und 30 cm beträgt. Die Sandstrahlvorrichtung wird während des Sandstrahlens des Epitaxiesubstrats 6" bevorzugt bei einem Arbeitsdruck betrieben, der zwischen 0,05 kg/cm² und 50 kg/cm² liegt. Bei diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel weisen die Sandstrahlperlen bevorzugt einen Partikeldurchmesser auf, der zwischen 1 μm und 500 μm liegt.
Es sei darauf hingewiesen, dass bei dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel das Epitaxiesubstrat 6' durch Trockenätztechniken aufgeraut wird, mit den Voraussetzungen eines Vorbildens und eines Voraufrauens der Maskenschicht 9, während bei dem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel das Epitaxiesubstrat 6" ohne ein Vorformen der Maskenschicht 9 direkt durch Sandstrahl- oder mechanische Poliertechniken aufgeraut wird, um die gewünschte Rauheit für die aufgeraute Seite 60 der Epitaxieschicht 6 und das gewünschte zahnartige gewundene Profil für die Kammlinie 63 jedes Kamms 61 oder Tals 62 zu erreichen.
Die Vorzüge des Verfahrens zum Herstellen der Licht emittierenden Diode dieser Erfindung werden unter Bezugnahme auf die folgenden Beispiele ersichtlich.
Beispiel 1
Die Licht emittierende Diode von Beispiel 1 wurde mit den folgenden Schritten hergestellt.
Ein Ni-Film, der als die Maskenschicht 9 diente und eine Schichtdicke von 30 nm aufwies, wurde auf einem Saphirsubstrat 6 unter Verwendung von Elektronenstrahlverdampfungstechniken bei einer Arbeitstemperatur von 600°C gebildet. Der so gebildete Ni-Film wurde 10 Minuten lang einer Temperbehandlung bei einer Tempertemperatur von 600°C unterzogen, um eine Atommigration zu ermöglichen, die zu einem Aufrauen des Ni-Films führte. Die Schichtstruktur wurde dann reaktivem Ionenätzen (RIE) unterzogen, um den Ni-Film zu entfernen und das Saphirsubstrat 6 aufzurauen. 5 ist ein Atomkraftmikroskop-(AFM)-Graph, der eine aufgeraute Oberfläche des aufgerauten Saphirsubstrats 6 mit den Kämmen 61 und Tälern 62 zeigt. Die Rauheit (Ra) der aufgerauten Oberfläche des Saphirsubstrats 6 wurde gemessen und betrug etwa 10 nm. Das aufgeraute Saphirsubstrat 6 wurde dann in ein MOCVD-System gegeben, in das eine Reaktantenmischung von (CH₃)₃Ga(TMG):NH3 (Gasflussratenverhältnis = 1:500) zur Reaktion bei einer Arbeitstemperatur von 540°C und einem Arbeitsdruck von 500 mTorr eingeführt wurde, zum Bilden einer GaN-Nuklidschicht 71 auf dem aufgerauten Saphirsubstrat 6. Nach der Bildung der GaN-Nuklidschicht 71 wurde eine Reaktantenmischung von (CH₃)₃Ga(TMG):NH3 (Gasflussratenverhältnis = 1:2500) nachfolgend zur Reaktion bei einer Arbeitstemperatur von 1050°C und einem Arbeitsdruck von 200 mTorr in das MOCVD-System eingeführt, zum Bilden einer GaN-basierten Epitaxieschicht 72. Die so gebildete Schichtstruktur wurde dann mit dem ersten und dem zweiten Elektrodenkontakt 81, 82 gebildet.
Beispiel 2
Die Licht emittierende Diode von Beispiel 2 wurde mit Schritten hergestellt, die denen aus Beispiel 1 ähnlich sind, außer dass der Ni-Film, der auf dem Saphirsubstrat 6 gebildet wurde, eine Schichtdicke von 500 nm aufwies und dass der Ni-Film entfernt und das Saphirsubstrat 6 aufgeraut wurde unter Verwendung von Sandstrahltechniken bei einem Arbeitsdruck von 100 g/cm² für 5 Sekunden. SiO₂-Perlen, die Partikeldurchmesser von 20 μm, 10 μm und 5 μm in einem Verhältnis von 1:1:1 aufwiesen, wurden verwendet, und die Entfernung zwischen dem Perlenauslass der Düse und dem Ni-Film wurde auf 20 cm eingestellt. Die Rauheit (Ra) der aufgerauten Oberfläche des Saphirsubstrats 6 wurde gemessen und betrug etwa 10 nm.
Beispiel 3
Die Licht emittierende Diode von Beispiel 3 wurde mit Schritten hergestellt, die denen aus Beispiel 1 ähnlich sind, außer dass der Ni-Film für dieses Beispiel weggelassen wurde und dass das Saphirsubstrat 6 direkt unter Verwendung von Sandstrahltechniken bei einem Arbeitsdruck von 2 kg/cm² 60 Sekunden lang aufgeraut wurde. SiO₂-Perlen mit Partikeldurchmessern von 50 μm, 20 μm und 10 μm in einem Verhältnis von 1:1:1 wurden verwendet, und die Entfernung zwischen dem Perlenauslass der Düse 200 und dem Ni-Film wurde auf 15 cm eingestellt. Die Rauheit (Ra) der aufgerauten Oberfläche des Saphirsubstrats 6 wurde gemessen und betrug etwa 15 nm.
Durch das Bilden des Epitaxiesubstrats 6 mit den Kämmen 61 und Tälern 62 und durch das Aufrauen jedes Kamms 61 oder jedes Tals 62 mit einer zahnartigen, mit einem Profil versehenen Kammlinie gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung können die im Vorhergehenden genannten Nachteile im Zusammenhang mit dem Stand der Technik beseitigt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 6936851 [0003]
- US 7033854 [0003]
- US 6504183 [0004]

Claims

Eine Licht emittierende Diode, gekennzeichnet durch: ein Epitaxiesubstrat 6, das eine aufgeraute Seite 60 aufweist und mit abwechselnd angeordneten Kämmen 61 und Tälern 62 an der aufgerauten Seite 60 gebildet ist, wobei jeder der Kämme 61 eine aufgeraute Oberfläche 610 aufweist, die mit einer dichten Konzentration von abwechselnd angeordneten Vertiefungen 611 und Vorsprüngen 612 gebildet ist; und eine Epitaxieschichtstruktur 7, die auf den Kämmen 61 und den Tälern 62 des Epitaxiesubstrats 6 gebildet ist und dieselben bedeckt.
Die Licht emittierende Diode gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Kämme 61 eine Kammlinie 63 aufweist, wobei die Vertiefungen 611 und die Vorsprünge 612, die auf der Kammlinie 63 jedes der Kämme 61 liegen, die Kammlinie 63 des jeweiligen der Kämme 61 zu einem gewundenen Profil machen.
Die Licht emittierende Diode gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Täler 62 von benachbarten der Kämme 61 umgeben und definiert ist und sich in räumlicher Kommunikation mit benachbarten der Täler 62 befindet.
Die Licht emittierende Diode gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Epitaxiesubstrat 6 aus einem Material hergestellt ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die Saphir, SiC, Si, ZnO, GaAs, GaN und MgAl₂O₄, das eine Spinellstruktur aufweist, umfasst.
Die Licht emittierende Diode gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die aufgeraute Seite 60 des Epitaxiesubstrats 6 eine durchschnittliche Rauheit aufweist, die zwischen 0,5 nm und 1000 nm liegt.
Die Licht emittierende Diode gemäß Anspruch 5, ferner dadurch gekennzeichnet, dass die durchschnittliche Rauheit der aufgerauten Seite 60 des Epitaxiesubstrats 6 zwischen 0,5 nm und 500 nm liegt.
Die Licht emittierende Diode gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Epitaxieschichtstruktur 7 eine Nuklidschicht 71, die auf den Kämmen 61 und den Tälern 62 des Epitaxiesubstrats 6 gebildet ist, und eine Epitaxieschicht 72, die auf der Nuklidschicht 71 gebildet ist, umfasst.
Die Licht emittierende Diode gemäß Anspruch 7, ferner dadurch gekennzeichnet, dass die Epitaxieschicht 72 aus einer III-V-Verbindung hergestellt ist, wobei das Gruppe-III-Element aus der Gruppe ausgewählt ist, die B, Al, Ga, In, Ti und Kombinationen derselben umfasst, wobei das Gruppe-V-Element aus der Gruppe ausgewählt ist, die N, P, As, Sb, Bi und Kombinationen derselben umfasst.
Die Licht emittierende Diode gemäß Anspruch 7, ferner dadurch gekennzeichnet, dass die Epitaxieschicht 72 eine erste und eine zweite Halbleiterschicht 721, 723 und eine aktive Schicht 722 umfasst, die zwischen der ersten und der zweiten Halbleiterschicht 721, 723 angeordnet ist, wobei die erste Halbleiterschicht 721 auf der Nuklidschicht 71 gebildet ist.
Die Licht emittierende Diode gemäß Anspruch 9, ferner gekennzeichnet durch einen ersten und einen zweiten Elektrodenkontakt 81, 82, die auf der ersten bzw. der zweiten Halbleiterschicht 721, 723 gebildet sind.
Ein Verfahren zum Herstellen einer Licht emittierenden Diode, gekennzeichnet durch: (a) Bilden einer Maskenschicht 9 auf einem Epitaxiesubstrat 6'; (b) Aufrauen der Maskenschicht 9, um die Maskenschicht 9 mit abwechselnd angeordneten Maskenkämmen 91 und Maskentälern 92 zu bilden; (c) anisotropes Ätzen der aufgerauten Maskenschicht 9 und des darunter liegenden Epitaxiesubstrats 6', um die gesamte aufgeraute Maskenschicht 9 von dem Epitaxiesubstrat 6' zu entfernen und das Epitaxiesubstrat 6 aufzurauen, um das Epitaxiesubstrat 6' mit abwechselnd angeordneten Substratkämmen 61 und Substrattälern 62 zu bilden, die den Maskenkämmen 91 bzw. den Maskentälern 92 entsprechen, derart, dass jeder der Substratkämme 61 eine aufgeraute Oberfläche 610 aufweist, die mit einer dichten Konzentration von abwechselnd angeordneten Vertiefungen 611 und Vorsprüngen 612 gebildet ist; und (d) Bilden einer Epitaxieschichtstruktur 7 auf den Substratkämmen 61 und den Substrattälern 62 des Epitaxiesubstrats 6.
Das Verfahren gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufrauen der Maskenschicht 9 bei Schritt (b) durch Techniken erfolgt, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die Tempertechniken, Nassätztechniken, mechanische Poliertechniken und Sandstrahltechniken umfasst.
Das Verfahren gemäß Anspruch 12, ferner dadurch gekennzeichnet, dass das Aufrauen der Maskenschicht 9 bei Schritt (b) durch Tempertechniken erfolgt.
Das Verfahren gemäß Anspruch 13, ferner dadurch gekennzeichnet, dass die Maskenschicht 9 aus einem Material gebildet wird, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die ein Photoresistmaterial und ein Metallmaterial umfasst.
Das Verfahren gemäß Anspruch 14, ferner dadurch gekennzeichnet, dass das Metallmaterial aus der Gruppe ausgewählt ist, die Ni, Ag, Al, Au, Pt, Pd, Zn, Cd, Cu und Kombinationen derselben umfasst.
Das Verfahren gemäß Anspruch 15, ferner dadurch gekennzeichnet, dass das Metallmaterial Ni ist.
Das Verfahren gemäß Anspruch 16, ferner dadurch gekennzeichnet, dass die bei Schritt (a) gebildete Maskenschicht 9 eine Schichtdicke aufweist, die zwischen 50 nm und 2000 nm liegt.
Das Verfahren gemäß Anspruch 16, ferner dadurch gekennzeichnet, dass das Aufrauen der Maskenschicht 9 bei Schritt (b) bei einer Tempertemperatur erfolgt, die zwischen 400°C und 1000°C liegt.
Das Verfahren gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufrauen der Maskenschicht 9 bei Schritt (b) durch Sandstrahltechniken erfolgt und die Maskenschicht 9 aus einem Metallmaterial hergestellt wird.
Das Verfahren gemäß Anspruch 19, ferner dadurch gekennzeichnet, dass die bei Schritt (a) gebildete Maskenschicht 9 eine Schichtdicke aufweist, die zwischen 50 nm und 5000 nm liegt.
Das Verfahren gemäß Anspruch 20, ferner dadurch gekennzeichnet, dass das Aufrauen der Maskenschicht 9 bei Schritt (b) unter Verwendung von Sandstrahlperlen erfolgt, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die Al₂O₃-Perlen, SiC-Perlen, schwarze Aluminiumoxidperlen, Stahlkugeln, Bronzelegierungskugeln, Keramikperlen, Aluminiumoxidperlen, rostfreie Kugeln, Kunststoffperlen, Walnusspulver, SiO₂-Perlen, B₄C-Perlen und Kombinationen derselben umfasst.
Das Verfahren gemäß Anspruch 21, ferner dadurch gekennzeichnet, dass die Sandstrahlperlen, die bei Schritt (b) verwendet werden, einen Partikeldurchmesser aufweisen, der zwischen 0,05 μm und 500 μm liegt.
Das Verfahren gemäß Anspruch 19, ferner dadurch gekennzeichnet, dass das Sandstrahlen der Maskenschicht 9 bei Schritt (b) unter Verwendung einer Sandstrahlvorrichtung mit einer Düse erfolgt, die derart angeordnet ist, dass die Entfernung zwischen der Maskenschicht 9 und einem Perlenauslass der Düse zwischen 20 cm und 30 cm beträgt.
Das Verfahren gemäß Anspruch 23, ferner dadurch gekennzeichnet, dass die Sandstrahlvorrichtung während des Sandstrahlens der Maskenschicht 9 bei einem Arbeitsdruck von 0,005 kg/cm² bis 10 kg/cm² betrieben wird.
Das Verfahren gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die bei Schritt (b) gebildete, aufgeraute Maskenschicht 9 eine aufgeraute Oberfläche 90 mit einer durchschnittlichen Rauheit aufweist, die zwischen 0,5 nm und 1000 nm liegt.
Das Verfahren gemäß Anspruch 25, ferner dadurch gekennzeichnet, dass die durchschnittliche Rauheit der aufgerauten Oberfläche 90 der aufgerauten Maskenschicht 9 zwischen 0,5 nm und 500 nm liegt.
Das Verfahren gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die bei Schritt (d) gebildete Epitaxieschichtstruktur 7 eine Nuklidschicht 71 und eine Epitaxieschicht 72 umfasst, wobei die Nuklidschicht 71 auf dem geätzten Epitaxiesubstrat 6 gebildet wird, das nach Schritt (c) gebildet wird.
Das Verfahren gemäß Anspruch 27, ferner dadurch gekennzeichnet, dass die Bildung der Nuklidschicht 71 bei einer Arbeitstemperatur erfolgt, die zwischen 450°C und 1000°C liegt, und die Bildung der Epitaxieschicht 72 bei einer Arbeitstemperatur erfolgt, die zwischen 650°C und 1300°C liegt.
Das Verfahren gemäß Anspruch 27, ferner dadurch gekennzeichnet, dass die Epitaxieschicht 72 aus einer III-V-Verbindung hergestellt wird, wobei das Gruppe-III-Element aus der Gruppe ausgewählt ist, die B, Al, Ga, In, Ti und Kombinationen derselben umfasst, wobei das Gruppe-V-Element aus der Gruppe ausgewählt ist, die N, P, As, Sb, Bi und Kombinationen derselben umfasst.
Das Verfahren gemäß Anspruch 29, ferner dadurch gekennzeichnet, dass die Epitaxieschicht 72 eine erste und eine zweite Halbleiterschicht 721, 723 und eine aktive Schicht 722 umfasst, die zwischen der ersten und der zweiten Halbleiterschicht 721, 723 angeordnet ist, wobei die erste Halbleiterschicht 721 auf der Nuklidschicht 71 gebildet wird.
Das Verfahren gemäß Anspruch 30, ferner gekennzeichnet durch das Bilden eines ersten und eines zweiten Elektrodenkontakts 81, 82 auf der ersten bzw. zweiten Halbleiterschicht 721, 723.
Das Verfahren gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Epitaxiesubstrat 6 aus einem Material hergestellt wird, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die Saphir, SiC, Si, ZnO, GaAs, GaN und MgAl₂O₄, das eine Spinellstruktur aufweist, umfasst.
Ein Verfahren zum Herstellen einer Licht emittierenden Diode, gekennzeichnet durch: (a) Aufrauen eines Epitaxiesubstrats 6 durch Techniken, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die Sandstrahltechniken und mechanische Poliertechniken umfasst, um das Epitaxiesubstrat 6 mit abwechselnd angeordneten Kämmen 61 und Tälern 62 zu bilden, derart, dass jeder der Kämme 61 eine aufgeraute Oberfläche 610 aufweist, die mit einer dichten Konzentration von abwechselnd angeordneten Vertiefungen 611 und Vorsprüngen 612 gebildet ist; und (b) Bilden einer Epitaxieschichtstruktur 7 auf den Kämmen 61 und den Tälern 62 des Epitaxiesubstrats 6.
Das Verfahren gemäß Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufrauen des Epitaxiesubstrats 6 bei Schritt (a) unter Verwendung von Sandstrahltechniken erfolgt.
Das Verfahren gemäß Anspruch 34, ferner dadurch gekennzeichnet, dass das Aufrauen des Epitaxiesubstrats 6 bei Schritt (a) unter Verwendung von Sandstrahlperlen erfolgt, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die Al₂O₃-Perlen, SiC-Perlen, schwarze Aluminiumoxidperlen, Stahlkugeln, Bronzelegierungskugeln, Keramikperlen, Aluminiumoxidperlen, rostfreie Kugeln, Kunststoffperlen, Walnusspulver, SiO₂-Perlen, B₄C-Perlen und Kombinationen derselben umfasst.
Das Verfahren gemäß Anspruch 35, ferner dadurch gekennzeichnet, dass die Sandstrahlperlen einen Partikeldurchmesser aufweisen, der zwischen 1 μm und 500 μm liegt.
Das Verfahren gemäß Anspruch 35, ferner dadurch gekennzeichnet, dass das Sandstrahlen des Epitaxiesubstrats 6 unter Verwendung einer Sandstrahlvorrichtung mit einer Düse erfolgt, die derart angeordnet ist, dass die Entfernung zwischen dem Epitaxiesubstrat 6 und einem Perlenauslass der Düse zwischen 15 cm und 30 cm beträgt.
Das Verfahren gemäß Anspruch 37, ferner dadurch gekennzeichnet, dass die Sandstrahlvorrichtung während des Sandstrahlens des Epitaxiesubstrats 6 bei einem Arbeitsdruck betrieben wird, der zwischen 0,05 kg/cm² und 50 kg/cm² liegt.
Das Verfahren gemäß Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass das bei Schritt (a) gebildete, aufgeraute Epitaxiesubstrat 6 eine aufgeraute Seite 60 aufweist, die mit den Kämmen 61 und den Tälern 62 gebildet ist und eine durchschnittliche Rauheit aufweist, die zwischen 0,5 nm und 1000 nm liegt.
Das Verfahren gemäß Anspruch 39, ferner dadurch gekennzeichnet, dass die durchschnittliche Rauheit der aufgerauten Seite 60 des Epitaxiesubstrats 6 zwischen 0,5 nm und 500 nm liegt.
Das Verfahren gemäß Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass die bei Schritt (b) gebildete Epitaxieschichtstruktur 7 eine Nuklidschicht 71 und eine Epitaxieschicht 72 umfasst, wobei die Nuklidschicht 71 nach Schritt (a) auf dem aufgerauten Epitaxiesubstrat 6 gebildet wird.
Das Verfahren gemäß Anspruch 41, ferner dadurch gekennzeichnet, dass die Bildung der Nuklidschicht 71 bei einer Arbeitstemperatur erfolgt, die zwischen 450°C und 1000°C liegt, und die Bildung der Epitaxieschicht 72 bei einer Arbeitstemperatur erfolgt, die zwischen 650°C und 1300°C liegt.
Das Verfahren gemäß Anspruch 41, ferner dadurch gekennzeichnet, dass die Epitaxieschicht 72 aus einer III-V-Verbindung hergestellt wird, wobei das Gruppe-III-Element aus der Gruppe ausgewählt ist, die B, Al, Ga, In, Ti und Kombinationen derselben umfasst, wobei das Gruppe-V-Element aus der Gruppe ausgewählt ist, die N, P, As, Sb, Bi und Kombinationen derselben umfasst.
Das Verfahren gemäß Anspruch 43, ferner dadurch gekennzeichnet, dass die Epitaxieschicht 72 eine erste und eine zweite Halbleiterschicht 721, 723 und eine aktive Schicht 722 umfasst, die zwischen der ersten und der zweiten Halbleiterschicht 721, 723 angeordnet ist, wobei die erste Halbleiterschicht 721 auf der Nuklidschicht 71 gebildet wird.
Das Verfahren gemäß Anspruch 44, ferner gekennzeichnet durch das Bilden eines ersten und eines zweiten Elektrodenkontakts 81, 82 auf der ersten bzw. zweiten Halbleiterschicht 721, 723.