DE102016200957A1

DE102016200957A1 - Substrat mit Strukturelementen und Halbleiterbauelement

Info

Publication number: DE102016200957A1
Application number: DE102016200957.5A
Authority: DE
Inventors: Tobias Gotschke; Georg Roßbach
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2016-01-25
Filing date: 2016-01-25
Publication date: 2017-07-27
Also published as: WO2017129485A1; TW201737513A

Abstract

Es wird ein Substrat (1) mit einer Abscheideseite (10) und einer der Abscheideseite gegenüberliegenden Rückseite (11) angegeben, wobei an der Abscheideseite erste Strukturelemente und zweite Strukturelemente angeordnet sind und die ersten Strukturelemente und die zweiten Strukturelemente bereichsweise übereinander angeordnet sind. Weiterhin wird ein Halbleiterbauelement (8) mit einem solchen Substrat angegeben.

Description

Die vorliegende Anmeldung betrifft ein Substrat mit Strukturelementen und ein Halbleiterbauelement mit einem solchen Substrat
Für die epitaktische Abscheidung von nitridischem Verbindungshalbleitermaterial können strukturierte Saphir-Substrate Anwendung finden, bei denen Strukturen gleichmäßig über die Oberfläche der Substrate verteilt sind. Durch ein laterales Überwachsen solcher Strukturen im Mikrometerbereich kann eine Defektreduktion des abzuscheidenden Materials erzielt werden. Bei Leuchtdioden mit diesen Substraten bewirken die Strukturen zudem eine verbesserte Auskoppeleffizienz im Vergleich zu planaren Substraten. Weiterhin sind Strukturen im Nanometerbereich bekannt. Mit solchen Substraten kann eine vergleichbare Auskoppeleffizienz erzielt werden. Allerdings findet keine signifikante Defektreduktion statt.
Eine Aufgabe ist es, die Herstellung von Leuchtdioden mit einer hohen Kristallqualität und gleichzeitig mit einer guten Auskoppeleffizienz zu erleichtern.
Diese Aufgaben werden unter anderem durch ein Substrat gemäß Patentanspruch 1 beziehungsweise durch ein Halbleiterbauelement mit einem solchen Substrat gelöst. Weitere Ausgestaltungen und Zweckmäßigkeiten sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Es wird ein Substrat mit einer Abscheideseite und einer der Abscheideseite gegenüberliegenden Rückseite angegeben. Die Abscheideseite ist insbesondere für die epitaktische Abscheidung von Halbleitermaterial basierend auf nitridischem Verbindungshalbleitermaterial vorgesehen. Zum Beispiel weist das Substrat einen Substratkörper auf. Der Substratkörper enthält beispielsweise Saphir oder besteht aus Saphir. Der Substratkörper kann die Abscheideseite bilden. Alternativ kann eine auf dem Substratkörper abgewandte Schicht die Abscheideseite bilden.
Auf „Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial basierend" bedeutet im vorliegenden Zusammenhang, dass die Halbleiterschichtenfolge oder zumindest ein Teil davon, besonders bevorzugt zumindest der aktive Bereich und/oder das Aufwachssubstrat, ein Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial, vorzugsweise Al_xIn_yGa_1-x-yN aufweist oder aus diesem besteht, wobei 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 und x + y ≤ 1. Dabei muss dieses Material nicht zwingend eine mathematisch exakte Zusammensetzung nach obiger Formel aufweisen. Vielmehr kann es beispielsweise ein oder mehrere Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen. Der Einfachheit halber beinhaltet obige Formel jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters (Al, Ga, In, N), auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt und/oder ergänzt sein können.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Substrats sind an der Abscheideseite erste Strukturelemente angeordnet. Die ersten Strukturelemente sind insbesondere in lateraler Richtung nebeneinander angeordnet und zumindest stellenweise voneinander beabstandet. Beispielsweise sind die ersten Strukturelemente so ausgebildet, dass sich Material bei der epitaktischen Abscheidung auf den ersten Strukturelementen mit einer geringeren Wahrscheinlichkeit ablagert als in Zwischenräumen zwischen den ersten Strukturelementen. Mit anderen Worten erfolgt das epitaktische Wachstum ausgehend von zumindest einem Bereich, der frei von den ersten Strukturelementen ist. Beispielsweise liegt der Substratkörper in Zwischenräumen zwischen den ersten Strukturelementen zumindest stellenweise frei.
Als laterale Richtung wird eine Richtung angesehen, die entlang einer Haupterstreckungsebene des Substrats verläuft. Entsprechend ist eine vertikale Richtung eine Richtung senkrecht zur Haupterstreckungsebene des Substrats.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Substrats sind an der Abscheideseite zweite Strukturelemente angeordnet. Die zweiten Strukturelemente weisen zum Beispiel eine geringere maximale laterale Ausdehnung auf als die ersten Strukturelemente.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Substrats sind die ersten Strukturelemente und die zweiten Strukturelemente bereichsweise übereinander angeordnet. In vertikaler Richtung sind also die ersten Strukturelemente bereichsweise zwischen den zweiten Strukturelementen und der Rückseite des Substrats angeordnet oder umgekehrt. Insbesondere bedecken die zweiten Strukturelemente die ersten Strukturelemente bereichsweise in Draufsicht auf die Abscheideseite.
In mindestens einer Ausführungsform des Substrats weist das Substrat eine Abscheideseite und eine der Abscheideseite gegenüberliegende Rückseite auf, wobei an der Abscheideseite erste Strukturelemente und zweite Strukturelemente angeordnet sind und die ersten Strukturelemente und die zweiten Strukturelemente bereichsweise übereinander angeordnet sind.
Die ersten Strukturelemente und die zweiten Strukturelemente sind in ihrer Ausgestaltung weitgehend unabhängig voneinander, insbesondere im Hinblick auf deren Mittenabstand, deren maximale laterale Ausdehnung und deren vertikale Ausdehnung. Dadurch erhöht sich die Gestaltungsfreiheit für die Ausgestaltung der Strukturierung der Abscheideseite.
Die ersten Strukturelemente und die zweiten Strukturelemente können insbesondere im Hinblick auf unterschiedliche Effekte optimiert sein. Beispielsweise sind die ersten Strukturelemente so gewählt, dass das abzuscheidende Material bei der epitaktischen Abscheidung auf dem Substrat von den Zwischenräumen zwischen den ersten Strukturelementen ausgehend die ersten Strukturelemente lateral überwächst, so dass Versetzungen in laterale Richtung umgelenkt werden und die Kristallqualität des abzuscheidenden Materials effizient erhöht wird. Gleichzeitig können die zweiten Strukturelemente beispielsweise für die Steigerung der Auskoppeleffizienz vorgesehen sein. Im Unterschied zu einem konventionellen strukturierten Substrat, bei dem nur ein Typ von Strukturelementen vorgesehen ist, sind die Effekte der verbesserten Defektreduktion und der verbesserten Auskopplung also voneinander entkoppelt. Dadurch können vereinfacht sowohl eine hohe Kristallqualität als auch eine Verbesserung der Abstrahlungseigenschaften erzielt werden, beispielsweise eine Erhöhung der Auskoppeleffizienz oder eine veränderte Richtcharakteristik, beispielsweise eine gegenüber der seitlichen Abstrahlung erhöhte vorderseitige Abstrahlung.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Substrats weisen zumindest einige der ersten Strukturelemente eine maximale laterale Ausdehnung von mindestens 1 µm auf. Insbesondere können mindestens 50 %, beispielsweise mindestens 90 % oder auch alle der ersten Strukturelemente eine laterale Ausdehnung in diesem Bereich aufweisen. Beispielsweise beträgt die maximale laterale Ausdehnung zwischen einschließlich 1 µm und einschließlich 5 µm, insbesondere zwischen einschließlich 1 µm und einschließlich 3 µm. Bei einer Ausdehnung der ersten Strukturelemente in diesem Bereich kann die Kristallqualität durch laterales Überwachsen der ersten Strukturelemente besonders effizient verbessert werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Substrats weisen zumindest einige der zweiten Strukturelemente eine maximale laterale Ausdehnung von höchstens 800 nm auf. Insbesondere können mindestens 50 %, beispielsweise mindestens 90 % oder auch alle der zweiten Strukturelemente eine laterale Ausdehnung in diesem Bereich aufweisen.
Zum Beispiel kann die maximale laterale Ausdehnung zwischen einschließlich 20 nm und einschließlich 800 nm liegen. Alternativ können aber auch größere zweite Strukturelemente Anwendung finden, beispielsweise Strukturelemente mit einer lateralen Ausdehnung zwischen einschließlich 100 nm und einschließlich 1500 nm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Substrats sind die ersten Strukturelemente in einem regelmäßigen Gitter mit einer ersten Gitterkonstante und/oder die zweiten Strukturelemente in einem regelmäßigen Gitter mit einer zweiten Gitterkonstante angeordnet. Beispielsweise sind die ersten Strukturelemente und/oder die zweiten Strukturelemente jeweils in einem hexagonalen Gitter angeordnet. Alternativ kann auch eine Anordnung in einem rechteckigen Gitter Anwendung finden.
Zum Beispiel ist die erste Gitterkonstante, also ein Mittenabstand zwischen benachbarten ersten Strukturelementen, größer als die zweite Gitterkonstante, also ein Mittenabstand zwischen benachbarten zweiten Strukturelementen. Insbesondere ist die erste Gitterkonstante mindestens 1,2-fach so groß, beispielsweise mindestens 1,5-fach oder mindestens zweifach so groß wie die zweite Gitterkonstante. Als ein Mittenabstand zweier Elemente wird im Zweifel ein Abstand zwischen den Mittelpunkten der Elemente angesehen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Substrats ist ein Teil der zweiten Strukturelemente in Zwischenräumen zwischen den ersten Strukturelementen angeordnet. Die ersten und die zweiten Strukturelemente können insbesondere teilweise nebeneinander und teilweise übereinander angeordnet sein. Beispielsweise sind die ersten Strukturelemente und die zweiten Strukturelemente jeweils durchgängig in einem periodischen Gitter angeordnet, das sich über das gesamte Substrat oder zumindest im Wesentlichen über das gesamte Substrat, etwa über eine Fläche von mindestens 90% des Substrats erstreckt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Substrats sind die zweiten Strukturelemente in Draufsicht auf die Abscheideseite ausschließlich auf den ersten Strukturelementen angeordnet. Mit anderen Worten sind die Zwischenräume zwischen ersten Strukturelementen vollständig frei von den zweiten Strukturelementen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Substrats ist auf jedem ersten Strukturelement genau ein zweites Strukturelement angeordnet. Beispielsweise ist das zweite Strukturelement mittig auf dem ersten Strukturelement angeordnet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Substrats sind auf jedem ersten Strukturelement mindestens zwei zweite Strukturelemente, beispielsweise drei oder mehr zweite Strukturelemente, angeordnet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Substrats enthalten die ersten Strukturelemente und/oder zweiten Strukturelemente ein Oxid-Material oder ein Nitrid-Material.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Substrats enthalten die ersten Strukturelemente und/oder zweiten Strukturelemente Saphir.
Zum Beispiel sind die ersten und/oder die zweiten Strukturelemente durch eine auf einem Substratkörper des Substrats angeordnete Schicht gebildet, wobei die Schicht beispielsweise ein Oxid-Material oder ein Nitrid-Material enthält. Alternativ kann die Schicht auch Saphir enthalten. Der Substratkörper selbst muss also nicht notwendigerweise strukturiert sein und kann auch planar sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Substrats weist zumindest ein Teil der ersten Strukturelemente eine Grundform eines Kegels, eines Kegelstumpfes, einer Pyramide, eines Pyramidenstumpfes, eines Zylinders oder eines Stabes auf. Die Pyramide, der Pyramidenstumpf oder der Stab können eine insbesondere regelmäßige mehreckige Grundfläche aufweisen, beispielsweise eine Grundfläche eines regelmäßigen Sechsecks.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Substrats ist die Abscheideseite zumindest stellenweise zur Rückseite verkippt. Beispielsweise ist eine der Rückseite des Substrats abgewandte Oberfläche der ersten Strukturelemente zumindest stellenweise zur Rückseite verkippt. In einem Bereich in den Zwischenräumen zwischen den ersten Strukturelementen kann die Abscheideseite parallel zur Rückseite verlaufen. Die Oberfläche der ersten Strukturelemente ist also auch zu dem Bereich zwischen den ersten Strukturelementen verkippt. Durch Wahl geeigneter Abscheideparameter kann auf einfache Weise erzielt werden, dass ein epitaktisches Wachstum eines auf dem Substrat abzuscheidenden Materials vollständig oder zumindest überwiegend ausgehend von dem Bereich in Zwischenräumen zwischen den ersten Strukturelementen erfolgt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Substrats verjüngen sich die ersten Strukturelemente mit zunehmendem Abstand von einer der Abscheideseite gegenüberliegenden Rückseite des Substrats, insbesondere entlang des gesamten Umfangs der ersten Strukturelemente. Eine stellenweise verkippte Abscheideseite ist so auf einfache Weise erzielbar.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Substrats verläuft eine Oberfläche der ersten Strukturelemente zumindest stellenweise parallel zur Rückseite. Beispielsweise verläuft die gesamte Oberfläche der ersten Strukturelemente seitlich der zweiten Strukturelemente parallel zur Rückseite. In diesem Fall können die ersten Strukturelemente beispielsweise mittels eines Materials gebildet sein, auf dem eine Nukleationswahrscheinlichkeit bei der epitaktischen Abscheidung geringer ist als auf dem Substratkörper.
Ein Halbleiterbauelement weist gemäß zumindest einer Ausführungsform ein Substrat mit zumindest einem der vorstehend angegebenen Merkmale und eine auf dem Substrat abgeschiedene Halbleiterschichtenfolge auf. Beispielsweise ist das Halbleiterbauelement ein optoelektronisches Halbleiterbauelement mit einem zur Erzeugung und/oder zum Empfangen von Strahlung vorgesehenen aktiven Bereich.
Das vorstehend beschriebene Substrat ist für das Halbleiterbauelement besonders geeignet. Im Zusammenhang mit dem Substrat genannte Merkmale können daher auch für das Halbleiterbauelement herangezogen werden.
Weitere Ausgestaltungen und Zweckmäßigkeiten ergeben sich aus der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Figuren.
Es zeigen:
Die 1A und 1B ein erstes Ausführungsbeispiel für ein Substrat in Draufsicht (1A) und in Schnittansicht (1B);
die 2A und 2B ein zweites Ausführungsbeispiel für ein Substrat in Draufsicht (2A) und in Schnittansicht (2B);
die 3A und 3B ein drittes Ausführungsbeispiel für ein Substrat in Draufsicht (3A) und in Schnittansicht (3B);
die 4A und 4B ein viertes Ausführungsbeispiel für ein Substrat in Draufsicht (4A) und in Schnittansicht (4B); und
5 ein Ausführungsbeispiel für ein Halbleiterbauelement in Schnittansicht.
Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Die Figuren sind jeweils schematische Darstellungen und daher nicht unbedingt maßstabsgetreu. Vielmehr können vergleichsweise kleine Elemente und insbesondere Schichtdicken zur Verdeutlichung übertrieben groß dargestellt sein.
In den 1A und 1B ist ein Ausführungsbeispiel für ein Substrat in Draufsicht und in Schnittansicht gezeigt. Das Substrat 1 erstreckt sich in einer vertikalen Richtung zwischen einer Abscheideseite 10 und einer der Abscheideseite gegenüberliegenden Rückseite 11.
An der Abscheideseite 10 sind erste Strukturelemente 2 angeordnet. Die ersten Strukturelemente 2 sind in einem regelmäßigen hexagonalen Gitter angeordnet. Eine Gitterkonstante, also ein Mittenabstand zwischen zwei benachbarten ersten Strukturelementen 2 ist durch einen Pfeil 71 veranschaulicht.
Weiterhin sind an der Abscheideseite 10 zweite Strukturelemente 3 angeordnet. Die zweiten Strukturelemente 3 und die ersten Strukturelemente 2 überlappen teilweise. In vertikaler Richtung gesehen sind die ersten Strukturelemente 2 bereichsweise zwischen der Rückseite 11 und den zweiten Strukturelementen 3 angeordnet.
Die zweiten Strukturelemente 3 sind in einem regelmäßigen hexagonalen Gitter angeordnet. Eine zweite Gitterkonstante des regelmäßigen Gitters der zweiten Strukturelemente 3 ist durch einen Pfeil 72 veranschaulicht.
Das Substrat 1 weist einen Substratkörper 15 auf. Auf dem Substratkörper 15 ist eine Schicht 18 angeordnet. Die ersten Strukturelemente 2 und die zweiten Strukturelemente 3 sind mittels einer Strukturierung der Schicht 18 gebildet. Die Schicht 18 enthält beispielsweise ein Oxid-Material oder ein Nitrid-Material. Alternativ kann die Schicht 18 auch Saphir enthalten. Grundsätzlich eignen sich für die Schicht 18 alle Materialien, die bei üblichen Abscheidetemperaturen temperaturstabil sind, beispielsweise bei 1000 °C.
Weiterhin kann die Strukturierung zur Ausbildung der ersten Strukturelemente 2 und der zweiten Strukturelemente 3 auch im Substratkörper 15 selbst ausgebildet sein. Eine auf dem Substratkörper 15 angeordnete Schicht 18 ist in diesem Fall nicht erforderlich. Bei der Herstellung können die ersten Strukturelemente 2 und die zweiten Strukturelemente 3 in einem gemeinsamen Herstellungsschritt ausgebildet werden, beispielsweise mittels eines Nanoimprint-Verfahrens.
Ein Teil der zweiten Strukturelemente 3 ist auf den ersten Strukturelementen 2 angeordnet. Ein weiterer Teil der zweiten Strukturelemente 3 ist in Zwischenräumen 25 zwischen den ersten Strukturelementen 2 angeordnet.
Die Gitterkonstante des Gitters der ersten Strukturelemente 2 beträgt beispielsweise zwischen einschließlich 1 µm und einschließlich 5 µm, bevorzugt zwischen einschließlich 2 µm und einschließlich 4 µm, beispielsweise 3 µm.
Bei der epitaktischen Abscheidung von Halbleitermaterial auf dem Substrat 1 erfolgt das Wachstum ausgehend von den Zwischenräumen 25 zwischen den ersten Strukturelementen 2. Insbesondere erfolgt das Wachstum ausgehend von einem Bereich 16, der sowohl frei von den ersten Strukturelementen 2 als auch von den zweiten Strukturelementen 3 ist. Der Bereich 16 kann in lateraler Richtung über das gesamte Substrat 1 zusammenhängend sein. Ausgehend von dem Bereich 16 können die ersten Strukturelemente 2 lateral überwachsen werden.
Eine maximale laterale Ausdehnung der ersten Strukturelemente 2 beträgt vorzugsweise zwischen einschließlich 30 % und einschließlich 100 % der ersten Gitterkonstante des Gitters der ersten Strukturelemente 2.
Die zweite Gitterkonstante des Gitters der zweiten Strukturelemente 3 ist kleiner als die erste Gitterkonstante der ersten Strukturelemente 2. Insbesondere ist die erste Gitterkonstante mindestens 1,2-fach so groß, beispielsweise mindestens 1,5-fach oder mindestens zweifach so groß wie die zweite Gitterkonstante. Die zweite Gitterkonstante der zweiten Strukturelemente 3 beträgt vorzugsweise zwischen einschließlich 50 nm und einschließlich 1 µm.
Eine maximale laterale Ausdehnung der zweiten Strukturelemente 3 beträgt vorzugsweise zwischen einschließlich 50 nm und einschließlich 1 µm.
Die ersten Strukturelemente 2 weisen im Vergleich zu den zweiten Strukturelementen 3 eine vergleichsweise große laterale Ausdehnung auf. Eine Verbesserung der Kristallqualität des abzuscheidenden Halbleitermaterials kann so mittels der ersten Strukturelemente 2 besonders zuverlässig erzielt werden.
Die laterale Ausdehnung der zweiten Strukturelemente 3 ist dagegen vergleichsweise klein zur lateralen Ausdehnung der ersten Strukturelemente 2 und kann insbesondere im Bereich der Wellenlänge von sichtbarem oder ultraviolettem Licht im Material der abzuscheidenden Halbleiterschichtenfolge liegen.
Bei der Herstellung von Halbleiterschichtenfolgen für Strahlungsemitter, wie beispielsweise Leuchtdioden, können so Beugungseffekte an den zweiten Strukturelementen 3 zu einer verbesserten Auskopplung der erzeugten Strahlung beitragen. Insbesondere können Beugungseffekte eine gerichtete Abstrahlung fördern.
Bei dem in 1B dargestellten Ausführungsbeispiel weisen die ersten Strukturelemente 2 jeweils eine kegelförmige Struktur auf, sodass sich die ersten Strukturelemente 2 mit zunehmendem Abstand von der Rückseite 11 verjüngen. Eine Oberfläche 20 der ersten Strukturelemente 2 verläuft schräg zur Rückseite 11. Insbesondere verlaufen diese Bereiche der Oberfläche 20 auch schräg zu dem Bereich 16, in dem der Substratkörper 15 freiliegt. Auch bei Verwendung desselben Materials für den Substratkörper 15 und die ersten Strukturelemente 2 ist so gewährleistet, dass das Wachstum überwiegend ausgehend von dem Bereich 16 erfolgt.
Die zweiten Strukturelemente 3 sind in Form von Zylindern, insbesondere in Form von Nanosäulen, auf die ersten Strukturelemente 2 aufgesetzt. Es kann jedoch auch eine andere der eingangs genannten Grundformen für die zweiten Strukturelemente Anwendung finden.
Das in den 2A und 2B dargestellte zweite Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem im Zusammenhang mit den 1A und 1B beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel.
Im Unterschied hierzu verläuft eine Oberfläche 20 der ersten Strukturelemente 2 parallel zur Rückseite 11 und insbesondere auch parallel zu dem Bereich 16. In diesem Fall sind die ersten Strukturelemente 2 zweckmäßigerweise mittels eines Materials gebildet, das für das abzuscheidende Material, insbesondere für nitridisches Verbindungshalbleitermaterial, eine geringere Nukleationswahrscheinlichkeit aufweist als das in dem Bereich 16 freiliegende Material. Beispielsweise eignet sich für die Schicht 18 ein Oxid, etwa Siliziumoxid, oder ein Nitrid, etwa Siliziumnitrid.
In Draufsicht auf das Substrat können die ersten Strukturelemente 2 und/oder die zweiten Strukturelemente 3 auch eine von einer Kreisform abweichende Grundform, beispielsweise eine insbesondere regelmäßige mehreckige, etwa dreieckige, viereckige oder sechseckige Grundform aufweisen.
Zum Beispiel weisen die ersten Strukturelemente 2 die Grundform eines Kegels, eines Kegelstumpfes, einer Pyramide oder eines Pyramidenstumpfes auf, wobei die Pyramide oder der Pyramidenstumpf eine mehreckige Grundfläche aufweisen können, beispielsweise eine dreieckige, viereckige oder sechseckige Grundform. Alternativ kann auch eine Grundform mit konstantem Querschnitt Anwendung finden, beispielsweise eine Grundform eines Zylinders oder eines Stabes mit einer insbesondere regelmäßigen mehreckigen, etwa dreieckigen, viereckigen oder sechseckigen Grundform.
In den in den 1A und 2A dargestellten Ausführungsbeispielen erstrecken sich die zweiten Strukturelemente 3 jeweils großflächig in einem regelmäßigen Gitter über das gesamte Substrat 1 oder zumindest im Wesentlichen über das gesamte Substrat 1. Dadurch können Beugungseffekte zur Verbesserung der Auskoppeleffizienz besonders wirksam genutzt werden.
Ein drittes Ausführungsbeispiel ist in den 3A und 3B in Draufsicht und in Schnittansicht gezeigt. Dieses dritte Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem im Zusammenhang mit den 1A und 1B beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel und unterscheidet sich hiervon insbesondere dadurch, dass die zweiten Strukturelemente 3 ausschließlich auf den ersten Strukturelementen 2 angeordnet sind. Zwischenräume 25 zwischen den ersten Strukturelementen 2 sind frei von den zweiten Strukturelementen 3.
Den ersten Strukturelementen 2 ist jeweils genau ein zweites Strukturelement 3 zugeordnet. Insbesondere kann das zweite Strukturelement 3 mittig zum ersten Strukturelement 2 angeordnet sein. In diesem Ausführungsbeispiel weist die Anordnung der ersten Strukturelemente 2 und der zweiten Strukturelemente 3 dieselbe Gitterkonstante auf. Die zweiten Strukturelemente 3 sind durch Kegel gebildet, die auf die ersten Strukturelemente 2 aufgesetzt sind. Die Oberfläche 20 der ersten Strukturelemente 2 ist seitlich der zweiten Strukturelemente 3 parallel zur Rückseite 11 des Substrats 1. Wie im Zusammenhang mit den 2A und 2B beschrieben, sind die ersten Strukturelemente 2 zweckmäßigerweise mittels eines Materials gebildet, das eine niedrigere Nukleationswahrscheinlichkeit aufweist als das in dem Bereich 16 freiliegende Material des Substratkörpers 15.
Die zweiten Strukturelemente 3 dienen insbesondere der Erhöhung der Auskoppeleffizienz. Insbesondere wird die Auskopplung über eine Reflexion oder Brechung an der schräg zur Oberfläche 20 der ersten Strukturelemente 2 verlaufenden Oberfläche 30 der zweiten Strukturelemente 3 erhöht.
Das in den 4A und 4B dargestellte vierte Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem im Zusammenhang mit den 3A und 3B dargestellten dritten Ausführungsbeispiel.
Im Unterschied hierzu sind auf jedem ersten Strukturelement 2 mehrere zweite Strukturelemente 3, in dem gezeigten Ausführungsbeispiel drei zweite Strukturelemente, angeordnet.
Die zweiten Strukturelemente 3 können, wie in 4A veranschaulicht, stellenweise unmittelbar aneinander angrenzen oder in lateraler Richtung auch voneinander beabstandet sein, wie 4B zeigt.
Durch die Verwendung mehrerer zweiter Strukturelemente 3 auf einem ersten Strukturelement 2 kann der Flächenanteil der Abscheideseite 10 erhöht werden, der schräg zur Rückseite 11 des Substrats verläuft, ohne dass die vertikale Ausdehnung der zweiten Strukturelemente 3 erhöht werden muss.
In 5 ist ein Halbleiterbauelement 8 mit einem solchen Substrat 1 gezeigt. Das Halbleiterbauelement 8 weist hierbei lediglich exemplarisch ein Substrat 1 auf, das wie im Zusammenhang mit den 1A und 1B beschrieben ausgebildet ist. Selbstverständlich kann auch ein Substrat gemäß einem der anderen Ausführungsbeispiele Anwendung finden.
Auf dem Substrat 1 ist eine Halbleiterschichtenfolge 81 epitaktisch abgeschieden, beispielsweise mittels metall-organischer chemischer Gasphasenabscheidung (Metal-organic Chemical Vapor Phase Deposition, MOCVD). Das Halbleiterbauelement 8 ist beispielsweise als ein strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement, etwa eine Leuchtdiode, ausgebildet. Die Halbleiterschichtenfolge 81 weist einen zur Erzeugung von Strahlung vorgesehenen aktiven Bereich 85 auf. Zur externen elektrischen Kontaktierung weist das Halbeiterbauelement Kontakte 86 auf. Die Position und Ausgestaltung der Kontakte kann in weiten Grenzen variiert werden, solange durch Anlegen einer externen elektrischen Spannung zwischen den Kontakten 86 des Halbleiterbauelements 8 Ladungsträger von entgegengesetzten Seiten in den aktiven Bereich 85 injiziert werden und dort unter Emission von Strahlung rekombinieren können.
Die Halbleiterschichtenfolge 81, insbesondere der aktive Bereich 85, basiert vorzugsweise auf einem nitridischen Verbindungshalbleitermaterial.
Eine Peakwellenlänge der im aktiven Bereich 25 erzeugten Strahlung kann im Material der Halbleiterschichtenfolge zwischen dem einschließlich 0,2-Fachen und dem einschließlich 5-Fachen der zweiten Gitterkonstante der zweiten Strukturelemente 3 liegen, sodass eine Auskopplung aus dem Halbleiterbauelement 8 durch die zweiten Strukturelemente 3 aufgrund von Beugungseffekten besonders effizient gesteigert werden kann.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele 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 den Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Bezugszeichenliste

1: Substrat
10: Abscheideseite
11: Rückseite
15: Substratkörper
16: Bereich
18: Schicht
2: erstes Strukturelement
20: Oberfläche des ersten Strukturelements
25: Zwischenraum
3: zweites Strukturelement
30: Oberfläche des zweiten Strukturelements
71: Pfeil
72: Pfeil
8: Halbleiterbauelement
81: Halbleiterschichtenfolge
85: aktiver Bereich
86: Kontakt

Claims

Substrat (1) mit einer Abscheideseite (10) und einer der Abscheideseite gegenüberliegenden Rückseite (11), wobei an der Abscheideseite erste Strukturelemente (2) und zweite Strukturelemente (3) angeordnet sind und die ersten Strukturelemente und die zweiten Strukturelemente bereichsweise übereinander angeordnet sind.
Substrat nach Anspruch 1, wobei zumindest einige der ersten Strukturelemente eine maximale laterale Ausdehnung von mindestens 1µm aufweisen.
Substrat nach Anspruch 1 oder 2, wobei zumindest einige der zweiten Strukturelemente eine maximale laterale Ausdehnung von höchstens 800 nm aufweisen.
Substrat nach einem der vorherigen Ansprüche, Wobei die ersten Strukturelemente in einem regelmäßigen Gitter mit einer ersten Gitterkonstante und die zweiten Strukturelemente in einem regelmäßigen Gitter mit einer zweiten Gitterkonstante angeordnet sind und wobei der erste Gitterabstand größer ist als der zweite Gitterabstand.
Substrat nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei ein Teil der zweiten Strukturelemente in Zwischenräumen (25) zwischen den ersten Strukturelementen angeordnet ist.
Substrat nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die zweiten Strukturelemente in Draufsicht auf die Abscheideseite ausschließlich auf ersten Strukturelementen angeordnet sind.
Substrat nach Anspruch 6, wobei auf jedem ersten Strukturelement genau ein zweites Strukturelement angeordnet ist.
Substrat nach Anspruch 6, wobei auf jedem ersten Strukturelement mindestens zwei zweite Strukturelemente angeordnet sind.
Substrat nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die ersten Strukturelemente und/oder zweiten Strukturelemente ein Oxid-Material oder ein Nitrid-Material enthalten.
Substrat nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die ersten Strukturelemente und/oder zweiten Strukturelemente Saphir enthalten.
Substrat nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei zumindest ein Teil der ersten Strukturelemente eine Grundform eines Kegels, eines Kegelstumpfes, einer Pyramide, eines Pyramidenstumpfes, eines Zylinders oder eines Stabes aufweist.
Substrat nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Abscheideseite zumindest stellenweise zur Rückseite verkippt ist.
Substrat nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei sich die ersten Strukturelemente mit zunehmendem Abstand von einer der Abscheideseite gegenüberliegenden Rückseite des Aufwachssubstrats verjüngen.
Substrat nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei eine Oberfläche (20) der ersten Strukturelemente zumindest stellenweise parallel zur Rückseite verläuft.
Halbleiterbauelement (8) mit einem Substrat nach einem der vorhergehenden Ansprüche und einer auf dem Substrat abgeschiedenen Halbleiterschichtenfolge (81).