DE10253161B4

DE10253161B4 - Verfahren zur Herstellung von optoelektronischen Halbleiterchips mit verbesserten Oberflächeneigenschaften

Info

Publication number: DE10253161B4
Application number: DE10253161A
Authority: DE
Inventors: Andreas Dr. Plößl; Dominik Dr. Eisert; Johannes Dr. Völkl
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2002-09-12
Filing date: 2002-11-14
Publication date: 2010-05-06
Anticipated expiration: 2022-11-15
Also published as: DE10253161A1

Abstract

Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Halbleiterchips, bei dem ein Halbleiterkörper (1) oder eine Halbleiterschichtanordnung mit einer für den Halbleiterchip vorgesehenen Struktur hergestellt wird und bei dem auf einer Oberseite des Halbleiterkörpers bzw. der Halbleiterschichtanordnung mindestens eine auf GaN basierte Schicht aufgebracht wird, indem eine galliumhaltige Precursor-Verbindung in flüssiger Form auf die Oberseite aufgebracht und durch Pyrolyse in die auf GaN basierte Schicht überführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die GaN basierte Schicht mit einer Strukturierung ausgebildet und die Precursor-Verbindung bzw. die GaN basierte Schicht vor oder während der Pyrolyse mit einem Stempel strukturiert wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung optoelektronischer Halbleiterchips, bei dem auf GaN basierende Schichten aus chemischen Lösungen hergestellt werden, um die Oberflächeneigenschaften der Halbleiterchips zu verbessern.
In der WO 00/46431 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung von Nitrid-Einkristallen beschrieben, bei dem eine organische Substanz, die die atomaren Bestandteile des zu bildenden Nitrid-Einkristalls enthält, in einer Lösung oder in einer Schmelze aufgebracht und durch thermische Um- und Zersetzung (Pyrolyse) in die zu bildenden Nitrid-Einkristalle umgesetzt wird. In dieser Lösung oder Schmelze befindet sich ein aus dem aufzuwachsenden oder einem artverwandten Nitridmaterial bestehender Substratkeim. Diesem Substratkeim wird Wärmeenergie zugeführt, so dass sich zumindest an seiner mit der Schmelze oder Lösung in Kontakt stehenden Oberfläche eine zweite Temperatur einstellt, die größer als die Temperatur der übrigen Lösung oder Schmelze ist. Dadurch kommt es an der erwärmten Oberfläche zur Bildung und Ablagerung von Nitridmolekülen und somit zum Wachstum des Nitrid-Einkristalls.
In der DE 199 29 591 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung von epitaktischen GaN-Schichten auf Substraten beschrieben, bei dem eine Galliumcarbodiimid enthaltende Precursor-Verbindung auf das Substrat aufgebracht und durch Pyrolyse in kristallines Galliumnitrid überführt wird. Als für dieses Verfahren geeignete Substrate sind Substrate aus Elementen der Hauptgruppen III bis VI und der Nebengruppen IV bis VI des Periodensystems der Elemente, insbesondere Si und GaAs, angegeben.
Es ist außerdem beschrieben, dass die Dicke der epitaktischen GaN-Schicht innerhalb breiter Grenzen variiert werden kann, z. B. durch Auswahl von Precursor-Verbindungen mit unterschiedlicher Viskosität oder/und durch ein- oder mehrmalige Wiederholung des Beschichtungsvorgangs, bis eine Schicht mit der jeweils gewünschten Dicke aufgebaut wird. Die Dicke kann so von einzelnen Atomlagen bis zu 10 μm reichen.
Außerdem sind durch dieses Verfahren herstellbare Halbleiterchips beschrieben, deren Oberfläche zumindest teilweise mit einer epitaktischen GaN-Schicht überzogen ist. Die GaN-Schicht enthält dazu vorzugsweise Facetten, wobei die Form der auftretenden Facetten vom verwendeten Substrat abhängt. GaN-Facetten auf Al₂O₃-Substraten können mit einer pyramidalen Form mit einer mittleren Höhe von 30 nm bis 70 nm ausgebildet werden. GaN-Schichten mit einer ähnlichen Facettenmorphologie können durch metallorganische Dampfphasenepitaxie und plasmaunterstützte Molekularstrahlepitaxie hergestellt werden.
Es ist ferner angegeben, dass eine durch Polymerpyrolyse hergestellte GaN-Schicht als Pufferschicht zur Herstellung einer dicken GaN-Schicht verwendet werden kann. Eine solche Pufferschicht verbessert die Kristallinität der darüber abgeschiedenen weiteren GaN-Schichten, so dass insbesondere die elektrischen Eigenschaften der Schichten verbessert werden. Als Anwendungsbeispiel für die durch Polymerpyrolyse hergestellten GaN-Schichten sind Halbleiterbauelemente wie Leuchtdioden angegeben.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von optoelektronischen Halbleiterchips mit verbesserten Oberflächeneigenschaften anzugeben.
In der Druckschrift DE 100 32 246 A1 ist ein Lumineszenzdiodenchip auf der Basis von InGaN und ein Verfahren zu dessen Herstellung offenbart.
Die Druckschrift US 5,799,028 A betrifft die Passivierung und Schätzung einer Halbleiteroberfläche.
In der Druckschrift WO 02/059983 A1 ist ein LED-Package mit verbesserter Lichtauskopplung sowie eine Herstellungsmethode für ein solches angegeben.
Diese Aufgabe wird mit dem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Bei dem Verfahren wird mindestens eine auf GaN basierende Schicht, insbesondere eine GaN-Schicht, aus chemischer Lösung auf mindestens eine Oberseite des Halbleiterkörpers oder der Halbleiterschichtanordnung des Halbleiterchips aufgebracht, so dass die auf GaN basierende Schicht eine Oberflächeneigenschaft des Halbleiterchips verbessert. Eine solche Schicht kann dabei als optische Vergütungsschicht mit vorgegebenem Brechungsindex, als leitfähige und elektrisch kontaktierbare Fensterschicht, als transparente Planarisierungsschicht und/oder als dielektrische Sperrschicht oder Passivierungsschicht aufgebracht werden. Eine bevorzugte Anwendung betrifft das Halbleitermaterialsystem GaN/InGaAlP.
Im Fall einer Vergütungsschicht kann der relativ hohe Brechungsindex von GaN oder GaN-basierendem Material, beispielsweise bei LEDs, die im Materialsystem von InGaAlP hergestellt werden, genutzt werden. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass mehr Strahlungsleistung aus dem Halbleiterkörper austritt. Der Brechungsindex der Vergütungsschicht wird durch geeignet gewählte Ausgangsstoffe und die Prozessführung wie vorgesehen eingestellt.
Die Möglichkeit, aus der Flüssigkeit durch Pyrolyse relativ dicke GaN- oder auf GaN basierende Schichten abzuscheiden, erlaubt die Herstellung dicker Fensterschichten, beispielsweise für auf GaN basierende LEDs. Derartige Fensterschichten werden mit einer geeigneten elektrischen Leitfähigkeit und Kontaktierbarkeit für elektrischen Anschluss ausgebildet und können so dafür vorgesehen werden, eine effektive Stromaufweitung in dem Halbleiterchip zu bewirken.
Aus der Lösung abgeschiedene transparente GaN-basierende Schichten können zur Planarisierung der Oberseite des Halbleiterchips eingesetzt werden, beispielsweise zur Verbesserung der Bondfähigkeit, wie z. B. für ein Direktbonden bei Dünnschicht-LEDs.
Wenn die GaN-basierende Schicht als dielektrische Schicht oder als zumindest gering elektrisch leitfähige Schicht aus der Lösung abgeschieden wird, kann eine vorzugsweise dielektrische Sperrschicht oder Passivierungsschicht hergestellt werden, womit z. B. insbesondere die Seitenflanken gesägter Halbleiterchips passiviert und gegen Beschädigung geschützt werden können.
In der beigefügten Figur ist zur weiteren Erläuterung ein optoelektronischer Halbleiterchip in einer schrägen Aufsicht im Schema dargestellt.
Ein in der Figur dargestellter Halbleiterkörper 1 ist mit einer Struktur eines optoelektronischen Bauelementes versehen. Auf einer für eine Lichtauskopplung vorgesehenen Oberseite ist eine Fensterschicht 2 aufgebracht, indem Galliumnitrid aus einer chemischen Lösung unter Verwendung eines Precursors und unter Einsatz von Pyrolyse aufgebracht wurde. Diese Fensterschicht 2 ist mit einem Kontakt 3 versehen, der hier nur in einer Ecke eingezeichnet ist, aber ebenso gut das für den Lichtaustritt vorgesehene Fenster z. B. ringförmig oder rahmenförmig umschließen kann.
Auf der Oberseite kann eine Vergussmasse 4 vorhanden sein, die hier mit gestrichelten Konturen angedeutet ist und als Gehäuse des Bauelementes vorgesehen ist. Statt der Fensterschicht kann eine dünne Vergütungsschicht vorgesehen werden, mit der der Brechungsindexsprung zwischen dem Halbleitermaterial des Halbleiterchips und der Vergussmasse 4 oder, bei Fehlen der Vergussmasse, der umgebenden Luft herabgesetzt wird.
Seitlich der Vergütungsschicht oder Fensterschicht kann auf der Oberseite des Halbleiterchips eine dielektrische Sperrschicht vorgesehen sein, die ebenfalls aus chemischer Lösung abgeschiedenes GaN ist.
Die Seitenflächen 5 des Halbleiterchips (Chipkanten) können z. B. mit Passivierungsschichten versehen sein. Diese Passivierungsschichten werden ebenfalls als GaN-Schicht aus chemischer Lösung abgeschieden.
Diese Schichten werden vorzugsweise durch Aufschleudern der Ausgangsmaterialien auf Halbleiterscheiben oder durch Eintauchen der Scheiben oder Einzelchips in die entsprechenden Lösungen hergestellt. Zur Strukturierung der Schichten wird die Oberfläche der Halbleiterchips vorzugsweise geeignet vorstrukturiert, womit auch Bereiche unterschiedlicher Benetzbarkeit ausgebildet werden können. Es ist auch möglich, eine aus der Lösung abgeschiedene GaN-Schicht vor oder während des Sinterprozesses mit einem Stempel zu strukturieren.
Brechnungsindexvariationen erreicht man vorzugsweise über die entsprechende Prozessführung. Unterschiedlich dichte Schichten und/oder unterschiedlich starker Einbau von Liganden (organischen Gruppen) der Ausgangslösung sind durch Variation der Prozessführung möglich und erlauben es, den Brechungsindex gezielt zu verändern.

Claims

Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Halbleiterchips, bei dem ein Halbleiterkörper (1) oder eine Halbleiterschichtanordnung mit einer für den Halbleiterchip vorgesehenen Struktur hergestellt wird und bei dem auf einer Oberseite des Halbleiterkörpers bzw. der Halbleiterschichtanordnung mindestens eine auf GaN basierte Schicht aufgebracht wird, indem eine galliumhaltige Precursor-Verbindung in flüssiger Form auf die Oberseite aufgebracht und durch Pyrolyse in die auf GaN basierte Schicht überführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die GaN basierte Schicht mit einer Strukturierung ausgebildet und die Precursor-Verbindung bzw. die GaN basierte Schicht vor oder während der Pyrolyse mit einem Stempel strukturiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Oberseite des Halbleiterkörpers bzw. der Halbleiterschichtanordnung vor dem Aufbringen der GaN basierten Schicht Bereiche unterschiedlicher Benetzbarkeit ausgebildet werden.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bereiche unterschiedlicher Benetzbarkeit durch eine Strukturierung der Oberseite ausgebildet werden.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberseite des Halbleiterkörpers vorstrukturiert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die GaN basierte Schicht eine optische Vergütungsschicht, eine elektrisch leitfähige Fensterschicht (2), eine strahlungsdurchlässige Planarisierungsschicht, eine dielektrische Sperrschicht oder eine Passivierungsschicht ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die auf GaN basierte Schicht mit einer für eine elektrische Kontaktierung ausreichenden elektrischen Leitfähigkeit ausgebildet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die auf GaN basierte Schicht mit einem vorgegebenen Brechungsindex ausgebildet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterkörper bzw. die Halbleiterschichtanordnung im Materialsystem von InGaAlP ausgebildet wird.