DE102017120037A1 - Verfahren zur Herstellung einer Vielzahl strahlungsemittierender Halbleiterchips, strahlungsemittierender Halbleiterchip und strahlungsemittierender Halbleiterchip-Array - Google Patents

Verfahren zur Herstellung einer Vielzahl strahlungsemittierender Halbleiterchips, strahlungsemittierender Halbleiterchip und strahlungsemittierender Halbleiterchip-Array Download PDF

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung einer Vielzahl strahlungsemittierender Halbleiterchips mit den folgenden Schritten angegeben:- Bereitstellen eines Wachstumssubstrats (1),- Epitaktisches Aufwachsen einer epitaktischen Halbleiterschichtenfolge (2) mit einer aktiven Zone (3), die dazu geeignet ist, elektromagnetische Strahlung zu erzeugen, auf das Wachstumssubstrat (1), wobei die Halbleiterschichtenfolge (2) ein Nitridverbindungshalbleitermaterial umfasst,- Aufbringen einer strukturierten Fotolackschicht (4) mit sechseckigen Strukturelementen (5) auf die Halbleiterschichtenfolge (2), wobei Bereiche der Halbleiterschichtenfolge (2) zwischen den Strukturelementen (5) frei zugänglich sind, und- Ätzen der Halbleiterschichtenfolge (2) in den frei zugänglichen Bereichen, sodass sechseckige Halbleiterschichtenstapel (2) mit Seitenflächen (11) entstehen, von denen zumindest eine Seitenfläche (11) parallel zu einer m-Fläche (7) oder parallel zu einer a-Fläche (6) des Nitridverbindungshalbleitermaterials verläuft.

Description

  • Es werden ein Verfahren zur Herstellung einer Vielzahl strahlungsemittierender Halbleiterchips, ein strahlungsemittierender Halbleiterchip und ein strahlungsemittierender Halbleiterchip-Array angegeben.
  • Eine Aufgabe ist es vorliegend, ein Verfahren zur Herstellung eines verbesserten strahlungsemittierenden Halbleiterchips, einen verbesserten Halbleiterchip und einen verbesserten strahlungsemittierenden Halbleiterchip-Array anzugeben. Insbesondere soll ein Halbleiterchip angegeben werden, der eine vergleichsweise kleine Strahlungsaustrittsfläche bei erhöhter Effizienz aufweist. Weiterhin soll ein strahlungsemittierender Halbleiterchip-Array mit erhöhter Effizienz angegeben werden.
  • Diese Aufgaben werden durch ein Verfahren mit den Schritten des Patentanspruchs 1, durch einen strahlungsemittierenden Halbleiterchip mit den Merkmalen des Patentanspruchs 11 und durch einen strahlungsemittierenden Halbleiterchip-Array mit den Merkmalen des Patentanspruchs 15 gelöst.
  • Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen des Verfahrens, des Halbleiterchips und des Halbleiterchip-Arrays sind Gegenstand der jeweils abhängigen Ansprüche.
  • Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung einer Vielzahl strahlungsemittierender Halbleiterchips wird zunächst ein Wachstumssubstrat bereitgestellt. Das Wachstumssubstrat kann beispielsweise Saphir, Galliumnitrid, Siliziumcarbid oder Silizium aufweisen oder aus einem dieser Materialien bestehen.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird eine epitaktische Halbleiterschichtenfolge mit einer aktiven Zone, die dazu geeignet ist, elektromagnetische Strahlung zu erzeugen, auf das Wachstumssubstrat epitaktisch aufgewachsen. Die epitaktische Halbleiterschichtenfolge ist hierbei besonders bevorzugt aus einem Nitridverbindungshalbleitermaterial gebildet oder umfasst ein Nitridverbindungshalbleitermaterial. Nitridverbindungshalbleitermaterialien sind Verbindungshalbleitermaterialien, die Stickstoff enthalten, wie die Materialien aus dem System InxAlyGa1-x-yN mit 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 und x+y ≤ 1. Beispielsweise handelt es sich bei dem Nitridverbindungshalbleitermaterial um GaN oder AlInGaN.
  • Basiert die epitaktische Halbleiterschichtenfolge und insbesondere die aktive Zone auf einem Nitridverbindungshalbleitermaterial, so wird in der aktiven Zone besonders bevorzugt kurzwellige sichtbare Strahlung, beispielsweise aus dem ultravioletten oder blauen Spektralbereich, erzeugt.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird eine strukturierte Fotolackschicht mit sechseckigen Strukturelementen auf die Halbleiterschichtenfolge aufgebracht. Hierbei sind Bereiche der Halbleiterschichtenfolge zwischen den Strukturelementen besonders bevorzugt frei zugänglich.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird die Halbleiterschichtenfolge in den frei zugänglichen Bereichen geätzt, so dass sechseckige Halbleiterschichtenstapel mit Seitenflächen entstehen, von denen zumindest eine Seitenflächen parallel zu einer m-Fläche oder parallel zu einer a-Fläche des Nitridverbindungshalbleitermaterials verläuft. Die Seitenfläche kann auch durch die m-Fläche oder durch die a-Fläche des Nitridverbindungshalbleitermaterials gebildet sein.
  • Danach können weitere Schritte erfolgen, wie beispielsweise Aufbringen einer Metallisierung, Inspektion oder Entfernen der Fotolackschicht.
  • Das Nitridverbindungshalbleitermaterial, wie beispielsweise GaN oder AlInGaN, weist in der Regel eine hexagonale Kristallstruktur auf, insbesondere eine Wurzitkristallstruktur. Bei der a-Fläche des Nitridverbindungshalbleitermaterials handelt es sich in der Regel um die nicht-polare (1120)-Fläche der hexagonalen Kristallstruktur, während es sich bei der m-Fläche in der Regel um die ebenfalls nicht-polare (1100)-Fläche der hexagonalen Kristallstruktur handelt. Weiterhin weist ein Nitridverbindungshalbleitermaterial mit hexagonaler Kristallstruktur in der Regel eine c-Fläche auf, bei der es sich in der Regel im die polare (0001)-Fläche handelt. Auf der c-Fläche steht eine c-Achse der Kristallstruktur senkrecht.
  • Die Seitenflächen der Halbleiterschichtenstapel sind bevorzugt zwischen einer ersten Hauptfläche des jeweiligen Halbleiterschichtenstapels und einer zweiten Hauptfläche des jeweiligen Halbleiterschichtenstapels angeordnet. Die erste Hauptfläche und die zweite Hauptfläche der Halbleiterschichtenstapel sind bevorzugt parallel zu der c-Fläche des Nitridverbindungshalbleitermaterials und in der Regel auch parallel zu einer c-Fläche des Wachsttumsubstrats angeordnet oder durch die c-Fläche des Nitridverbindungshalbleitermaterials gebildet.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird die strukturierte Fotolackschicht mit den im Folgenden beschriebenen Schritten auf die epitaktische Halbleiterschichtenfolge aufgebracht. Zunächst wird eine Fotolackschicht vollflächig auf die Halbleiterschichtenfolge aufgebracht, beispielsweise mittels Schleudern. Dann wird die Fotolackschicht mit einer Maske belichtet, wobei die Maske sechseckige Strukturelemente aufweist. Die Maske wird hierbei besonders bevorzugt derart justiert, dass zumindest eine Seitenfläche jedes sechseckigen Strukturelements der Maske parallel zu der m-Fläche oder parallel zu der a-Fläche des Nitridverbindungshalbleitermaterials verläuft. Nach dem Belichten wird die Fotolackschicht bevorzugt entwickelt, so dass die Strukturelemente entstehen.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird bei dem Ätzen der Halbleiterschichtenfolge die aktive Zone der Halbleiterschichtenfolge vollständig durchtrennt.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird die Halbleiterschichtenfolge mit einem trocken-chemischen Ätzverfahren oder mit einem nass-chemischen Ätzverfahren geätzt. Besonders bevorzugt entstehen bei dem trocken-chemischen Ätzverfahren oder bei dem nass-chemischen Ätzverfahren die Seitenflächen der Halbleiterschichtenstapel.
  • Weiterhin ist es auch möglich, dass die Halbleiterschichtenfolge zuerst mit dem trocken-chemischen Ätzverfahren durchtrennt wird und dann die entstandenen Seitenflächen der Halbleiterschichtenstapel mit dem nass-chemischen Ätzverfahren geglättet werden. Besonders bevorzugt entstehen bei dieser Ausführungsform des Verfahrens Seitenflächen der Halbleiterschichtenstapel, die möglichst frei von Defekten, wie Stufen und Kanten, sind. Besonders bevorzugt weisen die Seitenflächen der Halbleiterschichtenstapel keine Stufen parallel zu der c-Achse des Nitridverbindungshalbleitermaterials auf.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird auf einer dem Wachstumssubstrat abgewandten ersten Hauptfläche der Halbleiterschichtenfolge eine Spiegelschicht aufgebracht. Besonders bevorzugt ist die Spiegelschicht dazu geeignet, elektromagnetische Strahlung, die in der aktiven Zone erzeugt wird, besonders gut zu reflektieren. Die Spiegelschicht kann beispielsweise eine metallische Schicht aufweisen oder aus einer metallischen Schicht bestehen. Weiterhin ist es auch möglich, dass die Spiegelschicht als Braggreflektor ausgebildet ist. Beispielsweise kann die Spiegelschicht als elektrischer Kontakt für die Halbleiterschichtenfolge dienen. Hierzu muss die Spiegelschicht elektrisch leitend ausgebildet sein.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird auf die Spiegelschicht ein Träger aufgebracht und das Wachstumssubstrat nachfolgend entfernt. Beispielsweise kann das Wachstumssubstrat mittels eines Laser-Lift-Off-Verfahrens, mittels eines Ätzverfahrens, durch Polieren oder Schleifen entfernt werden.
  • Alternativ ist es auch möglich, dass das Wachstumssubstrat in den Halbleiterchips verbleibt.
  • Ist das Wachstumssubstrat nicht mehr von dem fertigen Halbleiterchip umfasst, so weist die zweite Hauptfläche des Halbleiterschichtenstapels bevorzugt zu einer Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterchips, während die erste Hauptfläche zu einer Montagefläche des fertigen Halbleiterchips weist.
  • Ist das Wachstumssubstrat hingegen noch von dem fertigen Halbleiterchip umfasst, so weist die erste Hauptfläche des Halbleiterschichtenstapels bevorzugt zu einer Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterchips, während die zweite Hauptfläche zu einer Montagefläche des fertigen Halbleiterchips weist.
  • Bei dem Träger kann es sich beispielsweise um einen Siliziumträger oder um einen Wafer mit einem integrierten Schaltkreis („IC-Wafer“) handeln. Der Träger dient dazu, die Halbleiterschichtenfolge mechanisch zu stabilisieren.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird auf eine der Hauptflächen der Halbleiterschichtenfolge, die von der Montagefläche des Halbleiterchips abgewandt ist, ein elektrischer Kontakt aufgebracht. Bei dem elektrischen Kontakt kann es sich beispielsweise um eine transparente Kontaktschicht handeln, die vollflächig auf die zweite Hauptfläche der Halbleiterschichtenfolge aufgebracht wird.
  • Die elektrische transparente Kontaktschicht kann beispielsweise ein transparentes leitendes Oxid (TCO für „transparent conductive oxide“) aufweisen oder aus einem TCO-Material gebildet sein. Transparente leitende Oxide sind in der Regel Metalloxide, wie beispielsweise Zinkoxid, Zinnoxid, Cadmiumoxid, Titanoxid, Indiumoxid oder Indiumzinnoxid (ITO). Neben binären Metallsauerstoffverbindungen, wie beispielsweise ZnO, SnO2 oder In2O3 gehören auch ternäre Metallsauerstoffverbindungen, wie beispielsweise Zn2SnO4, ZnSnO3, MgIn2O4, GaInO3, Zn2In2O5 oder In4Sn3O12 oder Mischungen unterschiedlicher transparenter leitender Oxide zu der Gruppe der TCOs. Weiterhin entsprechend die TCOs nicht zwingend einer stöchiometrische Zusammensetzung und können weiterhin auch p- sowie n-dotiert sein.
  • Die transparente Kontaktschicht kann auch Graphen umfassen oder aus Graphen bestehen.
  • Weiterhin ist es auch möglich, dass der elektrische Kontakt ein metallischer Rahmen ist oder einen metallischen Rahmen umfasst. Beispielsweise umläuft der metallische Rahmen eine Strahlungsaustrittsfläche jedes Halbleiterchips vollständig.
  • Weiterhin ist es auch möglich, dass der elektrische Kontakt sowohl die transparente Kontaktschicht als auch den metallischen Rahmen aufweist oder aus der transparenten Kontaktschicht und dem metallischen Rahmen gebildet ist. Beispielsweise ist vollflächig auf die erste Hauptfläche oder die zweite Hauptfläche der Halbleiterschichtenfolge die transparente Kontaktschicht aufgebracht und der metallische Rahmen wiederum in direktem Kontakt auf der transparenten Kontaktschicht angeordnet.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens werden die Halbleiterchips vereinzelt, so dass jeder Halbleiterchip einen einzigen Halbleiterschichtenstapel umfasst.
  • Weiterhin ist es auch möglich, dass bei dem Vereinzeln mehrere Halbleiterschichtenstapel in einem Verbund zusammengefasst werden, so dass ein Halbleiterchip-Array entsteht. Mit anderen Worten wird der Wafer, der die epitaktische Halbleiterschichtenfolge umfasst, derart vereinzelt, dass mehrere Halbleiterschichtenstapel in einem Verbund verbleiben.
  • Das hier beschriebene Verfahren ist insbesondere dazu geeignet, einen strahlungsemittierenden Halbleiterchip oder einen strahlungsemittierenden Halbleiterchip-Array zu erzeugen. Ausführungsformen, Merkmale und Elemente, die vorliegend in Verbindung mit dem Verfahren beschrieben sind, können daher ebenso bei dem strahlungsemittierenden Halbleiterchip oder bei dem strahlungsemittierenden Halbleiterchip-Array verwirklicht sein und jeweils umgekehrt.
  • Ein strahlungsemittierender Halbleiterchip umfasst gemäß einer Ausführungsform einen Halbleiterschichtenstapel mit einer aktiven Zone. Die aktive Zone ist dazu geeignet, elektromagnetische Strahlung zu erzeugen. Besonders bevorzugt umfasst der Halbleiterschichtenstapel ein Nitridverbindungshalbleitermaterial oder ist aus einem Nitridverbindungshalbleitermaterial gebildet. Insbesondere ist die aktive Zone besonders bevorzugt durch ein Nitridverbindungshalbleitermaterial gebildet oder umfasst ein Nitridverbindungshalbleitermaterial.
  • Gemäß einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterchips weist der Halbleiterschichtenstapel eine sechseckige Grundfläche auf. Bevorzugt wird eine Grundfläche des Halbleiterchips durch die Grundfläche des Halbleiterschichtenstapels festgelegt. Die Grundfläche des Halbleiterchips ist ebenfalls bevorzugt sechseckig ausgebildet. Beispielsweise sind der Halbleiterchip und/oder der Halbleiterschichtenstapel als sechsseitiges Prisma ausgebildet. Die Grundfläche und eine Deckfläche des sechsseitigen Prismas sind bevorzugt als Sechseck ausgebildet. Die Deckfläche des Prismas liegt hierbei bevorzugt der Grundfläche des Prismas gegenüber.
  • Besonders bevorzugt ist zumindest eine Seitenfläche des Halbleiterschichtenstapels parallel zur m-Fläche oder parallel zur a-Fläche des Nitridverbindungshalbleitermaterials ausgerichtet. Weiterhin ist es auch möglich, dass zumindest eine Seitenfläche des Halbleiterschichtenstapels durch die m-Fläche oder die a-Fläche des Nitridverbindungshalbleitermaterials gebildet ist.
  • Besonders bevorzugt ist eine Seitenkante der Grundfläche des Halbleiterschichtenstapels und/oder des Halbleiterchips nicht größer als 30 Mikrometer. Besonders bevorzugt ist eine Seitenkante der Grundfläche des Halbleiterschichtenstapels und/oder des Halbleiterchips nicht größer als 1 Mikrometer.
  • Gemäß einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterchips weist dieser einen Träger auf, auf dem der Halbleiterschichtenstapel angeordnet ist. Besonders bevorzugt ist der Träger hierbei von dem Wachstumssubstrat verschieden. Zwischen dem Träger und dem Halbleiterschichtenstapel ist bevorzugt eine Spiegelschicht angeordnet. Die Spiegelschicht ist dazu vorgesehen, elektromagnetische Strahlung, die in der aktiven Zone des Halbleiterchips erzeugt wird, zu einer Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterchips zu lenken. Besonders bevorzugt ist die Spiegelschicht elektrisch leitend ausgebildet, damit der Halbleiterchip über seine Montagefläche, die einer Strahlungsaustrittsfläche gegenüberliegt, elektrisch kontaktiert werden kann.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterchips ist auf einer der beiden Hauptflächen des Halbleiterschichtenstapels ein elektrischer Kontakt angeordnet, der eine transparente Kontaktschicht und/oder einen metallischen Rahmen umfasst.
  • Die hier beschriebenen sechseckigen Halbleiterchips und/oder die hier beschriebenen Halbleiterschichtenstapel sind besonders bevorzugt Teil eines Halbleiterchip-Arrays.
  • Ein strahlungsemittierender Halbleiterchip-Array umfasst bevorzugt eine Vielzahl an Halbleiterschichtenstapeln. Bevorzugt weist jeder Halbleiterschichtenstapel eine aktive Zone auf, die dazu geeignet ist, elektromagnetische Strahlung zu erzeugen. Die Halbleiterschichtenstapel umfassen bevorzugt ein Nitridverbindungshalbleitermaterial oder sind aus einem Nitridverbindungshalbleitermaterial gebildet. Besonders bevorzugt weist jeder Halbleiterschichtenstapel eine sechseckige Grundfläche auf. Bevorzugt verläuft zumindest eine Seitenfläche jedes Halbleiterschichtenstapels parallel zur m-Fläche oder parallel zur a-Fläche des Nitridverbindungshalbleitermaterials.
  • Bevorzugt sind die Halbleiterschichtenstapel eines strahlungsemittierenden Halbleiterarrays auf einem gemeinsamen Träger angeordnet. Der Träger weist hierbei besonders bevorzugt eine integrierte Schaltung zur Steuerung der Halbleiterschichtenstapel auf. Hierbei ist jeder Halbleiterschichtenstapel besonders bevorzugt über die zur Montagefläche weisenden Hauptfläche elektrisch leitend mit der integrierten Schaltung verbunden. Besonders bevorzugt sind die Halbleiterschichtenstapel bei dieser Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterchiparrays über ihre zur Strahlungsaustrittsfläche weisenden Hauptseiten elektrisch leitend miteinander verbunden.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterchip-Arrays weist jeder Halbleiterschichtenstapel eine sechseckige Strahlungsdurchtrittsfläche auf, die von einem metallischen Rahmen umlaufen wird. Die Strahlungsduchtrittsfläche weist zu einer Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterchip-Arrays oder bildet die Strahlungsaustrittsfläche zumindest teilweise aus. Beispielsweise sind auf die Strahlungsdurchtrittsfläche des Halbleiterschichtenstapels weitere Schichten aufgebracht, von denen die äußerste Schicht zumindest teilweise die Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterchip-Arrays ausbildet.
  • Der metallische Rahmen dient alleine oder zusammen mit der transparenten Kontaktschicht als elektrischer Kontakt für den Halbleiterschichtenstapel. Besonders bevorzugt sind die Halbleiterschichtenstapel bei dieser Ausführungsform der strahlungsemittierenden Halbleiterchip-Arrays über Stege elektrisch leitend miteinander verbunden, die die metallischen Rahmen benachbarter Halbleiterschichtenstapel elektrisch leitend miteinander verbinden. Die Stege sind bevorzugt metallisch ausgebildet.
  • Der Halbleiterchip-Array kann beispielsweise in einem Scheinwerfer für ein Kraftfahrzeug Verwendung finden. Hierbei werden besonders bevorzugt einzelne Halbleiterschichtenstapel an- und abgeschaltet, beispielsweise unter Verwendung eines Trägers mit einer integrierten Schaltung. Auf diese Art und Weise kann die Abstrahlcharakteristik des Scheinwerfers gewünscht eingestellt werden, etwa als Abblendlicht, Fernlicht oder Kurvenbeleuchtung.
  • Weiterhin ist es auch möglich, dass der Halbleiterchip-Array als strukturierte Lichtquelle in einem Display oder in einem Scheinwerfer für eine Bühnenbeleuchtung verwendet wird. Auch hier kann es sinnvoll und wünschenswert sein, Teile des Halbleiterchip-Arrays beliebig an- oder abzuschalten um die Abstrahlcharakteristik gewünscht zu verändern.
  • Vorliegend ist es eine Idee, vergleichsweise kleine Halbleiterchips, etwa mit Kantenlängen kleiner oder gleich 30 Mikrometer oder sogar kleiner oder gleich 1 Mikrometer, sechseckig auszubilden und die Seitenflächen des Halbleiterchips an den Kristallflächen des Nitridverbindungshalbleitermaterials zu orientieren, auf dem der Halbleiterchip basiert. Weiterhin werden die Seitenflächen des Halbleiterchips bevorzugt durch Ätzen erzeugt.
  • Auf diese Art und Weise können vergleichsweise kleine strahlungsemittierende Halbleiterchips erzeugt werden, die nur wenige oder keine Defekte an ihren Seitenflächen aufweisen. Derartige Defekte, wie beispielsweise Dangling Bonds, können zu Leckströmen und nichtstrahlenden Rekombinationen führen, die die Effizienz des Halbleiterchips verringern. Defekte in Randbereichen der Halbleiterchips sind insbesondere dann besonders nachteilig, wenn die Größe des Halbleiterchips vergleichsweise klein ist und die Randbereiche daher einen vergleichsweise großen Anteil an der Fläche des Halbleiterchips umfassen.
  • Weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen.
    • Anhand der schematischen Darstellungen der 1 bis 13 wird ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips und zur Herstellung eines strahlungsemittierenden Halbleiterchip-Arrays gemäß einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.
    • 14 zeigt eine schematische Draufsicht auf einen strahlungsemittierenden Halbleiterchip gemäß einem Ausführungsbeispiel.
    • 15 zeigt eine schematische Draufsicht auf einen strahlungsemittierenden Halbleiterchip-Array gemäß einem Ausführungsbeispiel.
    • 16 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines strahlungsemittierenden Halbleiterchip-Arrays gemäß einem Ausführungsbeispiel.
    • 17 zeigt eine schematische Draufsicht auf den strahlungsemittierenden Halbleiterchip-Array gemäß 16.
    • 18 zeigt eine schematische Draufsicht auf einen strahlungsemittierenden Halbleiterchip-Array gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
  • Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente, insbesondere Schichtdicken, zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
  • Bei dem Verfahren gemäß dem Ausführungsbeispiel der 1 bis 13 wird in einem ersten Schritt ein Wachstumssubstrat 1 bereitgestellt, auf das eine epitaktische Halbleiterschichtenfolge 2 epitaktisch aufgewachsen wird. 1 zeigt hierbei eine Schnittdarstellung durch den Verbund aus Wachstumssubstrat 1 und epitaktischer Halbleiterschichtenfolge 2, während die 2 eine schematische Draufsicht auf die epitaktische Halbleiterschichtenfolge 2 darstellt.
  • Die epitaktische Halbleiterschichtenfolge 2 ist vorliegend aus einem Nitridverbindungshalbleitermaterial gebildet und weist eine aktive Zone 3 auf, die dazu geeignet ist, elektromagnetische Strahlung zu erzeugen. Besonders bevorzugt ist die aktive Zone 3 dazu geeignet, blaues Licht zu erzeugen. Bei dem Wachstumssubstrat 1 handelt es sich beispielsweise um einen Saphirwafer.
  • In einem nächsten Schritt, der schematisch in den 3 und 4 dargestellt ist, wird auf die epitaktische Halbleiterschichtenfolge 2 vollflächig eine Fotolackschicht 4 aufgebracht. Die 4 ist wiederum eine schematische Draufsicht auf den Verbund der schematischen Schnittdarstellung der 3.
  • In einem nächsten Schritt, der schematisch in den 5 und 6 dargestellt ist, wird die Fotolackschicht 4 strukturiert. Bevorzugt wird hierzu eine Maske eingesetzt, die sechseckige Strukturelemente aufweist (nicht dargestellt). Mit Hilfe der Maske wird die Fotolackschicht 4 in sechseckige Strukturelemente 5 strukturiert, die Bereiche der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge 2 frei lässt.
  • Das Nitridverbindungshalbleitermaterial der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge 2 weist hierbei eine hexagonale Kristallstruktur mit einer a-Fläche 6, einer m-Fläche 7 und einer c-Fläche 8 auf. Die Einheitszelle der hexagonalen Kristallstruktur ist zur Erläuterung der a-Fläche 6, der m-Fläche 7 und der c-Fläche 8 schematisch in den 7 bis 9 dargestellt.
  • Die Einheitszelle der hexagonalen Kristallstruktur ist als Prisma mit einer sechseckigen Grundfläche ausgebildet, deren Ecken jeweils durch ein Galliumatom 9 gebildet sind. Die c-Fläche 8 der Einheitszelle mit den Millerschen Indizes (0001) ist in der 7 schraffiert dargestellt. Die c-Fläche 8 bildet eine Deckfläche des Prismas aus. Die m-Fläche 7 der Einheitszelle mit den Millerschen Indizes (1100) ist in der 8 schraffiert dargestellt. Die m-Fläche 7 bildet eine Seitenfläche des Prismas aus. Die a-Fläche 6 der Einheitszelle mit den Millerschen Indizes (1120) ist in der 9 schraffiert dargestellt. Bei der a-Fläche 6 handelt es sich um eine Fläche, die im Inneren der Einheitszelle verläuft. Die a-Fläche 6 steht senkrecht auf der c-Fläche 8 und verbindet jeweils zwei Eckpunkte der Einheitszelle, zwischen denen eine einzige weitere Ecke angeordnet ist.
  • Vorliegend ist die epitaktische Halbleiterschichtenfolge 2 derart epitaktisch gewachsen, dass ihr Hauptflächen parallel zu c-Fläche 8 der Einheitszelle angeordnet sind.
  • Die Strukturelemente der Maske werden vorliegend bevorzugt derart justiert, dass zumindest eine ihrer Kanten parallel zur m-Fläche 7 oder parallel zur a-Fläche 6 verlaufen. Auf diese Art und Weise werden Strukturelemente 5 in der Fotolackschicht 4 erzeugt, die ebenfalls parallel zur m-Fläche 7 oder parallel zur a-Fläche 6 verlaufen.
  • In einem nächsten Schritt, der schematisch in den 10 und 11 dargestellt ist, wird die epitaktische Halbleiterschichtenfolge 2 durch die frei zugänglichen Bereiche in der Fotolackschicht 4 geätzt, beispielsweise mittels Trockenätzen und/oder nass-chemischem Ätzen, so dass Halbleiterschichtenstapel 10 auf dem Wachstumssubstrat 1 entstehen, die voneinander vollständig getrennt sind. Die Halbleiterschichtenstapel 10 weisen eine sechseckige Grundfläche auf. Weiterhin verläuft mindestens eine Seitenfläche 11 jedes Halbleiterschichtenstapels 10 parallel zur a-Fläche 6 oder parallel zur m-Fläche 7 des Nitridverbindungshalbleitermaterials.
  • In einem weiteren Schritt kann auf die frei zugängliche erste Hauptfläche der Halbleiterschichtenstapel 10 eine Spiegelschicht 12 aufgebracht werden, die dazu geeignet ist, Strahlung, die in der aktiven Zone 3 erzeugt wird, zu reflektieren. Dann wird auf die Spiegelschicht 12 ein Träger 13 aufgebracht und das Wachstumssubstrat 1 entfernt. Auf eine zweite Hauptfläche der Halbleiterschichtenstapel 10, die der ersten Hauptfläche gegenüber liegt, wird weiterhin eine transparente Kontaktschicht 14 aufgebracht. Der auf diese Art und Weise erzeugte Verbund ist in den 12 und 13 schematisch dargestellt, wobei die 12 eine schematische Schnittdarstellung und die 13 eine schematische Draufsicht zeigen.
  • In einem nächsten Schritt wird der Verbund mit den Halbleiterschichtenstapeln 10 vereinzelt. Beispielsweise kann der Verbund derart vereinzelt werden, dass einzelne strahlungsemittierende Halbleiterchips entstehen, von denen jeder einen einzigen Halbleiterschichtenstapel 10 umfasst.
  • Eine Draufsicht auf einen strahlungsemittierenden Halbleiterchip, der einen einzigen Halbleiterschichtenstapel 10 umfasst, ist beispielsweise in der 14 schematisch dargestellt. Der Halbleiterchip weist wie der Halbleiterschichtenstapel 10 eine sechseckige Grundfläche auf. Mindestens eine Seitenfläche 11 des Halbleiterschichtenstapels 10 ist parallel zur a-Fläche 6 oder parallel zur m-Fläche 7 des Nitridverbindungshalbleitermaterials des Halbleiterschichtenstapels 10 angeordnet.
  • Weiterhin ist es auch möglich, dass der Verbund mit der Vielzahl an Halbleiterschichtenstapeln 10 derart vereinzelt wird, dass ein strahlungsemittierender Halbleiterchip-Array entsteht, der eine Vielzahl an Halbleiterschichtenstapeln 10 umfasst.
  • Ein derartiger strahlungsemittierender Halbleiterchip-Array ist beispielsweise schematisch in 15 dargestellt. Die Halbleiterschichtenstapel 10 des Halbleiterchip-Arrays gemäß dem Ausführungsbeispiel der 15 weisen jeweils eine sechseckige Grundfläche auf, wobei eine Seitenfläche 11 jedes Halbleiterschichtenstapels 10 parallel zu der a-Fläche 6 oder parallel zu der m-Fläche 7 des Nitridverbindungshalbleitermaterials angeordnet ist.
  • Der strahlungsemittierende Halbleiterchip-Array gemäß dem Ausführungsbeispiel der 16 und 17 weist einen gemeinsamen Träger 13 auf, der eine integrierte Schaltung umfasst. Ein elektrisches Steuerelement 15 der integrierten Schaltung ist beispielsweise unterhalb des Halbleiterschichtenstapels 10 dargestellt. Zwischen dem Träger 13 und dem Halbleiterschichtenstapel 10 ist vorliegend eine Spiegelschicht 12 angeordnet. Auf der ersten Hauptfläche des Halbleiterschichtenstapels 10 ist eine transparente Kontaktschicht 14 sowie ein metallischer Rahmen 16 aufgebracht, der die Strahlungsdurchtrittsfläche des Halbleiterschichtenstapels 10 vollständig umläuft.
  • Bei dem Halbleiterchip-Array gemäß dem Ausführungsbeispiel der 18 sind benachbarte Halbleiterschichtenstapel 10 über die metallischen Rahmen 16 mittels Stegen 17 elektrisch leitend verbunden. Über die elektrischen Steuerelemente 15 der integrierten Schaltung des Trägers 13 können die einzelnen Halbleiterschichtenstapel 10 individuell an- und ausgeschaltet werden.
  • 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
    Wachstumssubstrat
    2
    epitaktische Halbleiterschichtenfolge
    3
    aktive Zone
    4
    Fotolackschicht
    5
    Strukturelement
    6
    a-Fläche
    7
    m-Fläche
    8
    c-Fläche
    9
    Galliumatom
    10
    Halbleiterschichtenstapel
    11
    Seitenfläche
    12
    Spiegelschicht
    13
    Träger
    14
    transparente Kontaktschicht
    15
    elektrisches Steuerelement
    16
    metallischer Rahmen
    17
    Steg

Claims (17)

  1. Verfahren zur Herstellung einer Vielzahl strahlungsemittierender Halbleiterchips mit den folgenden Schritten: - Bereitstellen eines Wachstumssubstrats (1), - Epitaktisches Aufwachsen einer epitaktischen Halbleiterschichtenfolge (2) mit einer aktiven Zone (3), die dazu geeignet ist, elektromagnetische Strahlung zu erzeugen, auf das Wachstumssubstrat (1), wobei die Halbleiterschichtenfolge (2) ein Nitridverbindungshalbleitermaterial umfasst, - Aufbringen einer strukturierten Fotolackschicht (4) mit sechseckigen Strukturelementen (5) auf die Halbleiterschichtenfolge (2), wobei Bereiche der Halbleiterschichtenfolge (2) zwischen den Strukturelementen (5) frei zugänglich sind, und - Ätzen der Halbleiterschichtenfolge (2) in den frei zugänglichen Bereichen, sodass sechseckige Halbleiterschichtenstapel (2) mit Seitenflächen (11) entstehen, von denen zumindest eine Seitenfläche (11) parallel zu einer m-Fläche (7) oder parallel zu einer a-Fläche (6) des Nitridverbindungshalbleitermaterials verläuft.
  2. Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, bei dem die strukturierte Fotolackschicht (4) mit den folgenden Schritten auf die epitaktische Halbleiterschichtenfolge (2) aufgebracht wird: - vollflächiges Aufbringen einer Fotolackschicht (4) auf die Halbleiterschichtenfolge (2), - Belichten der Fotolackschicht (4) mit einer Maske, die sechseckige Strukturelemente (5) aufweist, wobei die Maske derart justiert wird, dass zumindest eine Seitenfläche (11) jedes sechseckigen Strukturelements (5) parallel zu der m-Fläche (7) oder parallel zu der a-Fläche (6) des Nitridverbindungshalbleitermaterials verläuft.
  3. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, bei dem beim Ätzen die aktive Zone (3) der Halbleiterschichtenfolge (2) vollständig durchtrennt wird.
  4. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, bei dem die Halbleiterschichtenfolge (2) mit einem trocken-chemischen Ätzverfahren oder mit einem nass-chemischen Ätzverfahren geätzt wird, so dass die Seitenflächen (11) der Halbleiterschichtenstapel (2) entstehen.
  5. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, bei dem die Halbleiterschichtenfolge (2) zuerst mit einem trocken-chemischen Ätzverfahren durchtrennt wird und dann die entstandenen Seitenflächen (11) der Halbleiterschichtenstapel (2) mit einem nass-chemischen Ätzverfahren geglättet werden.
  6. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, bei dem - auf einer dem Wachstumssubstrat (1) abgewandten ersten Hauptfläche der Halbleiterschichtenfolge (2) eine Spiegelschicht (12) aufgebracht wird, - auf die Spiegelschicht (12) ein Träger (13) aufgebracht wird, und - das Wachstumssubstrat (1) entfernt wird.
  7. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, bei dem auf eine Hauptfläche der Halbleiterschichtenfolge (2) ein elektrischer Kontakt aufgebracht wird.
  8. Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, bei dem der elektrische Kontakt eine transparente Kontaktschicht (14) und/oder ein metallischer Rahmen (16) umfasst.
  9. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, bei dem die Halbleiterchips vereinzelt werden, so dass jeder Halbleiterchip einen einzigen Halbleiterschichtenstapel (10) umfasst.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche, bei dem beim Vereinzeln mehrere Halbleiterschichtenstapel (10) in einem Verbund zusammengefasst werden, so dass ein Halbleiterchip-Array entsteht.
  11. Strahlungsemittierender Halbleiterchip mit einem Halbleiterschichtenstapel (2), der eine aktive Zone (3) umfasst, die dazu geeignet ist, elektromagnetische Strahlung zu erzeugen, wobei - der Halbleiterschichtenstapel (10) ein Nitridverbindungshalbleitermaterial umfasst, - der Halbleiterschichtenstapel (2) eine sechseckige Grundfläche aufweist, und - zumindest eine Seitenfläche (11) des Halbleiterschichtenstapels (2) parallel zur m-Fläche (7) oder parallel zur a-Fläche (6) des Nitridverbindungshalbleitermaterials verläuft.
  12. Strahlungsemittierender Halbleiterchip nach dem vorherigen Anspruch, bei dem eine Seitenkante der Grundfläche des Halbleiterschichtenstapels (10) nicht größer ist als 30 Mikrometer.
  13. Strahlungsemittierender Halbleiterchip nach einem der Ansprüche 11 bis 12, der einen Träger (13) aufweist, auf dem der Halbleiterschichtenstapel (10) angeordnet ist, wobei zwischen dem Träger (13) und dem Halbleiterschichtenstapel (10) eine Spiegelschicht (12) angeordnet ist.
  14. Strahlungsemittierender Halbleiterchip nach einem der Ansprüche, bei dem auf einer Hauptfläche des Halbleiterschichtenstapels (10) ein elektrischer Kontakt angeordnet ist, der eine transparente Kontaktschicht (14) und/oder einen metallischen Rahmen (16) umfasst.
  15. Strahlungsemittierender Halbleiterchip-Array mit einer Vielzahl an Halbleiterschichtenstapeln (10), wobei - jeder Halbleiterschichtenstapel (10) eine aktive Zone (3) umfasst, die dazu geeignet ist, elektromagnetische Strahlung zu erzeugen, - die Halbleiterschichtenstapel (10) ein Nitridverbindungshalbleitermaterial umfassen, - jeder Halbleiterschichtenstapel (10) eine sechseckige Grundfläche aufweist, und - zumindest eine Seitenfläche (11) jedes Halbleiterschichtenstapels (10) parallel zur m-Fläche (7) oder parallel zur a-Fläche (6) des Nitridverbindungshalbleitermaterials verläuft.
  16. Strahlungsemittierender Halbleiterchip-Array nach dem vorherigen Anspruch, bei dem - die Halbleiterschichtenstapel (10) auf einem gemeinsamen Träger (13) angeordnet sind, der eine integrierte Schaltung zur Steuerung der Halbleiterschichtenstapel (10) aufweist, - jeder Halbleiterschichtenstapel (10) über eine erste Hauptfläche elektrisch leitend mit der integrierten Schaltung verbunden ist, und - die Halbleiterschichtenstapel (10) über ihre zweiten Hauptseiten elektrisch leitend miteinander verbunden sind.
  17. Strahlungsemittierender Halbleiterchip-Array nach dem vorherigen Anspruch, bei dem - jeder Halbleiterschichtenstapel (10) auf seiner zweiten Hauptfläche eine sechseckige Strahlungsdurchtrittsfläche aufweist, die von einem metallischen Rahmen (16) umlaufen wird, der als elektrischer Kontakt dient, und - die Halbleiterschichtenstapel (10) über Stege (17) elektrisch leitend miteinander verbunden sind, die die metallischen Rahmen (16) benachbarter Halbleiterschichtenstapel (10) elektrisch leitend miteinander verbinden.
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