DE102022201253A1

DE102022201253A1 - Strahlungsemittierendes bauteil und verfahren zur herstellung eines strahlungsemittierenden bauteils

Info

Publication number: DE102022201253A1
Application number: DE102022201253.4A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Neumann; Sabine vom Dorp; Andreas Reith
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2022-02-07
Filing date: 2022-02-07
Publication date: 2023-08-10
Also published as: WO2023147917A1

Abstract

Es wird ein strahlungsemittierendes Bauteil angegeben mit einem Träger, der mit Saphir und/oder AlN gebildet ist. Auf den Träger ist eine Halbleiterschichtenfolge aufgebracht. Auf der der Halbleiterschichtenfolge abgewandten Seite des Trägers ist eine Strahlungsauskoppelschicht angeordnet, wobei die Halbleiterschichtenfolge einen aktiven Bereich zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung umfasst, und wobei die Strahlungsauskoppelschicht für die vom aktiven Bereich erzeugte elektromagnetische Strahlung einen Brechungsindex aufweist, der zwischen dem Brechungsindex des Trägers und dem Brechungsindex des Mediums, welches das Bauteil umgibt, liegt. Die Strahlungsauskoppelschicht basiert auf Quarzglas. Weiterhin wird ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauteils angegeben.

Description

Es werden ein strahlungsemittierendes Bauteil und ein Verfahren zur Herstellung eines strahlungsemittierenden Bauteils angegeben.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein strahlungsemittierendes Bauteil anzugeben, welches besonders effizient betrieben werden kann. Weiter wird ein Herstellungsverfahren angegeben mit dem ein besonders effizientes strahlungsemittierendes Bauteil besonders effizient hergestellt werden kann.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Bauteils, umfasst das strahlungsemittierende Bauteil einen Träger, der mit Saphir und/oder AlN gebildet ist. Der Träger kann eine mechanisch tragende Komponente des strahlungsemittierenden Bauteils darstellen. Bei dem Träger kann es sich um einen dreidimensionalen Körper handeln, welcher beispielsweise zumindest näherungsweise die Form eines Quaders, eines Zylinders oder einer Scheibe aufweist. Der Träger weist eine Haupterstreckungsebene auf. Die Haupterstreckungsebene des Trägers verläuft zum Beispiel zumindest stellenweise parallel zu einer Oberfläche, zum Beispiel einer Deckfläche, des Trägers. Der Träger kann eine Dicke in eine Richtung, die senkrecht zur Haupterstreckungsebene verläuft, aufweisen.
Der Träger kann aus einem Aufwachssubstrat bestehen oder ein Aufwachssubstrat enthalten. Der Träger kann Saphir aufweisen.
Ferner kann der Träger AlN aufweisen. Der Träger umfasst zum Beispiel Saphir und eine auf den Saphir aufgebrachte AlN Pufferschicht. Alternativ kann der Träger auch nur eines dieser Materialien umfassen. So kann der Träger beispielsweise lediglich Saphir oder lediglich AlN aufweisen.
Der Träger kann eine Strukturierung aufweisen. Die Strukturierung kann dabei beispielsweise auf einer Außenfläche des Trägers ausgebildet sein. Alternativ kann der Träger auch an einem Schichtübergang innerhalb des Trägers eine Strukturierung aufweisen. Beispielsweise an einem Übergang von einem Saphirträger zu einer AlN-Pufferschicht. Bei dem strukturierten Träger handelt es sich beispielsweise um einen Träger, der einen vorstrukturierten Saphir umfasst. Ferner kann der Träger auch im Herstellungsverfahren des strahlungsemittierenden Bauteils strukturiert werden. Bei der Strukturierung kann es sich insbesondere um eine periodische Strukturierung handeln, die Erhebungen und Senken umfasst, die in einem regelmäßigen Abstand angeordnet sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das strahlungsemittierende Bauteil eine auf den Träger aufgebrachte Halbleiterschichtenfolge. Die Halbleiterschichtenfolge ist beispielsweise epitaktisch auf den Träger abgeschieden. Die Halbleiterschichtenfolge kann insbesondere nur an einer Seite des Trägers angeordnet sein. Die Halbleiterschichtenfolge kann mindestens eine Schicht aufweisen, insbesondere umfasst die Halbleiterschichtenfolge mehrere Schichten. Diese können die gleichen Materialien, aber auch jeweils andere Materialien aufweisen. Die Halbleiterschichtenfolge umfasst beispielsweise eine n-dotierte Halbleiterschicht, eine p-dotierte Halbleiterschicht sowie einen aktiven Bereich. Die n-dotierte Halbleiterschicht kann dabei insbesondere dem Träger zugewandt sein. Der aktive Bereich ist beispielsweise zwischen der n-dotierten Halbleiterschicht und der p-dotierten Halbleiterschicht angeordnet. Insbesondere kann der aktive Bereich eine Multiquantentopfstruktur aufweisen. Der aktive Bereich ist beispielsweise zum Emittieren von elektromagnetischer Strahlung ausgelegt. Die emittierte Strahlung liegt beispielsweise im Wellenlängenbereich zwischen IR-Strahlung und UV-Strahlung. Insbesondere kann es sich bei der emittierten Strahlung um Strahlung mit Wellenlängen im UV Bereich handeln. Der aktive Bereich kann beispielsweise ein III-V-Halbleitermaterial aufweisen. Bei dem strahlungsemittierenden Bauteil kann es sich insbesondere um eine Leuchtdiode oder um eine Laserdiode handeln.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Bauteils, umfasst das strahlungsemittierende Bauteil eine Strahlungsauskoppelschicht, die auf der, der Halbleiterschichtenfolge abgewandten Seite des Trägers angeordnet ist. Die Strahlungsauskoppelschicht ist insbesondere durchlässig für die vom aktiven Bereich emittierte Strahlung.
Weiter bildet die Strahlungsauskoppelschicht beispielsweise eine Oberfläche des strahlungsemittierenden Bauteils. Dies bedeutet, dass keine weitere, zum strahlungsemittierenden Bauteil gehörende Schicht auf die Strahlungsauskoppelschicht aufgebracht ist. Eine Außenfläche der Strahlungsauskoppelschicht kann somit dem umgebenden Medium zugewandt sein. Die dem Träger abgewandte Oberfläche der Strahlungsauskoppelschicht stellt daher beispielsweise eine Grenzfläche zwischen dem strahlungsemittierenden Bauteil und dem umgebenden Medium dar. Die dem Träger abgewandte Seite der Strahlungsauskoppelschicht kann insbesondere glatt, rau oder strukturiert ausgeprägt sein. Die dem Träger zugewandte Seite der Strahlungsauskoppelschicht kann insbesondere der Oberflächenbeschaffenheit des Trägers folgen. Dies kann bedeuten, dass die dem Träger zugewandte Seite der Strahlungsauskoppelschicht komplementär zu einer Struktur des Trägers sein kann. Insbesondere kann die dem Träger zugewandte Seite der Strahlungsauskoppelschicht vollständig in direktem Kontakt mit dem Träger stehen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Bauteils, weist die Strahlungsauskoppelschicht für die vom aktiven Bereich erzeugte elektromagnetische Strahlung einen Brechungsindex auf. Der Brechungsindex liegt zwischen einem Brechungsindex des Trägers und einem Brechungsindex eines Mediums, das das Bauteil umgibt.
Aufgrund der Strahlungsauskoppelschicht ist es möglich, dass weniger der von dem aktiven Bereich emittierten elektromagnetischen Strahlung in das strahlungsemittierende Bauteil zurück reflektiert wird, als dies ohne die Strahlungsauskoppelschicht der Fall wäre. Dies wird dadurch erreicht, dass die Strahlungsauskoppelschicht einen Brechungsindex aufweist, der zwischen dem Brechungsindex des Trägers und dem Brechungsindex des umgebenden Mediums liegt. Somit kommt es beim Übergang der elektromagnetischen Strahlung von dem Träger zu der Strahlungsauskoppelschicht sowie beim Übergang von der Strahlungsauskoppelschicht zu dem umgebenden Medium zu weniger Brechung und weniger Rückreflektion der elektromagnetischen Strahlung. Durch die Strahlungsauskoppelschicht kann die von dem aktiven Bereich emittierte Strahlung effizienter aus dem strahlungsemittierenden Bauteil ausgekoppelt werden.
Umgebend bedeutet hier, dass das Medium zumindest in einer Ausstrahlungsrichtung des strahlungsemittierenden Bauteils um das Bauteil angeordnet ist. Das umgebende Medium kann das strahlungsemittierende Bauteil beispielsweise vollständig umgeben. Bei dem umgebenden Medium handelt es sich also um ein Medium, in welchem das strahlungsemittierende Bauteil betrieben wird. Das Medium kann beispielsweise Luft oder ein Vergussmaterial aufweisen. Bei der Ausstrahlungsrichtung des strahlungsemittierenden Bauteils handelt es sich beispielsweise um eine Richtung, die zumindest stellenweise senkrecht zu einer Haupterstreckungsebene des strahlungsemittierenden Bauteils verläuft.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Bauteils, basiert die Strahlungsauskoppelschicht auf Quarzglas. Der Brechungsindex von Quarzglas kann insbesondere für die im Betrieb erzeugte elektromagnetische Strahlung zwischen dem Brechungsindex des Trägers und dem Brechungsindex des umgebenden Mediums liegen. Bei dem umgebenden Medium kann es sich insbesondere um Luft handeln. Quarzglas weist eine hohe Transmission für beispielsweise einen großen Bereich des elektromagnetischen Spektrums, insbesondere für den UV-Bereich auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Bauteils umfasst das strahlungsemittierende Bauteil einen Träger, der mit Saphir und/oder AlN gebildet ist, eine auf den Träger aufgebrachte Halbleiterschichtenfolge, eine Strahlungsauskoppelschicht, die auf der der Halbleiterschichtenfolge abgewandten Seite des Trägers angeordnet ist, wobei die Halbleiterschichtenfolge einen aktiven Bereich zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung umfasst, und die Strahlungsauskoppelschicht für die vom aktiven Bereich erzeugte elektromagnetische Strahlung einen Brechungsindex aufweist, der zwischen dem Brechungsindex des Trägers und dem Brechungsindex des Mediums, das das Bauteil umgibt, liegt, und die Strahlungsauskoppelschicht auf Quarzglas basiert.
Strahlungsemittierende Bauteile können eine Linse zur Strahlungsauskopplung umfassen. Die Linse kann dabei aus Polymeren, beispielsweise aus teuren Fluorpolymerlinsen bestehen. Eine solche Linse wird mittels eines organischen Klebers auf das strahlungsemittierende Bauteil aufgeklebt. Ein Nachteil eines solchen strahlungsemittierenden Bauteils liegt darin, dass die Verwendung eines organischen Klebers zu einer kurzen Lebensdauer des strahlungsemittierenden Bauteils führt, insbesondere wenn dieses im Betrieb UV-Strahlung emittiert.
Dem hier beschriebenen strahlungsemittierenden Bauteil liegt unter anderem die Idee zu Grunde, dass durch die auf Quarzglas basierende Strahlungsauskoppelschicht eine höhere Lichtausbeute erzielt werden kann, da durch die Angleichung der Brechungsindizes eine Brechung und/oder Rückreflektion der emittierten elektromagnetischen Strahlung reduziert wird. Bei dem hier beschriebenen strahlungsemittierenden Bauteil befindet sich kein organischer Kleber zwischen dem Träger und der Strahlungsauskoppelschicht. Ferner ist Quarzglas insbesondere bei Bestrahlung mit UV-Strahlung besonders alterungsstabil. Somit umfasst das strahlungsemittierende Bauteil keine, für die von dem aktiven Bereich emittierte elektromagnetische Strahlung anfällige Substanz, was zu einer längeren Lebensdauer des strahlungsemittierenden Bauteils führen kann. Das hier beschriebene strahlungsemittierende Bauteil kann somit effizient betrieben werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der aktive Bereich zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung im UV-Bereich eingerichtet. Der UV-Bereich umfasst Wellenlängen im Bereich 100 nm bis 400 nm. Ein Vorteil dieser Ausführungsform ist, dass die auf Quarzglas basierende Strahlungsauskoppelschicht eine hohe Transparenz im UV-Bereich aufweist. Der aktive Bereich kann dazu beispielsweise auf AlGaN basieren.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die der Strahlungsauskoppelschicht zugewandte und/oder abgewandte Seite des Trägers strukturiert. Der Träger weist dabei beispielsweise nur auf der der Strahlungsauskoppelschicht zugewandten Seite oder beispielsweise nur auf der der Strahlungsauskoppelschicht abgewandten Seite eine Strukturierung auf. Alternativ kann der Träger auf beiden Seiten strukturiert sein. Bei dem strukturierten Träger kann es sich beispielsweise um einen vorstrukturierten Saphir handeln oder der Träger kann einen solchen umfassen.
Ein Vorteil der hier beschriebenen Ausführungsform ist es, durch die Strukturierung des Trägers eine Reflexion der vom aktiven Bereich erzeugten elektromagnetischen Strahlung beim Übergang in den Träger oder beim Übergang von dem Träger zur Strahlungsauskoppelschicht zu verringern. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass durch die Strukturierung des Trägers eine bessere Haftung der Strahlungsauskoppelschicht auf dem Träger ermöglicht wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die dem Träger abgewandte Seite der Strahlungsauskoppelschicht aufgeraut. Die dem Träger abgewandte Seite der Strahlungsauskoppelschicht stellt dabei insbesondere die dem umgebenden Medium zugewandte Seite der Strahlungsauskoppelschicht dar. Durch die dem Träger abgewandte Seite der Strahlungsauskoppelschicht kann die vom aktiven Bereich erzeugte elektromagnetische Strahlung von dem strahlungsemittierenden Bauteil in das umgebende Medium ausgekoppelt werden. Die dem Träger abgewandte Seite der Strahlungsauskoppelschicht kann beispielsweise mittels Zufallsaufrauung, Laserlithografie, Nanoprägelithografie, Sandstrahlen oder Ätzen erfolgen. Bei der Aufrauung kann es sich insbesondere um eine Nanostrukturierung handeln. Ein Vorteil des Aufrauens der trägerabgewandten Seite der Strahlungsauskoppelschicht liegt darin, dass die Strahlungsauskoppeleffizienz des strahlungsemittierenden Bauteils gesteigert werden kann.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst oder bildet die Strahlungsauskoppelschicht ein optisches Element auf dem Träger. Bei dem optischen Element kann es sich um eine optische Linse handeln. Die optische Linse weist beispielsweise eine sphärische Struktur, eine Fresnel Struktur, einen Mikrolinsenarray oder ein diffraktives optisches Element auf. Das optische Element kann dazu ausgelegt sein die durch das optische Element durchtretende elektromagnetische Strahlung zu formen. Beispielsweise kann die Strahlung von der Strahlungsauskoppelschicht gebündelt oder gestreut werden. Eine Idee dieser Ausführungsform liegt darin, dass die das strahlungsemittierende Bauteil verlassende Strahlung geformt werden kann. Die Strahlung kann beispielsweise gebündelt oder gestreut werden. Somit ist ein Formen der Strahlung auf Chip-level möglich.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist zwischen dem Träger und der Strahlungsauskoppelschicht eine Haftschicht angeordnet, und die Haftschicht weist SiO₂ auf oder besteht aus diesem Material. Ein Vorteil liegt darin, dass die Haftschicht sowohl gut an dem Träger haftet als auch eine gute Haftung der Strahlungsauskoppelschicht ermöglicht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind an der der Strahlungsauskoppelschicht abgewandten Seite der Halbleiterschichtenfolge Kontakte zur externen Kontaktierung angeordnet. Die Kontakte können insbesondere ausschließlich an dieser Seite angeordnet sein. Es kann sich somit insbesondere um eine Rückseitenkontaktierung handeln. Es kann sich bei dem strahlungsemittierenden Bauteil daher um ein Flip-Chip-Bauteil handeln. Weiter kann der n-Kontakt den p-Kontakt beispielsweise rahmenartig umgeben. Ein Vorteil dieser Ausführungsform liegt darin, dass die vom aktiven Bereich erzeugte Strahlung in einer Abstrahlrichtung nicht an metallischen Kontakten reflektiert wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist auf die dem Träger abgewandte Seite der Halbleiterschichtenfolge eine Metallisierung aufgebracht. Die Metallisierung kann dazu ausgelegt sein, die vom aktiven Bereich erzeugte elektromagnetische Strahlung zu reflektieren. Die Metallisierung kann also als Spiegel für die vom aktiven Bereich erzeugte elektromagnetische Strahlung dienen. Die Metallisierung weist beispielsweise eine hohe Reflektivität für die erzeugte elektromagnetische Strahlung auf. Eine hohe Reflektivität bedeutet hier beispielsweise eine Reflektivität von zumindest 90%, insbesondere von mindestens 99%.
Die Metallisierung kann beispielsweise Rhodium, Aluminium und/oder Gold aufweisen. Diese Materialien haben eine hohe Reflektivität für elektromagnetische Strahlung im UV-Bereich. Alternativ kann für die Metallisierung auch ein anderes Metall oder ein anderes Material, dass zur Reflektion der vom aktiven Bereich erzeugten elektromagnetischen Strahlung geeignet ist verwendet werden. Die Metallisierung kann weiterhin elektrisch leitend sein, insbesondere wenn die Metallisierung zwischen der Halbleiterschichtenfolge und dem p-Kontakt angeordnet ist, kann die Metallisierung elektrisch leitend ausgeprägt sein. Eine Idee dieser Ausführungsform ist, dass die emittierte elektromagnetische Strahlung bevorzugt in einer Abstrahlrichtung das Bauteil verlässt. Durch die Metallisierung kann die elektromagnetische Strahlung in die bevorzugte Abstrahlrichtung reflektiert werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Träger eine Dicke von höchstens 400 pm, insbesondere von höchstens 150 µm auf. Die Höhe des kompletten strahlungsemittierenden Bauteils kann somit beispielsweise im Bereich von 150 µm bis 500 µm liegen. Die Dicke des Trägers kann beispielsweise mindestens 50 µm, insbesondere mindestens 100 µm betragen. Ein Vorteil der obigen Ausführungsform ist, dass dadurch kompaktere Bauteile ermöglicht werden können. Kompaktere strahlungsemittierende Bauteile haben den Vorteil, dass sie in mehreren Bauteilanordnungen Anwendung finden können.
Es wird ferner ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauteils angegeben. Das optoelektronische Bauteil ist bevorzugt mit einem hier beschriebenen Verfahren herstellbar. Mit anderen Worten, sämtliche für das optoelektronische Bauteil offenbarte Merkmale sind auch für das Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauteils offenbart und umgekehrt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines strahlungsemittierenden Bauteils umfasst das Verfahren einen Verfahrensschritt, bei dem ein Substrat, das mit Saphir und/oder AlN gebildet ist, bereitgestellt wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Verfahren einen Verfahrensschritt, bei dem eine Halbleiterschichtenfolge auf das Substrat aufgebracht wird. Die Halbleiterschichtenfolge kann insbesondere epitaktisch aufgewachsen werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Verfahren einen Schritt, bei dem auf der der Halbleiterschichtenfolge abgewandten Seite des Substrats eine auf Quarzglas basierende Strahlungsauskoppelschicht ausgebildet wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines strahlungsemittierenden Bauteils wird ein Substrat, das mit Saphir und/oder AlN gebildet ist bereitgestellt. Darauf wird einer Halbleiterschichtenfolge epitaktisch aufgewachsen. Auf der der Halbleiterschichtenfolge abgewandten Seite des Substrats wird eine auf Quarzglas basierende Strahlungsauskoppelschicht ausgebildet. Ein Vorteil dieser Ausführungsform eines Herstellungsverfahrens liegt darin, dass ein strahlungsemittierendes Bauteil effizient hergestellt werden kann.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines strahlungsemittierenden Bauteils umfasst das Ausbilden der auf Quarzglas basierenden Strahlungsauskoppelschicht einen Verfahrensschritt, in dem eine Ausgangsschicht mit SiO₂-Partikeln in einem Matrixmaterial auf die der Halbleiterschichtenfolge abgewandte Seite des Substrats aufgebracht wird. In einem anschließenden Verfahrensschritt wird das Matrixmaterial entfernt. Daran schließt ein Verfahrensschritt an, bei dem die SiO₂-Partikel zur Erzeugung einer auf Quarzglas basierenden Strahlungsauskoppelschicht gesintert werden.
Die Ausgangsschicht enthält Partikel in einem Matrixmaterial. Bei den Partikeln kann es sich um Nanopartikel, insbesondere um SiO₂-Nanopartikel handeln. Das Matrixmaterial umfasst beispielsweise ein Polymer. Das Entfernen des Matrixmaterials erfolgt in einem Entbinderschritt. Dabei wird die Ausgangsschicht auf eine Temperatur erhitzt, die zum Verglühen des Matrixmaterials geeignet ist. Für ein Polymer kann die nötige Temperatur beispielsweise zwischen 400°C und 800°C betragen. Die auf dem Träger verbliebenen Partikel werden anschließend gesintert. Dies bedeutet, dass die Partikel erhitzt werden, was beispielsweise zu einer Verdichtung und/oder Verschmelzung der Partikel führen kann. Für SiO₂-Partikel kann die benötigte Temperatur beispielsweise mindestens 1000°C, insbesondere mindestens 1300°C betragen.
Ein Vorteil dieser Ausführungsform liegt darin, dass die Strahlungsauskoppelschicht direkt in einem Front-End-Verfahren aufgebracht werden kann. Die Strahlungsauskoppelschicht kann also direkt auf dem Träger ausgebildet werden. Somit können Verunreinigungen zumindest verringert werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Matrixmaterial ein Polymer. Ein Vorteil dieser Ausführungsform ist, dass sich Polymere einfach verarbeiten lassen. Diese können beispielsweise für Spritzgussverfahren, Spin-on-Beschichtung, Gießverfahren, 3D Druck, subtraktive Bearbeitung oder Replikationsverfahren geeignet sein. Bei der Ausgangsschicht kann es sich somit beispielsweise um ein spritzgussfähiges Glas handeln. Auch können Polymere aus der Ausgangsschicht entbindert werden, was eine Weiterverarbeitung der in der Ausgangsschicht verbliebenen Partikel ermöglicht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren einen Verfahrensschritt, wobei das Substrat direkt nach dem Aufbringen der Halbleiterschichtenfolge auf das Substrat gedünnt wird. Ein Vorteil des Dünnens des Substrats liegt darin, dass eine kleinere, kompaktere Bauform eines strahlungsemittierenden Bauteils erreicht werden kann.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird eine Krümmung des Trägers mittels Induzieren von Störstellen in den Träger mit Hilfe eines Lasers durch eine Spannungsreduktion verringert. Bei dem Träger handelt es sich beispielsweise um einen Saphirträger. Die durch das epitaktische Aufwachsen weiterer Schichten auf den Saphirträger entstehende Verspannung kann in der laserbehandelten Schicht innerhalb des Saphirträgers absorbiert werden. Ein Vorteil dieser Ausführungsform liegt darin, dass die Verspannung reduziert wird und Risse in den epitaktisch aufgewachsenen Schichten reduziert oder verhindert werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung eines strahlungsemittierenden Bauteils wird nach dem epitaktischen Aufwachsen der Halbleiterschichtenfolge auf das Substrat ein Hilfsträger auf die Halbleiterschichtenfolge an der dem Substrat abgewandten Seite der Halbleiterschichtenfolge aufgebracht. Danach wird das Substrat gedünnt. Nach dem Ausbilden der Strahlungsauskoppelschicht wird ein weiterer Hilfsträger auf die Strahlungsauskoppelschicht aufgebracht und der Hilfsträger entfernt. Weiter werden metallische Kontakte an der der Strahlungsauskoppelschicht abgewandten Seite der Halbleiterschichtenfolge erzeugt, und der weitere Hilfsträger entfernt.
Bei dem Hilfsträger und dem weiteren Hilfsträger handelt es sich um mechanisch tragende Elemente. Unter anderem können die Hilfsträger Borosilikatglas, Calciumacetat oder Saphirglas aufweisen. Ein Vorteil dieser Ausführungsform ist, dass durch die Verwendung von Hilfsträgern im Herstellungsprozess das Substrat stärker gedünnt werden kann. Dadurch werden kompaktere Bauformen des strahlungsemittierenden Bauteils erreicht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens, werden nach dem Ausbilden der Strahlungsauskoppelschicht auf das Substrat, in Zwischenräume der Strahlungsauskoppelschicht, Metallstege aufgebracht, der weitere Hilfsträger weist eine Struktur auf, welche komplementär zu einer Struktur der Strahlungsauskoppelschicht ist, der weitere Hilfsträger weist stellenweise Metallstege auf, und die Metallstege des weiteren Hilfsträgers werden mit den Metallstegen des Substrats verbunden. Die Metallstege werden beispielsweise unter Verwendung einer Maske mittels Sputtern aufgebracht. Die auf das Substrat aufgebrachten Metallstege enthalten beispielsweise AuSn. Die auf den weiteren Hilfsträger aufgebrachten Metallstege weisen beispielsweise Gold auf. Die Metallstege auf dem Substrat werden bei einer linsenförmig ausgeprägten Strahlungsauskoppelfläche insbesondere zwischen den Linsen auf das Substrat aufgebracht. Die Metallstege auf dem weiteren Hilfsträger werden bei einem, zu einer linsenförmig ausgeprägten Strahlungsauskoppelfläche komplementären weiteren Hilfsträger insbesondere auf die Zwischenräume, zwischen den linsenförmigen Strukturen, aufgebracht. Ein Vorteil dieser Ausführungsform liegt darin, dass die Strahlungsauskoppelschicht strukturiert ausgeprägt werden kann und durch die Verwendung der Hilfsträger im Herstellungsverfahren ein dünneres Substrat Anwendung finden kann. Auch bietet ein Hilfsträger, welcher komplementär zu einer Struktur der Strahlungsauskoppelfläche ist eine bessere mechanische Unterstützung des Bauteils und kann einfacher mit dem Substrat verbunden werden. Durch das AuSn:Au Wafer-Bonden kann der weitere Hilfsträger einfach aufgebracht und wieder entfernt werden. Da dies mittels nichtinvasiven Methoden durchgeführt werden kann, kann der Träger insbesondere wiederverwendet werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren einen Schritt, in dem die Ausgangsschicht strukturiert auf das Substrat aufgebracht wird, derart, dass sie linsenförmige Strukturen aufweist. Die Ausgangsschicht kann beispielsweise mittels Replikationsprozessen oder 3D Druck linsenförmig strukturiert aufgebracht werden. Dabei kann die Ausgangsschicht beispielsweise direkt linsenförmig aufgebracht werden. Alternativ kann die Ausgangsschicht auch erst nach dem Aufbringen auf das Substrat linsenförmig strukturiert werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens werden vor dem Aufbringen der Ausgangsschicht auf das Substrat Einkerbungen in das Substrat eingebracht werden, und die Einkerbungen dienen als Stoppkanten zur Ausbildung der linsenförmigen Strukturen. Die Einkerbungen werden beispielsweise mittels mechanischer Bearbeitung, insbesondere mittels Sägen oder Lasern geformt. Die beispielsweise aufgespritzte Ausgangsschicht breitet sich auf dem Substrat bis zu den Einkerbungen aus und bildet eine linsenförmige Struktur. Ein Vorteil dieser Ausführungsform liegt darin, dass das Verfahren zum Erhalt linsenförmiger Strukturen vereinfacht ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird das Substrat vor dem Aufbringen der Ausgangsschicht strukturiert. Dabei kann das Substrat an einem Schichtübergang innerhalb des Substrats strukturiert sein. Alternativ können auch außenliegende Oberflächen, die parallel zu einer Haupterstreckungsebene des Substrats verlaufen strukturiert sein.
Ein Vorteil dieser Ausführungsform liegt in der verbesserten Haftung der Ausgangsschicht auf dem Substrat. Ein weiterer Vorteil ist, dass eine Totalreflektion der vom aktiven Bereich erzeugten Strahlung durch die strukturierten Oberflächen verringert wird. Bei der Strukturierung kann es sich beispielsweise um eine Nanostrukturierung, wie beispielsweise eine Aufrauung handeln.
Im Folgenden werden das hier beschriebene optoelektronische Bauteil und das hier beschriebene Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauteils in Verbindung mit Ausführungsbeispielen und den dazugehörigen Figuren näher erläutert.

Die 1 bis 9 zeigen schematische Querschnitte durch ein strahlungsemittierendes Bauteil gemäß einem Ausführungsbeispiel.
Die 10A bis 10G zeigen Verfahrensschritte in einem Verfahren zur Herstellung eines strahlungsemittierenden Bauteils gemäß einem Ausführungsbeispiel.
Die 11A-11M zeigen ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Herstellung eines strahlungsemittierenden Bauteils.
Die 12A-12C zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Herstellung eines strahlungsemittierenden Bauteils.
Die 13A und 13B zeigen ein Verfahren zur Herstellung eines strahlungsemittierenden Bauteils gemäß einem Ausführungsbeispiel.
Die 14A-14I zeigen ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Herstellung einer Vielzahl von strahlungsemittierenden Bauteilen.

Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder für eine bessere Verständlichkeit übertrieben groß dargestellt sein.
1 zeigt eine Schnittdarstellung eines strahlungsemittierenden Bauteils 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das strahlungsemittierende Bauteil 100 weist einen Träger 30 auf. Der Träger kann mehrschichtig ausgeprägt sein. Auf einer Oberseite 12 des Trägers 30 ist eine Strahlungsauskoppelschicht 1 auf den Träger 30 aufgebracht. Der Träger 30 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel zweischichtig aufgebaut. So umfasst der Träger 30 einen Saphirträger 2 und eine Pufferschicht 3. Die zwei Schichten des Trägers sind durch einen Schichtübergang 23 miteinander verbunden. Auf die Pufferschicht 3 ist eine Halbleiterschichtenfolge 40 epitaktisch aufgewachsen. Die Pufferschicht 3 dient dabei insbesondere der Angleichung der Gitterkonstante des Trägers 30 und der Gitterkonstanten der Halbleiterschichtenfolge 40 um ein optimales Aufwachsen der Halbleiterschichtenfolge 40 auf den Träger 30 zu ermöglichen.
Die Halbleiterschichtenfolge 40 umfasst eine n-dotierte Halbleiterschicht 4, einen aktiven Bereich 5 sowie eine p-dotierte Halbleiterschicht 6. Auf die p-dotierte Halbleiterschicht 6 ist eine Metallisierung 7 aufgebracht. Die Metallisierung 7 kann beispielsweise Rhodium, Aluminium und/oder Gold aufweisen.
Auf der Metallisierung 7 ist ein p-Kontakt 10 angeordnet. Der p-Kontakt 10 dient der elektrischen Kontaktierung der p-dotierten Halbleiterschicht 6. Die n-dotierte Halbleiterschicht 4 ist stellenweise nicht mit den weiteren Schichten der Halbleiterschichtenfolge 40 bedeckt. Auf diese freigelegten Stellen der n-dotierten Halbleiterschicht 4 ist zumindest ein n-Kontakt 9 zur elektrischen Kontaktierung der n-dotierten Halbleiterschicht 4 angeordnet. Die metallischen Kontakte (9, 10) zur externen Kontaktierung können also insbesondere an der der Strahlungsauskoppelschicht 1 abgewandten Seite der Halbleiterschichtenfolge 40 angeordnet sein. Die zwei dargestellten n-Kontakte 9 können miteinander verbunden sein, und insbesondere rahmenartig um den p-Kontakt 10 angeordnet sein. Der n-Kontakt 9 kann beispielsweise den p-Kontakt 10 lateral vollständig umschließen. Zwischen dem n-Kontakt 9 und dem aktiven Bereich 5, der p-dotierten Halbleiterschicht 6, der Metallisierung 7 sowie dem p-Kontakt 10 ist eine Passivierungsschicht 8 angeordnet.
2 zeigt eine Schnittdarstellung durch ein strahlungsemittierendes Bauteil 100. Das strahlungsemittierende Bauteil 100 gemäß dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem strahlungsemittierenden Bauteil 100 gemäß dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel dahingehend, dass die freiliegende Oberfläche 11 der Strahlungsauskoppelschicht 1 strukturiert ausgeprägt ist. Bei der Strukturierung der freiliegenden Oberfläche 11 handelt es sich insbesondere um eine Nanostrukturierung. Dies bedeutet, dass die freiliegenden Oberfläche 11 aufgeraut sein kann. Weiter weist die 2 eine Haftschicht 25 auf. Die Haftschicht 25 kann beispielsweise SiO₂ enthalten.
3 zeigt eine Schnittdarstellung durch ein strahlungsemittierendes Bauteil 100. Das strahlungsemittierende Bauteil 100 gemäß dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem strahlungsemittierenden Bauteil 100 gemäß dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel dahingehend, dass ein Schichtübergang 23 im Träger 30 eine Strukturierung aufweist.
4 zeigt eine Schnittdarstellung eines strahlungsemittierenden Bauteils 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel, dass sich von dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel darin unterscheidet, dass die freiliegende Oberfläche 11 der Strahlungsauskoppelschicht 1 aufgeraut ist und der Schichtübergang 23 im Träger 30 strukturiert ist.
5 zeigt eine Schnittdarstellung eines strahlungsemittierenden Bauteils 100 gemäß eines Ausführungsbeispiels, welches im Gegensatz zu dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel eines strahlungsemittierenden Bauteils 100 auch eine strukturierte Oberseite 12 des Trägers 30 aufweist.
6 zeigt ein strahlungsemittierendes Bauteil 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel, dass sich von dem strahlungsemittierenden Bauteil 100 in 4 dahingehend unterscheidet, dass eine Oberseite 12 des Trägers 30 ebenfalls strukturiert ist.
Das in 7 dargestellte strahlungsemittierende Bauteil 100 folgt dem Aufbau des in 1 gezeigten strahlungsemittierenden Bauteils, wobei die Strahlungsauskoppelschicht 1 als optisches Element auf dem Träger 30 aufgebracht ist. Im Ausführungsbeispiel der 7 ist die Strahlungsauskoppelschicht 1 insbesondere als konvexe Linse ausgeprägt. Alternativ, nicht gezeigt, kann der gekrümmte Bereich der Linse bis auf die der Halbleiterschichtenfolge abgewandte Seite des Trägers 30 verlaufen.
8 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines strahlungsemittierenden Bauteils 100, das sich von dem Ausführungsbeispiel des strahlungsemittierenden Bauteils 100 der 7 darin unterscheidet, dass der Schichtübergang 23 strukturiert ist.
Das in 9 dargestellte Ausführungsbeispiel eines strahlungsemittierenden Bauteils 100 weist zusätzlich zu dem in 8 gezeigten strukturierten Schichtübergang 23 des strahlungsemittierenden Bauteils 100 eine strukturierte Oberfläche 12 auf.
Die 10A, 10B, 10C, 10D, 10E, 10F, 10G zeigen Verfahrensschritte in einem Verfahren zur Herstellung eines strahlungsemittierenden Bauteils gemäß einem Ausführungsbeispiel.
In einem ersten Verfahrensschritt, 10A, wird ein Saphirträger 2 bereitgestellt. Der Saphirträger 2 kann den Träger 30 bilden. Alternativ kann auch eine auf den Saphir aufgebrachte mindestens eine weitere Schicht einen Teil des Trägers 30 darstellen. Bei den Schichten des Trägers 30 kann es sich insbesondere um Saphir und/oder AlN handeln.
In einem nächsten Verfahrensschritt, 10B, wird eine Halbleiterschichtenfolge 40, auf den Träger 30 aufgebracht. Die Halbleiterschichtenfolge 40 ist beispielsweise epitaktisch auf den Träger 30 abgeschieden. Dabei werden zunächst die n-dotierte Halbleiterschicht 4, dann der aktive Bereich 5 und anschließend die p-dotierte Halbleiterschicht 6 auf den Träger 30 aufgewachsen. In dem in 10B dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst der Träger 30 zwei Schichten, die verschiedene Materialien enthalten.
10C zeigt das strahlungsemittierende Bauteil 100 nach einem Verfahrensschritt, in dem der Träger 30 gedünnt wird. Die Saphirschicht 2 des Trägers 30 wird beispielsweise mittels chemisch mechanischem Polieren gedünnt. Die Zieldicke kann beispielsweise maximal 400pm, insbesondere maximal 350µm betragen.
Auf die der Halbleiterschichtenfolge 40 abgewandte Seite des Trägers 30 wird in einem darauf folgenden Schritt, 10D, eine Ausgangsschicht 14 aufgebracht. Die Ausgangsschicht 14 enthält SiO₂-Partikel 15 in einem Matrixmaterial 16. Das Matrixmaterial 16 umfasst beispielsweise ein Polymer. Die SiO₂-Partikel 15 können insbesondere Größen im Nanometerbereich aufweisen. Die SiO₂-Partikel sind beispielsweise dichter gepackt als in 10D dargestellt.
Um im Herstellungsverfahren ausgehend von 10D ein in 10E gezeigtes strahlungsemittierendes Bauteil 100 zu erhalten, wird zunächst das Matrixmaterial 16 aus der Ausgangsschicht 14 entfernt. Anschließend werden die in der Ausgangsschicht 14 verbliebenen SiO2-Partikel 15 zu einer Strahlungsauskoppelschicht 1 gesintert. Sintern bedeutet hier, dass zumindest die SiO₂-Partikel temperaturbehandelt werden. Die SiO₂-Partikel 15 werden beispielsweise auf eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunkts erhitzt, beispielsweise auf 1300°C, um ein Verdichten der SiO₂-Partikel 15 zu einer auf Quarzglas basierenden Strahlungsauskoppelschicht 1 zu erreichen. Das Entfernen des Matrixmaterials 16 aus der Ausgangsschicht 14 kann beispielsweise direkt im Sinterprozess erfolgen. Alternativ kann das Matrixmaterial 16 in einem Entbinderschritt vor dem Sinterprozess aus der Ausgangsschicht 14 entfernt werden. Dabei wird die Ausgangsschicht 14 zunächst auf eine Temperatur, die zum Verglühen des Matrixmaterials 16 geeignet ist erhitzt. Die benötigte Temperatur kann beispielsweise 400 - 800°C betragen, insbesondere kann das Matrixmaterial bei 600°C aus der Ausgangsschicht 14 entfernt werden.
10F zeigt das strahlungsemittierende Bauteil 100 nach einem Verfahrensschritt, in dem das strahlungsemittierende Bauteil 100 elektrisch kontaktiert wird. Der Verfahrensschritt umfasst das Freilegen von Teilen der dem Träger 30 abgewandten Oberfläche der n-dotierten Halbleiterschicht 4, sowie von Seitenflächen der p-dotierten Halbleiterschicht 6 und dem aktiven Bereich 5. Das Freilegen kann beispielsweise mittels Lithografie oder Ätzen erfolgen.
Der Verfahrensschritt umfasst weiter das Aufbringen einer Metallisierung 7. Die Metallisierung kann Rhodium, Aluminium oder Gold aufweisen und als Spiegel für die vom aktiven Bereich 5 erzeugte elektromagnetische Strahlung dienen.
Es wird eine Passivierungsschicht 8 auf die Seitenflächen des aktiven Bereichs 5, der p-dotierten Halbleiterschicht 6 sowie der Metallisierung 7 aufgebracht. Auf der Metallisierung 7 wird ein p-Kontakt 10 zur elektrischen Kontaktierung angeordnet. An die n-dotierte Halbleiterschicht 4 wird ein n-Kontakt 9 zur elektrischen Kontaktierung angebracht. Die metallischen Kontakte sind im hier gezeigten Ausführungsbeispiel auf einer der Strahlungsauskoppelfläche 1 abgewandten Oberfläche der n-dotierten Halbleiterschicht 4 und der Metallisierung 7 angeordnet.
Die Kontakte können insbesondere ausschließlich an dieser Seite angeordnet sein. Es kann sich bei dem strahlungsemittierenden Bauteil 100 also um ein Flip-Chip-Bauteil handeln. Weiter kann der n-Kontakt 9 den p-Kontakt 10 rahmenartig umgeben.
In 10G ist ein fertiggestelltes strahlungsemittierendes Bauteil 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel gezeigt.
Die 11A, 11B, 11C, 11D, 11E, 11F, 11G, 11H, 11I, 11J, 11K, 11L und 11M zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel des hier beschriebenen Verfahrens zur Herstellung eines strahlungsemittierenden Bauteils.
Die in den 11A und 11B gezeigten Verfahrensschritte entsprechen den in den 10A und 10B beschriebenen Schritten.
In einem nachfolgenden Schritt, 11C, wird auf die dem Träger 30 abgewandte Seite der Halbleiterschichtenfolge 40 ein Hilfsträger 17 aufgebracht.
Anschließend, 11D, wird der Saphirträger 2 gedünnt. Durch die Verwendung eines Hilfsträgers 17 kann der Träger 30 in diesem Ausführungsbeispiel des Verfahrens zur Herstellung eines strahlungsemittierenden Bauteils dünner ausgeprägt sein, als in dem in 10 beschriebenen Ausführungsbeispiels eines Herstellungsverfahrens. So kann der Saphirträger 2 beispielsweise auf eine Zieldicke von maximal 150pm, insbesondere maximal 120um gedünnt werden.
11E zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem der gedünnte Träger 30 vor Aufbringen der Ausgangsschicht 14 auf der der Halbleiterschichtenfolge 40 abgewandten Seite strukturiert wird.
11F zeigt eine um 180° um die Haupterstreckungsachse gedrehte Variante des strahlungsemittierenden Bauteils 100 aus 11E.
Anschließend, 11G, werden die Verfahrensschritte der 10D und 10E zum Ausbilden einer auf Quarzglas basierenden Strahlungsauskoppelschicht 1 auf der der Halbleiterschichtenfolge 40 abgewandten Seite des Trägers 30 durchgeführt.
11H zeigt das strahlungsemittierende Bauteil nach dem Aufbringen einer Trennschicht 21 auf die Strahlungsauskoppelschicht 1 und eines weiteren Hilfsträgers 18 auf die Trennschicht 21. Die Trennschicht 21 kann zusätzlich oder alternativ auch auf den Hilfsträger 18 aufgebracht werden.
In einem nachfolgenden Verfahrensschritt, 11I, wird der Hilfsträger 17 von der Halbleiterschichtenfolge 40 abgelöst. Das Trennen des Hilfsträgers 17 und der Halbleiterschichtenfolge 40 kann beispielsweise mittels nasschemischer Methoden oder mittels Laser-Lift-Off erfolgen.
11J zeigt das strahlungsemittierende Bauteil 100 nach dem in 11I beschriebenen Verfahrensschritt um 180° um die Haupterstreckungsachse gedreht.
11K entspricht dem in 10F beschriebenen Verfahrensschritt. 11K zeigt zudem eine Ausführungsform bei der der weitere Hilfsträger 18 ohne zusätzliche Trennschicht 21 auf die Strahlungsauskoppelschicht 1 aufgebracht werden kann.
In einem nachfolgenden Verfahrensschritt, 11L, wird der weitere Hilfsträger 18 von der Strahlungsauskoppelschicht 1 abgetrennt. Das Trennen des weiteren Hilfsträgers 18 und der Halbleiterschichtenfolge 40 kann beispielsweise mittels nasschemischer Methoden oder mittels Laser-Lift-Off erfolgen.
11M zeigt ein fertiggestelltes strahlungsemittierendes Bauteil 100. Dieses unterscheidet sich von dem in 10G dargestellten strahlungsemittierenden Bauteils 100 lediglich in der Dicke. Dies wird durch die verschiedenen Zieldicken in den Dünnungsverfahren des Saphirträgers 2, 10C und 11D, erreicht.
Die 12A, 12B und 12C zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen Verfahrens zur Herstellung eines strahlungsemittierenden Bauteils.
12A zeigt eine Bauteilanordnung wie in 10D, die mit den Verfahrensschritten 10A bis 10D hergestellt wird. 12A unterscheidet sich von der 10D darin, dass die Verfahrensschritte 10A bis 10D in 12 auf ein Substrat 20 angewendet werden. Der Aufbau des Substrats 20 entspricht dem Aufbau des Trägers 30. Lediglich die Größe des Substrats 20 entlang einer Haupterstreckungsebene beträgt ein Vielfaches der Größe des Trägers 30. Somit kann bei dem in 12 gezeigten Verfahren eine Vielzahl von strahlungsemittierenden Bauteilen 100 gleichzeitig hergestellt werden. Diese können anschließend vereinzelt werden.
In einem anschließenden Schritt, 12B, wird die Ausgangsschicht 14 strukturiert. Dies kann, wie hier dargestellt, bedeuten, dass die Ausgangsschicht 14 linsenförmig strukturiert wird. Die linsenförmige Strukturierung wird hierbei durch einen Replikationswafer 22 auf das strahlungsemittierende Bauteil 100 übertragen. Die Übertragung der Struktur des Replikationswafer 22 auf die Ausgangsschicht 14 kann beispielsweise mittels Pressverfahren vollzogen werden.
12C zeigt die linsenförmig ausgeprägte Ausgangsschicht 14 auf dem Substrat 20. Die linsenförmig ausgeprägte Ausgangsschicht 14 kann zu einer linsenförmig ausgeprägten Strahlungsauskoppelschicht 1 ausgebildet werden.
Die 13A und 13B zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Herstellung eines strahlungsemittierenden Bauteils 100 mit einer linsenförmig ausgeprägten Strahlungsauskoppelschicht 1.
13A zeigt ein strahlungsemittierendes Bauteil 100, dass mit den in den 11A, 11B, 11C und 11D gezeigten Verfahrensschritten hergestellt werden kann. An diese Schritte anschließend, 13A, werden Einkerbungen 24 in den Saphirträger 2 mittels mechanischer Bearbeitung, beispielsweise mittels Sägen oder Lasern, eingebracht. Diese Einkerbungen 24 dienen als Stoppkanten zur Ausbildung linsenförmiger Strukturen.
In 13B ist die Funktion der Einkerbungen 24 als Stoppkanten zur Ausbildung linsenförmiger Strukturen dargestellt. Die Ausgangsschicht 14 breitet sich auf dem Träger 30 bis zu den Einkerbungen 24 aus und bildet eine linsenförmige Struktur. Die Ausgangsschicht 14 kann anschließend zu einer linsenförmig ausgeprägten Strahlungsauskoppelschicht 1 ausgebildet werden.
14 stellt in den Verfahrensschritten A-I ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Herstellung eines strahlungsemittierenden Bauteils 100 dar. Das in 14A gezeigte Bauteil schließt an die in 12 oder 13 beschriebenen Verfahrensschritte an und zeigt eine strukturierte Strahlungsauskoppelfläche 1.
14B zeigt einen Schritt, bei dem auf das Substrat 20 in die Zwischenräume der Strahlungsauskoppelschicht 1 Metallstege 19a aufgebracht werden. Diese können beispielsweise AuSn enthalten. Die Metallstege 19a werden beispielsweise mittels Sputtern unter Benutzung einer Maske aufgebracht.
In 14C wird ein weiterer Hilfsträger 18 bereitgestellt. Der weitere Hilfsträger 18 weist eine Struktur auf, welche komplementär zu einer dem Hilfsträger 18 zugewandten Struktur der Strahlungsauskoppelschicht 1 ist.
Anschließend, 14D, wird eine Beschichtung für ein späteres Trennverfahren auf den weiteren Hilfsträger 18 aufgebracht. Die Beschichtung kann beispielsweise SiN enthalten. Bei der Beschichtung handelt es sich beispielsweise um eine Trennschicht 21. Die Beschichtung kann auch eine Schutzfunktion aufweisen. Die Beschichtung kann beispielsweise für ein Laser-Lift-Off-Verfahren benötigt werden.
14E zeigt ein Schritt, in dem Metallstege 19b stellenweise auf den weiteren Hilfsträger 18 aufgebracht werden.
Nach dem der weitere Hilfsträger 18 und das in 14B hergestellte Bauteil zum Wafer-Bonden über die Metallstege 19a, 19b vorbereitet sind, werden die Träger miteinander verbunden, 14F. Dies wird beispielsweise über AuSn:Au bonden erreicht.
14G zeigt einen Schritt, in dem der Hilfsträger 17 von der Halbleiterschichtenfolge 40 entfernt wird.
Anschließend, 14H, wird ein in 10F beschriebener Verfahrensschritt durchgeführt, nicht gezeigt, bei dem eine Metallisierung und eine elektrische Kontaktierung angebracht werden. Daran anschließend wird der weitere Hilfsträger 18 beispielsweise nasschemisch oder mittels Laser-Lift-Off entfernt.
Um ein strahlungsemittierendes Bauteil 100 zu erhalten, wird zuletzt, 14I, das Substrat 20 in einzelne Träger 30 getrennt. Beispielsweise wird der Bauteilarray zersägt.
Die in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Merkmale und Ausführungsbeispiele können gemäß weiteren Ausführungsbeispielen miteinander kombiniert werden, auch wenn nicht alle Kombinationen explizit beschrieben sind. Weiterhin können die in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispiele alternativ oder zusätzlich weitere Merkmale gemäß der Beschreibung im allgemeinen Teil aufweisen.
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: Strahlungsauskoppelschicht
2: Saphirträger
3: Pufferschicht
4: n-dotierte Halbleiterschicht
5: aktiver Bereich
6: p-dotierte Halbleiterschicht
7: Metallisierung
8: Passivierungsschicht
9: n-Kontakt
10: p-Kontakt
11: Oberfläche der Strahlungsauskoppelschicht
12: Oberseite des Trägers/Substrats
13: Unterseite des Trägers/Substrats
14: Ausgangsschicht
15: SiO₂-Partikel
16: Matrixmaterial
17: Hilfsträger
18: weiterer Hilfsträger
19a: Metallstege des Substrats
19b: Metallstege des weiteren Hilfsträgers
20: Substrat
21: Trennschicht
22: Replikationswafer
23: Schichtübergang
24: Einkerbung
25: Haftschicht
30: Träger
40: Halbleiterschichtenfolge
100: strahlungsemittierendes Bauteil

Claims

Strahlungsemittierendes Bauteil (100), umfassend - einen Träger (30), der mit Saphir und/oder AlN gebildet ist, - eine auf den Träger (30) aufgebrachte Halbleiterschichtenfolge (40), - eine Strahlungsauskoppelschicht (1), die auf der, der Halbleiterschichtenfolge (40) abgewandten Seite des Trägers (30) angeordnet ist, wobei - die Halbleiterschichtenfolge (40) einen aktiven Bereich (5) zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung umfasst, - die Strahlungsauskoppelschicht (1) für die vom aktiven Bereich (5) erzeugte elektromagnetische Strahlung einen Brechungsindex aufweist, wobei der Brechungsindex zwischen einem Brechungsindex des Trägers (30) und einem Brechungsindex eines Mediums, das das Bauteil umgibt, liegt, und - die Strahlungsauskoppelschicht (1) auf Quarzglas basiert.
Strahlungsemittierendes Bauteil (100) gemäß Anspruch 1, bei dem der aktive Bereich (5) zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung im UV-Bereich eingerichtet ist.
Strahlungsemittierendes Bauteil (100) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die der Strahlungsauskoppelschicht (1) zugewandte und/oder abgewandte Seite des Trägers (30) strukturiert ist.
Strahlungsemittierendes Bauteil (100) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die dem Träger (30) abgewandte Seite der Strahlungsauskoppelschicht (1) aufgeraut ist.
Strahlungsemittierendes Bauteil (100) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die Strahlungsauskoppelschicht (1) ein optisches Element auf dem Träger (30) umfasst oder bildet.
Strahlungsemittierendes Bauteil (100) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, bei dem zwischen dem Träger (30) und der Strahlungsauskoppelschicht (1) eine Haftschicht (25) angeordnet ist, und die Haftschicht (25) SiO₂ aufweist oder aus SiO₂ besteht.
Strahlungsemittierendes Bauteil (100) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, bei dem metallische Kontakte (9,10) zur externen Kontaktierung an der der Strahlungsauskoppelschicht (1) abgewandten Seite der Halbleiterschichtenfolge (40) angeordnet sind.
Strahlungsemittierendes Bauteil (100) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, bei dem auf die dem Träger (30) abgewandte Seite der Halbleiterschichtenfolge (40) eine Metallisierung (7) aufgebracht ist.
Strahlungsemittierendes Bauteil (100) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, bei dem der Träger (30) eine Dicke von höchstens 400 pm, insbesondere von höchstens 150 µm aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines strahlungsemittierenden Bauteils (100) mit den folgenden Schritten: - Bereitstellen eines Substrats (20), das mit Saphir und/oder AlN gebildet ist, - epitaktisches Aufwachsen einer Halbleiterschichtenfolge (40) auf das Substrat (20), - Ausbilden einer auf Quarzglas basierenden Strahlungsauskoppelschicht (1) auf der der Halbleiterschichtenfolge (40) abgewandten Seite des Substrats (20) .
Verfahren gemäß dem vorherigen Anspruch, wobei das Ausbilden der auf Quarzglas basierenden Strahlungsauskoppelschicht (1) die folgenden Schritte umfasst: - Aufbringen einer Ausgangsschicht (14) mit SiO₂-Partikeln (15) in einem Matrixmaterial (16) auf die der Halbleiterschichtenfolge (40) abgewandte Seite des Substrats (20) , - Entfernen des Matrixmaterials (16) - Sintern der SiO₂-Partikel (15) zur Erzeugung einer auf Quarzglas basierenden Strahlungsauskoppelschicht (1).
Verfahren gemäß Anspruch 11, wobei das Matrixmaterial (16) ein Polymer umfasst.
Verfahren zur Herstellung eines strahlungsemittierenden Bauteils (100) gemäß den Ansprüchen 10 bis 12, wobei direkt nach dem epitaktischen Aufwachsen der Halbleiterschichtenfolge (40) auf das Substrat (20) ein Dünnen des Substrats (20) erfolgt.
Verfahren gemäß den Ansprüchen 10 bis 13, wobei - nach dem epitaktischen Aufwachsen der Halbleiterschichtenfolge (40) auf das Substrat (20) ein Hilfsträger (17) auf die Halbleiterschichtenfolge (40) an der dem Substrat (20) abgewandten Seite der Halbleiterschichtenfolge (40) aufgebracht wird, - das Substrat (20) gedünnt wird, - nach dem Ausbilden der Strahlungsauskoppelschicht (1) ein weiterer Hilfsträger (18) auf die Strahlungsauskoppelschicht (1) aufgebracht wird, - der Hilfsträger (17) entfernt wird, - metallische Kontakte (9,10) an der der Strahlungsauskoppelschicht (1) abgewandten Seite der Halbleiterschichtenfolge (40) erzeugt werden, und - der weitere Hilfsträger (18) entfernt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 14, wobei nach dem Ausbilden der Strahlungsauskoppelschicht (1) - auf das Substrat (20), in Zwischenräume der Strahlungsauskoppelschicht (1), Metallstege (19a) aufgebracht werden, - der weitere Hilfsträger (18) eine Struktur aufweist, welche komplementär zu einer dem Hilfsträger (18) zugewandten Struktur der Strahlungsauskoppelschicht (1) ist, - der weitere Hilfsträger (18) stellenweise Metallstege (19b) aufweist, und - die Metallstege (19b) des weiteren Hilfsträgers (18) mit den Metallstegen (19a) des Substrats (20) verbunden werden.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 10 bis 15, wobei die Ausgangsschicht (14) strukturiert auf das Substrat (20) aufgebracht wird, derart, dass sie linsenförmige Strukturen aufweist.
Verfahren gemäß dem vorherigen Anspruch, wobei vor dem Aufbringen der Ausgangsschicht (14) auf das Substrat (20) Einkerbungen (24) in das Substrat (20) eingebracht werden, und die Einkerbungen (24) als Stoppkanten zur Ausbildung der linsenförmigen Strukturen dienen.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 10 bis 17, wobei das Substrat (20) vor Aufbringen der Ausgangsschicht (14) strukturiert wird.