DE102011012608A1

DE102011012608A1 - Method for producing light extraction structures in a semiconductor body and light emitting semiconductor bodies

Info

Publication number: DE102011012608A1
Application number: DE201110012608
Authority: DE
Inventors: Lorenzo Zini; Patrick Rode; Dr. Weimar Andreas
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2011-02-28
Filing date: 2011-02-28
Publication date: 2012-08-30
Also published as: WO2012116887A1; TW201242111A

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung von Lichtauskoppelstrukturen (115) in einem Halbleiterkörper (1) angegeben. Bei einem Verfahrensschritt wird der Halbleiterkörper (1) bereitgestellt, der eine zur Lichterzeugung geeignete aktive Zone (120) enthält. Auf einer Oberfläche (111) des Halbleiterkörpers (1) wird eine Maskenschicht (3) hergestellt. Die Maskenschicht (3) weist eine Mehrzahl von Struktureinheiten (30) auf, deren Position und Größe reproduzierbar einstellbar und gezielt eingestellt ist. Die Konturen der Struktureinheiten (30) legen einen von der Maskenschicht (3) unbedeckten Teilbereich (1111) der Oberfläche (111) fest. In einem weiteren Verfahrensschritt wird der Halbleiterkörper (1) an dem von der Maskenschicht (3) unbedeckten Teilbereich (1111) der Oberfläche (111) zur Ausbildung der Lichtauskoppelstrukturen (115) geätzt. Zudem wird ein Licht emittierender Halbleiterkörper (1) angegeben.A method for producing light coupling-out structures (115) in a semiconductor body (1) is specified. In one method step, the semiconductor body (1) is provided which contains an active zone (120) suitable for generating light. A mask layer (3) is produced on a surface (111) of the semiconductor body (1). The mask layer (3) has a plurality of structural units (30), the position and size of which can be reproducibly adjusted and set in a targeted manner. The contours of the structural units (30) define a partial area (1111) of the surface (111) that is uncovered by the mask layer (3). In a further method step, the semiconductor body (1) is etched on the partial area (1111) of the surface (111) that is not covered by the mask layer (3) in order to form the light coupling-out structures (115). In addition, a light-emitting semiconductor body (1) is specified.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Lichtauskoppelstrukturen in einem Halbleiterkörper sowie einen Licht emittierenden Halbleiterkörper.The invention relates to a method for producing light coupling-out structures in a semiconductor body and to a light-emitting semiconductor body.

Ein Verfahren zum Aufrauen einer Oberfläche eines Körpers ist beispielsweise aus der Druckschrift WO 2004/061980 A1 bekannt.A method for roughening a surface of a body is for example from the document WO 2004/061980 A1 known.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von Lichtauskoppelstrukturen in einem Halbleiterkörper anzugeben.It is an object of the present disclosure to provide an improved method for producing light extraction structures in a semiconductor body.

Es wird ein Verfahren zur Herstellung von Lichtauskoppelstrukturen in einem Halbleiterkörper angegeben. Bei dem Verfahren wird der Halbleiterkörper mit den Lichtauskoppelstrukturen versehen. Insbesondere werden die Lichtauskoppelstrukturen in eine Halbleiterschicht des Halbleiterkörpers eingebracht.The invention relates to a method for producing light-outcoupling structures in a semiconductor body. In the method, the semiconductor body is provided with the light extraction structures. In particular, the light extraction structures are introduced into a semiconductor layer of the semiconductor body.

Gemäß einem Schritt des Verfahrens wird ein Halbleiterkörper bereitgestellt, der eine zur Lichterzeugung geeignete aktive Zone enthält. Beispielsweise enthält der Halbleiterkörper eine n-leitende Schicht und eine p-leitende Schicht, zwischen denen die aktive Zone angeordnet ist.According to a step of the method, a semiconductor body is provided, which contains an active zone suitable for generating light. By way of example, the semiconductor body contains an n-conducting layer and a p-conducting layer, between which the active zone is arranged.

Die aktive Zone enthält insbesondere einen pn-Übergang, eine Doppelheterostruktur oder eine Quantentopfstruktur zur Lichterzeugung. Unter ”Licht” wird in der vorliegenden Offenbarung insbesondere elektromagnetische Strahlung im infraroten Spektralbereich, zum Beispiel zwischen 1500 nm und 780 nm, im sichtbaren Spektralbereich, insbesondere zwischen 780 nm und 380 nm, und/oder im ultravioletten Spektralbereich, beispielsweise zwischen 380 nm und 200 nm, verstanden. Die Grenzen der Spektralbereiche sind dabei jeweils eingeschlossen.In particular, the active region includes a pn junction, a double heterostructure, or a quantum well structure for light generation. The term "light" in the present disclosure particularly includes electromagnetic radiation in the infrared spectral range, for example between 1500 nm and 780 nm, in the visible spectral range, in particular between 780 nm and 380 nm, and / or in the ultraviolet spectral range, for example between 380 nm and 200 nm, understood. The limits of the spectral ranges are included.

Der Halbleiterkörper ist beispielsweise ein Leuchtdiodenchip. Er kann zum Beispiel zur Verwendung in der Allgemeinbeleuchtung, für Anzeigevorrichtungen wie Flüssigkristallanzeigevorrichtungen, und/oder für Fahrzeugleuchten wie etwa Scheinwerfer vorgesehen sein.The semiconductor body is, for example, a light-emitting diode chip. It may be provided, for example, for use in general lighting, for display devices such as liquid crystal display devices, and / or for vehicle lights such as headlamps.

Gemäß einem weiteren Schritt des Verfahrens wird eine Maskenschicht auf einer Oberfläche des Halbleiterkörpers hergestellt. Vorzugsweise wird die Maskenschicht auf einer Hauptfläche des Halbleiterkörpers hergestellt, die zum Beispiel eine Lichtauskoppelfläche ist. Beispielsweise ist die Flächennormale der Hauptfläche zumindest im Wesentlichen parallel zu derjenigen Richtung, in der die n-leitenden Schicht, die aktive Zone und die p-leitende Schicht aufeinander gestapelt sind. Beispielsweise wird die Maskenschicht auf einer von der aktiven Zone abgewandten Fläche der n-leitenden Schicht hergestellt.According to a further step of the method, a mask layer is produced on a surface of the semiconductor body. Preferably, the mask layer is formed on a main surface of the semiconductor body, which is, for example, a light outcoupling surface. For example, the surface normal of the main surface is at least substantially parallel to the direction in which the n-type layer, the active region and the p-type layer are stacked on each other. By way of example, the mask layer is produced on a surface of the n-conducting layer which faces away from the active zone.

Das Herstellen der Maskenschicht erfolgt derart, dass sie eine Mehrzahl von Struktureinheiten aufweist, deren Position und Größe reproduzierbar einstellbar und gezielt eingestellt ist. Die Maskenschicht lässt einen ersten Teilbereich der Oberfläche bzw. Hauptfläche des Halbleiterkörpers, auf der die Maskenschicht aufgebracht ist, frei und bedeckt einen zweiten Teilbereich der Oberfläche des Halbleiterkörpers, wobei die Konturen der Struktureinheiten den von der Maskenschicht unbedeckten zweiten Teilbereich der Oberfläche festlegen.The mask layer is produced in such a way that it has a plurality of structural units whose position and size can be reproducibly adjusted and set in a targeted manner. The mask layer leaves a first subarea of the surface or main surface of the semiconductor body, on which the mask layer is applied, exposed and covers a second subarea of the surface of the semiconductor body, the contours of the structural units defining the second subarea of the surface uncovered by the mask layer.

Gemäß einem weiteren Verfahrensschritt wird der Halbleiterkörper an dem von der Maskenschicht unbedeckten ersten Teilbereich der Oberfläche zur Ausbildung der Lichtauskoppelstrukturen geätzt. Das Ätzen erfolgt insbesondere durch die Maskenschicht hindurch.According to a further method step, the semiconductor body is etched on the first partial area of the surface uncovered by the mask layer for forming the light coupling-out structures. The etching takes place in particular through the mask layer.

Vorteilhafterweise wird mittels der gezielt eingestellten Position und Größe der Struktureinheiten eine besonders gut kontrollierte Größe und Position der Lichtauskoppelstrukturen erzielt. Die Orte und die Größen der Lichtauskoppelstrukturen werden insbesondere durch die Maskenschicht festgelegt.Advantageously, a particularly well-controlled size and position of the light extraction structures is achieved by means of the specifically set position and size of the structural units. The locations and the sizes of the light extraction structures are determined in particular by the mask layer.

Bei dem Verfahren gemäß der vorliegenden Offenbarung ist die Gefahr, dass vorangehende Prozessschritte die Größe oder Position der Lichtauskoppelstrukturen beeinflussen, besonders gering. So kann beispielsweise, eine gleichmäßige Strukturierung mit Lichtauskoppelstrukturen erzielt werden.In the method according to the present disclosure, the risk that preceding process steps influence the size or position of the light extraction structures is particularly low. Thus, for example, a uniform structuring can be achieved with Lichtauskoppelstrukturen.

Bei einer Ausgestaltung des Verfahrens sind die Struktureinheiten regelmäßig angeordnet. Beispielsweise sind die Struktureinheiten periodisch angeordnet. Die Struktureinheiten sind z. B. an den Gitterpunkten eines gedachten Gitters auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers angeordnet. Das Gitter ist beispielsweise ein hexagonales Gitter, ein rechteckiges Gitter oder ein quadratisches Gitter.In one embodiment of the method, the structural units are arranged regularly. For example, the structural units are arranged periodically. The structural units are z. B. arranged at the grid points of an imaginary grid on the surface of the semiconductor body. The grid is, for example, a hexagonal grid, a rectangular grid or a square grid.

Bei einer Ausgestaltung des Verfahrens haben alle Struktureinheiten der Maskenschicht die gleichen lateralen Abmessungen. Bei einer alternativen Ausgestaltung weist die Maskenschicht erste Struktureinheiten und zweite Struktureinheiten auf. Beispielsweise haben alle ersten Struktureinheiten die gleichen lateralen Abmessungen und alle zweiten Struktureinheiten haben untereinander die gleichen lateralen Abmessungen, wobei die lateralen Abmessungen der zweiten Struktureinheiten von denen der ersten Struktureinheiten verschieden sind.In one embodiment of the method, all the structural units of the mask layer have the same lateral dimensions. In an alternative embodiment, the mask layer has first structural units and second structural units. For example, all first structural units have the same lateral dimensions and all second structural units have mutually the same lateral dimensions, wherein the lateral dimensions of the second structural units are different from those of the first structural units.

Die ersten und zweiten Struktureinheiten sind beispielsweise jeweils regelmäßig auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers angeordnet. Beispielsweise wechseln sich erste und zweite Struktureinheiten in mindestens einer Richtung ab.The first and second structural units are arranged, for example, in each case regularly on the surface of the semiconductor body. For example, first and second structural units alternate in at least one direction.

Bei einer Ausgestaltung des Verfahrens weist die Maskenschicht eine Mehrzahl von Inseln als Struktureinheiten auf, welche den ersten Teilbereich der Oberfläche des Halbleiterkörpers bedecken. Die einzelnen Inseln sind insbesondere voneinander lateral beabstandet. Sie stellen zum Beispiel separate Teilstücke der Maskenschicht dar. Der von der Maskenschicht unbedeckte erste Teilbereich der Oberfläche des Halbleiterkörpers ist oder hat beispielsweise ein zusammenhängendes Gebiet, welches die voneinander beabstandeten Inseln lateral umschließt.In one embodiment of the method, the mask layer has a plurality of islands as structural units, which cover the first subregion of the surface of the semiconductor body. The individual islands are in particular laterally spaced from each other. They represent, for example, separate sections of the mask layer. The first partial area of the surface of the semiconductor body uncovered by the mask layer has or has, for example, a contiguous area which laterally encloses the spaced-apart islands.

Bei dieser Ausgestaltung werden beim Ätzen des Halbleiterkörpers beispielsweise pyramidenstumpfförmige Lichtauskoppelstrukturen hergestellt. Die Deckflächen der Pyramidenstümpfe grenzen dabei insbesondere an die Inseln der Maskenschicht an und die Querschnittsfläche der Pyramidenstümpfe nimmt im Verlauf von den Inseln in Richtung zu der aktiven Zone hin zu. Beispielsweise stellen die Lichtauskoppelstrukturen Vorsprünge der Oberfläche des Halbleiterkörpers dar, die sich in Richtung von der aktiven Zone hinweg verjüngen. Die Inseln können nach dem Ätzen des Halbleiterkörpers von den Deckflächen, der Pyramidenstümpfe entfernt werden oder auf diesen verbleiben.In this embodiment, for example, truncated pyramidal light output structures are produced during the etching of the semiconductor body. The top surfaces of the truncated pyramids in particular adjoin the islands of the mask layer, and the cross-sectional area of the truncated pyramids increases in the course of the islands in the direction toward the active zone. For example, the light extraction structures represent projections of the surface of the semiconductor body, which taper in the direction away from the active zone. The islands may be removed from or remain on the top surfaces, the truncated pyramids after the etching of the semiconductor body.

Bei einer anderen Ausgestaltung des Verfahrens weist die Maskenschicht alternativ oder zusätzlich zu den Inseln eine Mehrzahl von Öffnungen als Struktureinheiten auf. Die Oberfläche des Halbleiterkörpers ist im Bereich der Öffnungen von der Maskenschicht unbedeckt. Die Öffnungen sind vorzugsweise voneinander lateral beabstandet. Vorzugsweise hat oder ist der zweite Teilbereich der Maskenschicht, der die Oberfläche des Halbleiterkörpers bedeckt, einen zusammenhängenden Teilbereich, der die Öffnungen umschließt.In another embodiment of the method, the mask layer has, as an alternative or in addition to the islands, a plurality of openings as structural units. The surface of the semiconductor body is uncovered by the mask layer in the region of the openings. The openings are preferably laterally spaced from each other. Preferably, the second portion of the mask layer covering the surface of the semiconductor body has or is a continuous portion surrounding the openings.

Beispielsweise werden auf diese Weise Lichtauskoppelstrukturen erzielt, welche Vertiefungen in der Oberfläche des Halbleiterkörpers bilden. Die Vertiefungen sind beispielsweise pyramidenförmig und verjüngen sich in Richtung zu der aktiven Zone hin.For example, in this way light extraction structures are achieved, which form recesses in the surface of the semiconductor body. The recesses are, for example, pyramidal and taper towards the active zone.

Bei einer Ausgestaltung des Verfahrens wird die Maskenschicht vollflächig aufgebracht und nachfolgend zur Ausbildung der Struktureinheiten stellenweise entfernt. Das stellenweise Entfernen der Maskenschicht erfolgt beispielsweise mittels eines trockenchemischen Ätzprozesses wie reaktivem Ionenätzen.In one embodiment of the method, the mask layer is applied over the entire surface and subsequently removed in places to form the structural units. The partial removal of the mask layer takes place, for example, by means of a dry-chemical etching process such as reactive ion etching.

Alternativ kann die Maskenschicht von Anfang an strukturiert aufgebracht werden, beispielsweise indem das Material der Maskenschicht durch eine zweite Maske hindurch auf den Halbleiterkörper aufgebracht wird. Die Öffnungen der zweiten Maske legen in diesem Fall insbesondere die laterale Ausdehnung der Struktureinheiten der Maskenschicht fest.Alternatively, the mask layer can be applied structured from the beginning, for example by the material of the mask layer being applied to the semiconductor body through a second mask. In this case, the openings of the second mask determine, in particular, the lateral extent of the structural units of the mask layer.

Bei einer Ausgestaltung erfolgt das Ätzen des Halbleiterkörpers mittels einem nasschemischen Ätzverfahrens. Das Material der Maskenschicht ist insbesondere derart an das bei dem Ätzverfahren verwendete Ätzmedium angepasst, dass es beim Ätzen des Halbleiterkörpers nicht oder nur wenig angegriffen wird. Auf diese Weise ist der von der Maskenschicht bedeckte zweite Teilbereich der Oberfläche des Halbleiterkörpers während des Ätzens durch die Maskenschicht vor dem Ätzmedium geschützt. Bei einer Ausgestaltung des Verfahrens weist die Maskenschicht ein Metall, ein Siliziumnitrid wie Si₃N₄, SiO₂ (Siliziumdioxid) und/oder Al₂O₃ auf oder besteht aus mindestens einem dieser Materialien.In one embodiment, the etching of the semiconductor body is effected by means of a wet-chemical etching process. The material of the mask layer is in particular adapted to the etching medium used in the etching process in such a way that it is not or only slightly attacked during the etching of the semiconductor body. In this way, the second portion of the surface of the semiconductor body covered by the mask layer is protected from the etching medium during the etching by the mask layer. In one embodiment of the method, the mask layer comprises a metal, a silicon nitride such as Si ₃ N ₄ , SiO ₂ (silicon dioxide) and / or Al ₂ O ₃ or consists of at least one of these materials.

Beispielsweise wird als Ätzmedium für den nasschemischen Ätzprozess Phosphorsäure (H₃PO₄) verwendet. In diesem Fall wird vorzugsweise SiO₂ als Material für die Maskenschicht verwendet. Alternativ kann beispielsweise Kalilauge (KOH) für das nasschemische Ätzen des Halbleiterkörpers verwendet werden. In diesem Fall wird vorzugsweise Siliziumnitrid als Material für die Maskenschicht verwendet.For example, phosphoric acid (H ₃ PO ₄ ) is used as the etching medium for the wet-chemical etching process. In this case, SiO ₂ is preferably used as the material for the mask layer. Alternatively, for example, potassium hydroxide (KOH) can be used for the wet-chemical etching of the semiconductor body. In this case, silicon nitride is preferably used as the material for the mask layer.

Beispielsweise bei einem Halbleiterkörper auf Basis des Halbleitermaterials AlInGaN wird das Halbleitermaterial durch Phosphorsäure oder Kalilauge anistrop geätzt. Insbesondere werden verschiedene kristallographische Ebenen dieses Halbleitermaterials unterschiedlich schnell geätzt.For example, in the case of a semiconductor body based on the semiconductor material AlInGaN, the semiconductor material is etched anistropically by phosphoric acid or potassium hydroxide solution. In particular, different crystallographic levels of this semiconductor material are etched at different rates.

Auf diese Weise werden bei dem Verfahren Lichtauskoppelstrukturen ausgebildet, welche die Form von Pyramidenstümpfen oder Pyramiden haben. Die Pyramiden bzw. Pyramidenstümpfe haben zwölf Facetten, wenn Phosphorsäure als Ätzmedium verwendet wird. Wenn Kalilauge als Ätzmedium verwendet wird, haben sie sechs Facetten. Dabei ist die Ätzrate der Facetten insbesondere geringer als in anderen Kristallrichtungen.In this way, in the method Lichtauskoppelstrukturen be formed, which have the shape of truncated pyramids or pyramids. The pyramids or truncated pyramids have twelve facets when phosphoric acid is used as the etching medium. When potassium hydroxide solution is used as the etching medium, it has six facets. In particular, the etching rate of the facets is lower than in other crystal directions.

Mit Vorteil verringert sich bei aufgrund der Anisotropie des Ätzprozesses die Ätzrate, wenn eine Ätztiefe erreicht ist, bei der die Facetten zweier benachbarter Pyramiden aufeinandertreffen, da sich die Ebenen dann aufgrund des anisotropen Ätzverhaltens gegenseitig behindern.Advantageously, due to the anisotropy of the etching process, the etch rate decreases when an etch depth is reached at which the facets of two adjacent pyramids meet because the planes then interfere with one another due to the anisotropic etch behavior.

Zusätzlich ist dem Verfahren, insbesondere aufgrund der Anisotropie des Ätzprozesses, die Unterätzung an den Rändern der Struktureinheiten mit Vorteil besonders gering. Auf diese Weise kann auch bei längerem Ätzen die Pyramidenhöhe durch die Anordnung der Hartmasken kontrolliert und reproduzierbar eingestellt werden.In addition, the method, in particular due to the anisotropy of the etching process, the undercut at the edges of the structural units with advantage particularly low. In this way, even with prolonged etching the pyramid height through the Arrangement of the hard masks controlled and reproducible set.

Die Ätztiefe, bei der die Facetten benachbarter Pyramiden aufeinandertreffen, kann auf diese Weise durch den Abstand der Struktureinheiten zueinander eingestellt werden. Sie hängt zusätzlich vom Neigungswinkel der Facetten ab, der von der kristallographischen Orientierung des Halbleitermaterials vorgegeben ist. Die kristallographische Orientierung kann beim epitaktischen Aufwachsen des Halbleiterkörpers reproduzierbar eingestellt sein, zum Beispiel mittels der Gitterkonstante des Aufwachssubstrats.The etch depth, at which the facets of adjacent pyramids meet, can be adjusted in this way by the distance of the structural units to each other. It also depends on the angle of inclination of the facets, which is determined by the crystallographic orientation of the semiconductor material. The crystallographic orientation can be reproducibly set during the epitaxial growth of the semiconductor body, for example by means of the lattice constant of the growth substrate.

Auf diese Weise ist die Größe, insbesondere die Höhe und/oder die lateralen Abmessung, der Lichtauskoppelstrukturen reproduzierbar einstellbar und mittels der Maskenschicht gezielt eingestellt. Die Gefahr eines zu starken oder zu schwachen Ätzens, das mit dem Verlust von Lichtextraktionseffizienz einhergehen kann, ist so besonders gering.In this way, the size, in particular the height and / or the lateral dimension, of the light outcoupling structures is reproducibly adjustable and adjusted in a targeted manner by means of the mask layer. The risk of too much or too little etching, which can be associated with the loss of light extraction efficiency, is thus particularly low.

Bei einer Ausgestaltung des Verfahrens wird das Ätzen des Halbleiterkörpers so durchgeführt, dass die Ätztiefe beim Ätzen des Halbleiterkörpers ≥ 200 nm ist. Beispielsweise ist sie ≥ 600 nm, vorzugsweise ≥ 1 μm, insbesondere ≥ 1,5 μm, ist. Bei einer Weiterbildung ist die Ätztiefe ≤ 4 μm, insbesondere ≤ 3 μm.In one embodiment of the method, the etching of the semiconductor body is performed such that the etching depth during etching of the semiconductor body is ≥ 200 nm. For example, it is ≥ 600 nm, preferably ≥ 1 μm, in particular ≥ 1.5 μm. In a further development, the etching depth is ≦ 4 μm, in particular ≦ 3 μm.

Die lateralen Abmessungen der Struktureinheiten können beispielsweise auf einen Wert zwischen 100 nm und 10 μm eingestellt sein, wobei die Grenzen eingeschlossen sind. Die lateralen Abmessungen der Struktureinheiten sind vorzugsweise auf einen Wert von ≥ 500 nm, insbesondere von ≥ 600 nm und besonders bevorzugt von ≥ 1,5 μm, eingestellt. Bei einer Ausgestaltung sind laterale Abmessungen von ≤ 4 μm, insbesondere von ≤ 3 μm, eingestellt.The lateral dimensions of the structural units can be set, for example, to a value between 100 nm and 10 μm, the limits being included. The lateral dimensions of the structural units are preferably set to a value of ≥ 500 nm, in particular of ≥ 600 nm and particularly preferably of ≥ 1.5 μm. In one embodiment, lateral dimensions of .ltoreq.4 .mu.m, in particular of .ltoreq.3 .mu.m, are set.

Der laterale Abstand zwischen den Struktureinheiten ist beispielsweise auf einen Wert zwischen 100 nm und 10 μm, vorzugsweise zwischen 500 nm und 5 μm, eingestellt, wobei die Grenzen jeweils eingeschlossen sind.The lateral distance between the structural units is set, for example, to a value between 100 nm and 10 .mu.m, preferably between 500 nm and 5 .mu.m, the boundaries being included in each case.

Die laterale Abmessung ist insbesondere der Durchmesser des kleinsten Kreises, der in Draufsicht auf die von der Maskenschicht bedeckte Oberfläche die Struktureinheit vollständig umschließt. Bei einer kreisförmigen Struktureinheit ist dies der Durchmesser der Struktureinheit selbst.The lateral dimension is in particular the diameter of the smallest circle which completely encloses the structural unit in a plan view of the surface covered by the mask layer. For a circular structural unit, this is the diameter of the structural unit itself.

Der laterale Abstand der Struktureinheiten wird insbesondere zwischen den geometrischen Schwerpunkten der Struktureinheiten gemessen. Der laterale Abstand kann dabei in verschiedenen Richtungen unterschiedlich sein, zum Beispiel wenn die Struktureinheiten an den Gitterpunkten eines gedachten Rechteck-Gitters angeordnet sind, oder er kann für die in verschiedenen Richtungen benachbarten Struktureinheiten gleich sein, etwa wenn die Struktureinheiten an den Gitterpunkten eines gedachten regelmäßigen hexagonalen Gitters oder eines quadratischen Gitters angeordnet sind.The lateral spacing of the structural units is measured in particular between the geometric centers of gravity of the structural units. The lateral distance may be different in different directions, for example if the structural units are arranged at the lattice points of an imaginary rectangular lattice, or it may be the same for the structural units adjacent in different directions, for example if the structural units at the lattice points of an imaginary regular hexagonal grid or a square grid are arranged.

Bei einer Ausgestaltung des Verfahrens wird der Halbleiterkörper zunächst auf einem Aufwachssubstrat epitaktisch aufgewachsen. Nachfolgend wird das Aufwachssubstrat vom Halbleiterkörper abgelöst.In one embodiment of the method, the semiconductor body is first grown epitaxially on a growth substrate. Subsequently, the growth substrate is detached from the semiconductor body.

Das Aufbringen der Maskenschicht erfolgt in diesem Fall vorzugsweise auf derjenigen Oberfläche des Halbleiterkörpers, die beim Ablösen des Aufwachssubstrats freigelegt wird. Die beim Ablösen des Aufwachssubstrats freigelegte Oberfläche des Halbleiterkörpers ist beispielsweise die von der aktiven Zone abgewandte Oberfläche der n-leitenden Schicht des Halbleiterkörpers.The application of the mask layer in this case preferably takes place on that surface of the semiconductor body which is exposed upon detachment of the growth substrate. The surface of the semiconductor body exposed upon detachment of the growth substrate is, for example, the surface of the n-conductive layer of the semiconductor body which faces away from the active zone.

Es wird ein Licht emittierender Halbleiterkörper angegeben. Der Licht emittierende Halbleiterkörper hat eine zur Lichterzeugung vorgesehene aktive Zone. Beispielsweise ist die aktive Zone zwischen einer n-leitenden Schicht und einer p-leitenden Schicht angeordnet. Die aktive Zone enthält insbesondere einen pn-Übergang, eine Doppelheterostruktur oder eine Quantentopfstruktur zur Lichterzeugung.It is specified a light-emitting semiconductor body. The semiconductor light-emitting body has an active zone for generating light. By way of example, the active zone is arranged between an n-type layer and a p-type layer. In particular, the active region includes a pn junction, a double heterostructure, or a quantum well structure for light generation.

Der Halbleiterkörper weist eine Vielzahl von Lichtauskoppelstrukturen an einer seiner Oberflächen auf, insbesondere an einer seiner Hauptflächen wie der von der aktiven Zone abgewandten Oberfläche der n-leitenden Schicht oder der von der aktiven Zone abgewandten Oberfläche der p-leitenden Schicht. Die Lichtauskoppelstrukturen sind beispielsweise mit dem vorstehend beschriebenen Verfahren hergestellt.The semiconductor body has a multiplicity of light coupling-out structures on one of its surfaces, in particular on one of its main surfaces, such as the surface of the n-conducting layer facing away from the active zone or the surface of the p-conducting layer facing away from the active zone. The light extraction structures are produced for example by the method described above.

Bei einer Ausgestaltung haben die Lichtauskoppelstrukturen jeweils die Form einer Pyramide oder eines Pyramidenstumpfs. Insbesondere haben die Lichtauskoppelstrukturen jeweils sechs Facetten oder jeweils zwölf Facetten. Die Facetten sind die Seitenflächen der Pyramide bzw. des Pyramidenstumpfs und verbinden die Grundfläche mit der Spitze der Pyramide oder der Deckfläche des Pyramidenstumpfs.In one embodiment, the light extraction structures each have the shape of a pyramid or a truncated pyramid. In particular, the light extraction structures each have six facets or twelve facets each. The facets are the sides of the pyramid or the truncated pyramid and connect the base with the top of the pyramid or the top surface of the truncated pyramid.

Alle Lichtauskoppelstrukturen der Vielzahl von Lichtauskoppelstrukturen haben die gleiche Höhe und die gleiche Grundfläche. In einer Richtung benachbarte Lichtauskoppelstrukturen der Vielzahl von Lichtauskoppelstrukturen haben jeweils den gleichen lateralen Abstand voneinander, insbesondere gemessen zwischen den geometrischen Schwerpunkten der Lichtauskoppelstrukturen. Bei einer Weiterbildung ist der laterale Abstand jeweils einer Lichtauskoppelstruktur zu allen unmittelbar benachbarten Lichtauskoppelstrukturen gleich groß.All Lichtauskoppelstrukturen the plurality of Lichtauskoppelstrukturen have the same height and the same footprint. Luminous outcoupling structures of the plurality of light outcoupling structures which are adjacent in one direction each have the same lateral spacing from each other, in particular measured between the geometric centers of gravity of the light outcoupling structures. In a further development, the lateral distance is one each Lichtauskoppelstruktur to all immediately adjacent Lichtauskoppelstrukturen same size.

Die Höhe, der laterale Abstand und die Ausdehnung der Grundfläche der Lichtauskoppelstrukturen sind beispielsweise jeweils ≥ 200 nm. Vorzugsweise sind die Höhe, der laterale Abstand und die Ausdehnung der Grundfläche der Lichtauskoppelstrukturen jeweils ≥ 600 nm. Die Ausdehnung der Grundfläche der Lichtauskoppelstrukturen ist beispielsweise der Durchmesser des kleinsten Kreises, welcher die Grundfläche vollständig enthält. Sind beispielsweise die Lichtauskoppelstrukturen pyramidenförmig oder pyramidenstumpfförmig mit einer gleichseitig sechseckigen oder zwölfeckigen Grundfläche, ist die laterale Ausdehnung der Abstand zweier gegenüberliegender Ecken des gleichseitigen Sechsecks oder Zwölfecks, welches die Grundfläche bildet.The height, the lateral distance and the extent of the base area of the light coupling-out structures are for example 200 nm in each case. The height, the lateral distance and the extent of the base area of the light coupling-out structures are each preferably ≥ 600 nm. The extent of the base area of the light coupling-out structures is for example the diameter of the smallest circle, which completely contains the base area. For example, if the Lichtauskoppelstrukturen pyramidal or truncated pyramidal with an equilateral hexagonal or dodecagonal base surface, the lateral extent of the distance between two opposite corners of the equilateral hexagon or dodecagon, which forms the base.

Bei einer Weiterbildung hat der Halbleiterkörper eine erste Vielzahl solcher Lichtauskoppelstrukturen und eine zweite Vielzahl solcher Lichtauskoppelstrukturen. Die Höhe und die Ausdehnung der Grundfläche der Lichtauskoppelstrukturen der ersten Vielzahl von Lichtauskoppelstrukturen sind untereinander gleich. Die Höhe und die Ausdehnung der Grundflächen der Lichtauskoppelstrukturen der zweiten Vielzahl von Lichtauskoppelstrukturen sind ebenfalls untereinander gleich, jedoch von der Höhe bzw. Ausdehnung der Lichtauskoppelstrukturen der ersten Vielzahl verschieden.In a development, the semiconductor body has a first plurality of such light extraction structures and a second plurality of such light extraction structures. The height and the extent of the base area of the light extraction structures of the first plurality of light extraction structures are equal to one another. The height and extent of the base areas of the light extraction structures of the second plurality of light extraction structures are also equal to one another, but different from the height or extent of the light extraction structures of the first plurality.

Bei einer Ausgestaltung sind die Lichtauskoppelstrukturen als pyramiden- oder pyramidenstumpfförmige Vorsprünge der Oberfläche des Halbleiterkörpers ausgebildet. Alternativ können die Lichtauskoppelstrukturen beispielsweise als pyramiden- oder pyramidenstumpfförmige Vertiefungen in der Oberfläche ausgebildet sein.In one embodiment, the light extraction structures are formed as pyramidal or truncated pyramidal projections of the surface of the semiconductor body. Alternatively, the light extraction structures may be formed, for example, as pyramid or truncated pyramidal depressions in the surface.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den im Folgenden im Zusammenhang mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen des Verfahrens und des Licht emittierenden Halbleiterkörpers.Further advantages and advantageous embodiments will become apparent from the embodiments of the method and the light-emitting semiconductor body described below in connection with the figures.

Es zeigen:Show it:

1A einen schematischen Querschnitt durch einen Halbleiterkörper bei einem ersten Stadium eines Verfahrens zur Herstellung von Lichtauskoppelstrukturen gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, 1A a schematic cross section through a semiconductor body at a first stage of a method for producing light extraction structures according to a first embodiment,

1B einen schematischen Querschnitt durch den Halbleiterkörper bei einem zweiten Stadium des Verfahrens gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, 1B a schematic cross section through the semiconductor body in a second stage of the method according to the first embodiment,

2A einen schematischen Querschnitt durch den Halbleiterkörper bei einem dritten Stadium des Verfahrens gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, 2A a schematic cross section through the semiconductor body in a third stage of the method according to the first embodiment,

2B einen schematischen Querschnitt durch den Halbleiterkörper bei einem vierten Stadium des Verfahrens gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, 2 B a schematic cross section through the semiconductor body in a fourth stage of the method according to the first embodiment,

2C einen schematischen Querschnitt durch den Halbleiterkörper bei einem fünften Stadium des Verfahrens gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, 2C a schematic cross section through the semiconductor body in a fifth stage of the method according to the first embodiment,

3 einen schematischen Querschnitt durch den Licht emittierenden Halbleiterkörper bei einem sechsten Stadium des Verfahrens gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, 3 a schematic cross section through the light-emitting semiconductor body in a sixth stage of the method according to the first embodiment,

4 einen schematischen Querschnitt durch einen Licht emittierenden Halbleiterkörper bei einem Stadium eines Verfahrens zur Herstellung von Lichtauskoppelstrukturen gemäß einem zweiten exemplarischen Ausführungsbeispiel, 4 a schematic cross section through a light-emitting semiconductor body at a stage of a method for producing Lichtauskoppelstrukturen according to a second exemplary embodiment,

5 eine schematische Draufsicht auf einen Ausschnitt einer Oberfläche des Halbleiterkörpers gemäß der 2C, 5 a schematic plan view of a section of a surface of the semiconductor body according to the 2C .

6 eine schematische Draufsicht auf einen Teil einer Oberfläche eines Halbleiterkörpers bei einem Stadium eines Verfahrens zur Herstellung von Lichtauskoppelstrukturen gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel, 6 a schematic plan view of a part of a surface of a semiconductor body at a stage of a method for producing Lichtauskoppelstrukturen according to a third embodiment,

7 eine schematische perspektivische Ansicht des mit dem Verfahren gemäß dem dritten exemplarischen Ausführungsbeispiel hergestellten Halbleiterkörpers, 7 FIG. 2 shows a schematic perspective view of the semiconductor body produced by the method according to the third exemplary embodiment, FIG.

8A eine schematische Draufsicht auf eine Lichtauskoppelstruktur des Verfahrens gemäß dem ersten exemplarischen Ausführungsbeispiel, 8A FIG. 2 a schematic plan view of a light extraction structure of the method according to the first exemplary embodiment, FIG.

8B eine schematische Draufsicht auf eine Lichtauskoppelstruktur gemäß einer Variante des Verfahrens gemäß dem ersten exemplarischen Ausführungsbeispiel, und 8B a schematic plan view of a Lichtauskoppelstruktur according to a variant of the method according to the first exemplary embodiment, and

8C eine schematische Draufsicht auf eine Lichtauskoppelstruktur gemäß dem Verfahren des dritten exemplarischen Ausführungsbeispiels. 8C a schematic plan view of a Lichtauskoppelstruktur according to the method of the third exemplary embodiment.

Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder zur besseren Verständlichkeit übertrieben groß dargestellt sein.The same, similar or equivalent elements are provided in the figures with the same reference numerals. The figures and the proportions of the elements shown in the figures with each other are not to be considered to scale. Rather, individual elements can be used for better representability and / or for greater clarity be exaggerated.

Die 1A bis 3 zeigen ein Verfahren zur Herstellung von Lichtauskoppelstrukturen 115 in einem Halbleiterkörper 1 in schematischen Querschnitten durch den Halbleiterkörper 1 bei verschiedenen Stadien des Verfahrens.The 1A to 3 show a method for producing light extraction structures 115 in a semiconductor body 1 in schematic cross sections through the semiconductor body 1 at different stages of the procedure.

1A zeigt den Halbleiterkörper 1 in einem schematischen Querschnitt bei einem ersten Stadium des Verfahrens. In diesem Stadium ist der Halbleiterkörper 1 mit einem Aufwachssubstrat 2 verbunden. Der Halbleiterkörper weist insbesondere eine Mehrzahl von Halbleiterschichten 110, 120, 130 auf, die epitaktisch auf dem Aufwachssubstrat 2 abgeschieden sind. 1A shows the semiconductor body 1 in a schematic cross section at a first stage of the process. At this stage, the semiconductor body is 1 with a growth substrate 2 connected. In particular, the semiconductor body has a plurality of semiconductor layers 110 . 120 . 130 on, which epitaxially on the growth substrate 2 are separated.

Bei den Halbleiterschichten 110, 120, 130 handelt es sich insbesondere um eine n-leitende Schicht 110, eine aktive Zone 120 und eine p-leitende Schicht 130. Die aktive Zone 120 ist zweckmäßigerweise zwischen der n-leitenden Schicht 110 und der p-leitenden Schicht 130 angeordnet. Sie weist insbesondere einen pn-Übergang, eine Doppelheterostruktur oder eine Quantentopfstruktur auf, mittels der sie zur Lichterzeugung geeignet ist.In the semiconductor layers 110 . 120 . 130 it is in particular an n-conducting layer 110 , an active zone 120 and a p-type layer 130 , The active zone 120 is suitably between the n-type layer 110 and the p-type layer 130 arranged. In particular, it has a pn junction, a double heterostructure or a quantum well structure, by means of which it is suitable for generating light.

Vorliegend ist die n-leitende Schicht 110 dem Aufwachssubstrat 2 zugewandt. Mit anderen Worten werden auf dem Aufwachssubstrat 2 zunächst die n-leitende Schicht 110, nachfolgende die aktive Zone 120 und nachfolgend auf die aktive Zone 120 die p-leitende Schicht 130 des Halbleiterkörpers 1 abgeschieden.The present is the n-type layer 110 the growth substrate 2 facing. In other words, on the growth substrate 2 first the n-conducting layer 110 , subsequent the active zone 120 and subsequently to the active zone 120 the p-type layer 130 of the semiconductor body 1 deposited.

Der Halbleiterkörper 1 basiert beispielsweise auf dem Halbleitermaterial AlInGaN. Das Aufwachssubstrat ist beispielsweise ein Saphir- oder Silizium-Substrat.The semiconductor body 1 is based, for example, on the semiconductor material AlInGaN. The growth substrate is, for example, a sapphire or silicon substrate.

1B zeigt einen schematischen Querschnitt durch den Halbleiterkörper 1 bei einem zweiten Stadium des Verfahrens, das dem ersten Stadium nachfolgt. Bei diesem Stadium ist das Aufwachssubstrat 2 von dem Halbleiterkörper 1 abgelöst und von diesem entfernt. 1B shows a schematic cross section through the semiconductor body 1 at a second stage of the procedure following the first stage. At this stage, the growth substrate is 2 from the semiconductor body 1 detached and removed from this.

Die Entfernung des Aufwachssubstrats 2 erfolgt beispielsweise mittels eines Laser-Lift-Off-Verfahrens (LLO-Verfahren, Laser-Ablöse-Verfahren). Ein Laser-Lift-Off-Verfahren ist insbesondere nützlich, wenn es sich bei dem Aufwachssubstrat 2 um ein Saphir-Substrat handelt. Laser-Lift-Off-Verfahren sind dem Fachmann im Prinzip bekannt und werden daher an dieser Stelle nicht näher erläutert.The removal of the growth substrate 2 takes place, for example, by means of a laser lift-off method (LLO method, laser detachment method). A laser lift-off method is particularly useful when dealing with the growth substrate 2 is a sapphire substrate. Laser lift-off methods are known in principle to the person skilled in the art and are therefore not explained in detail here.

Alternativ kann das Aufwachssubstrat 2 mittels eines nasschemischen Verfahrens von dem Halbleiterkörper 1 entfernt sein. Ein nasschemisches Verfahren zur Substratentfernung ist beispielsweise bei einem Silizium-Substrat gut geeignet. Nasschemische Verfahren zur Substratentfernung sind dem Fachmann ebenfalls prinzipiell bekannt und werden daher an dieser Stelle nicht näher erläutert.Alternatively, the growth substrate 2 by a wet chemical method of the semiconductor body 1 be distant. A wet chemical method of substrate removal is well suited, for example, to a silicon substrate. Wet-chemical methods for substrate removal are also known in principle to the person skilled in the art and are therefore not explained in more detail here.

Nach dem Ablösen des Aufwachssubstrats 2 ist eine Hauptfläche 111 des Halbleiterkörpers 1 freigelegt. Insbesondere ist die Hauptfläche 111 eine Oberfläche der n-leitenden Schicht 110. Die Oberfläche 111 ist insbesondere an der der aktiven Zone 120 gegenüberliegenden Seite der n-leitenden Schicht angeordnet.After detachment of the growth substrate 2 is a major area 111 of the semiconductor body 1 exposed. In particular, the main surface 111 a surface of the n-type layer 110 , The surface 111 is especially at the active zone 120 arranged opposite side of the n-type layer.

Der Halbleiterkörper 1 kann in diesem oder in anderen Ausführungsbeispielen dazu vorgesehen sein, von der aktiven Zone 120 erzeugtes Licht von der. Hauptfläche 111 zu emittieren. In diesem Fall stellt die Oberfläche 111 eine Lichtauskoppelfläche des Halbleiterkörpers 1 dar.The semiconductor body 1 may be provided in this or other embodiments, from the active zone 120 generated light from the. main area 111 to emit. In this case, the surface presents 111 a light output surface of the semiconductor body 1 represents.

2A zeigt einen schematischen Querschnitt durch den Halbleiterkörper 1 bei einem dritten Stadium des Verfahrens gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, welches dem zweiten Stadium nachfolgt. Bei diesem dritten Stadium wird auf die freigelegte Oberfläche 111 der n-leitenden Schicht 110 eine Maskenschicht 3 aufgebracht. 2A shows a schematic cross section through the semiconductor body 1 at a third stage of the method according to the first embodiment, which follows the second stage. At this third stage is on the exposed surface 111 the n-type layer 110 a mask layer 3 applied.

Vorliegend wird die Maskenschicht 3 zunächst vollflächig auf die Oberfläche 111 des Halbleiterkörpers 1 aufgebracht. Die Maskenschicht weist beispielsweise ein Siliziumnitrid wie Si₃N₄ auf oder besteht daraus.In the present case, the mask layer 3 first full surface on the surface 111 of the semiconductor body 1 applied. The mask layer comprises, for example, a silicon nitride such as Si ₃ N ₄ or consists thereof.

2B zeigt einen schematischen Querschnitt durch den Halbleiterkörper 1 bei einem nachfolgenden vierten Stadium des Verfahrens gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Bei dem vierten Stadium wird die vollflächig aufgebrachte Maskenschicht 3 strukturiert. 2 B shows a schematic cross section through the semiconductor body 1 at a subsequent fourth stage of the method according to the first embodiment. In the fourth stage, the mask layer applied over the entire area is applied 3 structured.

Hierzu wird die Maskenschicht 3 stellenweise mit einer Schutzschicht 4 versehen. Bei der Schutzschicht 4 handelt es sich beispielsweise um eine Fotolackschicht. Die Fotolackschicht 4 wird beispielsweise zunächst vollflächig auf die von dem Halbleiterkörper 1 abgewandte Seite der Maskenschicht 3 aufgetragen und dann mittels Belichtung durch eine Maske und Entwickeln stellenweise wieder von der Maskenschicht 3 entfernt. Auf diese Weise bleiben einzelne Teilbereiche 30 der Maskenschicht von der Schutzschicht 4 bedeckt und andere Teilbereiche der Maskenschicht 3 werden wieder freigelegt.For this, the mask layer 3 in places with a protective layer 4 Mistake. At the protective layer 4 it is for example a photoresist layer. The photoresist layer 4 For example, first of all, the entire surface of the semiconductor body 1 opposite side of the mask layer 3 applied and then by exposure through a mask and developing again in places of the mask layer 3 away. In this way, individual sections remain 30 the mask layer from the protective layer 4 covered and other portions of the mask layer 3 will be exposed again.

Nachfolgend werden die freigelegten Teilbereiche 35 der Maskenschicht 3 entfernt. Die Entfernung erfolgt beispielsweise mittels reaktiven Ionenätzens (RIE, reactive ion etching), in 2B angedeutet durch die Pfeile 5. Die Ionen treffen auf die freigelegten Teilbereiche 35 der Maskenschicht 3 und entfernen diese, während die Schutzschicht 4 die von ihr bedeckten Teilbereiche 30 vor den Ionen schützt, sodass diese Teilbereiche nicht entfernt werden. Auf diese Weise wird ein erster Teilbereich 1111 der Oberfläche 111 ausgebildet, der von der Maskenschicht 3 unbedeckt ist, während ein zweiter Teilbereich 1112 der Oberfläche 111 von den Teilbereichen 30 der Maskenschicht 3 bedeckt bleibt.Below are the uncovered sections 35 the mask layer 3 away. The removal takes place, for example, by means of reactive ion etching (RIE), in 2 B indicated by the arrows 5 , The ions hit the exposed parts 35 the mask layer 3 and remove these while the protective layer 4 the subregions covered by it 30 Protects against the ions, so that these parts are not removed. This will become a first subarea 1111 the surface 111 formed by the mask layer 3 uncovered while a second subarea 1112 the surface 111 from the subareas 30 the mask layer 3 remains covered.

2C zeigt einen schematischen Querschnitt durch den Halbleiterkörper bei einem nachfolgenden, fünften Stadium des Verfahrens gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Bei dem fünften Verfahrensstadium ist die Schutzschicht 4 wieder von dem Halbleiterkörper entfernt. Es verbleiben die während des reaktiven Ionenätzens von der Schützschicht 4 überdeckten Teilbereiche 30 der Maskenschicht 3 auf der Oberfläche 111 des Halbleiterkörpers 1. Diese Teilbereiche bilden einzelne Struktureinheiten 30 der Maskenschicht 3. 2C shows a schematic cross section through the semiconductor body in a subsequent, fifth stage of the method according to the first embodiment. At the fifth stage of the process, the protective layer is 4 removed again from the semiconductor body. Remain from the contactor during reactive ion etching 4 covered subareas 30 the mask layer 3 on the surface 111 of the semiconductor body 1 , These subareas form individual structural units 30 the mask layer 3 ,

Die Höhe h_M der Struktureinheiten 30 beträgt beispielsweise 300 bis 400 nm. Dies entspricht insbesondere der Dicke der im dritten Stadium vollflächig aufgebrachten Maskenschicht 3 (siehe 2A).The height h _{M of} the structural units 30 is, for example, 300 to 400 nm. This corresponds in particular to the thickness of the mask layer applied in full surface in the third stage 3 (please refer 2A ).

Die Position der Struktureinheiten 30 auf der Oberfläche 111 des Halbleiterkörpers 1 sowie die laterale Ausdehnung d der Struktureinheiten 30 und der Abstand a benachbarter Struktureinheiten 30 ist mittels der fototechnisch strukturierten Schutzschicht 4 gezielt eingestellt. Die Positionen und Größen a, d der Struktureinheiten 30 sind dabei mit der Belichtungsmaske der Fototechnik reproduzierbar einstellbar. Auf diese Weise ist eine Maskenschicht 3 erzielt, deren Struktureinheiten 30 in regelmäßigen Abständen angeordnet sind.The position of the structural units 30 on the surface 111 of the semiconductor body 1 and the lateral extent d of the structural units 30 and the distance a of adjacent structural units 30 is by means of the phototechnically structured protective layer 4 targeted. The positions and sizes a, d of the structural units 30 are reproducibly adjustable with the exposure mask of the photo technology. This is a mask layer 3 achieved, their structural units 30 arranged at regular intervals.

Die laterale Ausdehnung d der Struktureinheiten 30 ist beispielsweise auf einen Wert zwischen 100 nm und 10 μm, insbesondere zwischen 300 nm und 3 μm eingestellt, wobei die Grenzen jeweils eingeschlossen sind. Der laterale Abstand a benachbarter Struktureinheiten ist beispielsweise auf Werte zwischen 100 nm und 10 μm, insbesondere zwischen 600 nm und 5 μm eingestellt.The lateral extent d of the structural units 30 is for example set to a value between 100 nm and 10 .mu.m, in particular between 300 nm and 3 .mu.m, the limits being included in each case. The lateral distance a of adjacent structural units is set, for example, to values between 100 nm and 10 μm, in particular between 600 nm and 5 μm.

5 zeigt eine schematische Draufsicht auf die Oberfläche 111 des Halbleiterkörpers 1 bei dem fünften Verfahrensstadium, das in 2C im Querschnitt dargestellt ist. In dieser Figur ist die regelmäßige Anordnung der Struktureinheiten 30 zu sehen. 5 shows a schematic plan view of the surface 111 of the semiconductor body 1 at the fifth stage of the procedure, which is in 2C is shown in cross section. In this figure, the regular arrangement of the structural units 30 to see.

Vorliegend sind die Struktureinheiten 30 an den Gitterpunkten eines gedachten hexagonalen Gitters auf der Oberfläche 111 angeordnet. Die einzelnen Struktureinheiten 30 stellen eine Mehrzahl voneinander lateral beabstandeter Inseln 30 dar, welche die Oberfläche 111 stellenweise bedecken. Die Konturen der Inseln 30 legen den von der Maskenschicht 3 unbedeckten Teilbereich 1111 der Oberfläche 111 fest.Here are the structural units 30 at the grid points of an imaginary hexagonal grid on the surface 111 arranged. The individual structural units 30 represent a plurality of laterally spaced apart islands 30 which is the surface 111 cover in places. The contours of the islands 30 put that from the mask layer 3 uncovered subarea 1111 the surface 111 firmly.

Nachfolgend wird der Halbleiterkörper 1 mit einem nasschemischen Verfahren durch die Maskenschicht 1 hindurch geätzt. Dabei wird die n-leitende Schicht 110 ausgehend von dem ersten Teilbereich 1111 der Oberfläche 111, der von den Struktureinheiten 30 unbedeckt ist, teilweise abgetragen. Der Ätzprozess wird zweckmäßigerweise gestoppt, bevor die aktive Zone 120 freigelegt wird. Beispielsweise beträgt die Ätztiefe h_L 1 μm oder mehr. Vorzugsweise ist die Ätztiefe h_L ≤ 4 μm.Subsequently, the semiconductor body 1 with a wet-chemical process through the mask layer 1 etched through. In this case, the n-type layer 110 starting from the first subarea 1111 the surface 111 , of the structural units 30 is uncovered, partially worn. The etching process is conveniently stopped before the active zone 120 is exposed. For example, the etching depth h _{L is} 1 μm or more. Preferably, the etching depth h _L ≤ 4 microns.

Der Ätzprozess wird beispielsweise mit Kalilauge (KOH) durchgeführt. Die Kalilauge ätzt das AlInGaN-Halbleitermaterial der n-leitenden Schicht 110 anisotrop, wobei bestimmte kristallographische Ebenen schneller geätzt werden als andere. Auf diese Weise werden bei dem Ätzverfahren Lichtauskoppelstrukturen 115 ausgebildet, welche die Form von Pyramidenstümpfen mit einer sechseckigen Grundfläche haben.The etching process is carried out, for example, with potassium hydroxide (KOH). The potassium hydroxide etches the AlInGaN semiconductor material of the n-type layer 110 anisotropic, whereby certain crystallographic planes are etched faster than others. In this way, in the etching process Lichtauskoppelstrukturen 115 formed, which have the shape of truncated pyramids with a hexagonal base.

3 zeigt einen schematischen Querschnitt durch den Halbleiterkörper 1 bei einem sechsten Stadium des Verfahrens gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. In diesem Stadium ist der nasschemische Ätzprozess abgeschlossen. 3 shows a schematic cross section through the semiconductor body 1 at a sixth stage of the method according to the first embodiment. At this stage, the wet-chemical etching process is completed.

8A zeigt eine der Lichtauskoppelstrukturen 115 in einer schematischen Draufsicht. 8A shows one of the light extraction structures 115 in a schematic plan view.

Die jeweiligen Struktureinheiten 30 der Maskenschicht 3 können im fertig gestellten Halbleiterkörper auf den Deckflächen der Pyramidenstümpfe 115 verbleiben, wie in 3 dargestellt, oder von den Lichtauskoppelstrukturen 115 entfernt werden. Die Pyramidenstümpfe 115 haben jeweils sechs geneigte Facetten 1151, sodass sich die Pyramide in Richtung von der aktiven Zone 120 weg verjüngt. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel berühren sich die Grundflächen der Pyramidenstümpfe 115.The respective structural units 30 the mask layer 3 can in the finished semiconductor body on the top surfaces of the truncated pyramids 115 remain as in 3 represented, or from the light extraction structures 115 be removed. The truncated pyramids 115 each have six inclined facets 1151 so that the pyramid moves in the direction of the active zone 120 Tapered away. In the present embodiment, the bases of the truncated pyramids touch each other 115 ,

Die Höhe der Lichtauskoppelstrukturen 115 entspricht insbesondere der Ätztiefe h_L und beträgt zum Beispiel zwischen 200 nm und 5 μm, vorzugsweise zwischen 500 nm und 5 μm, besonders bevorzugt zwischen 1 μm und 4 μm, wobei die Grenzen jeweils eingeschlossen sind. Die laterale Ausdehnung L der Lichtauskoppelstrukturen 115 ist beispielsweise ebenfalls ≥ 500 nm, vorzugsweise ≥ 600 nm und besonders bevorzugt ≥ 1 μm. Die laterale Ausdehnung L ist insbesondere ≤ 5 μm, vorzugsweise ≤ 4 μm und beispielsweise ≤ 3 μm.The height of the light extraction structures 115 corresponds in particular to the etching depth h _L and is, for example, between 200 nm and 5 μm, preferably between 500 nm and 5 μm, particularly preferably between 1 μm and 4 μm, the boundaries being included in each case. The lateral extent L of the light extraction structures 115 is, for example, likewise ≥ 500 nm, preferably ≥ 600 nm and particularly preferably ≥ 1 μm. The lateral extent L is in particular ≦ 5 μm, preferably ≦ 4 μm and, for example, ≦ 3 μm.

Versuche der Erfinder haben ergeben, dass eine besonders effiziente Lichtextraktion aus dem Halbleiterkörper 1 erzielt wird, wenn für die Höhe h_L und die laterale Ausdehnung L der Lichtauskoppelstrukturen 115 jeweils ein Wert von ≥ 1,5 μm eingestellt wird.Experiments by the inventors have shown that a particularly efficient light extraction from the semiconductor body 1 is achieved when for the height h _L and the lateral extent L of the light extraction structures 115 in each case a value of ≥ 1.5 μm is set.

Der Abstand a zwischen benachbarten Lichtauskoppelstrukturen 115, insbesondere gemessen zwischen den jeweiligen geometrischen Schwerpunkten der Lichtauskoppelstrukturen 115, entspricht dem Abstand a der Struktureinheiten 30 der Maskenschicht 3 und beträgt beispielsweise zwischen 600 nm und 4 μm, wobei die Grenzen eingeschlossen sind.The distance a between adjacent Lichtauskoppelstrukturen 115 , in particular measured between the respective geometric centers of gravity of the light extraction structures 115 , corresponds to the distance a of the structural units 30 the mask layer 3 and is for example between 600 nm and 4 microns, with the limits included.

8B zeigt eine Lichtauskoppelstruktur 115 gemäß einer Variante des ersten Ausführungsbeispiels in einer schematischen Draufsicht. 8B shows a light extraction structure 115 according to a variant of the first embodiment in a schematic plan view.

Bei dieser Variante des ersten Ausführungsbeispiels des Verfahrens zur Herstellung von Lichtauskoppelstrukturen 115 in einem Halbleiterkörper 1 ist zum Ätzen des Halbleiterkörpers 1 Phosphorsäure (H₃PO₄) anstelle von Kalilauge (KOH) verwendet worden. Bei dieser Variante besteht die Maskenschicht 3 beispielsweise aus Siliziumdioxid (SiO₂).In this variant of the first embodiment of the method for producing Lichtauskoppelstrukturen 115 in a semiconductor body 1 is for etching the semiconductor body 1 Phosphoric acid (H ₃ PO ₄ ) has been used instead of potassium hydroxide (KOH). In this variant, the mask layer exists 3 for example, of silicon dioxide (SiO ₂ ).

Auf diese Weise sind bei der vorliegenden Variante des Verfahrens Pyramidenstümpfe als Lichtauskoppelstrukturen 115 ausgebildet, welche anstelle von sechs Facetten 1151 zwölf Facetten 1151 aufweisen. Der Pyramidenstumpf hat in diesem Fall eine zwölfeckige Grundfläche.In this way, in the present variant of the method, truncated pyramids are used as light-outcoupling structures 115 formed, which instead of six facets 1151 twelve facets 1151 exhibit. The truncated pyramid in this case has a dodecagonal base.

4 zeigt ein Stadium eines Verfahrens zur Herstellung von Lichtauskoppelstrukturen 115 in einem Halbleiterkörper 1 gemäß einem zweiten exemplarischen Ausführungsbeispiel in einem schematischen Querschnitt durch den Halbleiterkörper 1. 4 shows a stage of a process for producing light extraction structures 115 in a semiconductor body 1 according to a second exemplary embodiment in a schematic cross section through the semiconductor body 1 ,

Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel wird die Maskenschicht 3 nicht vollflächig aufgebracht und anschließend strukturiert, wie im Zusammenhang mit den 2A, 2B und 2C erläutert. Stattdessen werden die Struktureinheiten 30 der Maskenschicht 3 zugleich mit dem Aufbringen des Materials der Maskenschicht 3 auf den Halbleiterkörper 1 hergestellt.In the second embodiment, the mask layer becomes 3 not applied over the entire surface and then structured, as in connection with the 2A . 2 B and 2C explained. Instead, the structural units become 30 the mask layer 3 simultaneously with the application of the material of the mask layer 3 on the semiconductor body 1 produced.

Vorliegend erfolgt das Herstellen der Maskenschicht 3, indem das Material der Maskenschicht 3 durch eine zweite Maske 6 hindurch auf den Halbleiterkörper aufgebracht wird. Die Öffnungen 60 der zweiten Maske 6 geben dabei die Konturen der Struktureinheiten 30 vor. Beispielsweise wird durch die zweite Maske 6 hindurch ein Metall mittels eines Aufdampfverfahrens, in 4 angedeutet durch die Pfeile 7, auf die Oberfläche 111 des Halbleiterkörpers 1 aufgebracht.In the present case, the mask layer is produced 3 by removing the material of the mask layer 3 through a second mask 6 is applied through the semiconductor body. The openings 60 the second mask 6 At the same time give contours of structural units 30 in front. For example, through the second mask 6 through a metal by means of a vapor deposition, in 4 indicated by the arrows 7 , on the surface 111 of the semiconductor body 1 applied.

Die Bereitstellung des Halbleiterkörpers 1 und das nasschemische Ätzen der Lichtauskoppelstrukturen 115 kann bei dem zweiten Ausführungsbeispiel des Verfahrens genauso erfolgen wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel.The provision of the semiconductor body 1 and wet-chemical etching of the light extraction structures 115 can be the same as in the first embodiment in the second embodiment of the method.

6 zeigt eine schematische Draufsicht auf einen Teil der Oberfläche 111 eines Halbleiterkörpers 1 bei einem Stadium eines Verfahrens zur Herstellung von Lichtauskoppelstrukturen gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel. 6 shows a schematic plan view of a part of the surface 111 a semiconductor body 1 at a stage of a method for producing light extraction structures according to a third embodiment.

Bei diesem dritten Ausführungsbeispiel ist, wie beim ersten Ausführungsbeispiel, die Maskenschicht 3 zunächst vollflächig auf die Oberfläche 111 des Halbleiterkörpers 1 aufgebracht. Anstelle von Inseln sind in die Maskenschicht 3 jedoch Öffnungen 30 als Struktureinheiten eingebracht.In this third embodiment, as in the first embodiment, the mask layer 3 first full surface on the surface 111 of the semiconductor body 1 applied. Instead of islands are in the mask layer 3 however, openings 30 introduced as structural units.

Auf diese Weise bedeckt das Material der Maskenschicht 3 im Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel einen zusammenhängenden Teilbereich der Oberfläche 111, welcher die Struktureinheiten 30 umschließt. Im Bereich der von den Öffnungen gebildeten Struktureinheiten 30 ist die Oberfläche 111 dagegen von der Maskenschicht 3 unbedeckt.In this way, the material covers the mask layer 3 in contrast to the first embodiment, a contiguous portion of the surface 111 , which the structural units 30 encloses. In the area of the structural units formed by the openings 30 is the surface 111 on the other hand, from the mask layer 3 uncovered.

Mittels der Öffnungen 30 werden beim nachfolgenden Ätzen der Oberfläche 111 pyramidenförmige Vertiefungen als Lichtauskoppelstrukturen 115 hergestellt.By means of the openings 30 become during the subsequent etching of the surface 111 pyramidal depressions as Lichtauskoppelstrukturen 115 produced.

7 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines mit dem Verfahren gemäß dem dritten exemplarischen Ausführungsbeispiel hergestellten Halbleiterkörpers 1. 7 shows a schematic perspective view of a semiconductor body produced by the method according to the third exemplary embodiment 1 ,

Der Halbleiterkörper 1 weist eine Mehrzahl von Lichtauskoppelstrukturen 115 auf, die als pyramidenförmige Vertiefungen in der von der aktiven Zone 120 abgewandten Oberfläche 111 der n-leitenden Schicht 110 ausgebildet sind. Die Lichtauskoppelstrukturen 115 stellen Öffnungen in der Oberfläche 111 der n-leitenden Schicht 110 dar, die sich in Richtung von der aktiven Zone 120 weg erweitern.The semiconductor body 1 has a plurality of light extraction structures 115 on, as pyramidal depressions in the of the active zone 120 remote surface 111 the n-type layer 110 are formed. The light extraction structures 115 make openings in the surface 111 the n-type layer 110 which is in the direction of the active zone 120 expand away.

8C zeigt eine schematische Draufsicht auf eine dieser Lichtauskoppelstrukturen 115. 8C shows a schematic plan view of one of these Lichtauskoppelstrukturen 115 ,

Die von der Lichtauskoppelstruktur 115 gebildete Pyramide hat vorliegende eine sechseckige Grundfläche und weist sechs Facetten 1151 auf. Alternativ kann, wie im Zusammenhang mit 8B beschrieben, auch eine Pyramidenform mit einer zwölfeckigen Grundfläche und zwölf Facetten 1151 ausgebildet sein.The of the light extraction structure 115 formed pyramid has present a hexagonal base and has six facets 1151 on. Alternatively, as related to 8B also described a pyramidal shape with a dodecagonal base and twelve facets 1151 be educated.

Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausgestaltungen und Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal und jede Kombination von Merkmalen. Insbesondere umfasst sie jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen und jede Kombination von Merkmalen in den Ausgestaltungen und Ausführungsbeispielen.The invention is not limited by the description based on the embodiments and embodiments of these. Rather, the invention includes every novel feature and every Combination of features. In particular, it comprises any combination of features in the claims and any combination of features in the embodiments and embodiments.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

WO 2004/061980 A1 [0002]

Claims

Process for the preparation of light extraction structures ( 115 ) in a semiconductor body ( 1 ), comprising the steps: - providing a semiconductor body ( 1 ), which has an active zone ( 120 ) contains; - producing a mask layer ( 3 ) on a surface ( 111 ) of the semiconductor body ( 1 ), such that the mask layer ( 3 ) a plurality of structural units ( 30 ), whose position and size is reproducibly set and targeted, and that the contours of the structural units ( 30 ) one of the mask layer ( 3 ) uncovered first subarea ( 1111 ) of the surface ( 111 ) establish; Etching the semiconductor body ( 1 ) at the of the mask layer ( 3 ) uncovered subarea ( 1111 ) of the surface ( 111 ) for forming the light extraction structures ( 115 ).

Process according to claim 1, wherein the structural units ( 115 ) are arranged regularly, in particular periodically.

Process according to claim 2, wherein the structural units ( 115 ) are arranged at the lattice points of an imaginary hexagonal lattice.

Method according to one of the preceding claims, wherein the mask layer ( 3 ) a plurality of laterally spaced apart islands as structural units ( 30 ) having a subregion ( 1112 ) of the surface ( 111 ) of the semiconductor body ( 1 ) cover.

Method according to one of the preceding claims, wherein the mask layer ( 3 ) a plurality of laterally spaced openings as structural units ( 115 ), wherein the surface ( 111 ) in the area of the openings ( 30 ) from the mask layer ( 3 ) is uncovered and the mask layer ( 3 ) a related subarea ( 1112 ) of the surface ( 111 ), which covers the openings ( 30 ) encloses.

Method according to one of the preceding claims, comprising the steps of: - applying the mask layer over the whole area ( 3 ); - local removal ( 5 ) of the mask layer ( 3 ) for the formation of the structural units ( 30 ).

Method according to claim 6, wherein the partial removal of the mask layer ( 3 ) by means of a dry-chemical etching process ( 5 ) how reactive ion etching takes place and the etching of the semiconductor body ( 1 ) by means of a wet-chemical etching process.

Method according to one of the preceding claims, wherein the semiconductor body ( 1 ) AlInGaN and phosphoric acid or potassium hydroxide is used for the etching of the semiconductor body.

Method according to one of the preceding claims, wherein the structural units ( 30 ) have lateral dimensions (d) of ≥ 500 nm and an etching depth (h _L ) during etching of the semiconductor body is ≥ 1 μm.

Method according to one of the preceding claims, with the following steps: epitaxial growth of the semiconductor body ( 1 ) on a growth substrate ( 2 ); Detachment of the growth substrate ( 2 ) of the semiconductor body ( 1 ), wherein the application of the mask layer ( 3 ) on that surface ( 111 ) of the semiconductor body ( 1 ) which occurs when the growth substrate ( 2 ) is exposed.

Method according to one of the preceding claims, wherein the mask layer ( 3 ) comprises one of the following materials: a metal, a silicon nitride, SiO ₂ , Al ₂ O ₃ .

Light emitting semiconductor body ( 1 ) with an active zone ( 120 ) and a plurality of light extraction structures ( 115 ) on a surface ( 111 ), wherein - all light extraction structures have the same height (h _L ) and the same base area; - In a direction adjacent Lichtauskoppelstrukturen each have the same lateral distance (a) from each other; and - the height (h _L ), the lateral distance (a) and the extent (d) of the base are each ≥ 600 nm.

Light emitting semiconductor body ( 1 ) according to claim 12, wherein - all light extraction structures ( 115 ) have the shape of a pyramid or a truncated pyramid; - all light extraction structures ( 115 ) each have six facets ( 1151 ) or all light extraction structures ( 115 ) each twelve facets ( 1151 ) to have.

Light emitting semiconductor body ( 1 ) according to claim 13, wherein the light extraction structures ( 115 ) as pyramidal or truncated pyramidal protrusions of the surface ( 111 ) are formed.

Light emitting semiconductor body ( 1 ) according to claim 13, wherein the light extraction structures ( 115 ) as pyramidal or truncated pyramidal depressions in the surface ( 111 ) are formed.