DE112006000562T5

DE112006000562T5 - Nitridhalbleiter-Leuchtbauteil

Info

Publication number: DE112006000562T5
Application number: DE112006000562T
Authority: DE
Inventors: Yasuhito Ichihara Urashima
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Priority date: 2005-03-09
Filing date: 2006-02-15
Publication date: 2008-02-28
Anticipated expiration: 2026-02-16
Also published as: JP2009038407A; KR100926094B1; JP2006287208A; WO2006095566A8; TWI366283B; KR20070116086A; CN101138105A; WO2006095566A1; JP4932283B2; TW200637041A; CN100573938C; US20080191226A1; US7803648B2; DE112006000562B4; JP4336381B2

Abstract

Nitridhalbleiter-Leuchtbauteil mit:
einem Substrat;
einer Nitridhalbleiterschicht, die eine erste elektrisch leitende Halbleiterschicht, eine Licht emittierende Schicht und eine zweite elektrisch leitende Halbleiterschicht enthält;
einer transparenten Elektrode, die zumindest an einen Teil einer ersten Fläche der zweiten elektrisch leitenden Halbleiterschicht anschließt; und
einer zweiten Elektrode, die an die erste elektrisch leitende Halbleiterschicht anschließt;
wobei das Substrat über eine erste Fläche verfügt, die mit einem ersten Bereich versehen ist, der durch Entfernen eines ersten Teils der Nitridhalbleiterschicht in einem Umfangsteil des Bauteils freigelegt wurde, und einem zweiten Bereich, der durch Entfernen zumindest eines zweiten Teils der Nitridhalbleiterschicht, der an die transparente Elektrode anschließt, ausgenommen dem Umfangsteil des Bauteils, bis zum Substrat freigelegt wurde.

Description

Technisches Gebiet.
Die Erfindung betrifft ein Nitridhalbleiter-Leuchtbauteil, und insbesondere betrifft sie eine Nitridhalbleiter-Leuchtdiode mit verbesserter Lichtentnahmeeffizienz sowie ein Verfahren zu deren Herstellung.
Hintergrundbildende Technik
Gruppe-III-Nitridhalbleiter (bei dieser Erfindung als "Nitridhalbleiter" abgekürzt) verfügen über eine Bandlücke vom Typ mit direktem Übergang mit einer Energie, die dem Bereich von sichtbarem Licht bis zu Ultraviolettlicht entspricht, und sie erlauben hocheffiziente Lichtemission, und sie wurden demgemäß in kommerzielle Produkte überführt, wie Leuchtdioden (LEDs) und Laserdioden (LDs). Insbesondere wurde die Realisierung von weißem Licht emittierenden Dioden auf Grund ihrer Kombination mit Fluoreszenzmaterialien als neues Anwendungsgebiet von Leuchtdioden erwartet.
Das Ausgangslicht einer Leuchtdiode wird stark durch die Effizienz der Lichtentnahme von einem relevanten Bauteil nach außen beeinflusst. Betreffend diese Effizienz der Lichtentnahme wirkt die Totalreflexion an der Oberfläche des Bauteils als Faktor, der einen großen Effekt ausübt. Es ist sehr gut bekannt, dass dann, wenn sich Licht von einer Halbleiterschicht mit großem Brechungsindex zur Außenseite mit einem kleinen Brechungsindex ausbreitet, derjenige Teil des Lichts, der über dem kritischen Winkel (θc) liegt, an der Phasengrenze des Bauteils Totalreflexion erfährt, und dass das Licht nicht zur Außenseite mit kleinem Brechungsindex entnommen wird.
Als Maßnahme, um die Einschränkung zu vermeiden, die der Lichtentnahme durch die Totalreflexion an der Phasengrenze auferlegt wird, sind ein Verfahren zum groben Ausbilden der Phasengrenze (siehe beispielsweise das japanische Patent Nr. 2836687 ) und ein Verfahren zum Ausbilden der Form des Bauteils unter Ausnutzung des Entweichkegels einer anderen Fläche (siehe beispielsweise das japanische Patent Nr. 2784537 ) bekannt.
Normale Leuchtdioden sind wegen einfacher Herstellung des Bauteils meistens in Form eines rechteckigen Sechsecks geformt. In diesem Fall ist die Anzahl der Phasengrenzen, die die Ausbildung eines Entweichkegels ermöglichen, auf sechs eingeschränkt.
Die Größen der speziellen Raumwinkel der Entweichkegel sind in Übereinstimmung mit den Eigenschaften der einzelnen Phasengrenzen festgelegt. Selbstverständlich nimmt die Gesamtheit der Größen der einzelnen Raumwinkel proportional zur Anzahl der Phasengrenzen zu.
Daher wird das Ausgangslicht eines Leuchtdiodenbauteils dadurch erhöht, dass dasselbe so geformt wird, dass die Anzahl der Ebenen gegenüber dem normalen rechteckigen Sechseck erhöht wird. Der größte Erfolg bei der Erhöhung des Ausgangslichts durch Er höhen der Anzahl der Ebenen liegt in einem Verfahren zum Ausbilden des Bauteils mit der Form einer Halbkuppel. Betreffend dieses ultimative Verfahren wurden bereits einige Literaturstellen zum Stand der Technik eingebracht (siehe beispielsweise JP-A SHO 61-222285 ).
Ein Verfahren, das sich auf eine Erhöhung der Anzahl der Ebenen eines Bauteils stützt, erlaubt jedoch keine einfache Ausbildung des Bauteils, und demgemäß hat es das Problem zur Folge, dass die Ausbeute eines Erzeugnisses ernsthaft beeinträchtigt ist. So wurde ein Verfahren vorgeschlagen (siehe beispielsweise JP-A 2002-164574 und JP-A 2004-87930 ), zu dem es gehört, der Oberfläche des Bauteils durch einen Ätzvorgang feine Gräben zu verleihen, wodurch wesentlich zur Anzahl von Ebenen beigetragen wird. JP-A 2004-87930 offenbart die Rolle von Stromverhinderungsgräben, die so ausgebildet werden, dass sie verhindern, dass sie der elektrische Strom direkt unter einer Elektrode konzentriert.
Wenn die Anzahl der Ebenen zum Verbessern der Lichtentnahmeeffizienz wesentlich erhöht wird, wird durch Erhöhen der Oberflächen der folglich hinzugeführten Ebenen der Effekt monoton erhöht. Wenn die Oberfläche des Bauteils einer Grabenausbildung unterzogen wird, ist der Lichtentnahmeeffekt umso höher, je tiefer die ausgebildeten Gräben sind.
Ein Nitridhalbleiter ist jedoch hinsichtlich des Reaktionsvermögens mangelhaft, und er ist nicht leicht zu verarbeiten. Allgemein wird er vorwiegend durch Trockenätzen bearbeitet, wobei ein Gas vom Chlortyp verwendet wird und der Ätzvorgang mit einer Reaktionsspezies ausgeführt wird, die sich aus einem Anregen des Ätzgases durch ein Plasma ergibt. Trotz des Verwendens eines Trockenätzvorgangs ist die Bearbeitungsgeschwindigkeit sehr niedrig und erreicht kaum einige μm/h.
Ferner ist es bekannt, da sich der Prozess auf ein Plasma hoher Energie stützt, dass er einen elektrischen Durchschlag durch geladene Teilchen und eine Beeinträchtigung durch Ultraviolettstrahlung zur Folge hat. Wenn dieser Ätzvorgang lange andauert, um den Verarbeitungsumfang zu erhöhen, führt er zu einem nicht vernachlässigbaren Einfluss, und er stellt das Problem, dass es verhindert ist, dass die Leuchtdiode irgendwelche Eigenschaften einer verbesserten Charakteristik zeigt.
Die Erfindung zielt auf eine Verbesserung der Lichtentnahmeeffizienz eines Nitridhalbleiter-Leuchtbauteils ab. Daher zielt sie darauf ab, den Prozess zum Formen des Bauteils zu erleichtern und die Ausbeute desselben zu verbessern.
Die Erfindung wurde perfektioniert, um die oben genannten Ziele zu erreichen, und sie umfasst die folgenden Erscheinungsformen.
Offenbarung der Erfindung
Durch die Erfindung ist als erste Erscheinungsform derselben Folgendes geschaffen: ein Nitridhalbleiter-Leuchtbauteil mit: einem Substrat; einer Nitridhalbleiterschicht, die eine erste elektrisch leitende Halbleiterschicht, eine Licht emittierende Schicht und eine zweite elektrisch leitende Halbleiterschicht enthält; einer transparenten Elektrode, die zumindest an einen Teil einer ersten Fläche der zweiten elektrisch leitenden Halbleiterschicht anschließt; und einer zweiten Elektrode, die an die erste elektrisch leitende Halbleiterschicht anschließt; wobei das Substrat über eine erste Fläche verfügt, die mit einem ersten Bereich, der durch Entfernen eines ersten Teils der Nitridhalbleiterschicht in einem Umfangsteil des Bauteils freigelegt wurde, und einem zweiten Bereich versehen ist, der durch Entfernen zumindest eines zweiten Teils der Nitridhalbleiter schicht, der an die transparente Elektrode anschließt, außer dem Umfangsteil des Bauteils, bis zum Substrat freigelegt wurde.
Bei der zweiten Erscheinungsform der Erfindung, die die erste Erscheinungsform enthält, ist der erste Teil der Nitridhalbleiterschicht, der im Umfangsteil des Bauteils entfernt wurde, in einer Richtung des Substrats vergrößert und es ist demgemäß zumindest einem Teil der Nitridhalbleiterschicht, der nach dem Entfernungsvorgang an das Substrat anschließt, ermöglicht, eine zum Substrat hin gekippte Lateralfläche zu bilden.
Bei der dritten Erscheinungsform der Erfindung, die die erste oder zweite Erscheinungsform enthält, ist ein Teil des zweiten Bereichs des Substrats direkt unter den Elektroden angeordnet.
Bei der vierten Erscheinungsform der Erfindung, die die zweite oder dritte Erscheinungsform enthält, bilden eine Normallinie auf einer der Lateralflächen der Nitridhalbleiterschicht, die den zweiten Bereich des Substrats definieren, und eine Normallinie auf der ersten Fläche des Substrats einen Winkel θ₁ über 90 Grad und kleiner 180 Grad.
Bei der fünften Erscheinungsform der Erfindung, die eine der Erscheinungsformen zwei bis vier enthält, bilden eine Normallinie auf einer der Lateralflächen der Nitridhalbleiterschicht, die den zweiten Bereich des Substrats definieren, und eine Normallinie auf der ersten Fläche des Substrats einen Winkel θ₁ von 95 Grad oder mehr und 170 Grad oder weniger.
Bei der sechsten Erscheinungsform der Erfindung, die eine der Erscheinungsformen zwei bis fünf enthält, bilden eine Normallinie auf einer der Lateralflächen der Nitridhalbleiterschicht, die den zweiten Bereich des Substrats definieren, und eine Normallinie auf der ersten Fläche des Substrats einen Winkel θ₁ von 100 Grad oder mehr und 160 Grad oder weniger.
Bei der siebten Erscheinungsform der Erfindung, die eine der Erscheinungsformen eins bis sechs enthält, weist der zweite Teil der Nitridhalbleiterschicht einen Umfang mit einer Länge von 1 bis 1000 % der Länge des Umfangs des ersten Teils der Nitridhalbleiterschicht auf.
Bei der achten Erscheinungsform der Erfindung, die eine der Erscheinungsformen eins bis sieben enthält, weist der zweite Teil der Nitridhalbleiterschicht einen Umfang mit einer Länge von 5 bis 500 % der Länge des Umfangs des ersten Teils der Nitridhalbleiterschicht auf.
Bei der neunten Erscheinungsform der Erfindung, die eine der Erscheinungsformen eins bis acht enthält, weist der zweite Teil der Nitridhalbleiterschicht einen Umfang mit einer Länge von 10 bis 200 % der Länge des Umfangs des ersten Teils der Nitridhalbleiterschicht auf.
Bei der zehnten Erscheinungsform der Erfindung, die eine der Erscheinungsformen eins bis neun enthält, bildet der zweite Teil der Nitridhalbleiterschicht eine Öffnung, die im Wesentlichen eine Kreisform einnimmt.
Bei der elften Erscheinungsform der Erfindung, die eine der Erscheinungsformen eins bis zehn enthält, nimmt der zweite Teil der Nitridhalbleiterschicht eine Form ein, die durch im Wesentlichen gerade Linien umschlossen ist.
Bei der zwölften Erscheinungsform der Erfindung, die eine der Erscheinungsformen eins bis elf enthält, ist der zweite Teil der Nitridhalbleiterschicht in der Nitridhalbleiterschicht anschließend an die transparente Elektrode mindestens einmal ausgebildet.
Bei der dreizehnten Erscheinungsform der Erfindung, die eine der Erscheinungsformen eins bis zwölf enthält, ist bei dem im zweiten Bereich des Substrats eine Bearbeitungsmarkierung mit einer Form ausgebildet, die im Wesentlichen zum zweiten Teil der Nitridhalbleiterschicht passt.
Bei der vierzehnten Erscheinungsform der Erfindung, die eine der Erscheinungsformen eins bis dreizehn enthält, bilden eine Normallinie auf einer der gekippten Lateralflächen der Nitridhalbleiterschicht, die den ersten Teil derselben definieren, und eine Normallinie auf der ersten Fläche des Substrats einen Winkel θ₂, der größer als 90 Grad und kleiner als 180 Grad ist.
Bei der fünfzehnten Erscheinungsform der Erfindung, die eine der Erscheinungsformen eins bis vierzehn enthält, bilden eine Normallinie auf einer der gekippten Lateralflächen der Nitridhalbleiterschicht, die den ersten Teil derselben definieren, und eine Normallinie auf der ersten Fläche des Substrats einen Winkel θ₂, der 95 Grad oder größer und 170 Grad oder kleiner ist.
Bei der sechzehnten Erscheinungsform der Erfindung, die eine der Erscheinungsformen eins bis fünfzehn enthält, bilden eine Normallinie auf einer der gekippten Lateralflächen der Nitridhalbleiterschicht, die den ersten Teil derselben definieren, und eine Normallinie auf der ersten Fläche des Substrats einen Winkel θ₂, der 100 Grad oder größer und 160 Grad oder kleiner ist.
Bei der siebzehnten Erscheinungsform der Erfindung, die eine der Erscheinungsformen eins bis sechzehn enthält, ist jeder der ersten und zweiten Bereiche des Substrats und jede der Lateralflächen der Nitridhalbleiterschicht mit einem Reflexionsfilm versehen.
Bei der achtzehnten Erscheinungsform der Erfindung, die eine der Erscheinungsformen eins bis siebzehn enthält, besteht das Substrat aus Saphir.
Durch die Erfindung ist gemäß einer neunzehnten Erscheinungsform derselben Folgendes geschaffen: ein Verfahren zum Herstellen eines Nitridhalbleiter-Leuchtbauteils mit einem Substrat, einer Nitridhalbleiterschicht, die eine erste elektrisch leitende Halbleiterschicht, eine Licht emittierende Schicht und eine zweite elektrisch leitende Halbleiterschicht enthält, einer transparenten Elektrode die zumindest an einen Teil einer ersten Fläche der zweiten elektrisch leitenden Halbleiterschicht anschließt und einer zweiten Elektrode, die an die erste elektrisch leitende Halbleiterschicht anschließt, mit den folgenden Schritten: Entfernen eines ersten Teils der Nitridhalbleiterschicht in einem Umfangsteil des Bauteils, bis das Substrat freigelegt ist, um einen ersten freigelegten Bereich desselben zu bilden; und Entfernen zumindest eines zweiten Teils der Nitridhalbleiterschicht anschließend an die transparente Elektrode mit Ausnahme des Umfangsteils des Bauteils, bis das Substrat erreicht ist, um einen zweiten freigelegten Bereich desselben zu bilden; wobei die Schritte durch Kombinieren einer Entfernung durch einen Laser und einer Entfernung durch Nassätzen erfolgen.
Bei einer zwanzigsten Erscheinungsform der Erfindung, die die neunzehnte Erscheinungsform enthält, wird das Entfernen zumindest des zweiten Teils der Nitridhalbleiterschicht in der Richtung des Substrats dadurch verstärkt, dass Bedingungen des Nassätzvorgangs kontrolliert werden, um die nach dem Entfernen verbliebene Halbleiterschicht mit einer zum Substrat gekippten Lateralfläche zu versehen.
Bei einer einundzwanzigsten Erscheinungsform der Erfindung, die eine der Erscheinungsformen neunzehn oder zwanzig enthält, wird das Entfernen zumindest des zweiten Teils der Nitridhalbleiter schicht dadurch ermöglicht, dass Bedingungen des Nassätzvorgangs so kontrolliert werden, dass ein Teil des zweiten freigelegten Bereichs des Substrats direkt unter den Elektroden liegt.
Bei einer zweiundzwanzigsten Erscheinungsform der Erfindung, die eine der Erscheinungsformen neunzehnten bis einundzwanzig enthält, wird der zweite freigelegte Bereich des Substrats im Wesentlichen in seinem zentralen Teil mit einer Bearbeitungsmaske durch einen Prozess unter Verwendung eines Lasers mit einer Form ausgebildet, die im Wesentlichen zu einer Form des zweiten Teils der Nitridhalbleiterschicht passt.
Bei einer dreiundzwanzigsten Erscheinungsform der Erfindung, die eine der Erscheinungsformen neunzehn bis zweiundzwanzig enthält, verfügt die Nitridhalbleiterschicht, deren erster Teil entfernt wurde, über eine Lateralfläche, die dadurch nach außen gekippt ist, dass Bedingungen des Nassätzvorgangs während des Entfernen des ersten Teils der Nitridhalbleiterschicht kontrolliert werden.
Durch die Erfindung ist gemäß einer vierundzwanzigsten Erscheinungsform derselben eine Lichtquelle geschaffen, bei der das Nitridhalbleiter-Leuchtbauteils gemäß einer der Erscheinungsformen eins bis achtzehn mit einem Fluoreszenzmaterial kombiniert ist.
Durch die Erfindung ist gemäß einer fünfundzwanzigsten Erscheinungsform derselben ein Beleuchtungskörper geschaffen, der mit der Lichtquelle gemäß der vierundzwanzigsten Erscheinungsform versehen ist.
Gemäß der Erfindung ist es ermöglicht, durch einen Prozess, der zu keinen schweren Schäden führt und der eine Verbesserung der Ausbeute fördert, die Lichtentnahmeeffizienz zu erhöhen und zu einem Formungsprozess für ein relevantes Bauteil zu gelangen.
Die Erfindung zeigt ferner den Effekt, dass verhindert wird, dass sich der elektrische Strom direkt unter der Elektrode konzentriert, wobei es ermöglicht ist, dass Licht in einem großen Bereich innerhalb der Nitridhalbleiterschicht emittiert wird.
Die obigen und andere Aufgaben, charakteristische Merkmale und Vorteile der Erfindung werden dem Fachmann aus der nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erfolgenden Beschreibung ersichtlich werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Draufsicht einer gemäß einem Beispiel 1 hergestellten Nitridhalbleiter-Leuchtdiode.
2 ist eine Schnittansicht entlang einer Linie II–II in der 1.
3 ist ein vergrößertes Diagramm eines in der 1 dargestellten Einsenkgrabens.
4 ist ein vergrößertes Diagramm der freigelegten Fläche eines Substrats innerhalb der Lateralfläche der 1.
5 ist eine Draufsicht einer Nitridhalbleiter-Leuchtdiode zum Veranschaulichen eines Einsenkgrabens mit verschiedenen Formen.
6 ist eine Draufsicht einer gemäß einem Beispiel 2 hergestellten Nitridhalbleiter-Leuchtdiode.
7 ist ein erläuterndes Diagramm zum Veranschaulichen der Ausbreitung von Licht im Leuchtbauteil gemäß der Erfindung.
8 ist ein erläuterndes Diagramm zum Veranschaulichen der Ausbreitung von Licht bei einem herkömmlichen Leuchtbauteil.
9 ist eine Draufsicht einer herkömmlichen Nitridhalbleiter-Leuchtdiode.
10 ist eine schematische Schnittansicht zum Veranschaulichen des Zustands eines Bauteils, das durch einen Laser bearbeitet wird.
11 ist eine schematische Schnittansicht zum Veranschaulichen des Zustands eines Bauteils, wie er sich aus der Laserbearbeitung ergeben hat.
12 ist eine schematische Schnittansicht zum Veranschaulichen des Zustands eines Bauteils, das durch Nassätzen bearbeitet wird.
Beste Art zum Ausführen der Erfindung
Das Nitridhalbleiter-Leuchtbauteil gemäß der Erfindung, wie es gemäß der ersten Erscheinungsform derselben beschrieben wird, verfügt über eine erste Fläche des Substrats im Umfangsteil des Bauteils mit einem ersten Bereich, der durch Entfernen eines ersten Teils der Nitridhalbleiterschicht freigelegt wurde, und mit mindestens einem zweiten Teil der Nitridhalbleiterschicht, der mit einer transparenten Elektrode, außer im Umfangsteil des Bauteils (der ersten Fläche der Halbleiterschicht), zusammenhängt, der entfernt wurde, bis das Substrat erreicht wurde, weswegen er mit einem zweiten Teil versehen ist, der einen zweiten Bereich der ersten Fläche des Substrats freilegt. Die gemäß ihrer zweiten Erscheinungsform dargelegte Erfindung vergrößert das Entfernen der Nitridhalbleiterschicht zum Substrat hin, und sie ermöglicht es demgemäß, zumindest denjenigen Teil der Lateral fläche der Nitridhalbleiterschicht, der nach der Entfernung verblieben ist und an das Substrat anschließt, zum Substrat hin zu verkippen. Diese Verkippung kann im Inneren und/oder Äußeren des Umfangsteils des Bauteils, vorzugsweise beiden, ausgebildet werden.
Nun wird die Erfindung nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Diagramme detailliert erläutert.
Die 1 ist eine Draufsicht zum Veranschaulichen eines Beispiels eines Nitridhalbleiter-Leuchtbauteils, wie es durch die Erfindung betrachtet wird und die 2 ist eine Schnittansicht entlang einer Linie II–II in der 1. In diesen Diagrammen kennzeichnet die Bezugszahl 100 ein Substrat, 101 eine freigelegte Fläche des Umfangsteils des Substrats, 102 eine erste elektrisch leitende Halbleiterschicht, 103 eine Lichtemissionsschicht, 104 eine zweite elektrisch leitende Halbleiterschicht und 105 eine Elektrode vom p-Typ. Die dargestellte Halbleiterschicht repräsentiert eine grundlegende Konstruktion. Selbstverständlich kann sie ferner beispielsweise eine Pufferschicht, eine Mantelschicht und eine Kontaktschicht enthalten.
Das Nitridhalbleiter-Leuchtbauteil gemäß der Erfindung ist mit der freigelegten Fläche 101 des Substrats ausgebildet, die sich aus dem Entfernen zumindest eines ersten Teils der Nitridhalbleiterschicht im Umfangsteil des Bauteils ergibt. Die einzelnen Bauteile werden dadurch erhalten, dass ein Halbleiterwafer zerteilt wird, nachdem an ihm Elektroden und dergleichen ausgebildet wurden. Im Verlauf dieses Zerteilvorgangs werden die Grenzflächen der einzelnen Bauteile mit Gräben versehen, die durch Laserbearbeitung ausgebildet werden, bis sie das Innere des Substrats erreicht haben.
Ferner wird ein Teil der Nitridhalbleiterschicht mit Ausnahme des Umfangsteils desselben entfernt, bis das Substrat erreicht ist, und demgemäß ist das Substrat im Entfernungsteil freigelegt. Dank des Entfernens wird in der ersten Fläche der Halbleiterschicht ein Einsenkgraben 106 mit einer Öffnung 109 ausgebildet. Der Zuleitungsanschluss dieses Einsenkgrabens kann entweder die erste Fläche des Substrats erreichen oder innerhalb des Substrats verbleiben. Die 3 ist ein vergrößerter Querschnitt dieses Einsenkgrabenteils. In der 3 kennzeichnet 107 eine Substratfläche im Bodenteil des Einsenkgrabens, 108 eine verkippte Fläche des Einsenkgrabens, 109 eine Öffnung des Einsenkgrabens, 112 die Normallinie bezogen auf die Hauptebene des Substrats, 113 die Normallinie bezogen auf die verkippte Fläche 108 und θ₁ den durch die Normallinie 112 und 113 gebildeten Winkel.
Das Anbringen des Einsenkgrabens in der Halbleiterschicht führt zum Vergrößern der Anzahl der Flächen der Halbleiterschicht und zum Verbessern der Lichtentnahmeeffizienz aus dem oben genannten Grund. Der Einsenkgraben nimmt vorzugsweise eine Form an, die nach unten hin größer wird (in der Richtung des Substrats), d.h. eine Form mit Lateralflächen des Einsenkgrabens, die zum Substrat hin verkippt sind. Ferner liegt der Teil der Bodenfläche des Einsenkgrabens vorzugsweise direkt unter den Elektroden.
Der Winkel θ₁, der den Verkippungsgrad des Einsenkgrabens repräsentiert, kann in einem großen Bereich ausgewählt werden, möglicherweise im Bereich von über 90 Grad und kleiner als 180 Grad, vorzugsweise im Bereich von 95 Grad oder mehr und 170 Grad oder weniger, und bevorzugter im Bereich von 100 Grad oder mehr und 160 Grad oder weniger.
Der Teil zum Entfernen der Nitridhalbleiterschicht mit Ausnahme des Umfangsteils des Bauteils (Öffnung 109) ist mindestens einmal vorhanden, und seine Umfangsfläche kann in einem weiten Bereich ausgewählt werden. Diese Länge wird, ausgedrückt im Verhältnis zur Umfangslänge beim Entfernen im Umfangsteil des Bauteils beispielsweise frei im Bereich von 1 bis 1000 %, vorzugs weise im Bereich von 5 bis 500 % und bevorzugter im Bereich von 10 bis 200 % ausgewählt.
Die Form der Öffnung kann ohne spezielle Einschränkung ausgewählt werden. Es kann eine Rechteckform sein, eine durch gerade Linien umschlossene Form wie ein Quadrat, oder eine durch eine Kurve wie einen Kreis umschlossene Form. Insbesondere ist es bevorzugt, dass ein Kreis einen Durchmesser aufweist, der näherungsweise dem Durchmesser eines zur Herstellung verwendeten Laserstrahls entspricht. In diesem Fall kann der entfernte Teil eine größere Umfangslänge in Bezug auf die feste Entfernungsfläche aufweisen. Es ist bevorzugt, dass die Öffnung über eine Seite oder einen Durchmesser verfügt, der zur unteren Seite hin zunimmt. Die Anzahlen und die Formen der Öffnung sind in den 1, 5 und 6 dargestellt.
Die Substratfläche, die durch das Entfernen der Halbleiterschicht innerhalb und außerhalb des Umfangsteils des Bauteils freigelegt wurde, und die Lateralfläche der Halbleiterschicht können mit einem Reflexionsfilm (nicht dargestellt) versehen sein, was darauf abzielt, die Entnahme von Licht durch Totalreflexion zu vergrößern. Diese Reflexionsfilm kann ein beliebiger von bekannten Reflexionsfilmen sein, wie ein aus Metall hergestellter Reflexionsfilm und ein Reflexionsfilm unter Verwendung eines dielektrischen Mehrschichtfilms. Beim Verfahren, das sich auf einen dielektrischen Mehrschichtfilm stützt, gehören Kombinationen von Oxiden, beispielsweise SiO₂/TiO₂ und SiO₂/ZrO₂, zur bekannten Technik. Als Metallfilm hoher Reflexion gehören beispielsweise Ag, Pt, Rh und Al zur bekannten Technik.
Es ist bevorzugt, dass die Fläche des Substrats, die in Folge der Ausbildung der Öffnung freigelegt wurde, in ihrem zentralen Teil mit einer Bearbeitungsmarkierung 107-1 versehen ist, die im Wesentlichen zur Form der Öffnung passt. Auch durch diese Maßnahme kann Lichtentnahmeeffizienz verbessert werden. Die Bear beitungsmarkierung wird während der Bearbeitung durch einen Laser im Substrat mit einer Form mit kreuzförmigem Querschnitt, wie einem Graben, hergestellt.
Das Vorliegen der Bearbeitungsmarkierung entspricht dem Vorgang des Versehens des Substrats mit einer Öffnung selbst für Licht, das sich durch Totalreflexion in ihm ausbreitet. Durch die Bearbeitungsmarkierung wird Licht über den entfernten Teil der Nitridhalbleiterschicht entnommen.
Es ist bevorzugt, dass beim Nitridhalbleiter-Leuchtbauteil gemäß der Erfindung die Lateralfläche der Nitridhalbleiterschicht desselben nach außen hin gekippt ist. Der Zustand dieser Verkippung ist in der 2 dargestellt, und in der 4 ist eine vergrößerte Ansicht des verkippten Teils dargestellt. In der 4 kennzeichnet 112 die Normallinie relativ zur Substratfläche, und 114 kennzeichnet die Normallinie relativ zur verkippten Fläche. Der durch diese Normallinien gebildete Winkel ist mit θ₁ gekennzeichnet. Dieser Winkel θ₁ kann ebenfalls ähnlich dem oben genannten Winkel θ₁ im Bereich von über 90 Grad und kleiner 180 Grad ausgewählt werden. Er liegt vorzugsweise im Bereich von 95 Grad oder mehr und 170 Grad oder weniger, und bevorzugter im Bereich von 100 oder mehr und 160 Grad oder weniger.
Durch Verkippen der Lateralfläche der Halbleiterschicht auf die oben beschriebene Weise ist es ermöglicht, die Lichtentnahmeeffizienz zu verbessern. Obwohl der Grund für diese Verbesserung nicht ganz ersichtlich ist, kann er durch die folgende Annahme erläutert werden. Diese Annahme wird unten unter Bezugnahme auf die 7 und die 8 erläutert.
Die 8 zeigt einen herkömmlichen Nitridhalbleiter. Wenn beispielsweise Licht, das an einem Punkt A emittiert wird und sich entsprechend einer Pfeillinie ausbreitet, unter einem Winkel über dem kritischen Winkel auf die Lateralfläche des Halbleiter felds, wird es am Einfallspunkt reflektiert, und es wird ferner an der Phasengrenze zwischen der Halbleiterschicht und dem Substrat reflektiert. Im Ergebnis ist die Lichtentnahmeeffizienz verringert.
Im Gegensatz dazu wird das Licht im Fall der 7 an der Lateralfläche der Halbleiterschicht reflektiert, jedoch läuft es durch die Grenzfläche zwischen der Halbleiterschicht und dem Substrat, und es wird schließlich aus dem Bauteil entnommen, da der Einfallswinkel innerhalb des kritischen Winkels liegt.
Während ein Nitridhalbleiter grundsätzlich auf ein heterogenes Substrat aufgewachsen wird, verfügen er und das heterogene Substrat über verschiedene Brechungsindizes. Wenn sich Licht innerhalb eines Schichtobjekts ausbreitet, wird es durch eine orthogonale Endfläche auf Grund der Reflexion an dieser in das Objekt zurückgeworfen. Wenn die Endfläche eine gekippte Fläche ist, wie bei der Erfindung, ändert diese gekippte Fläche die Ausbreitungsrichtung des Lichts, und sie trägt zur Entnahme des Lichts durch eine andere Fläche bei.
Bei der Erfindung ist es bevorzugt, dass die Lateralflächen der Nitridhalbleiterschicht und des Substrats, die in derselben Richtung liegen, keine zusammenhängende Fläche bilden. Obwohl es die Erfindung in Betracht zieht, das Licht in die Nitridhalbleiterschicht zu konzentrieren, wird die Ausbildung einer zusammenhängenden Fläche abgelehnt, da die Tendenz besteht, dass ein derartiger freier Raum, wie er in der 7 dargestellt ist, wenn er im Außenseitenteil der Verbindungsfläche der Nitridhalbleiterschicht und des Substrats auftritt, die Änderung des Brechungsindex an diesem Punkt vergrößert und zum Zurückwerfen von Licht zur Seite der Lichtemissionsfläche führt.
Als Substrat, auf das der Gruppe-III-Nitridhalbleiter bei der Erfindung aufgeschichtet werden soll, kann jedes beliebige der bekannten Substratmaterialien ohne spezielle Einschränkung verwendet werden, wie Oxideinkristalle, die durch Saphireinkristalle (Al₂O₃; Ebene A, Ebene C, Ebene M und Ebene R) sowie Spineleinkristalle (MgAl₂O₄) und SiC-Einkristalle repräsentiert sind. Innerhalb der oben aufgelisteten Substratmaterialien erweisen sich Saphireinkristalle als besonders vorteilhaft. Saphir verfügt über einen Brechungsindex von 1,7, der kleiner als derjenige eines Nitridhalbleiters ist. So kann sich der Effekt der Bearbeitung, die innerhalb der Nitridhalbleiterschicht erfolgt, um die Entnahme von Licht zu verbessern, maximal zeigen. Übrigens besteht für die Richtung der Ebene des Substrats keine spezielle Einschränkung. Das Substrat kann ein einfaches Substrat oder ein solches sein, das mit einem Versatzwinkel versehen ist. Die Oberfläche des Saphirsubstrats kann eine spiegelglatte Fläche oder eine raue Fläche sein. Die Ausbildung einer rauen Fläche kann durch Maßnahmen wie Ätzen oder Laserablation erfolgen.
Auf dem oben genannten Substrat wird die Nitridhalbleiterschicht, die eine erste elektrisch leitende Schicht, eine Lichtemissionsschicht und eine zweite elektrisch leitende Schicht enthält, unter optimalen Bedingungen für die Komponentenschichten aufgeschichtet. Ein Nitridhalbleiter gemäß der Erfindung ist durch die allgemeine Formel Al_xGa_1–x–yIn_yN(0 ≤ x, y ≤ 1, 0 ≤ x + y ≤ 1) repräsentiert.
Nachdem die Nitridhalbleiterschicht auf das Substrat aufgeschichtet wurde, werden der Bereich zum Ausbilden einer negativen Elektrode und die Bereiche zum Abteilen der einzelnen Bauteile durch einen bekannten Fotolithografieprozess strukturiert. Was die Anordnung des Bereichs zum Ausbilden der negativen Elektrode betrifft, liegt dieser vorzugsweise an einer Diagonalposition in Bezug auf den Bereich zum Ausbilden einer positiven Elektrode, jedoch kann er sich an einer anderen Position befinden. Das Strukturieren kann nach dem Ausbilden der positiven Elektrode ausgeführt werden.
Die Bereiche zum Abteilen der einzelnen Bauteile werden mit Formen ausgebildet, die die im Wesentlichen rechteckigen Bereiche mit einer negativen Elektrode und einer positiven Elektrode umgrenzen, während gleichzeitig Bereiche zum Herstellen der negativen Elektrode ausgebildet werden. Bei der Erfindung kann das Ausbilden der Bereiche zum Abteilen der einzelnen Bauteile weggelassen werden, da das Entfernen der Nitridhalbleiterschicht durch Kombination einer Entfernung durch einen Laser und einer Entfernung durch Nassätzen erfolgt.
Die Nitridhalbleiterschicht auf dem Substrat, die durch Fotolithografie strukturiert wurde, wird durch Trockenätzen geätzt. In diesem Fall wird allgemein ein Gas vom Chlortyp als für den Ätzvorgang zu verwendende Gasspezies verwendet. Zu bekannten Gasen vom Chlortyp gehören Cl₂, SiCl₄ und BCl₃ sowie Gemische hiervon mit Zusatzgasen, wie H₂ und Ar. Die Kombinationen derselben werden geeignet ausgewählt und in Einsatz gebracht.
Der hier erörterte Prozess ist ein Vorgang, der zu einem Plasma führt. Dieser Prozess wird daher vorzugsweise vor einer Nassbehandlung ausgeführt. Er kann vor oder nach dem Prozess zum Entfernen der Nitridhalbleiterschicht mit dem Laser, der andauert, bis das Substrat erreicht ist, ausgeführt werden.
Negative Elektroden sind in weitem Umfang mit verschiedenen Zusammensetzungen und Strukturen bekannt. Es kann jede dieser bekannten negativen Elektroden ohne irgendeine spezielle Einschränkung verwendet werden. Als Kontaktmaterial, das zum Verbinden der negativen Elektrode mit der n-Kontaktschicht zu verwenden ist, stehen nicht nur Al, Ti, Ni und Au zur Verfügung, sondern auch Cr, W und V. Selbstverständlich kann die negative Elektrode vollständig mit einer Mehrschichtstruktur hergestellt werden, wodurch es ermöglicht ist, Bindungseigenschaften zu er zielen. Insbesondere bildet eine Au-Beschichtung der äußersten Fläche einen Vorteil zum Erleichtern des Bondprozesses.
Positive Elektroden sind in weitem Umfang mit verschiedenen Zusammensetzungen und Strukturen bekannt. Diese bekannten positiven Elektroden können ohne irgendeine spezielle Einschränkung verwendet werden.
Die Materialien für die transparente positive Elektrode können Elemente wie Pt, Pd, Au, Cr, Ni, Cu und Co enthalten. Es ist bekannt, dass es durch Ausbilden eines derartigen Materials mit teilweise oxidiertem Aufbau ermöglicht ist, die Durchlässigkeit des Materials zu verbessern.
Die Materialien für die transparente positive Elektrode können elektrisch leitende Oxide, neben den oben aufgelisteten Metallen, sein. Es stehen bekannte elektrisch leitende Oxide zur Verfügung, wie In₂O₃, ITO, ZnO und SnO₂. Es kann sich um transparente Elektroden handeln, die sich aus einer Kombination der oben genannten Metalle mit dem oben genannten Oxiden ergeben.
Nun wird nachfolgend das Entfernen der Halbleiterschicht durch Laserbearbeitung und Nassätzen erläutert.
Die 10 ist eine schematische Schnittansicht zum Veranschaulichen der Bestrahlung der Halbleiterschicht usw. mit einem Laser; die 11 ist eine schematische Schnittansicht zum Veranschaulichen des Zustands eines Bauteils, das von der Halbleiterschicht usw. durch die Bestrahlung befreit wurde; und die 2 ist eine schematische Schnittansicht zum Veranschaulichen des Zustands des Bauteils, das durch Nassätzen von der Halbleiterschicht befreit wurde. In der 10 kennzeichnet 116 einen Laserstrahl.
Wenn die einzelnen Bauteile auf die unten genannte Weise abgeteilt sind, muss das Substrat jedes Bauteils in seinem Umfangsteil freigelegt werden. Zu diesem Zweck wird die Halbleiterschicht im Bauteil entfernt, bis das Substrat erreicht ist. Dann wird die Halbleiterschicht entfernt, bis das Substrat erreicht ist, um in der Halbleiterschicht außer im Umfangsteil einen Einsenkgraben auszubilden. Dieses Entfernen erfolgt zunächst durch einen Laser (10 und 11). In diesem Fall ist es bevorzugt, dass der Laser eine Wellenlänge aufweist, die kürzer als die Absorptionsgrenze des Nitridhalbleiters ist. Dank des hohen Absorptionskoeffizienten des Nitridhalbleiters ist die Bearbeitungsposition auf die durch den Laser bestrahlte Position beschränkt. Durch geeignetes Auswählen des optischen Systems für den Laser ist es möglich, den Prozess mit einer Breite auszuführen, die noch kleiner als 10 μm ist, wodurch die Ausbeute für die Bauteile entsprechend erhöht werden kann.
Beim Prozess zum Entfernen der Nitridhalbleiterschicht des Bauteils in seinem Umfangsteil kann die Tiefe der Bearbeitung durch den Laser im Substrat wahlfrei im Bereich über 1 μm ausgewählt werden. Wenn die Bearbeitungstiefe unnötig klein ist, führt der Mangel möglicherweise zu einer Beeinträchtigung der Formen der einzelnen Bauteile, die durch die anschließende Trennbehandlung zu erhalten sind. Wenn die Bearbeitungstiefe 10 μm oder mehr beträgt, kann das Auftreten dieses Mangels unterdrückt werden. Eine Bearbeitungstiefe von 20 μm oder mehr erweist sich als vorteilhafter.
Der Prozess zum Entfernen eines Teils des Nitridhalbleiters, der an die transparente Elektrode anschließt, durch einen Laser mit Ausnahme des Umfangsteils kann unter derselben Bedingung wie der Prozess zum Entfernen des Umfangsteils, oder unter einer anderen Bedingung, ausgeführt werden. Da die Tendenz besteht, dass eine große Bearbeitungstiefe zu einer Beeinträchtigung der Formen der Bauteil führt, die bei der folgenden Trennbearbeitung zu erhal ten sind, ist es bevorzugt, dass das Ausmaß des Entfernungsprozesses kleiner als das beim Entfernungsprozess im Umfangsteil ist. Das Auftreten einer Beeinträchtigung der Formen der abgeteilten Bauteile wird dadurch unterdrückt, dass die Bearbeitungstiefe vorzugsweise unter 10 μm gehalten wird, bevorzugter in der Nähe von 5 μm.
Den Prozess zum Entfernen zumindest des Teils des Nitridhalbleiters durch einen Laser, bis das Substrat erreicht ist, kann ein zusätzlicher Vorbereitungsprozess zum Entfernen eines Teils der transparenten Elektrode oder Nitridhalbleiterschicht vorangehen. Zu diesem Zweck wird der Nitridhalbleiter außer im durch den Laser zu entfernende Teil maskiert, um den Teil mit Ausnahme der zu entfernenden Bereiche zu schützen. In diesem Fall tritt kein Problem auf, wenn der nicht maskierte Bereich größer als der durch den Laser zu entfernende Teil ist. Dieser Prozess kann gleichzeitig wie der Prozess zum Abteilen der einzelnen Bauteile vor dem Herstellen der Elektrode ausgeführt werden.
Zum Maskieren sind SiO2 und ein Resist verwendbar. Unter anderen denkbaren Maskierungsmaterialien erweist der Resist, wie er während des Vorgangs zum Strukturieren im Verlauf des Maskierungsvorgangs beim oben genannten Prozess verwendet wird, als besonders vorteilhaft, da er in unmodifizierter Form als Maske während des Entfernens der transparenten Elektrode und der Nitridhalbleiterschicht verwendet werden kann. Er kann als Maske während des Nassätzvorgangs anschließend an das Entfernen durch den Laser verwendet werden, anstatt dass er zum Strukturieren verwendet wird.
Anschließend an das Entfernen der Halbleiterschicht durch den Laser wird der Nassätzvorgang zum weiteren Entfernen der Halbleiterschicht ausgeführt (12). Dieses Nassätzen erfolgt durch Phosphorsäure, Schwefelsäure, KOH usw. Das Ätzmittel wird in ein Becherglas gegeben, das vorab in einer vorgegebenen Heiz vorrichtung angebracht wird und dann auf eine Temperatur im Bereich von 100°C bis 400°C erwärmt wird. Wenn die Heiztemperatur unnötig niedrig ist, ist die Ätzgeschwindigkeit verringert. Wenn sie unnötig hoch ist, führt die überschüssige Wärme zu einer Vergröberung der geätzten Fläche. Vorzugsweise bei einer Temperatur im Bereich von 150°C bis 300°C werden eine ausreichende Ätzgeschwindigkeit und eine gut geätzte Fläche erhalten.
Die geätzte Lateralfläche variiert abhängig von den Ätzbedingungen. Wenn die Ätztemperatur unnötig niedrig ist, entwickelt sich die orthogonal geätzte Fläche schneller. Wenn die Ätztemperatur unnötig hoch ist, entwickelt sich die zum Substrat hin gekippte Fläche schneller. Im Bereich mittlerer Temperaturen besteht die Tendenz, dass eine Mischung dieser zwei Situationen auftritt. Was in diesem Fall tatsächlich auftritt, kann ein mittlerer Winkel zwischen einer gekippten Fläche, wie sie sich bei erhöhter Temperatur entwickelt, und einer orthogonalen Fläche oder einer gekippten Fläche, wie sie sich an einem Teil der Lateralfläche zuzüglich einer orthogonalen Fläche am Rest der Lateralfläche entwickelt, sein. Obwohl die gekippte Fläche in den meisten Fällen als (1–101)-Facettenebene auftritt, kann sie anders auftreten. Der bevorzugte Temperaturbereich zum Erzielen der gekippten Fläche beträgt 200 bis 300°C.
Die gekippte Fläche an der Lateralfläche des Einsenkgrabens bildet dahingehend einen Vorteil, dass es dadurch ermöglicht ist, die Entnahme von Licht durch Totalreflexion effizient auszuführen. Die an der gesamten Lateralfläche erzeugte gekippte Fläche erweist als besonders vorteilhaft. Die gekippte Fläche muss nicht an der gesamten Lateralfläche ausgebildet werden, wenn der Effekt des Ätzens bei erhöhter Temperatur für die charakteristischen Eigenschaften der hergestellten Bauteile zu einem Problem führt.
Es ist weiter bekannt, dass ein Nitridhalbleiter zahlreiche Fehler verschiedener Arten, in einem Bereich ausgehend von Versetzungen, enthält. Im Verlauf des Nassätzvorgangs führen diese Fehler möglicherweise zu Fehlern konkaver und konvexer Stellen an der durch den Ätzvorgang gebildeten Fläche. Diese Situation ist tolerierbar.
Um die Entnahme von Licht durch Totalreflexion an der Bodenfläche des Einsenkgrabens und der gekippten Lateralfläche zu erhöhen, ist es bevorzugt, an diesen Flächen einen Reflexionsfilm auszubilden. Als Maßnahme zum Ausbilden dieses Films erweist sich ein Verfahren als besonders vorteilhaft, das sich auf Magnetronsputtern stützt. Statt dessen können einige andere Maßnahmen verwendet werden. Ferner kann ein Metallfilm, der als Reflexionsfilm hergestellt wurde, als Hilfselektrode verwendet werden.
Die Probe nach dem Entfernen der Nitridhalbleiterschicht derselben durch Kombination eines Entfernens durch einen Laser und eines Entfernen durch Nassätzen, bis das Substrat erreicht ist, wird unter Verwendung einer Brechvorrichtung von der zweiten Fläche abgetrennt und auf charakteristische Eigenschaften des Bauteils geprüft. Wenn ein Ritzvorgang durch einen Diamanten und der Zerteilvorgang, wie sie im Verlauf des Abbrechens ausgeführt werden, so kombiniert werden, dass Übereinstimmung zwischen der Bruchlinie und der Linie der Verarbeitung, wie sie am Umfang des Bauteils erfolgte, bis das Substrat erreicht war, erzielt ist, besteht ein Vorteil hinsichtlich einer Verbesserung der Ausbeute bei den Formen der Bauteile beim Zerteilprozess.
Beispiele der Erfindung werden unten angegeben.
Beispiel 1
Auf die C-Ebene eines Saphirsubstrats (Al₂O₃) wurden eine undotierte GaN-Schicht von 6 μm Dicke, eine n-Kontaktschicht von 4 μm Dicke mit einer durch zyklisches Dotieren von Ge auf 1 × 10¹⁹ cm^–3 eingestellten mittleren Ladungsträgerkonzentration, eine n-Mantelschicht aus In₀ _,1Ga₀ _,9N von 12,5 nm Dicke, eine Barriereschicht aus GaN von 16 nm Dicke und eine Wannenschicht aus In₀ _,2Ga_0,8N von 2,5 nm Dicke abwechselnd mit fünf Zyklen aufgeschichtet, und eine Licht emittierende Schicht mit Mehrfachquantentrogstruktur mit einer Barriereschicht sowie eine p-Kontaktschicht aus mit Mg (Konzentration: 8 × 10¹⁹/cm³) dotiertem Al_0,03Ga_0,97N mit 0,15 μm Dicke wurden sequenziell über einer AlN-Pufferschicht gemäß dem in JP-A 2003-243302 offenbarten Verfahren aufgeschichtet, um eine Nitridhalbleiterschicht herzustellen.
Durch die Oberfläche der Nitridhalbleiterschicht hindurch wurden die Grenzteile der einzelnen Beispiele sowie ein Teil der n-Kontaktschicht unter Verwendung eines bekannten Lithografieprozesses und RIE freigelegt.
An festgelegten Positionen wurde auf der p-Kontaktschicht der aufgeschichteten Verbindungshalbleiterschicht eine transparente positive Elektrode aus Pt und Au von der Seite der p-Kontaktschicht her unter Verwendung eines bekannten Lithografieprozesses und eines Abhebeprozesses hergestellt. Anschließend wurde von der Halbleiterseite her unter Verwendung eines bekannten Lithografieprozesses und Abhebeprozesses ein Bondkontaktfleck ausgebildet.
Der Wafer wurde nach Abschluss des Prozesses zum Herstellen einer Elektrode auf den einzelnen Beispielen durch den beim Lithografieprozess verwendeten Fotoresist beschichtet. Die Grenzteile der Beispiele sowie die einen Einsenkgraben bildenden Teile wur den unter erneuter Verwendung des Lithografieprozesses im Wesentlichen linear freigelegt, wie es in der 1 dargestellt ist.
Die Laserbearbeitung zum Entfernen der Nitridhalbleiterschicht in den Grenzteilen der Beispiele bis zum Substrat wurde unter den folgenden Bedingungen ausgeführt: Wellenlänge von 266 nm, Frequenz von 50 kHz, Ausgangsleistung von 1,6 W sowie Verarbeitungsgeschwindigkeit von 70 mm/s. Die Verarbeitung unter diesen Bedingungen führt zu einem Entfernen der Nitridschicht und zur Ausbildung einer Bearbeitungsmarkierung auf dem Saphirsubstrat, die eine Tiefe von 20 μm erreichte. Nachdem der Tisch um 90 Grad gedreht worden war, wurden die Grenzteile der Bauteile unter denselben Bedingungen in der Richtung der y-Achse bearbeitet.
Der Teil der transparenten Elektrode wurde durch gepulste Schwingung im Burstmodus bearbeitet. Der Probentisch wurde unter den Bedingungen einer Ausgangsleistung von 1,6 W und einer Geschwindigkeit von 30 mm/s durchgescannt, und der Laser führte eine Schwingung mit einem Timing entsprechend der Bearbeitungsposition des Probentisches aus. Im bestrahlten Teil wurden die transparente Elektrode und die Nitridschicht entsprechend der Form des Laserstrahls entfernt. Unter denselben Bedingungen erhielt das Substrat eine Bearbeitungsmarkierung von 5 μm Dicke.
Die Probe wurde nach Abschluss des Prozesses zum teilweisen Entfernen der Nitridhalbleiterschicht dadurch nass geätzt, dass sie für 20 Minuten in ein Quarzbecherglas getaucht wurde, das eine wässrige Lösung von Orthophosphorsäure enthielt und unter Verwendung einer Heizvorrichtung auf 180°C erwärmt wurde. Die durch diesen Ätzvorgang entfernte Menge der Nitridhalbleiterschicht belief sich auf insgesamt 5,2 μm. Das Substrat und die Nitridhalbleiterschicht, die die Nassätzbearbeitung abgeschlossen hatten, wurden mit Wasser in Ultraschall gewaschen und sie wurden ferner einer organischen Reinigung unterzogen, bis die aus dem Resist gebildete Ätzmaske entfernt war.
Das Substrat und die Nitridhalbleiterschicht, die die Ätzbehandlung durchlaufen hatten, wurden auf der Substratseite bis zu einer Dicke von 80 μm abgehoben. Danach wurden die einzelnen Bauteile durch eine Zerbrechvorrichtung getrennt.
In die abgeteilten Bauteile durch eine Integrationskugel auf ihre Ausgangsleistung getestet wurden, ergab sich diese zu 7,1 mW. Während die Öffnung der Nitridhalbleiterschicht an der ersten Fläche des Bauteils eine Länge von 100 μm und eine Breite von 10 μm aufwies, wies der an das Substrat anschließende Teil innerhalb des Bauteils eine Länge von 118 μm und eine Breite von 28 μm auf.
Beispiel 2
Nachfolgend wird ein Beispiel dieser Erfindung angegeben, das unter variierten Bedingungen erhalten wurde.
Die Züchtung der Nitridhalbleiterschicht auf dem Substrat sowie die Herstellung der Elektroden wurden auf dieselbe Weise wie beim Beispiel 1 ausgeführt. Als nach der Herstellung der Elektrode erforderliche Maske wurde eine SiO₂-Maske durch Sputtern mit 1000 Å auf der gesamten Oberfläche des Wafers abgeschieden, um die Ätzbeständigkeit im Vergleich zum Beispiel 1 zu verbessern. Obwohl die Laserverarbeitung unter denselben Bedingungen wie beim Beispiel 1 ausgeführt wurde, wurde sie mit dem Muster der 6 gleichzeitig mit dem Prozess zum Entfernen der Nitridhalbleiterschicht durch einen Laser, während die Strukturierung mit der SiO₂-Maske weggelassen wurde, ausgeführt. Das Substrat wurde nach dem Ausbilden von Löchern in ihm dadurch nass geätzt, dass es für 20 Minuten bei 180°C in dieselbe Verfahren wie beim Beispiel 1 eingetaucht wurde.
Nachdem die Waferfläche den Nassätzvorgang erfahren hatte, wurde sie erneut beschichtet. An den Positionen der in der Bauteilfläche im Muster der 6 ausgebildeten Löcher wurde der Resist durch einen Lithografieprozess entfernt. Durch Abscheiden von Pt durch Sputtern bis auf 1000 Å zum Ausbilden eines Reflexionsfilms und Entfernen eines Teils von Pt in einem überflüssigen Bereich durch einen Abhebeprozess wurde ein Reflexionsfilm auf den Lateralflächen der Löcher ausgebildet. Die anschließende Bearbeitung und die Bewertung erfolgten auf dieselbe Weise wie beim Beispiel 1.
Wenn die abgetrennten Bauteile auf die Ausgangsleistung getestet wurden, ergab sich diese zu 8,0 mW. Während die Öffnung einen Durchmesser von 10 μm aufwies, wies der mit dem Substrat innerhalb des Bauteils zusammenhängende Teil einen Durchmesser von 28 μm auf.
Vergleichsbeispiel
Unten ist zu Vergleichszwecken ein Beispiel angegeben, bei dem die Nassätzbehandlung weggelassen wurde.
Die Züchtung der Nitridhalbleiterschicht und das Entfernen derselben wurden unter denselben Bedingungen wie bei den Beispielen 1 und 2 ausgeführt.
Nach der Herstellung der Gräben wurden die einzelnen Bauteile abgetrennt, ohne eine Nassätzbehandlung erfahren zu haben.
Wenn die abgetrennten Bauteile auf ihre Ausgangsleistung getestet wurden, ergab sich diese zu 5,1 mW.
Industrielle Anwendbarkeit
Bei einem Nitridhalbleiter-Leuchtbauteil wird ein Formungsprozess ausgeführt, der darauf ausgerichtet ist, die Ausgangsleistung der Leuchtdiode durch Nassätzen zu verbessern, das zu keiner wesentlichen Schädigung führt, was es ermöglicht, eine Beeinträchtigung der Ausbeute zu unterdrücken. Eine Weißlichtquelle kann dadurch hergestellt werden, dass diese Leuchtdiode mit einem Fluoreszenzmaterial kombiniert wird, und sie kann als Beleuchtungskörper verwendet werden.
Zusammenfassung: Ein Nitridhalbleiter-Leuchtbauteil ist mit folgendem versehen: einem Substrat; einer Nitridhalbleiterschicht, die eine erste elektrisch leitende Halbleiterschicht, eine Licht emittierende Schicht und eine zweite elektrisch leitende Halbleiterschicht enthält; einer transparenten Elektrode, die zumindest an einen Teil einer ersten Fläche der zweiten elektrisch leitenden Halbleiterschicht anschließt; und einer zweiten Elektrode, die an die erste elektrisch leitende Halbleiterschicht anschließt; wobei das Substrat über eine erste Fläche verfügt, die mit einem ersten Bereich, der durch Entfernen eines ersten Teils der Nitridhalbleiterschicht in einem Umfangsteil des Bauteils freigelegt wurde, und einem zweiten Bereich versehen ist, der durch Entfernen zumindest eines zweiten Teils der Nitridhalbleiterschicht, der an die transparente Elektrode anschließt, außer dem Umfangsteil des Bauteils, bis zum Substrat freigelegt wurde. Ein Verfahren zum Herstellen des Bauteils verfügt über folgendes: Entfernen eines ersten Teils der Nitridhalbleiterschicht in einem Umfangsteil des Bauteils, bis das Substrat freigelegt ist, um einen ersten freigelegten Bereich desselben zu bilden; und Entfernen zumindest eines zweiten Teils der Nitridhalbleiterschicht anschließend an die transparente Elektrode mit Ausnahme des Umfangsteils des Bauteils, bis das Substrat erreicht ist, um einen zweiten freigelegten Bereich desselben zu bilden; wobei die Schritte durch Kombinieren einer Entfernung durch einen Laser und einer Entfernung durch Nassätzen erfolgen.

Claims

Nitridhalbleiter-Leuchtbauteil mit: einem Substrat; einer Nitridhalbleiterschicht, die eine erste elektrisch leitende Halbleiterschicht, eine Licht emittierende Schicht und eine zweite elektrisch leitende Halbleiterschicht enthält; einer transparenten Elektrode, die zumindest an einen Teil einer ersten Fläche der zweiten elektrisch leitenden Halbleiterschicht anschließt; und einer zweiten Elektrode, die an die erste elektrisch leitende Halbleiterschicht anschließt; wobei das Substrat über eine erste Fläche verfügt, die mit einem ersten Bereich versehen ist, der durch Entfernen eines ersten Teils der Nitridhalbleiterschicht in einem Umfangsteil des Bauteils freigelegt wurde, und einem zweiten Bereich, der durch Entfernen zumindest eines zweiten Teils der Nitridhalbleiterschicht, der an die transparente Elektrode anschließt, ausgenommen dem Umfangsteil des Bauteils, bis zum Substrat freigelegt wurde.
Nitridhalbleiter-Leuchtbauteil nach Anspruch 1, bei dem der erste Teil der Nitridhalbleiterschicht, der im Umfangsteil des Bauteils entfernt wurde, in Richtung des Substrats vergrößert ist und es demgemäß zumindest einem Teil der Nitridhalbleiterschicht, der nach dem Entfernungsvorgang an das Substrat anschließt, ermöglicht ist, eine zum Substrat hin gekippte Lateralfläche zu bilden.
Nitridhalbleiter-Leuchtbauteil nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem der zweite Bereich des Substrats über einen Teil verfügt, der direkt unter den Elektroden angeordnet ist.
Nitridhalbleiter-Leuchtbauteil nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, bei dem eine Normallinie auf einer der Lateralflächen der Nitridhalbleiterschicht, die den zweiten Bereich des Substrats definieren, und eine Normallinie auf der ersten Fläche des Substrats einen Winkel θ₁ über 90 Grad und unter 180 Grad bilden.
Nitridhalbleiter-Leuchtbauteil nach einem der Ansprüche 2 bis 4, bei dem eine Normallinie auf einer der Lateralflächen der Nitridhalbleiterschicht, die den zweiten Bereich des Substrats definieren, und eine Normallinie auf der ersten Fläche des Substrats einen Winkel θ₁ von 95 Grad oder mehr und 170 Grad oder weniger bilden.
Nitridhalbleiter-Leuchtbauteil nach einem der Ansprüche 2 bis 4, bei dem eine Normallinie auf einer der Lateralflächen der Nitridhalbleiterschicht, die den zweiten Bereich des Substrats definieren, und eine Normallinie auf der ersten Fläche des Substrats einen Winkel θ₁ 100 Grad oder mehr und 160 Grad oder weniger bilden.
Nitridhalbleiter-Leuchtbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem der zweite Teil der Nitridhalbleiterschicht einen Umfang mit einer Länge von 1 bis 1000 % der Länge des Umfangs des ersten Teils der Nitridhalbleiterschicht aufweist.
Nitridhalbleiter-Leuchtbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem der zweite Teil der Nitridhalbleiterschicht einen Umfang mit einer Länge von 5 bis 500 % der Länge des Umfangs des ersten Teils der Nitridhalbleiterschicht aufweist.
Nitridhalbleiter-Leuchtbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem der zweite Teil der Nitridhalbleiterschicht einen Umfang mit einer Länge von 10 bis 200 % der Länge des Umfangs des ersten Teils der Nitridhalbleiterschicht aufweist.
Nitridhalbleiter-Leuchtbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem der zweite Teil der Nitridhalbleiterschicht eine Öffnung bildet, die im Wesentlichen eine Kreisform einnimmt.
Nitridhalbleiter-Leuchtbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem der zweite Teil der Nitridhalbleiterschicht eine Form einnimmt, die durch im Wesentlichen gerade Linien umschlossen ist.
Nitridhalbleiter-Leuchtbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem der zweite Teil der Nitridhalbleiterschicht in der Nitridhalbleiterschicht anschließend an die transparente Elektrode mindestens einmal ausgebildet ist.
Nitridhalbleiter-Leuchtbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem im zweiten Bereich des Substrats eine Bearbeitungsmarkierung mit einer Form ausgebildet ist, die im Wesentlichen zum zweiten Teil der Nitridhalbleiterschicht passt.
Nitridhalbleiter-Leuchtbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei dem eine Normallinie auf einer der gekippten Lateralflächen der Nitridhalbleiterschicht, die den ersten Teil derselben definieren, und eine Normallinie auf der ersten Fläche des Substrats einen Winkel θ₁ bilden, der größer als 90 Grad und kleiner als 180 Grad ist.
Nitridhalbleiter-Leuchtbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 14, bei dem eine Normallinie auf einer der gekippten Lateralflächen der Nitridhalbleiterschicht, die den ersten Teil derselben definieren, und eine Normallinie auf der ersten Fläche des Substrats einen Winkel θ₁ bilden, der 95 Grad oder größer und 170 Grad oder kleiner ist.
Nitridhalbleiter-Leuchtbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 15, bei dem eine Normallinie auf einer der gekippten Lateralflächen der Nitridhalbleiterschicht, die den ersten Teil derselben definieren, und eine Normallinie auf der ersten Fläche des Substrats einen Winkel θ₁ bilden, der 100 Grad oder größer und 160 Grad oder kleiner ist.
Nitridhalbleiter-Leuchtbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 16, bei dem jeder der ersten und zweiten Bereiche des Substrats und jede der Lateralflächen der Nitridhalbleiterschicht mit einem Reflexionsfilm versehen ist.
Nitridhalbleiter-Leuchtbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 17, bei dem das Substrat aus Saphir besteht.
Verfahren zum Herstellen eines Nitridhalbleiter-Leuchtbauteils mit einem Substrat, einer Nitridhalbleiterschicht, die eine erste elektrisch leitende Halbleiterschicht, eine Licht emittierende Schicht und eine zweite elektrisch leitende Halbleiterschicht enthält, einer transparenten Elektrode, die zumindest an einen Teil einer ersten Fläche der zweiten elektrisch leitenden Halbleiterschicht anschließt, und einer zweiten Elektrode, die an die erste elektrisch leitende Halbleiterschicht anschließt, mit den folgenden Schritten: Entfernen eines ersten Teils der Nitridhalbleiterschicht in einem Umfangsteil des Bauteils, bis das Substrat freigelegt ist, um einen ersten freigelegten Bereich desselben zu bilden; und Entfernen zumindest eines zweiten Teils der Nitridhalbleiterschicht anschließend an die transparente Elektrode mit Ausnahme des Umfangsteils des Bauteils, bis das Substrat erreicht ist, um einen zweiten freigelegten Bereich desselben zu bilden; wobei die Schritte durch Kombinieren einer Entfernung durch einen Laser und einer Entfernung durch Nassätzen erfolgen.
Verfahren zum Herstellen eines Nitridhalbleiter-Leuchtbauteils nach Anspruch 19, bei dem das Entfernen zumindest des zweiten Teils der Nitridhalbleiterschicht in der Richtung des Substrats dadurch verstärkt wird, dass Bedingungen des Nassätzvorgangs kontrolliert werden, um die nach dem Entfernen verbliebene Halbleiterschicht mit einer zum Substrat gekippten Lateralfläche zu versehen.
Verfahren zum Herstellen eines Nitridhalbleiter-Leuchtbauteils nach Anspruch 19 oder Anspruch 20, bei dem das Entfernen zumindest des zweiten Teils der Nitridhalbleiterschicht dadurch ermöglicht wird, dass Bedingungen des Nassätzvorgangs so kontrolliert werden, dass ein Teil des zweiten freigelegten Bereichs des Substrats direkt unter den Elektroden liegt.
Verfahren zum Herstellen eines Nitridhalbleiter-Leuchtbauteils nach einem der Ansprüche 19 bis 21, bei dem der zweite freigelegte Bereich des Substrats im Wesentlichen in seinem zentralen Teil mit einer Bearbeitungsmaske durch einen Prozess unter Verwendung eines Lasers mit einer Form ausgebildet wird, die im Wesentlichen zu einer Form des zweiten Teils der Nitridhalbleiterschicht passt.
Verfahren zum Herstellen eines Nitridhalbleiter-Leuchtbauteils nach einem der Ansprüche 19 bis 22, bei dem die Nitridhalbleiterschicht, deren erster Teil entfernt wurde, über eine Lateralfläche verfügt, die dadurch nach außen gekippt ist, dass Bedingungen des Nassätzvorgangs während des Entfernen des ersten Teils der Nitridhalbleiterschicht kontrolliert werden.
Lichtquelle als Kombination des Nitridhalbleiter-Leuchtbauteils nach einem der Ansprüche 1 bis 18 mit einem Fluoreszenzmaterial.
Beleuchtungskörper, der mit der Lichtquelle des Anspruchs 24 versehen ist.