DE102013105227A1

DE102013105227A1 - Verfahren zur Herstellung von optoelektronischen Halbleiterchips

Info

Publication number: DE102013105227A1
Application number: DE201310105227
Authority: DE
Inventors: Simeon Katz; Holger Specht
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2013-05-22
Filing date: 2013-05-22
Publication date: 2014-11-27
Also published as: WO2014187670A1

Abstract

In mindestens einer Ausführungsform ist das Verfahren zur Herstellung von optoelektronischen Halbleiterchips (10) eingerichtet. Das Verfahren umfasst die Schritte: – Bereitstellen eines Substrats (1), – Aufbringen einer epitaktisch erzeugten Halbleiterschichtenfolge (2) auf das Substrat (1), wobei die Halbleiterschichtenfolge (2) eine aktive Schicht (22) zur Erzeugung einer elektromagnetischen Strahlung umfasst, – Erzeugen einer Aufrauung (3) an einer Oberseite (20) der Halbleiterschichtenfolge (2), – zumindest zeitweises Belichten der Halbleiterschichtenfolge (2) während des Erzeugens der Aufrauung mit einer Teststrahlung (T), die von mindestens einer externen Lichtquelle (4) erzeugt wird, – Auswerten einer von der Halbleiterschichtenfolge (2) kommenden Rückstrahlung (B), die auf die Teststrahlung (T) zurückgeht, und – nachfolgend Zerteilen der Halbleiterschichtenfolge (2) in eine Vielzahl der Halbleiterchips (10), wobei das Erzeugen der Aufrauung anhand des Auswerten der Teststrahlung (T) gesteuert wird.

Description

Es wird ein Verfahren zur Herstellung von optoelektronischen Halbleiterchips angegeben.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren anzugeben, mit dem optoelektronische Halbleiterchips effizient herstellbar sind.
Diese Aufgabe wird unter anderem durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Verfahren zur Herstellung von optoelektronischen Halbleiterchips eingerichtet. Bevorzugt wird mit dem Verfahren eine Mehrzahl von optoelektronischen Halbleiterchips hergestellt. Bei den Halbleiterchips handelt es sich insbesondere um Leuchtdioden, kurz LEDs.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt des Bereitstellens eines Substrats. Das Substrat ist bevorzugt mechanisch selbsttragend. Bei dem Substrat kann es sich um eine Halterung handeln, die mechanisch bewegbar ist. Ferner kann es sich bei dem Substrat um einen temporären Träger handeln, der in dem fertig hergestellten Halbleiterchip nicht mehr vorhanden ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt des Anbringens einer epitaktisch erzeugten Halbleiterschichtenfolge auf das Substrat. Beispielsweise wird die Halbleiterschichtenfolge auf einem Aufwachssubstrat epitaktisch abgeschieden. Nachfolgend wird die Halbleiterschichtenfolge von dem Aufwachssubstrat entfernt und auf das Substrat aufgebracht, beispielsweise mittels kleben, Waferbonden oder Löten.
Die Halbleiterschichtenfolge basiert bevorzugt auf einem III-V-Verbindungshalbleitermaterial. Bei dem Halbleitermaterial handelt es sich zum Beispiel um ein Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial wie Al_nIn_1-n-mGa_mN oder um ein Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial wie Al_nIn_1-n-mGa_mP oder auch um ein Arsenid-Verbindungshalbleitermaterial wie Al_nIn_1-n-mGa_mAs, wobei jeweils 0 ≤ n ≤ 1, 0 ≤ m ≤ 1 und n + m ≤ 1 ist. Dabei kann die Halbleiterschichtenfolge Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen. Der Einfachheit halber sind jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters der Halbleiterschichtenfolge, also Al, As, Ga, In, N oder P, angegeben, auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt und/oder ergänzt sein können.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt des Erzeugens einer Aufrauung an der Halbleiterschichtenfolge. Die Aufrauung wird an einer Seite der Halbleiterschichtenfolge erzeugt, die dem Substrat abgewandt ist. Die Aufrauung ist zu einer Verbesserung einer Lichtauskoppeleffizienz aus der Halbleiterschichtenfolge heraus eingerichtet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt des zeitweisen oder andauernden Belichten der Halbleiterschichtenfolge während des Schritts des Erzeugens der Aufrauung. Die Halbleiterschichtenfolge wird hierbei mit einer Teststrahlung beleuchtet. Bei der Teststrahlung handelt es sich bevorzugt um ultraviolette Strahlung, um sichtbares Licht oder auch um nahinfrarote Strahlung.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird die Teststrahlung mit einer externen Lichtquelle erzeugt. Das heißt, die Teststrahlung wird dann nicht in der Halbleiterschichtenfolge selbst erzeugt sondern von außerhalb an die Halbleiterschichtenfolge heran gebracht. Bei der externen Lichtquelle handelt es sich beispielsweise um einen Laser.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt des Auswertens einer Rückstrahlung. Die Rückstrahlung geht direkt oder indirekt auf die Teststrahlung zurück. Beispielsweise handelt es sich bei der Rückstrahlung um einen Anteil der Teststrahlung, die von der Halbleiterschichtenfolge reflektiert wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird das Erzeugen der Aufrauung anhand der Rückstrahlung gesteuert. Insbesondere wird anhand der Rückstrahlung bestimmt, wann das Erzeugen der Aufrauung beendet wird. Speziell wird durch die Rückstrahlung bestimmt, wann die Aufrauung bestimmte Eigenschaften hinsichtlich einer Lichtauskopplung aufweist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt des Zerteilens der Halbleiterschichtenfolge in eine Vielzahl einzelner Halbleiterchips. Dieser Schritt folgt bevorzugt dem Schritt des Erzeugens der Aufrauung nach. Bei dem Vereinzeln und dem Zerteilen kann es sich zum Beispiel um ein Ätzen, um ein Brechen und/oder um eine Lasermethode handeln.
In mindestens einer Ausführungsform ist das Verfahren zur Herstellung von optoelektronischen Halbleiterchips eingerichtet. Das Verfahren umfasst wenigstens die folgenden
Herstellungsschritte:

– Bereitstellen eines Substrats,
– Aufbringen einer insbesondere epitaktisch erzeugten Halbleiterschichtenfolge auf das Substrat, wobei die Halbleiterschichtenfolge eine aktive Schicht zur Erzeugung einer elektromagnetischen Strahlung umfasst,
– Erzeugen einer Aufrauung an einer dem Substrat abgewandten Oberseite der Halbleiterschichtenfolge,
– zumindest zeitweises Belichten der Halbleiterschichtenfolge während des Erzeugens der Aufrauung mit einer Teststrahlung, die von mindestens einer externen Lichtquelle erzeugt wird,
– Auswerten einer von der Halbleiterschichtenfolge kommenden Rückstrahlung, die auf die Teststrahlung zurückgeht, und
– nachfolgend Zerteilen der Halbleiterschichtenfolge in eine Vielzahl der Halbleiterchips, wobei das Erzeugen der Aufrauung anhand des Auswerten der Rückstrahlung gesteuert wird.

Aufgrund des relativ hohen Brechungsindexes von Halbleitermaterialien wie Galliumnitrid ist eine Lichtauskoppeleffizienz aufgrund von interner Totalreflexion nur vergleichsweise gering. Daher werden Halbleiterschichtenfolge in der Regel mit einer Aufrauung zur Verbesserung der Lichtauskoppeleffizienz versehen. Ziel hierbei ist es, eine optimale Struktur mit einer hohen Lichtauskoppeleffizienz zu erzielen, ohne weitere Eigenschaften etwa einer LED oder des Prozesses wie Ausbeute oder Qualität zu beeinflussen. Eine anschließende Korrektur der Aufrauung nach dem Prozessieren oder während der weiteren Prozessierung der Halbleiterschichtenfolge ist im Normalfall nicht mehr möglich, da diese dann bereits oft passiviert und/oder weitergehend strukturiert und/oder vereinzelt ist.
Mit dem hier beschriebenen Verfahren ist es möglich, eine Lichtauskoppeleffizienz bereits während des Erstellens der Aufrauung in situ zu messen. Hierdurch lässt sich der Aufrauprozess genau steuern. Somit ist einerseits eine hohe Lichtauskoppeleffizienz erreichbar und andererseits eine große Prozessausbeute erzielbar, da eine Fehlprozessierung vermeidbar ist.
Zur Kontrolle der Aufrauung gibt es neben dem hier beschriebenen Verfahren weitere indirekte oder direkte Methoden. Beispielsweise kann ein Verfahrensfortschritt beim Erzeugen der Aufrauung durch ein Wiegen des Wafers bestimmt werden. Jedoch ist diese Methode sehr indirekt, liefert nur einen integralen Wert über den Wafer hinweg und ist vergleichsweise ungenau. Des weiteren können Methoden zur Oberflächenanalyse wie AFM, Atomic Force Microscopy, oder Weißlichtinterferenz eingesetzt werden. Diese Methoden sind allerdings vergleichsweise zeitaufwändig und kostenintensiv. Zudem ist eine in situ-Anwendung nicht leicht zu realisieren.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Teststrahlung zumindest eine Wellenlänge auf, die von der aktiven Schicht absorbiert wird. Bevorzugt sind die verbleibenden Teile der Halbleiterschichtenfolge durchlässig für diese Wellenlänge. Insbesondere wird durch die Teststrahlung die aktive Schicht zur Photolumineszenz angeregt. In diesem Fall ist es also möglich, dass die Teststrahlung und die Rückstrahlung voneinander verschiedene Wellenlängen aufweisen. Unter Wellenlänge der Teststrahlung und/oder der Rückstrahlung und/oder der Photolumineszenzstrahlung wird insbesondere eine Wellenlänge maximaler Intensität, englisch peak wavelength, verstanden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird eine Anregungsenergiedichte der Teststrahlung variiert. Hierdurch ist es möglich, eine interne Quanteneffizienz einer Strahlungserzeugung in der Halbleiterschichtenfolge anhand der Rückstrahlung zu bestimmen. Beispielsweise lässt sich dies mit einem so genannten Opdorp-T’Hooft-Fit oder mit einem ABC-Fit erreichen. Unter Berücksichtigung einer Detektionsgeometrie, des Abstrahlverhaltens und einer Detektionseffizienz lässt sich auf diesem Wege auch eine absolute Extraktionseffizienz von Strahlung aus der Halbleiterschichtenfolge heraus bestimmen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Rückstrahlung eine erste Komponente sowie eine zweite Komponente auf. Die erste und die zweite Komponente können eine gleiche spektrale Charakteristik aufweisen oder auch unterschiedliche Wellenlängenzusammensetzungen haben. Insbesondere handelt es sich bei der ersten Komponente um einen spekularen Reflex der Teststrahlung. Bei der zweiten Komponente kann es sich um einen diffusen Reflex der Teststrahlung handeln, also um einen Strahlungsanteil der Teststrahlung, der diffus an der Oberseite der Halbleiterschichtenfolge und der Aufrauung gestreut wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden die spekular reflektierte Teststrahlung und die diffus reflektierte Teststrahlung beide gemessen. Das Messen der spekular und der diffus reflektierten Teststrahlung kann zeitgleich oder auch zeitlich versetzt erfolgen. Durch ein Abgleichen der Intensitäten des spekularen Reflexes und des diffusen Reflexes lässt sich die Aufrauung vermessen und die Lichtauskoppeleffizienz bestimmen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird die zweite Komponente, bei der es sich um diffus reflektierte Teststrahlung handelt, bei mehreren Ausfallswinkeln gemessen. Dies kann alternativ oder zusätzlich für die erste, spekular reflektierte Komponente gelten, wobei dann bevorzugt auch der Einfallswinkel der Teststrahlung entsprechend variiert wird. Die Ausfallswinkel beziehen sich auf ein Lot zur Oberseite. Beispielsweise wird die erste und/oder die zweite Komponente bei mindestens zwei oder mindestens vier oder mindestens sechs diskreten Winkeln bestimmt. Die diskreten Winkel unterscheiden sich bevorzugt um mindestens 5° oder 10° und/oder um höchstens 30° oder 20°. Alternativ ist es möglich, dass die erste und/oder die zweite Komponente kontinuierlich über einen bestimmten Winkelbereich hinweg gemessen wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform befindet sich zwischen dem Substrat und der Halbleiterschichtenfolge eine strukturierte Metallisierung und/oder ein strukturierter Spiegel. Bei der Metallisierung kann es sich um eine p-Metallisierung handeln. Strukturiert kann bedeuten, dass sich zwischen benachbarten Einheiten für die späteren Halbleiterchips kein Material der Metallisierung und/oder des Spiegels befindet. Der Spiegel ist zum Beispiel als Metallspiegel oder auch als Bragg-Spiegel ausgestaltet. Die Metallisierung kann in den fertigen Halbleiterchips zu einer Stromeinprägung in die Halbleiterschichtenfolge dienen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird mit der Rückstrahlung ein Kontrast und/oder eine Sichtbarkeit der Metallisierung und/oder des Spiegels durch die Halbleiterschichtenfolge hindurch bestimmt. Insbesondere wird das Erzeugen der Aufrauung so lange durchgeführt, die bis die Strukturierung des Spiegels und/oder der Metallisierung durch die Halbleiterschichtenfolge hindurch erkennbar ist. Es kann auch ein bestimmter Wert für einen Hell-Dunkel-Kontrast als Prozessparameter verwendet werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird die Teststrahlung auf die Oberseite und/oder auf die Aufrauung fokussiert. Beispielsweise weist ein Fokusdurchmesser an der Oberseite einen Wert von mindestens 5 µm oder 10 µm oder 20 µm und/oder von höchstens 200 µm oder 100 µm oder 50 µm auf. Bevorzugt liegt der Fokusdurchmesser bei höchstens 25 % oder 15 % oder 10 % oder 5 % einer Kantenlänge der fertigen Halbleiterchips.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird die Halbleiterschichtenfolge während des Erzeugens der Aufrauung bewegt. Insbesondere wird die Halbleiterschichtenfolge samt dem Substrat rotiert, bevorzugt um eine Achse senkrecht zu der Oberseite. Eine Zeitauflösung beim Erfassen der Rückstrahlung ist bevorzugt so hoch gewählt, dass eine Längenauflösung über die Oberseite hinweg von mindestens 50 % oder 30 % oder 15 % einer Kantenlänge der fertigen Halbleiterchips möglich ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird ein externes Hell-Dunkel-Muster verwendet. Das Hell-Dunkel-Muster weist einen hohen Kontrast auf. An dem Hell-Dunkel-Muster wird die Teststrahlung reflektiert und gelangt zu der Oberseite der Halbleiterschichtenfolge. Die an der Halbleiterschichtenfolge reflektierten Teile der Teststrahlung stellen die Rückstrahlung dar. Diese Rückstrahlung wird mit einer Kamera detektiert. Die Kamera ist bevorzugt auf das Hell-Dunkel-Muster fokussiert oder scharf gestellt. Die Erkennbarkeit des Hell-Dunkel-Musters gibt dann die für das Erzeugen der Aufrauung relevante Messgröße. Anstatt in Reflexion kann das Hell-Dunkel-Musters auch in Transmission verwendet werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird das Hell-Dunkel-Muster unter flachen Winkeln bestimmt. Flache Winkel bedeutet große Winkel zum Lot zur Oberseite. Beispielsweise beträgt der Winkel zum Lot mindestens 40° oder 50° oder 60° oder 65°. Es ist möglich, dass der Kontrast bei einem bestimmten Winkel gemessen wird oder dass ein Winkelbereich durchgefahren wird. Ebenso ist es möglich, dass auf den Winkel geregelt wird, bei dem ein hinreichender Kontrast des Hell-Dunkel-Musters noch erkennbar ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform beträgt ein Winkel, unter dem die Teststrahlung auf die Oberseite gelenkt wird, mindestens 0° oder 10° oder 25° oder 30° oder 40° und/oder höchstens 90° oder 75° oder 65° oder 60° oder 55°. Bevorzugt wird der Winkel so gewählt, dass die Teststrahlung nicht rechtwinklig auf Strukturen trifft, die beim Erzeugen der Aufrauung generiert werden. Ein Winkel, unter dem die Rückstrahlung detektiert wird, kann kleiner sein als der Winkel, unter dem die Teststrahlung eingestrahlt wird. Beispielsweise liegt der Winkel, unter dem die Rückstrahlung detektiert wird, bei mindestens 0° oder 5° oder 10° oder 15° und/oder bei höchstens 90° oder 65° oder 45° oder 25° oder 15°.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Teststrahlung eine Wellenlänge auf, die um mindestens 20 nm oder 30 nm und/oder um höchstens 100 nm oder 60 nm kürzer ist als eine Emissionswellenlänge der aktiven Schicht. Unter der Emissionswellenlänge der aktiven Schicht wird beispielsweise die Dominanzwellenlänge oder die peak wavelength verstanden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird die Teststrahlung punktuell, flächig oder ganzflächig auf die Halbleiterschichtenfolge eingestrahlt. Beispielsweise wird mindestens 10 % oder 40 % oder 80 % der Oberseite durch die Teststrahlung ausgeleuchtet. Alternativ ist es möglich, dass durch die Teststrahlung höchstens 2 % oder 0,5 % der Oberseite ausgeleuchtet werden. Entsprechendes kann für die Rückstrahlung gelten. Die Halbleiterschichtenfolge ist zum Beispiel als 4“-Wafer oder als 6“-Wafer gestaltet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform erfolgt das Erzeugen der Aufrauung nasschemisch. Insbesondere hat die Teststrahlung dann für das Erzeugen der Aufrauung an sich keine Funktion. Zum Beispiel wird das Ätzen mittels einer KOH-Lösung durchgeführt. Alternativ ist auch ein trockenchemisches Ätzen zum Erzeugen der Aufrauung möglich.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist beim Erzeugen der Aufrauung die Oberseite der Halbleiterschichtenfolge durchgehend mit einem Ätzmittel bedeckt. Eine Schichtdicke des Ätzmittels über der Oberseite beträgt beispielsweise mindestens 100 µm oder 250 µm oder 0,5 mm und/oder höchstens 5 mm oder 2,5 mm oder 1,5 mm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich bei dem Substrat um einen temporären Träger. Insbesondere wird der Träger nur oder vorwiegend beim Ätzen verwendet. Alternativ hierzu ist es auch möglich, dass das Substrat ein Aufwachssubstrat für das epitaktisch Wachsen der Halbleiterschichtenfolge ist. Es kann das Substrat auch in den fertigen Halbleiterchips verbleiben.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die aktive Zone der Halbleiterschichtenfolge zur Erzeugung von blauem Licht eingerichtet. Insbesondere liegt die Wellenlänge der erzeugten Strahlung bei mindestens 400 nm oder 420 nm oder 435 nm und/oder bei höchstens 500 nm oder 480 nm oder 470 nm. Ebenso ist es möglich, dass die Wellenlänge im grünen Spektralbereich, etwa zwischen 520 nm und 565, oder im roten Spektralbereich, etwa zwischen 600 nm und 720 nm, liegt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Aufrauung an einer n-leitenden Seite der Halbleiterschichtenfolge erzeugt. Es reicht die fertig hergestellte Aufrauung bevorzugt nicht bis zur aktiven Schicht heran. Es ist auch möglich, dass die Aufrauung in der p-leitenden Seite der Halbleiterschichtenfolge hergestellt ist.
Nachfolgend wird ein hier beschriebenes Verfahren unter Bezugnahme auf die Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen geben dabei gleiche Elemente in den einzelnen Figuren an. Es sind dabei jedoch keine maßstäblichen Bezüge dargestellt, vielmehr können einzelne Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
Es zeigen:
1 bis 4 schematische Darstellungen von Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen Verfahren, und
5 einen schematischen Verlauf einer Lichtauskoppeleffizienz in Abhängigkeit von der Ätzzeit.
In 1A ist einer perspektivischen Darstellung ein Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen Verfahrens illustriert. Eine Halbleiterschichtenfolge 2 ist auf einem temporären Substrat 1 aufgebracht. Über eine Bewegungsvorrichtung 9 kann die Halbleiterschichtenfolge 2 samt dem Substrat 1 rotiert werden. Eine Drehrichtung ist durch einen geschwungenen Pfeil symbolisiert.
Die Halbleiterschichtenfolge 2, siehe auch die Schnittdarstellungen in den 1C und 1D, weist eine oder mehrere aktive Schichten 22 auf. Die mindestens eine aktive Schicht 22 ist zur Erzeugung einer elektromagnetischen Strahlung in Betrieb des fertig hergestellten Halbleiterchips 10 eingerichtet. Die Halbleiterschichtenfolge 2 basiert insbesondere auf AlInGaN. Es weist die Halbleiterschichtenfolge 2 eine dem Substrat 1 abgewandte Oberseite 20 auf. Mit dem hier beschriebenen Verfahren wird das Erstellen einer Aufrauung 3 an der Oberseite 20 gesteuert, insbesondere wird ein Zeitpunkt oder ein Endpunkt bestimmt, an dem das Erstellen der Aufrauung 3 zu beenden ist.
Gemäß 1A wird die Oberseite 20 mit einer externen Lichtquelle 4 bestrahlt. Es sendet die Lichtquelle 4 eine Teststrahlung T aus. Die Teststrahlung T ist geeignet, in der aktiven Schicht 22 eine Photolumineszenz anzuregen. Ein Einfallswinkel α der Teststrahlung T, bezogen auf ein Lot L zur Oberseite 20, liegt beispielsweise zwischen einschließlich 20° und 40°.
Vor der Teststrahlung T wird in der aktiven Schicht 22 die Rückstrahlung B angeregt. Bei der Rückstrahlung B handelt es sich also um Photolumineszenzstrahlung. Die Rückstrahlung B wird von einem externen Detektor 8 empfangen. Beispielsweise handelt es sich bei dem Detektor 8 um eine Photodiode. Ein Ausfallswinkel β, unter dem der Detektor 8 zu dem Lot L hinsichtlich eines Bestrahlungspunkts mit der Teststrahlung T ausgerichtet ist, ist beispielsweise kleiner als der Einfallswinkel α. Der Ausfallswinkel β liegt zum Beispiel zwischen einschließlich 5° und 15°, bezogen auf das Lot L zur Oberseite 20.
Die Teststrahlung T wird von übrigen Bereichen der Halbleiterschichtenfolge 2, außerhalb der zumindest einen aktiven Schicht 22, bevorzugt nicht absorbiert. Beispielsweise wird in der aktiven Schicht 22 eine Strahlung mit einer Wellenlänge zwischen einschließlich 430 nm und 470 nm erzeugt. Diese Wellenlänge entspricht bevorzugt der Wellenlänge der Rückstrahlung B. Die Teststrahlung T weist dann bevorzugt eine Wellenlänge zwischen einschließlich 380 nm und 420 nm, insbesondere zirka 405 nm, auf.
Gemäß 1A wird die Teststrahlung T auf die Oberseite 20 fokussiert. Ein Fokusdurchmesser an der Oberseite 20 liegt beispielsweise bei mindestens 0,2 mm oder mindestens 0,3 mm und/oder bei höchstens 2 mm oder 1 mm oder 0,7 mm. Der Fokusdurchmesser ist bevorzugt größer als eine mittlere Strukturgröße der zu erstellenden Aufrauungen und als eine mittlere Kantenlänge der fertigen Halbleiterchips.
Es ist möglich, dass mehrere externe Lichtquellen 4 zur Bestrahlung der Oberseite 20 und der Halbleiterschichtenfolge 2 Verwendung finden. Jeder der Lichtquellen 4 kann genau ein Detektor 8 eindeutig zugeordnet sein, wie in 1A gezeichnet. Ebenso ist es möglich, dass mehrere Lichtquellen einem Detektor 8 oder dass mehrere Detektoren 8 einer Lichtquelle 4 zugeordnet sind. Abweichend von der Darstellung gemäß 1A können auch genau eine Lichtquelle 4 und genau ein Detektor 8 Verwendung finden. Optional können der Ausfallswinkel β und/oder der Einfallswinkel α während des Messens variiert werden.
Die Detektoren 8 sind bevorzugt dazu eingerichtet, lediglich die Rückstrahlung B in Form der Photolumineszenzstrahlung zu detektieren. Hierzu kann vor den Detektoren 8 jeweils ein Bandpassfilter angebracht sein, der für die Teststrahlung T undurchlässig ist. Abweichend hiervon ist es auch möglich, dass die Detektoren 8 sowohl Strahlung der Wellenlänge der Teststrahlung T als auch Strahlung der Wellenlänge der Rückstrahlung B messen.
Die Detektoren 8 können, wie auch in allen anderen Ausführungsbeispielen, kontinuierlich oder nur zu bestimmten Zeitpunkten messen. Eine Zeitauflösung der Detektoren 8 liegt bevorzugt bei mindestens 50 ms oder 20 ms oder 10 ms oder 5 ms. Es ist nicht zwingend erforderlich, dass die Detektoren 8 eine Zeitauflösung von besser als 1 ms aufweisen.
Weiterhin es ist möglich, dass eine Anregungsenergiedichte der Teststrahlung T variiert wird. Hierdurch ist es möglich, beispielsweise mit einem sogenannten ABC-Fit oder einem Opdorp-T’Hooft eine interne Quanteneffizienz der Halbleiterschichtenfolge 2 zu bestimmen.
Dadurch, dass sich die Halbleiterschichtenfolge 2 durch die Bewegungsvorrichtung 9 dreht, können durch die Lichtquellen 4 ringförmige Bereiche abgetastet werden. Eine Rotationsgeschwindigkeit liegt etwa bei mindestens 20 oder 30 oder 40 und/oder bei höchstens 200 oder 100 Umdrehungen pro Minute. Zusätzlich ist es möglich, dass die Lichtquellen 4 auch in einer radialen Richtung relativ zu der Halbleiterschichtenfolge 2 bewegt werden, so dass die gesamt Oberseite 20 der Halbleiterschichtenfolge 2 abtastbar ist. Alternativ hierzu kann auch die Halbleiterschichtenfolge 2 nicht bewegt werden, sodass die Lichtquellen 4 einen bestimmten, unveränderlichen Bereich der Oberseite 20 bestrahlen.
In der perspektivischen Darstellung des Ausführungsbeispiels des Verfahrens gemäß 1B wird durch die externe Lichtquelle 4 ein Großteil oder die gesamte Oberseite 20 bestrahlt. Bei dem Detektor 8 kann es sich um eine CCD-Kamera handeln, sodass im Wesentlichen die gesamte Oberseite 20 detektierbar ist.
In den 1C und 1D ist die Funktionsweise der Detektionsmethode illustriert. Ist die Oberseite 20 noch glatt, so ist eine Extraktionseffizienz für die in der aktiven Schicht 22 erzeugte Rückstrahlung B relativ gering. Mit zunehmender Aufrauung 3, vergleiche 1D, steigt die Extraktionseffizienz der Rückstrahlung B. Wird ein zeitlicher Verlauf einer Intensität der Rückstrahlung B gemessen, so ist es möglich, das Erstellen der Aufrauung zu stoppen, wenn eine gewünschte Extraktionseffizienz erreicht ist.
Wie auch in allen anderen Ausführungsbeispielen ist es möglich, dass die gesamte Oberseite 20 und die Aufrauung 3 von einem Ätzmittel 5, beispielsweise einer KOH-Lösung, bedeckt sind. Eine Schichtdicke des Ätzmittels 5 übersteigt eine Strukturgröße der Aufrauung 3 bevorzugt deutlich. Beispielsweise liegt die Schichtdicke des Ätzmittels 5 bei mindestens 10 µm oder 100 µm oder 1 mm. Das Ätzmittel 5 wirkt bevorzugt nicht absorbierend für die Teststrahlung T oder die Rückstrahlung B. Die Aufrauung 3 weist beispielsweise eine mittlere Strukturgröße von mindestens 0,25 µm oder 0,5 µm oder 1 µm und/oder von höchstens 8 µm oder 5 µm oder 3 µm auf.
Weitere Verfahrensschritte wie etwa das Vereinzeln zu den fertigen Halbleiterchips 10 sind in den Figuren jeweils nicht dargestellt. Auch andere Bestandteile der Halbleiterchips wie elektrische Kontaktierungen oder Passivierungsschichten oder ein detaillierter Aufbau der Halbleiterschichtenfolge 2 sind zur Vereinfachung der Darstellung jeweils nicht gezeichnet.
Beim Ausführungsbeispiel gemäß 2 werden von den Detektoren 8a, 8b ein spekularer Reflex der Teststrahlung T sowie ein diffuser Reflex gemessen. Bei dem spekularen Reflex sind der Einfallswinkel der Teststrahlung T und der Ausfallswinkel der Rückstrahlung B gleich. Die von dem Detektor 8b gemessene diffuse Strahlung wird unter einem hiervon verschiedenen Winkel bestimmt. Der Winkel der von dem Detektor 8b detektierten Strahlung weicht von dem Winkel zur Oberseite 20 der von dem Detektor 8a detektierten spekularen Rückstrahlung B bevorzugt um mindestens 10° oder 15° oder 20° ab. Es ist möglich, dass die diffuse Rückstrahlung B, die von dem Detektor 8b detektiert wird, unter einem kleineren Winkel zum Lot zur Oberseite 20 gemessen wird als der spekulare Reflex.
Auch beim Ausführungsbeispiel des Verfahrens gemäß 2 können mehrere Lichtquellen und auch zusätzliche Detektoren 8 Verwendung finden. Hinsichtlich der relativen Bewegung der Lichtquelle 4 und der Detektoren 8 zur Oberseite 20 gilt das in Verbindung mit 1 beschriebene.
Beim Ausführungsbeispiel gemäß 3, siehe die schematische Schnittdarstellung der Halbleiterschichtenfolge in 3A, die schematischen Draufsichten in den 3B und 3D sowie die schematischen Verläufe einer Intensität I gegenüber der Zeit t in den 3C und 3E, ist zwischen der Halbleiterschichtenfolge 2 und dem Substrat 1 eine strukturierte Metallisierung 6 angebracht. Die Metallisierung 6 kann in den fertigen Halbleiterchips 10 zu einer Stromeinprägung dienen und kann auch als Spiegel für in der aktiven Schicht 22 erzeugte Strahlung fungieren.
Ist die Aufrauung, in 3A nicht dargestellt, noch nicht stark ausgeprägt, so ist die Strukturierung der Metallisierung 6 nur undeutlich erkennbar, siehe 3B. Mit zunehmender Ausprägung der Aufrauung ist die Strukturierung der Metallisierung 6 besser erkennbar, vergleiche 3D. Bereiche zwischen der beispielsweise quadratisch strukturierten Metallisierung 6 erscheinen dann dunkler, da diese Bereiche eine geringere Reflektivität aufweisen. Ein Kontrast in einem Abbild der Metallisierung 6 gibt also Auskunft über die Aufrauung.
Der Kontrast kann beispielsweise über eine CCD-Kamera, analog zu 1B, bestimmt werden. Wird alternativ mit einem punktförmigen Teststrahl T, der auf die Oberseite 20 fokussiert ist, abgerastet, und dreht sich die Halbleiterschichtenfolge 2, so ergibt sich ein Modulationsmuster. Ist die Aufrauung noch nicht ausgeprägt, so ist auch eine Modulation einer Intensität der Rückstrahlung B relativ gering, vergleiche 3C. Ist die Aufrauung stärker ausgeprägt, so ist auch die Modulation stärker ausgeprägt, siehe 3E. Eine Modulationsstärke des Signals gibt dann Auskunft über die Aufrauung und das Erzeugen der Aufrauung ist bei einer bestimmten Modulationsstärke beendbar.
Die Teststrahlung T wird, wenn punktförmig auf die Oberseite 20 gestrahlt, bevorzugt vergleichweise stark fokussiert. Ein Fokusdurchmesser liegt dann insbesondere in einer Größenordnung der Bereiche zwischen zwei benachbarten Metallisierungen 6. Beispielsweise liegt der Fokusdurchmesser dann bei mindestens 5 µm oder 10 µm und/oder bei höchstens 75 µm oder 50 µm.
Beim Ausführungsbeispiel gemäß 4 wird ein Hell-Dunkel-Muster 7 an der Oberseite 20 reflektiert und von dem Detektor 8, etwa einer CCD-Kamera, aufgenommen. Der Detektor 8 ist auf das Hell-Dunkel-Muster 7 scharf gestellt. Bestimmt wird ein Kontrast in dem vom Detektor 8 aufgenommenen Bild des Hell-Dunkel-Musters 7. Eine Strukturgröße des Hell-Dunkel-Musters 7 ist bevorzugt so gewählt, dass mehrere Struktureinheiten in einem Bildfeld des Detektors 8 liegen. Die externe Lichtquelle ist in 4 nicht gezeichnet. Von der externen Lichtquelle stammt die Teststrahlung T, die von dem Hell-Dunkel-Muster 7 zu der Oberseite 20 gelangt und dort reflektiert wird.
Ein Winkel θ zwischen einer Hauptdetektionsrichtung und dem Lot L ist bevorzugt relativ groß, zum Beispiel mindestens 50° oder 60° oder 65° und/oder höchstens 80° oder 75°. Das Erstellen der Aufrauung wird beendet, wenn das Hell-Dunkel-Muster 7 unter einem bestimmten Winkel θ, beispielsweise 70°, nicht mehr erkennbar ist oder der Kontrast einen bestimmten Wert unterschreitet. Die Messung des Kontrasts kann unter einem festen Winkel θ oder auch unter Variation des Winkels θ erfolgen.
In 5 ist ein Verlauf einer Extraktionseffizienz E gegenüber der Zeit t beim Erstellen der Aufrauung schematisch dargestellt. Mit zunehmender Aufrauzeit steigt die Extraktionseffizienz E an. Dauert das Ätzen zu lange, so kann eine Glättung der bereits erzeugten Aufrauung erfolgen und die Extraktionseffizienz E sinkt. Weiterhin steigt mit zunehmender Aufrauzeit das Risiko, dass etwa die aktive Schicht 22 der Halbleiterschichtenfolge 2 beschädigt wird. Durch die oben beschriebenen Verfahren ist das Aufrauen im Bereich des ersten Maximums in der Extraktionseffizienz E beendbar.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Bezugszeichenliste

1: Substrat
2: Halbleiterschichtenfolge
20: Oberseite der Halbleiterschichtenfolge
22: aktive Schicht
3: Aufrauung
4: externe Lichtquelle
5: Ätzmittel
6: Metallisierung
7: Hell-Dunkel-Muster
8: Detektor
9: Bewegungsvorrichtung
10: optoelektronischer Halbleiterchip
B: Rückstrahlung
E: Auskoppeleffizienz
I: Intensität
L: Lot
t: Zeit
T: Teststrahlung
α: Einfallswinkel
β: Ausfallswinkel
θ: Winkel

Claims

Verfahren zur Herstellung von optoelektronischen Halbleiterchips (10) mit den Schritten: – Bereitstellen eines Substrats (1), – Anbringen einer epitaktisch erzeugten Halbleiterschichtenfolge (2) auf das Substrat (1), wobei die Halbleiterschichtenfolge (2) eine aktive Schicht (22) zur Erzeugung einer elektromagnetischen Strahlung umfasst, – Erzeugen einer Aufrauung (3) an einer dem Substrat (1) abgewandten Oberseite (20) der Halbleiterschichtenfolge (2), – zumindest zeitweises Belichten der Halbleiterschichtenfolge (2) während des Erzeugens der Aufrauung (3) mit einer Teststrahlung (T), die von mindestens einer externen Lichtquelle (4) erzeugt wird, – Auswerten einer von der Halbleiterschichtenfolge (2) kommenden Rückstrahlung (B), die auf die Teststrahlung (T) zurückgeht, und – nachfolgend Zerteilen der Halbleiterschichtenfolge (2) in eine Vielzahl der Halbleiterchips (10), wobei das Erzeugen der Aufrauung (3) anhand des Auswertens der Rückstrahlung (B) gesteuert wird.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem die Teststrahlung (T) eine Wellenlänge aufweist, die von der aktiven Schicht (22) absorbiert wird und für die die verbleibenden Teile der Halbleiterschichtenfolge (2) durchlässig sind, wobei durch die Teststrahlung (T) in der aktiven Schicht (22) eine Photolumineszenzstrahlung erzeugt wird, die die langwelligere Rückstrahlung (B) ist.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem während des Erzeugens der Aufrauung eine Anregungsenergiedichte der Teststrahlung (T) variiert wird und eine interne Quanteneffizienz einer Strahlungserzeugung in der Halbleiterschichtenfolge (2) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Rückstrahlung (B) eine erste und eine zweite Komponente aufweist, wobei die erste Komponente ein spekularer Reflex der Teststrahlung (T) und die zweite Komponente ein diffuser Reflex der Teststrahlung (T) von der Oberseite (20) ist.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem die zweite Komponente bei mehreren Ausfallswinkeln (β), relativ zu einem Lot (L) zur Oberseite (20), gemessen wird, und/oder bei dem die erste Komponente bei mehreren Ausfallswinkeln gemessen wird, wobei ein Einfallswinkel (α) der Teststrahlung (T) entsprechend variiert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem sich zwischen dem Substrat (1) und der Halbleiterschichtenfolge (2) eine strukturierte Metallisierung (6) und/oder ein strukturierter Spiegel befindet, wobei mit der Rückstrahlung (B) ein Kontrast und/oder eine Sichtbarkeit der Metallisierung (6) und/oder des Spiegels durch die Halbleiterschichtenfolge (2) hindurch bestimmt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Teststrahlung (T) auf die Oberseite (20) fokussiert wird und an der Oberseite (20) einen Bereich mit einem Durchmesser zwischen einschließlich 10 µm und 100 µm beleuchtet, wobei die Halbleiterschichtenfolge (2) während des Erzeugens der Aufrauung (3) rotiert und die Rückstrahlung (B) während des Rotierens gemessen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Teststrahlung (T) von einem Hell-Dunkel-Muster (7) kommend auf die Oberseite (20) trifft und die Rückstrahlung (B) die an der Oberseite (20) reflektierte Teststrahlung (T) ist, wobei die Rückstrahlung (B) mit einer auf das Hell-Dunkel-Muster (7) fokussierten Kamera detektiert wird und ein Kontrast des Hell-Dunkel-Musters (7) gemessen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Teststrahlung (T) mit einem Einfallswinkel (α) zwischen einschließlich 25° und 65° auf die Oberseite (20) eingestrahlt wird, wobei die Rückstrahlung (B) unter einem Ausfallswinkel (β) zwischen einschließlich 5° und 25° detektiert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine Wellenlänge der Teststrahlung (T) um mindestens 20 nm und um höchstens 100 nm kürzer ist als eine Emissionswellenlänge der aktiven Schicht und mit der Teststrahlung (T) die aktive Schicht zur Photolumineszenz zur Erzeugung der Rückstrahlung (B) angeregt wird, oder bei dem die Wellenlänge der Teststrahlung (T) um mindestens 30 nm länger ist als die Emissionswellenlänge der aktiven Schicht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Rückstrahlung (B) mit einer Kamera (8) ganzflächig über die Halbleiterschichtenfolge (2) hinweg detektiert wird, wobei die Teststrahlung (T) ganzflächig oder punktuell auf die Halbleiterschichtenfolge (2) eingestrahlt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Erzeugen der Aufrauung nasschemisch erfolgt und die Oberseite (20) beim Erzeugen der Aufrauung von einem Ätzmittel (5) durchgehend bedeckt ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem – das Substrat (1) von einem Aufwachssubstrat für die Halbleiterschichtenfolge (2) verschieden ist, – die Halbleiterschichtenfolge (2) auf AlInGaN basiert und zur Erzeugung von blauem Licht eingerichtet ist, – die Aufrauung (3) zur Verbesserung einer Lichtauskopplung aus der Halbleiterschichtenfolge (2) heraus eingerichtet ist, und – die Aufrauung (3) an einer n-leitenden Seite der Halbleiterschichtenfolge (2) erzeugt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem während des Erzeugens der Aufrauung (3) ein Zeitverlauf der Rückstrahlung (B) detektiert wird, aus dem Zeitverlauf eine Auskoppeleffizienz ermittelt wird und das Erzeugen der Aufrauung (3) bei Erreichen einer vorgegebenen Auskoppeleffizienz beendet wird.