DE102009030458A1 - Licht emittierendes Bauteil mit einer Abtragungsstruktur und zugehöriges Herstellverfahren - Google Patents
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Abstract
Das hier offenbarte Licht emittierende Bauteil verfügt über eine Abtragsstruktur, die zwischen einer Halbleiter-Lichtemissionsstruktur (12) und einem Träger (13) ausgebildet ist. Bei der Herstellung dieses Bauteils wird die genannte Halbleiter-Lichtemissionsstruktur auf einem Substrat ausgebildet und dann an einem Halter befestigt; es wird Material vom Substrat abgetragen, um eine Abtragungsstruktur auszubilden; an dieser Abtragungsstruktur wird ein Träger ausgebildet oder angebracht; und der Halter wird entfernt.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Licht emittierendes Bauteil mit einer Abtragungsstruktur sowie ein zugehöriges Herstellverfahren.
- Licht emittierende Halbleiterbauteile wie Leuchtdioden (LEDs) zeigen in jüngerer Zeit immer bessere Helligkeiten, weswegen sie nicht mehr nur zur Signalabgabe oder als Verzierung verwendet werden, sondern auch als Lichtquellen. Es wird erwartet, dass es zukünftig möglich sein wird, dass LEDs herkömmliche Leuchtstofflampen ersetzen. Aktuell beträgt der interne Quantenwirkungsgrad (IQE) einer Leuchtdiode ungefähr 50% bis 80%, so dass 20% bis 50% der Eingangsleistung nicht in Licht umgesetzt werden kann, sondern in der Leuchtdiode in Wärme umgesetzt wird. Wenn diese Wärme nicht effektiv aus der Leuchtdiode abgeführt werden kann, ergibt sich ein Temperaturanstieg, wodurch die Zuverlässigkeit der Leuchtdiode abnimmt. Außerdem wird, wenn das durch eine Leuchtdiode erzeugte Licht nicht effektiv herausgeführt werden kann, ein Teil des Lichts aufgrund der internen Totalreflexion sowie einer Hin- und Herreflexion in der Leuchtdiode auf diese eingeschränkt und schließlich durch eine Elektrode oder die Lichtemissionsschicht absorbiert, wodurch die Helligkeit abnimmt.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Licht emittierendes Bauteil und ein Herstellverfahren für dieses zu schaffen, mit denen sich Wärmestaus im Bauteil vermeiden lassen.
- Diese Aufgabe ist durch das Bauteil gemäß dem beigefügten Anspruch 1 und das Herstellverfahren gemäß dem beigefügten Anspruch 30 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand jeweiliger abhängiger Ansprüche. Beim erfindungsgemäßen Bauteil ist der Wärmewiderstand dadurch verringert, dass ein Abtragungssubstrat, d. h. ein Substrat, von dem nach dem Herstellen von Schichten auf ihm Material abgetragen wurde, verwendet wird. Aufgrund seines Aufbaus kann ein solches Bauteil auch eine hohe Lichtausgangsleistung zeigen, so dass es für Beleuchtungszwecke verwendbar ist.
- Ein Licht emittierendes Bauteil mit Abtragungsstruktur verfügt über eine Licht emittierende Halbleiterstruktur, die auf einer ersten Seite der Abtragungsstruktur, mit einer Halbleiterschicht von einem ersten Leitungstyp, einer aktiven Schicht und einer Halbleiterschicht von einem zweiten Leitungstyp angeordnet ist, einen Träger, der auf der anderen Seite der Abtragungsstruktur angeordnet ist und mindestens einen in der Abtragungsstruktur angeordneten Kanal.
- Ein Herstellverfahren gemäß der Erfindung weist die folgenden Schritte auf: Bereitstellen eines Substrats; Herstellen einer Licht emittierenden Halbleiterstruktur auf dem Substrat, Bereitstellen eines Halters; Anbringen der Licht emittierenden Halbleiterstruktur am Halter; Abtragen von Material vom Substrat, um eine Abtragungsstruktur auszubilden; Ausbilden mindestens eines Kanals in der Abtragungsstruktur; und Ausbilden oder Anbringen eines Trägers am Abtragungssubstrat.
- Die Erfindung wird nachfolgend anhand von durch Figuren veranschaulichten Ausführungsformen näher erläutert.
-
1 ist eine Schnittansicht eines horizontalen Licht emittierenden Bauteils gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung; -
2A –2C sind Schnittansichten vertikaler Licht emittierender Bauteile gemäß einer ersten bis dritten Ausführungsform der Erfindung; -
3A –3B sind Schnittansichten horizontaler Licht emittierender Bauteile gemäß einer zweiten bis dritten Ausführungsform der Erfindung; -
4 ist eine Schnittansicht eines horizontalen Licht emittierenden Bauteils gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung; -
5A –5G sind Schnittansichten zum Veranschaulichen von Herstellschritten für das in der2C dargestellte Licht emittierende Bauteil; -
6A ist eine schematische Ansicht zum Veranschaulichen eines Ellipsometrievorgangs; -
6B ist eine schematische Ansicht zum Veranschaulichen jeweiliger Schritte zum Ausbilden eines Kanals durch einen Laserstrahl; -
6C ist eine schematische Ansicht einer Struktur mit einem durch einen Laserstrahl hergestellten Kanal. - Das durch die
1 veranschaulichte horizontale Licht emittierende Bauteil1 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung verfügt über ein Abtragungssubstrat111 mit einer Oberseite S1 und einer Unterseite S2, eine auf der Oberseite S1 angeordnete Halbleiter-Pufferschicht112 , eine auf dieser angeordnete Lichtemissionsstruktur12 mit einer Halbleiterschicht121 von einem ersten Leitungstyp, eine aktive Schicht122 und eine Halbleiterschicht123 von einem zweiten Leitungstyp, wobei ein Teil der Halbleiter-Lichtemissionsstruktur12 entfernt ist, um einen Teil der Halbleiterschicht121 vom ersten Leitungstyp freizulegen, eine auf der Unterseite S2 des Abtragungssubstrats111 angeordnete Reflexionsschicht142 , einen mittels einer Zwischenschicht141 an der Reflexionsschicht142 befestigten Trä ger13 , einen ersten Leitungskontaktfleck15 und einen zweiten Leitungskontaktfleck16 , die elektrisch mit der Halbleiterschicht123 vom zweiten Leitungstyp bzw. der Halbleiterschicht121 vom ersten Leitungstyp verbunden sind, wobei der erste Leitungskontaktfleck15 und der zweite Leitungskontaktfleck16 auf derselben Seite des Abtragungssubstrats111 vorhanden sind und wobei mehrere erste Kanäle17 durch dasselbe verlaufen und sich zur Tiefe der Halbleiter-Pufferschicht112 erstrecken. Das Abtragungssubstrat111 wird dadurch hergestellt, dass ein Züchtungssubstrat, das zum Züchten der Halbleiter-Pufferschicht112 und der Halbleiter-Lichtemissionsstruktur12 verwendet wird, einer Materialabtragung unterzogen wird. Das Material des Züchtungssubstrats ist mindestens eines der folgenden: GaAs, Saphir, SiC, GaN und/oder AlN. Die Wärmeleitfähigkeit dieses Materials ist im Allgemeinen nicht größer als die des Trägers13 . Um den Wärmewiderstand des Licht emittierenden Bauteils effizient zu verringern, wird das Züchtungssubstrat von der ursprünglichen Dicke von mehr als 200 μm oder 300 μm bis auf eine Dicke von nicht mehr als 50 μm abgetragen, um nach dem Aufwachsen der Halbleiter-Pufferschicht112 und der Halbleiter-Lichtemissionsstruktur12 auf das Züchtungssubstrat das Abtragungssubstrat111 auszubilden. Noch besser ist es, wenn die Dicke des Abtragungssubstrats111 nicht größer als 40 μm, noch besser nicht größer als 30 μm, noch besser nicht größer als 20 μm, noch besser nicht größer als 10 μm und am besten nicht größer als 5 μm ist. Außerdem wird, um die Prozesszuverlässigkeit aufrechtzuerhalten, die Halbleiter-Pufferschicht112 dazu verwendet, Schäden an der Halbleiter-Lichtemissionsstruktur12 zu vermeiden, die sich aus Variationen ergeben, die sich durch Differenzen bei der Abtragungsgeschwindigkeit und der Abtragungsgleichmäßigkeit während der Materialabtragung am Züchtungssubstrat ergeben. Die durch das Abtragungssubstrat111 und die Halbleiter-Pufferschicht112 gebildete Abtragungsstruktur muss immer noch eine gewisse Dicke beibehalten, die vorzugsweise nicht weniger als 2 μm beträgt, um die genannte Prozesszu verlässigkeit aufrechtzuerhalten. Die Wärmeleitfähigkeit des Trägers13 ist nicht kleiner als die des Abtragungssubstrats111 , um den Wärmewiderstand des Licht emittierenden Bauteils zu verringern. Der Träger13 besteht aus Materialien mit einem Wärmeleitungskoeffizienten nicht unter 50 W/m·°C, noch besser nicht unter 100 W/m·°C. Geeignete Materialien sind Silicide, Carbide, Metalle, Metalllegierungen, Metalloxide, Metallverbundstoffe, Diamant oder diamantartiger Kohlenstoff. Es ist möglich, ein Material mit niedrigem Expansionskoeffizienten zuzusetzen, um durch den Träger verursachte mechanische Spannungen zu verringern. - Ein erster Kanal
17 besteht aus einem transparenten Material wie Siliciumoxid, Siliciumnitrid, einem organischen Polymer oder Luft. Der Brechungsindexunterschied zwischen dem ersten Kanal17 und dem Abtragungssubstrat111 ist bevorzugt größer als 0,1, um die Lichtentnahmeeffizienz zu erhöhen. Der erste Kanal17 besteht auch aus einem transparenten Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit wie Siliciumcarbid, Zinkoxid oder Diamant, um den Wärmewiderstand des Bauteils zu senken und die Lichtentnahmeeffizienz zu erhöhen. Bei einer Ausführungsform laufen mehrere erste Kanäle17 durch das Abtragungssubstrat111 , und sie erstrecken sich mit einer Tiefe von ungefähr 0,1–1 μm zur Halbleiter-Pufferschicht112 , um zwischen dem Abtragungssubstrat111 und den mehreren ersten Kanälen17 eine Kontaktgrenzfläche zu erzeugen, wobei eine konkav-konvexe Oberseite S1 gebildet wird, die die Lichtstreuung und dadurch die Lichtentnahmeeffizienz erhöht. Die mehreren ersten Kanäle17 sind mit einer zweidimensionalen Periode angeordnet, jedoch könnten sie auch quasiperiodisch, mit variierenden Perioden oder unregelmäßiger Anordnung angeordnet sein, wie einer zweidimensionalen Anordnung mit Zylindern oder mehreckigen Säulen mit einem Durchmesser von ungefähr 1–10 μm, oder als mehrere rechteckige Kanäle mit einer Quervernetzungsanordnung, wie bei einem Netz. - Die Zwischenschicht
141 kann eine Klebeschicht zum Ankleben des Klebers13 und der Reflexionsschicht142 sein. Bei einer anderen Ausführungsform kann die Zwischenschicht141 eine Keimschicht für einen Elektroplattiervorgang sein, um den Träger13 auf ihr auszubilden. Bei einer anderen Ausführungsform kann die Zwischenschicht141 auch eine Diffusionsbarriereschicht zum Sperren einer wechselseitigen Diffusion zwischen der Zwischenschicht141 und dem Träger13 , was die Materialeigenschaften beeinflussen würde, sein. Das Material der Halbleiterschicht121 vom ersten Leitungstyp, der aktiven Schicht122 und der Halbleiterschicht123 vom zweiten Leitungstyp ist AlpGaqIn(1-p-q)P oder AlxGayIn(1-x-y)N, mit 0 ≤ p, q ≤ 1, 0 ≤ x, y ≤ 1 und wobei p, q, x und y positiv sind und (p + q) ≤ 1, (x + y) ≤ 1 gilt. Die Halbleiterschicht121 vom ersten Leitungstyp enthält eine. Mantelschicht vom ersten Leitungstyp. Die Halbleiterschicht123 vom zweiten Leitungstyp enthält eine Mantelschicht vom zweiten Leitungstyp. - Die
2A zeigt eine Schnittansicht eines vertikalen Licht emittierenden Bauteils2a gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Im Vergleich zum in der1 dargestellten Bauteil1 sind der erste Leitungskontaktfleck25 und der zweite Leitungskontaktfleck26 des Bauteils auf entgegengesetzten Seiten des Substrats angeordnet. Außerdem verfügt dieses Bauteil2a ferner über mindestens einen leitenden Kanal28a , der durch das Abtragungssubstrat111 und die Halbleiter-Pufferschicht112 verläuft und elektrisch mit der Halbleiterschicht121 vom ersten Leitungstyp verbunden ist. Eine Reflexionsschicht242a und eine Zwischenschicht241a bestehen aus leitenden Materialien. Bei einer Durchlassspannung leitet der Schaltkreis zwischen dem ersten Leitungskontaktfleck25 und dem zweiten Leitungskontaktfleck26 . - Die
2B zeigt ein Licht emittierendes Bauteil2b mit einem leitenden Kanal28b , der durch eine Reflexionsschicht242b verläuft, die aus demselben Material wie die Zwischenschicht241b besteht. - Die
2C zeigt ein weiteres Licht emittierendes Bauteil2c . Im Vergleich zum in der2A dargestellten Bauteil2a ist hier die Lichtemissionsstruktur12 teilweise entfernt, um einen Teil der Halbleiterschicht121 vom ersten Leitungstyp freizulegen, und es ist mindestens ein leitender Kanal28c vorhanden, der sich von der Halbleiterschicht121 vom ersten Leitungstyp zur Reflexionsschicht142 erstreckt. - Die Anzahl und die Anordnung des leitenden Kanals
28a , des leitenden Kanals28b oder des leitenden Kanals28c sind so eingestellt, dass die Stromausbreitung verbessert ist. Außerdem verfügen die leitenden Kanäle28a ,28b oder28c über einen höheren Wärmeleitungskoeffizient als die Halbleiterschicht121 vom ersten Leitungstyp, um von der Lichtemissionsstruktur12 erzeugte Wärme gut zum Träger13 abzuleiten. Der leitende Kanal28a ,28b oder28c enthält ein wärmeleitendes Material wie ein Metall, eine Metalllegierung, ein Metalloxid oder ein leitendes Polymer. - Die
3A zeigt die Schnittansicht eines horizontalen Licht emittierenden Bauteils3a gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung. Im Vergleich zum in der1 dargestellten Bauteil1 verfügt das Bauteil3a über einen transparenten Träger33 und mehrere transparente erste Kanäle37a , die mittels einer transparenten Zwischenschicht341 am Abtragungssubstrat111 angebracht sind. Gemäß der3B können im Abtragungssubstrat111 Kanäle37b auch so ausgebildet sein, dass sie nicht durch dieses verlaufen. Die transparente Zwischenschicht341 könnte eine transparente Kleberschicht aus einem organischen Polymer wie Benzocyclobuten (BCB), Perfluorcyclobutan (PFCB), Epoxid oder Silicon sein. Das Material der Kanäle37a und37b ist ein transparentes Material wie ein Silicidoxid, ein Nitridoxid, ein organisches Polymer oder Luft, und der Brechungsindexunterschied zwischen den Kanälen37a oder37b und dem Abtragungssubstrat111 ist größer als 0,1, um die Lichtentnahmeeffizienz hoch zu machen. Das Material der Kanäle37a oder37b kann auch ein transparentes Material mit hoher Wärmeleitung sein, wie Galliumnitrid, Aluminiumnitrid, Siliciumcarbid oder Diamant, um den Wärmewiderstand des Bauteils zu verringern und die Lichtentnahmeeffizienz zu erhöhen. Das Material der Kanäle37a und37b kann dasselbe wie das der Zwischenschicht341 oder ein anderes Material sein. - Die
4 zeigt schematisch die Schnittansicht eines anderen horizontalen Licht emittierenden Bauteils4 gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung. Im Vergleich mit dem in der1 dargestellten Bauteil1 wurde das ursprüngliche Züchtungssubstrat zum Aufwachsen der Halbleiter-Pufferschicht112 und der Lichtemissionsstruktur12 nach dem Züchtungsschritt bei dieser Ausführungsform vollständig entfernt. Die Struktur dieses Bauteils4 verfügt über den Träger13 , die auf diesem hergestellte Zwischenschicht141 , die auf dieser hergestellte Reflexionsschicht142 , eine auf dieser hergestellte Stromausbreitungsschicht49 , die auf dieser hergestellte Halbleiter-Pufferschicht112 , die auf dem ersten Bereich derselben hergestellte Lichtemissionsstruktur12 mit der Halbleiterschicht121 vom ersten Leitungstyp, der aktiven Schicht122 und der Halbleiterschicht123 vom zweiten Leitungstyp, den auf dieser hergestellten ersten Leitungskontaktfleck15 , den auf der Halbleiter-Pufferschicht112 hergestellten zweiten Leitungskontaktfleck16 sowie mehrere durch die Halbleiter-Pufferschicht112 verlaufende leitende Kanäle47 , wobei ein Teil derselben zwischen dem zweiten Leitungskontaktfleck16 und der Stromverteilungsschicht49 eine elektrische Verbindung herstellt und der andere Teil derselben zwischen der Halbleiterschicht121 vom ersten Lei tungstyp und der Stromausbreitungsschicht49 zur Stromausbreitung ausgebildet ist. - Die mehreren leitenden Kanäle
47 und die Stromausbreitungsschicht49 bestehen aus transparenten, leitenden Materialien wie einem Metalloxid wie Indiumzinnoxid, oder einem Halbleiter mit guter Leitfähigkeit, wie GaP oder GaN, mit einer Dotierung von Kohlenstoff, Silicium und/oder Magnesium. Das Licht emittierende Bauteil4 verfügt ferner über eine Ohm'sche Kontaktschicht48 , die zwischen den Kanälen47 und der Halbleiterschicht121 vom ersten Leitungstyp ausgebildet ist, um den Grenzflächenwiderstand zu verringern. Das Material der Ohm'schen Kontaktschicht48 kann ein Halbleiter mit hoher Ladungsträger(Elektronen oder Löcher)konzentration sein, die ausreichend hoch ist, um zwischen den Kanälen und der Halbleiterschicht121 vom ersten Leitungstyp einen Ohm'schen Kontakt auszubilden. Um die Prozesszuverlässigkeit aufrechtzuerhalten, verfügt die Halbleiter-Pufferschicht112 über eine Dicke, die vorzugsweise größer als 2 μm ist, um eine Schädigung der Lichtemissionsstruktur12 zu vermeiden, die sich aus Variationen ergibt, wie sie durch Unterschiede beim Prozess zum Entfernen des Züchtungssubstrats bestehen. Die Dicke der Halbleiter-Pufferschicht112 beträgt ungefähr 2 μm bis ungefähr 20 μm, wobei ein noch besserer Dickenbereich derjenige zwischen ungefähr 2 μm und ungefähr 10 μm ist. - Anhand der
5A –5G wird nun ein Verfahren zum Herstellen des in der2C dargestellten Licht emittierenden Bauteils2c wie folgt erläutert: - 1. Wie es aus der
5A erkennbar ist, wird ein Züchtungssubstrat11 bereitgestellt, und auf eine Seite desselben werden die Halbleiter-Pufferschicht112 und die Lichtemissionsstruktur12 mit der Halbleiterschicht121 vom ersten Leitungstyp, der aktiven Schicht122 und der Halbleiterschicht123 vom zweiten Leitungstyp aufgewachsen. Dann wird ein Teil der Lichtemis sionsstruktur12 durch ein lithographisches Ätzverfahren entfernt, wodurch ein Teil der Halbleiterschicht121 vom ersten Leitungstyp freigelegt wird. - 2. Wie es aus der
5B erkennbar ist, wird die freigelegte Fläche der Halbleiterschicht121 vom ersten Leitungstyp durch einen CO2-Laserstrahl belichtet, um einen zweiten Kanal181 auszubilden. - 3. Wie es aus der
5C erkennbar ist, wird ein Halter19 bereitgestellt, und an dessen Oberfläche wird die Lichtemissionsstruktur12 durch eine Kleberschicht191 befestigt. - 4. Wie es aus der
5D erkennbar ist, wird die andere Seite des Züchtungssubstrats11 poliert, bis eine vorbestimmte Dicke erreicht ist, um das Abtragungssubstrat111 auszubilden und den zweiten Kanal181 freizulegen. - 5. Wie es aus der
5E erkennbar ist, werden von der anderen Seite her im Abtragungssubstrat111 mehrere erste Kanäle17 ausgebildet, die durch das Abtragungssubstrat hindurch verlaufen und sich zur Dicke der Halbleiter-Pufferschicht112 erstrecken, wobei ein Wert zwischen 0,1 und 1 μm besser ist. - 6. Wie es aus der
5F erkennbar ist, wird ein transparentes Material in den ersten Kanal17 eingefüllt, oder es ist ein Hohlraum in ihm ausgebildet, und dann wird auf der Oberfläche des Abtragungssubstrats111 die Reflexionsschicht142 hergestellt. - 7. Es wird der Träger
13 bereitgestellt, und auf diesem wird die Zwischenschicht141 ausgebildet. - 8. Der Träger
13 mit der Zwischenschicht141 wird an der Reflexionsschicht142 angebracht. - 9. Wie es aus der
5G erkennbar ist, werden die Kleberschicht191 und der Halter19 entfernt. - 10. Wie es aus der
2C erkennbar ist, die das Licht emittierende Bauteil2C zeigt, wird der zweite Kanal191 mit einem leitenden Material bedeckt, um den leitenden Kanal28c auszubilden, und auf der zweiten leitenden Halbleiterschicht123 wird der erste Leitungskontaktfleck15 ausgebildet, während auf der Außenseite des Trägers13 der zweite Leitungskontaktfleck26a ausgebildet wird. - Das im Schritt 4 verwendete Polierverfahren ist beispielsweise ein chemisch-mechanisches Polieren (CMP) unter Verwendung einer CMP-Vorrichtung, die auf physikalische oder chemische Weise durch ein Polierkissen und eine chemische Aufschlämmung das Substrat entfernt. Bei einer Ausführungsform der Erfindung besteht das Züchtungssubstrat aus Saphir mit einer Dicke von ungefähr 200 μm bis 400 μm. Die chemische Aufschlämmung enthält chemisch reagierende Polierteilchen wie in einer KOH-Lösung verteiltes Silicagel, wodurch eine Reaktion mit Saphir ermöglicht ist, wobei Al2Si2O7 gebildet ist, das während des Polierschritts abpoliert werden kann. Bei einer Ausführungsform hat das Gel einen Durchmesser unter ungefähr 0,1 μm, um eine glatte Fläche auszubilden. Bei einer anderen Ausführungsform weist das Gel einen Durchmesser zwischen ungefähr 0,1 μm und ungefähr 1 μm auf, um eine Streufläche mit Abmessungen ähnlich der Lichtwellenlänge auszubilden. Um sowohl eine gute Poliereffizienz als auch eine gute Gleichmäßigkeit zu erzielen und um ein übermäßiges Polieren zu vermeiden, das die Lichtemissionsstruktur
12 beschädigt, ist es bevorzugt, zu Beginn ein Verfahren mit hoher Poliergeschwindigkeit zu verwenden, wie nur ein mechanisches Polierverfahren, um mit einer herkömmlichen Poliervorrichtung das Substrat bis zu einem Zielwert abzupolieren. Dabei wird das Saphirsubstrat schnell mit einer Poliergeschwindigkeit von 100 μm/Std. bis auf ungefähr 60 μm abpoliert (wenn der endgültige Zielwert 20 μm beträgt). Dann wird eine Vorrichtung für chemisch-mechanisches Polieren dazu verwendet, durch ein chemisch-mechanisches Polierverfahren die Gleichmäßigkeit und Genauigkeit zu erhöhen. Dabei wird beispielsweise mit einem Silicagel mit einem Durchmesser von 1 μm und einer Poliergeschwindigkeit von ungefähr 60 μm/Std. poliert. Außerdem kann, wenn das Züchtungssubstrat durch einen Poliervorgang, der an der Halbleiter-Pufferschicht112 oder in dieser stoppt, wie bei der in der4 beschriebenen Ausführungsform beschrieben, poliert wird, ein Material, das mit dem Silicagel nicht oder nur schlecht reagiert, wie Galliumnitrid, wie das Material der Halbleiter-Pufferschicht112 , dazu verwendet werden, eine Ätzstoppschicht beim Entfernen des Saphirsubstrats zu bilden. Es kann auch ein kleines Gel, wie Silicagel mit einem Durchmesser von ungefähr 0,1 μm, dazu verwendet werden, die Selektivität zwischen dem Saphirsubstrat und der Halbleiter-Pufferschicht112 zu erhöhen (beispielsweise werden unterschiedliche Poliergeschwindigkeiten für das Poliersubstrat und die Halbleiter-Pufferschicht112 genutzt). Die Poliergeschwindigkeit des Silicagels beträgt für das Saphirsubstrat ungefähr 6 μm/Std., während sie für die aus GaN bestehende Halbleiter-Pufferschicht112 ungefähr 1 μm/Std. beträgt. Damit hat die Selektivität zwischen dem Saphirsubstrat und der aus GaN bestehenden Halbleiter-Pufferschicht112 einen Wert von ungefähr 6. - Im Schritt 9 wird eine Zwischenschicht
141 in Form einer Kleberschicht zum Anbringen des Trägers13 und des Abtragungssubstrats111 verwendet. Die Kleberschicht141 kann eine solche aus einem organischen Kleber oder einem Metallkleber sein. Bei einer anderen Ausführungsform ist die Zwischenschicht141 eine Keimschicht für einen Elektroplattiervorgang, und der Träger13 wird durch Elektroplattieren auf ihr ausgebildet. Die Zwischenschicht141 enthält ferner eine Diffusionsbarriereschicht zwischen der Reflexionsschicht142 und der Keimschicht für einen Elektroplattiervorgang, um eine wechselseitige Diffusion zwischen der Zwischenschicht141 und dem Träger13 zu vermeiden, die die Materialeigenschaften beeinflussen würden. - Anhand der
6A –6C werden nun eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Ausbilden eines Kanals mittels einer Laserstrahlbeleuchtung im Schritt 2 oder im Schritt 5 erläutert. Die6A ist eine schematische Ansicht zum Erläutern einer herkömmlichen Ellipsometrievorrichtung6 zur Dickenmessung. Es sind ein erstes Material61 und ein zweites Material62 , ein Laser63 , ein Laserempfänger64 sowie eine Datenberechnungsvorrichtung65 zum Berechnen der Dicke des ersten Materials61 und des zweiten Materials62 vor dem Ausbilden des Kanals vorhanden. - Unter Bezugnahme auf die
6B und6C wird nun das Ausbilden der Kanäle wie folgt beschrieben: - 1. Es wird eine Schichtfolge
mit einer ersten Materialschicht
61 (wie GaN oder den Schichten121 und112 in der2C ) und einer zweiten Materialschicht62 (wie Saphir oder der Schicht111 in der2C ) bereitgestellt. - 2. Es werden die Dicke T1 der ersten Materialschicht
61 und die Dicke T2 der zweiten Materialschicht62 gemessen. - 3. Durch einen Laserstrahl wird bei einer ersten Laserparameterkombination
der erste beleuchtete Bereich der ersten Materialschicht
61 entfernt, um einen Kanal mit der Dicke T1 auszubilden und die zweite Materialschicht62 freizulegen. - 4. Durch einen Laserstrahl wird bei einer zweiten Laserparameterkombination
der zweite beleuchtete Bereich der zweiten Materialschicht
62 im im Schritt 3 ausgebildeten Kanal entfernt, um einen Kanal mit einer Dicke von ungefähr T1 + T3 auszubilden, wobei T3 ≤ T2 gilt. - Zur ersten und zweiten Laserparameterkombination, wie sie eben genannt wurden, gehören die Art des Lasers, die Intensität, der Pulszyklus TPuls und/oder die Pulsbreite W, um die Beleuchtungsintensität und die Beleuchtungsperiode abzustimmen, wobei ferner die Entfernungstiefe und die Entfernungseffizienz kontrolliert werden.
Claims (47)
- Licht emittierendes Halbleiterbauteil mit: einer Abtragungsstruktur mit einer ersten Fläche und einer zweiten Fläche; einer Halbleiter-Lichtemissionsstruktur (
12 ), die auf der ersten Fläche der Abtragungsstruktur ausgebildet ist; einem auf der zweiten Fläche der Abtragungsstruktur angeordneten Träger (13 ); und mindestens einem in der Abtragungsstruktur ausgebildeten Kanal. - Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiter-Lichtemissionsstruktur (
12 ) eine Halbleiterschicht (121 ) von einem ersten Leitungstyp, eine aktive Schicht (122 ) und eine Halbleiterschicht (123 ) von einem zweiten Leitungstyp aufweist. - Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtragungsstruktur ein Züchtungssubstrat ist, von dem Material abgetragen wurde.
- Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtragungsstruktur eine Halbleiter-Pufferschicht (
112 ) aufweist. - Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtragungsstruktur aus mindestens einem der folgenden Materialien besteht: GaAs, Saphir, SiC, GaN und AlN.
- Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal mehrfach vorhanden ist, d. h. mehrere Kanäle ausgebildet sind.
- Bauteil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Kanäle mit periodischer, quasi periodischer, variierend periodischer oder unregelmäßiger Ordnung angeordnet sind.
- Bauteil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Kanäle durch die Abtragungsstruktur verlaufen.
- Bauteil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich die mehreren Kanäle über die Dicke der Halbleiter-Lichtemissionsstruktur (
12 ) erstrecken. - Bauteil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kontaktfläche zwischen der Halbleiter-Lichtemissionsstruktur (
12 ) und den mehreren Kanälen eine konkav-konvexe Fläche ist. - Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Brechungsindexunterschied zwischen den Materialien des Kanals und der Abtragungsstruktur größer als 0,1 ist.
- Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal aus mindestens einem der folgenden Materialien besteht: einem Silicidoxid, einem Nitridoxid, einem organischen Polymer, Luft, Galliumnitrid, Aluminiumnitrid, Siliciumcarbid, Zinkoxid und Diamant.
- Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal eine elektrische Verbindung zwischen der Halbleiter-Lichtemissionsstruktur (
12 ) und dem Träger (13 ) herstellt. - Bauteil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Kanäle zylindrisch sind.
- Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Abtragungsstruktur und dem Träger (
13 ) eine Zwischenschicht (141 ) ausgebildet ist. - Bauteil nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (
141 ) eine Kleberschicht ist. - Bauteil nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Kleberschicht eine transparente Kleberschicht ist.
- Bauteil nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Kleberschicht eine leitende Kleberschicht ist.
- Bauteil nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Kleberschicht eine Diffusionsbarriereschicht aufweist.
- Bauteil nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch eine Reflexionsschicht (
142 ), die zwischen der Abtragungsstruktur und dem Träger (13 ) ausgebildet ist. - Bauteil nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (
141 ) eine Keimschicht für einen Elektroplattiervorgang ist. - Bauteil nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (
13 ) eine durch Elektroplattieren hergestellte Metallschicht aufweist. - Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (
13 ) ein transparentes Material aufweist. - Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (
13 ) ein Verbundmaterial aufweist. - Bauteil nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbundmaterial ein Material mit hohem Wärmeleitungskoeffizienten und ein Material mit niedrigem Ausdehnungskoeffizienten aufweist.
- Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeleitungskoeffizient des Trägers (
13 ) nicht kleiner als der der Abtragungsstruktur ist. - Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiter-Lichtemissionsstruktur (
12 ) ein Material auf Basis von AlGaInP oder AlInGaN aufweist. - Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Abtragungsstruktur weniger als 20 μm beträgt.
- Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Abtragungsstruktur weniger als 5 μm beträgt.
- Herstellverfahren zum Herstellen eines Licht emittierenden Bauteils, das Folgendes aufweist: Bereitstellen eines Substrats; Ausbilden mehrerer Halbleiterstrukturen auf dem Substrat; Anbringen der mehreren Halbleiterstrukturen an einem Halter; Abtragen des Substrats, um eine Abtragungsstruktur zu erhalten; Ausbilden mindestens eines Kanals in der Abtragungsstruktur und Ausbilden eines Trägers (
13 ) auf der Abtragungsstruktur. - Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt des Abtragens von Material vom Substrat das Material durch ein chemisch-mechanisches Polierverfahren abgetragen wird.
- Bauteil nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass beim chemisch-mechanischen Polierverfahren eine chemische Aufschlämmung mit einem Silicagel zur Abtragung von Material vom Substrat verwendet wird.
- Bauteil nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass beim chemisch-mechanischen Polierverfahren eine Substratabarbeitungsgeschwindigkeit verwendet wird, die ungefähr das Sechsfache der Abarbeitungsgeschwindigkeit für die Halbleiterstruktur ist.
- Bauteil nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass als Substrat ein Züchtungssubstrat verwendet wird, auf das eine Pufferschicht aufgewachsen wird, die nahe an den mehreren Halbleiterstrukturen liegt.
- Bauteil nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt zum Abarbeiten von Material vom Substrat das Züchtungssubstrat vollständig entfernt und die Pufferschicht freigelegt wird.
- Bauteil nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, dass die Pufferschicht auf nicht unter 2 μm abgearbeitet wird.
- Bauteil nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass beim Herstellen des Kanals mindestens ein Kanal dadurch ausgebildet wird, dass ein Laserstrahl auf die Abtragungsstruktur gestrahlt wird.
- Bauteil nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Ausbildens des Kanals die folgenden Teilschritte enthält: Messen der Dicke der Abtragungsstruktur; Bereitstellen eines Lasers und Einstellen einer Laserparameterkombination entsprechend der Dicke; und Beleuchten eines Bereichs durch den Laserstrahl, um einen Teil der Abtragungsstruktur bis auf eine nahe an der Dicke liegende Tiefe zu entfernen.
- Bauteil nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal so ausgebildet wird, dass er durch die Abtragungsstruktur verläuft und in den mehreren Halbleiterstrukturen mindestens einen Hohlraum bildet.
- Bauteil nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass für die Abtragungsstruktur mindestens eines der folgenden Materialien verwendet wird: GaAs, Saphir, SiC, GaN und AlN.
- Bauteil nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass solche Materialien verwendet werden, dass die Brechungsindexdifferenz zwischen dem Material des Kanals und dem Material der Abtragungsstruktur größer als 0,1 ist.
- Bauteil nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass als Material für den Kanal mindestens eines der folgenden Materialien verwendet wird: ein Silicidoxid, ein Nitridoxid, ein organisches Polymer, Luft, Galliumnitrid, Aluminiumnitrid, Siliciumcarbid, Zinkoxid und Diamant.
- Bauteil nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt des Ausbildens des Trägers auf der Abtragungsstruktur der Träger durch Elektroplattieren hergestellt wird.
- Bauteil nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt des Ausbildens des Trägers auf der Abtragungsstruktur ein vorbereiteter Träger durch direktes Anbonden, Metallbonden oder Ankleben an der Abtragungsstruktur befestigt wird.
- Bauteil nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtragungsstruktur bis auf unter 20 μm abgearbeitet wird.
- Bauteil nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtragungsstruktur bis auf unter 5 μm abgearbeitet wird.
- Bauteil nach Anspruch 30, gekennzeichnet durch einen Schritt des Entfernens des Halters.
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