DE3310373A1 - Verfahren zur herstellung von lichtemittierenden dioden - Google Patents

Verfahren zur herstellung von lichtemittierenden dioden

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Description

  • Verfahren zur Herstellung von lichtemittierenden Dioden.
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Es ist bekannt, lichtemittierende Dioden, wie Lumineszenzdioden, herzustellen, die auf der vorderen Oberfläche des Substratkörpers, in dem sich der pn-Übergang befindet, einen oder mehrere Metall-Elektrodenkontakte haben, die einen vorzugsweise nur geringen Anteil dieser Oberfläche bedecken. Damit steht dann ein wesentlicher Anteil der vorderen Oberfläche des Substratkörpers für die Lichtabstrahlung zur Verfügung. Die rückwärtige Oberfläche des Substratkörpers ist im Regelfall ganzflächig mit einer Metallschicht bedeckt, die den zweiten Elektrodenkontakt der Diode bildet.
  • Die im Innern einer solchen Diode erzeugte Lichtstrahlung wird in alle Richtungen des Raumwinkels ausgestrahlt.
  • Es trifft somit ein wesentlicher Anteil der erzeugten Strahlung auch auf die mit der Metallschicht bedeckte rückwärtlge Oberfläche des Substratkörpers auf, von der diese auftreffende Strahlung dann dem Reflexionsvermögen dieser Grenzfläche ensprechend zurückreflektiert wird.
  • Ein wesentlicher Anteil dieser rückreflektierten Strahlung addiert sich der direkt durch die vordere Oberfläche emittierten Strahlung hinzu.
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Reflexionseigenschaft dieser rückwärtigen Oberfläche des Substratkörpers zu verbessern, um einen möglichst hohen Anteil der diese Oberfläche treffenden Strahlung der nach vorn gerichteten Lichtemission hinzuzufügen.
  • Diese Aufgabe wird mit dem Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 erfindungsgemäß mit Hilfe der Merkmale des Kennzeichens des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
  • Der Erfindung liegt die Überlegung zugrunde, daß wegen der ohnehin nur geringen Dicke des Substratkörpers, d.h.
  • wegen des ohnehin nur geringen Abstandes der vorderen Oberfläche und der rückwärtigen Oberfläche des Substratkörpers voneinander, ein jeweiliger Elektrodenkontakt im wesentlichen nur jeweils in einem solchen Bereich der rückwärtigen Oberfläche vorhanden ist, dem ein jeweiliger Elektrodenkontakt auf der vorderen Oberfläche gegenüberliegt. Es genügt, daß der jeweilige Elektrodenkontakt auf der rückwärtigen Oberfläche im wesentlichen deckungsgleich, dsh. mit wenigstens im wesentlichen gleicher Fläche und wenigstens angenähert gegenüberliegend, dem Kontakt der vorderen Oberfläche angeordnet ist.
  • Um die voranstehend angegebene Bemessung und Lage des Elektrodenkontaktes auf der rückwärtigen Oberfläche zu erreichen, wird gemäß einem Merkmal der Erfindung der jeweilige Metall-Elektrodenkontakt der vorderen Oberfläche des Substrates als Maske verwendet, und zwar für eine Einstrahlung von energiereicher elektromagnetischer Strahlung durch das Substrat hindurch auf die Grenzfläche der rückwärtigen Oberfläche des Substratkörpers. Die vorzugsweise impulsweise Einstrahlung erfolgt mit einer derartigen Intensität und Gesamtenergie, daß in den durch die Metall-Elektrodenkontakte der vorderen Oberfläche nicht abgedeckten Bereichen der rückwärtigen Oberfläche des Substratkörpers die zuvor ganzflächig aufgebrachte Metallschicht praktisch vollständig abgedampft wird. Die Abdampfung muß so vollständig sein, daß der noch nachfolgend beschriebene Ätzprozeß die Wirkung erzielen kann, zu deren Zweck der Atzprozeß durchgeführt wird.
  • Die voranstehend beschriebene Bestrahlung hat nicht nur die Abdampfung der Metallschicht außerhalb der Bereiche für die Elektrodenkontakte der rückwärtigen Oberfläche des Substratkörpers zur Folge, sondern die Oberfläche des Substratkörpers erhält außerhalb dieser Bereiche durch die Bestrahlung eine solche Oberflächenstruktur, die schlechtes Reflexionsverhalten besitzt. Infolge des Abdampfprozesses der Metallschicht erleidet nämlich auch diese Oberfläche des Substratkörpers eine teilweise Abdampfung und Aufschmelzung, was--zu einer starken Aufrauhung dieser Oberfläche und zu Kristelldefekten, die tief in das Innere des Substratkörpers reichen, führt.
  • Das Auftreten derartiger Kristalldefekte wird bei der Erfindung in der Weise vorteilhaft ausgenutzt, daß man nachfolgend diese außerhalb#der Bereiche der Elektrodenkontakte der rückwärtigen Oberfläche liegenden Anteile dieser rückwärtigen Oberfläche mit einem Ätzmittel behandelt, das bevorzugt Ätzwirkung auf Kristalidefekte des Materials des Substratkörpers ausübt. Dieser bevorzugte Angriff an Stellen mit Kristalldefekten führt dazu, daß diese außerhalb der erwähnten Bereiche liegenden Anteile dieser rückwärtigen Oberfläche des Substratkörpers eine nunmehr wellige Struktur erhalten, die ein überraschend gutes Reflexionsverhalten haben. Es ist aber nicht nur die Höhe des Reflexionsvermögens dieser durch Ätzen erzeugten neuen Oberfläche des Substratkörpers entscheidend, sondern die zu erreichende Welligkeit der Oberfläche führt dazu, daß in dem Lichtemissionsbereich der Diode erzeugXunS auf diese Anteile der rückwärtigen Oberfläche des Substratkörpers aufteffende Strahlung eine gewisse diffuse Abstrahlung aufweist.
  • Als ausreichend energiereiche Strahlung kann bevorzugt solche eines Lasers verwendet werden, wobei darauf zu achten ist, daß die Strahlung eine solche Wellenlänge besitzt, daß die Strahlung keine sehr wesentliche Absorption im Material des Substratkörpers hat, d.h. daß der Substratkörper für diese Strahlung praktisch durchlässig ist, und die für das Abdampfen der Metallschicht notwendige Strahlungsabsorption an der Metallschicht der rückwärtigen Oberfläche erfolgt.
  • Weitere Erläuterungen der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels hervor.
  • Fig.1 zeigt einen Substratkörper, wie er dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zugrundegelegt ist.
  • Fig.2 zeigt die Wirkung der gemäß einem Merkmal der Erfindung vorgesehenen Strahlung und Fig.3 zeigt das mit det Ätzen erreichte Ergebnis, nämlich den fertigen, mit den Elektrodenkontakten und mit hochreflektierenden Flächenanteilen der rückwärtigen Oberfläche versehenen Substratkörper der Diode.
  • In Fig.1 ist mit 2 ein Halbleiter-Substratkörper bezeichnet, auf dem sich ein ringförmiger Metall-Elektrodenkontakt 3 befindet. Die vordere Oberfläche des Substratkörpers 2 ist mit 4 und die rückwärtige Oberfläche mit 5 bezeichnet. Mit 6 ist eine Metallschicht angegeben, die die gesamte Oberfläche 5 bedeckt. Der Abstand der beiden Oberflächen 4 und 5 voneinander, d.h. die Dicke des Substratkörpers 2, ist gleich der Dicke der endgültigen Diode.
  • In Fig.2 dargestellte, mit der Fig.1 übereinstimmende Einzelheiten haben dieselben Bezugszeichen. Mit 20 ist erfindungsgemäß zu verwendende elektromagnetische Strahlung bezeichnet, die z.B. von einem Laser 21 geliefert wird. Vorteilhafterweise ist in den Strahlengang der Strahlung 20 noch eine Streuscheibe 22 eingefügt, die den weiteren Verlauf der Strahlung 22 etwas diffus macht.
  • Unter anderem dient dies auch dazu, örtliche Intensitätsunterschiede der Strahlung 20 am Ort der rückwärtigen Oberfläche 5 des Substratkörpers 2 soweit auszugleichen, wie dies für die erfindungsgemäß verlangte Wirkung, nämlich zum Abdampfen von Teilen der Metallschicht 6, erforderlich ist.
  • Die Fig.2 zeigt den Zustand, der nach Einwirkung der Strahlung 20 erfindungsgemäß erreicht ist. Von der ursprünglich ganzflächigen Metallschicht 6 ist nur noch ein ringförmiger Anteil 6' verblieben, und zwar aufgrund der Abschattung der Strahlung 20 durch den Metall-Elektrodenkontakt 3, der sich auf der vorderen Oberfläche 4 befindet.Die Oberfläche dieses Elektrodenkontakts 3 ist so stark reflektierend für die Strahlung 20, daß diese Abschattung erreicht wird und insbesondere der Elektrodenkontakt 3 selbst nicht beschädigt oder gar verdampft wird. Der auf der rückwärtigen Oberfläche 5 verbleibende Bereich der ursprünglichen Metallschicht 6 dient später als Elektrodenkontakt 6', nämlich als Gegenelektrode zum Elektronenkontakt 3. Die neue Begrenzung dieses Elektronenkontaktes 6' ist infolge des Auftretens einer Selbatäustierung der Abmessung und der Lage des Elektrodenkontaktes 3 entsprechend.
  • Außerhalb des entstandenen Elektrodenkontaktes 6' ist die Oberfläche 5 des Substratkörpers 2 insoweit verändert, als dort dieses Substratmaterial jetzt Kristalldefekte aufweist. Diese mit Kristalldefekten versehenen Anteile der rückwärtigen Oberfläche 5 sind mit 25 bezeichnet.
  • Fig.3 zeigt den Substratkörper 2, nachdem das erfindungsgemäß vorgeschriebene Ätzen durchgeführt worden ist. Wie insbesondere aus Fig.3 ersichtlich, ist im Bereich der Anteile 25 weiteres Halbleitermaterial abgetragen worden.
  • Dies läßt sich z.B. bei III-V-Verbindungshalbleitermaterial durch Anwendung einer sauren Ätze aus Schwefelsäure, Wasserstoffsuperoxid und Wasser (Cunnel-Edmond-Harding-Ätzlösung) erreichen.
  • Vorteilhafterweise hat die mit dem vorbseschriebenen Ätzen entstehende neue (rückwärtige) Oberfläche 35 des Substratkörpers 2, und zwar außerhalb des Elektrodenkontaktes 6', eine gewisse Welligkeit, die eine günstige Eigenschaft für Strahlungsreflexion der in der Diode erzeugten Lumineszenzstrahlung ist. In dem mit 37 bezeichneten tingförmigei Bereich des Substratkörpers 2 wird die Lumineszenzstrahlung erzeugt. Als Strahlung 41 kann solche Lumineszenzstrahlung direkt aus dem Substratkörper 2 durch die Oberfläche 4 hindurch austreten. In Richtung der rückwärtigen Oberfläche 5 ausgesandte Strah- lung 42 trifft jedoch auf die neu geschaffene Oberfläche 35 des Substratkörpers. An den Anteilen der Oberfläche 35 wird diese Strahlung 42 als Strahlung 43 reflektiert. Die Breite der dargestellten Anteile 42 (und 41) soll darauf hinweisen, daß derartige, aus dem Bereich 37 ausgesandte Strahlung keine scharfe Bündelung hat. Trifft solche nicht scharf gebündelte Strahlung 42 auf die Oberfläche 35, die erfindungsgemäß wellig ist, so ist auch die reflektierte Strahlung 43 für die Erfindung vorteilhafterweise nicht scharf gebündelt, sondern weist ein günstiges Maß an diffusem Charakter auf. Auf die Oberfläche 4 gesehen, erscheint die vom Substratkörper 2 abgestrahlte Lumineszenzstrahlung als über die Fläche der Diode konstant. Die mit der Erfindung erreichte Reflexionseigenschaft der rückwärtigen Oberfläche des Substratkörpers ist damit sogar günstiger als bei einer Diode nach Fig.1 mit ganzflächiger Metallschicht auf dieser Oberfläche.
  • Für die durchzuführende Bestrahlung eignen sich Strahlungsimpulse eines Rubinlasers mit z.B. 20 ns Impulsdauer und einer Energiedichte von 0,5 J/cm2. Bei dieser Intensität wird der auf der vorderen Oberfläche befindliche Elektrodenkontakt 3 nicht beeinträchtigt. Die im Bereich der rückwärtigen Oberfläche 5 auftretende Erwärmung ist so kurzzeitig (z.B. 100 ns lang), daß die Selbstbustierung des Elektrodenkontaktes 6' gewährleistet ist.
  • Laterale Ausbreitung einer Wärmewelle spielt somit keine Rolle.
  • - Leerseite -

Claims (3)

  1. Patentansprüche: Ü Verfahren zur Herstellung von lichtemittierenden Dioden mit einem Substratkörper mit mindestens einem Elektrodenkontakt auf der, bezogen auf die Lichtemission, vorderen Oberfläche des Substratkörpers und mit einem Elektrodenkontakt auf der gegenüberliegenden rückwärtigen Oberfläche des Substratkörpers, wozu auf diese rückwärtige Oberfläche eine ganzflächige Metallschicht aufgebracht wird, g e k e n n z e i c h n e t dadurch, daß zur Herstellung eines jeweils solchen Elektrodenkontaktes (6') auf der rückwärtigen Oberfläche (5), der im wesentlichen deckungsgleich mit dem jeweiligen zugehörigen Elektrodenkontakt (3) auf der vorderen Oberfläche (4) ist, eine Einstrahlung (20) von energiereicher elektromagnetischer Strahlung in den Substratkörper (2) durch dessen vordere Oberfläche (4) hindurch vorgenommen wird, bis von den Anteile (25) außerhalb des Bereichs des jeweiligen Elektrodenkontaktes (6') der rückwärtigen Oberfläche (5) alles Metall der Metallschicht (6) abgedampft worden ist, und daß die durch die Einstrahlung (20) in diesen Anteilen (25) rauh gewordene rückwärtige Oberfläche des Substratörpers (2) soweit mit einer bevorzugt auf Kristalldefekte wirkenden sätze geätzt wird, bis aus der in diesen Anteilen (25) rauhen Oberfläche eine wellige Oberfläche (35) entstanden ist.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, g e k e n n z e i c h -n e t dadurch, daß die Einstrahlung (20) impulsweise erfolgt.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, g e k e n n -z e i c h n e t dadurch, daß vor dem Aufbringen der ganzflächigen Metallschicht (6) die rückwärtige Oberfläche (5) des Substratkörpers (2) mit einer eine wellige Oberfläche erzeugenden Ätze geätzt wird.
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