DE4130878A1

DE4130878A1 - Verfahren zur herstellung von halbleiterkoerpern

Info

Publication number: DE4130878A1
Application number: DE19914130878
Authority: DE
Inventors: Richard Dipl Phys Dr Linnebach
Original assignee: Telefunken Electronic GmbH
Current assignee: Atmel Germany GmbH
Priority date: 1991-09-17
Filing date: 1991-09-17
Publication date: 1993-03-25
Anticipated expiration: 2011-09-18
Also published as: DE4130878C2

Description

Bei der Herstellung strahlungsemittierender Halbleiter bauelemente werden Halbleiterkörper - beispielsweise Lumineszenz-Halbleiterkörper oder IR-Halbleiterkörper - in ein Gehäuse montiert. Die Strahlungsausbeute dieser Halbleiterbauelemente kann erhöht werden, wenn sowohl die nach oben als auch die nach unten emittierte Strah lung ausgenützt wird; zu diesem Zweck werden einerseits reflektierende Kontakte auf die Montagefläche aufge bracht und andererseits für den Halbleiterkörper nur solche Halbleiterschichten verwendet, die für den Wel lenlängenbereich der emittierten Strahlung transparent sind. Als weiteres Kriterium beim Herstellungsprozeß muß die Gesamtdicke der Halbleiterschichten ein be stimmtes Mindestmaß übersteigen - einerseits würden die Halbleiterkörper sonst bei der Verarbeitung zerbrechen und andererseits könnte der bei der Montage des Halb leiterkörpers zur Kontaktierung verwendete Kontaktkle ber die strahlungsemittierende Schicht erreichen.

Deshalb wird auf einen Trägerkörper als erste Halblei terschicht des Halbleiterkörpers eine Substratschicht aufgebracht, durch die zum einen die geforderte Dicke der Halbleiteranordnung gewährleistet wird und die zum anderen für die jeweils emittierte Strahlung transpa rent ist. Die Herstellung dieser dicken transparenten Substratschicht ist jedoch sehr zeitaufwendig; die hierfür notwendige starke Abkühlung erzwingt ein Unter brechen des Abscheidevorgangs zwischen Substratschicht und weiterer Halbleiterschichten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, durch das die Herstellung von Halbleiterkör pern mit einer transparenten Substratschicht ausrei chender Schichtdicke verbessert und erleichtert wird. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die Merk male im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Ver fahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, das bei der epitaktischen Abscheidung aus einer metallischen Schmelze das Schichtwachstum an einer Stufenkante ge genüber dem Wachstum auf einer ebenen Fläche erhöht ist, wodurch sich der Wachstumsprozeß der Halbleiter schichten beeinflussen läßt. In das Trägersubstrat bzw. den Trägerkörper werden daher Vertiefungen eingebracht, in denen wenigstens die transparente Substratschicht zumindest teilweise abgeschieden wird. Füllt die trans parente Substratschicht die Vertiefungen vollständig aus, können in unmittelbar anschließenden Abscheidungs vorgängen die weiteren Halbleiterschichten des Halblei terkörpers auf die aufgefüllte Vertiefung abgeschieden werden; füllt die transparente Substratschicht die Ver tiefungen nicht vollständig aus, erfolgt die Abschei dung der weiteren Halbleiterschichten ganz oder teil weise in die Vertiefungen. Um die Kontaktierbarkeit des Halbleiterkörpers bei der Montage in einem Gehäuse zu verbessern, können zusätzliche Kontaktschichten vor der transparenten Substratschicht und nach der obersten Halbleiterschicht des Halbleiterkörpers abgeschieden werden.

Die Anzahl und die Geometrie (Größe, Abmessungen etc.) der Vertiefungen kann in Abhängigkeit vom jeweils her zustellenden Halbleiterkörper bzw. Halbleiterbauelement vorgegeben werden; als Gesichtspunkte spielen dabei beispielsweise die Größe des Bauelements oder die Aus beute bei der Vereinzelung der Halbleiterkörper eine Rolle. Die Vertiefungen werden beispielsweise mittels der Maskierungstechnik - bestehend aus einem Maskie rungsprozeß (mit einer Maske aus beispielsweise SiO₂ oder Photolack) und einem Ätzprozeß (beispielsweise naßchemisches Ätzen oder Trockenätzen) - in den Träger körper eingebracht, wobei die angewandte Ätztechnik die Geometrie der Vertiefungen - beispielsweise wannenför mige oder prismatische Vertiefungen - und die Maske die flächige und räumliche Anordnung der Vertiefungen auf dem Trägerkörper festlegt.

Nach dem Einbringen der Vertiefungen und dem Abscheiden der Halbleiterschichten wird zur Herstellung des Vor derseitenkontakts eine ganzflächige Metallisierung auf die oberste Halbleiterschicht aufgebracht und gegebe nenfalls strukturiert. Daraufhin wird der Trägerkörper selektiv abgetragen, bis die Unterseite der Vertiefung erreicht wird; anschließend wird die transparente Sub stratschicht bzw. die darunterliegende Kontaktschicht ganzflächig metallisiert und gegebenenfalls struktu riert. Danach wird der Trägerkörper vollständig selek tiv entfernt und ein Tempervorgang zur Verbesserung der Kontaktwiderstände durchgeführt; nach dem Aufbringen auf eine Dehnfolie werden die Halbleiterkörper verein zelt, beispielsweise durch Sägen und Dehnen oder durch Brechen und Dehnen.

Bei der Montage der Halbleiterkörper in ein Gehäuse sind verschiedene Kontaktierungsmöglichkeiten denkbar. Falls die oberste Halbleiterschicht gebondet wird, kann der Rückseitenkontakt - der sich auf der transparenten Substratschicht bzw. der entsprechenden Kontakschicht befindet - ganzflächig oder strukturiert ausgebildet sein. Daneben ist auch der inverse Aufbau möglich, bei dem die oberste Halbleiterschicht auf den Trägerkörper geklebt wird; der Vorderseitenkontakt und der auf der transparenten Substratschicht oder der entsprechenden Kontaktschicht anbrachte Rückseitenkontakt kann dabei ganzflächig oder strukturiert ausgebildet sein.

Die Erfindung soll weiterhin anhand eines Ausführungs beispiels, dem Verfahren zur Herstellung einer Doppel heterostruktur-Leuchtdiode beschrieben werden; die Dop pelheterostruktur-Leuchtdiode wird beispielsweise aus einem in einen Gehäusekörper montierten Halbleiterkör per mit Halbleiterschicht aus Gallium-Aluminium-Arsenid unterschiedlicher Aluminiumkonzentrationen gebildet.

In der Fig. 1 ist dabei der Substrat-Trägerkörper für die abzuscheidenden Halbleiterschichten mit den ein gebrachten Vertiefungen dargestellt, in der Fig. 2 (Fig. 2a-2f) verschiedene Prozeßschritte bei der Herstellung des Halbleiterkörpers und in der Fig. 3 (Figuren 3a-3e) verschiedene Montagemöglichkeiten des Halbleiterkörpers in dem Gehäusekörper.

Gemäß der Fig. 1 sind in den Trägerkörper 1 bzw. das Trägersubstrat Vertiefungen 11 eingebracht, in denen die Halbleiterschichten der Halbleiteranordnung teil weise oder vollständig abgeschieden werden - die in der Fig. 1 dargestellten Vertiefungen 11 besitzen bei spielsweise die Form eines Kegelstumpfes, wobei auch andere geometrische Formen denkbar sind.

Gemäß der Fig. 2 werden in die Vertiefungen 11 nach einander eine erste Kontaktschicht 6, eine transparente Substratschicht 2, eine erste Stützschicht 3, die ak tive, lichtemittierende Schicht 4, eine zweite Stütz schicht 5 sowie eine zweite Kontaktschicht 7 abge schieden. Durch die Kontaktschichten 6 und 7 kann der Kontaktwiderstand zwischen der Metallisierung des Bau elements und dem Halbleitermaterial des Halbleiterkör pers reduziert werden; dies ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn der Aluminiumgehalt in den an die Me tallisierung angrenzenden Halbleiterschichten hoch ist (beispielsweise 70%). Die Stützschichten 3, 5 ("Cladding"-Schichten), deren Aluminiumgehalt größer als derjenige der aktiven Schicht 4 ist - sie besitzen deshalb eine größere Energielücke als die aktive Schicht 4 - sollen einen unerwünschten Elektronenabfluß aus der aktiven Schicht 4 verhindern. Beim Abscheiden von Gallium-Aluminium-Arsenid-Halbleiterschichten an einer Stufenkante ist - neben dem schnelleren Schicht wachstum - auch deren Aluminiumgehalt höher als beim Abscheiden auf einer ebenen Fläche; dadurch wird die Energielücke größer und die Transparenz des in der Ver tiefung abgeschiedenen Materials für die emittierte Strahlung erhöht, was zu eine besseren Lichtausbeute führt.

Die Fig. 2a zeigt den Zustand des Halbleiterkörpers 10 nach dem Abscheiden der verschiedenen Halbleiterschich ten in und auf die Vertiefung 11, wobei bei diesem Aus führungsbeispiel die erste Kontaktschicht 6 und die transparente Substratschicht 2 die Vertiefung 11 voll ständig ausfüllen, so daß die weiteren Halblei terschichten 3, 4, 5 und 7 oberhalb der Vertiefung 11 abgeschieden werden. Gemäß der Fig. 2b wird auf die Oberseite der zweiten Kontaktschicht 7 eine Metalli sierungsschicht 8 als Vorderseitenkontakt aufgebracht; beide Schichten werden strukturiert. Anschließend wird die unmittelbar auf dem Trägersubstrat 1 aufgebrachte Kontaktschicht 6 durch selektives Abtragen des Träger substrats 1 freigelegt (Fig. 2c) und eine zweite Me tallisierungsschicht 9 als Rückseitenkontakt auf die Kontaktschicht 6 aufgebracht (Fig. 2d). Das Gallium- Arsenid-Substrat 1 und fakultativ die Kontaktschicht 6 werden nun entfernt (Fig. 2e) und schließlich die Halbleiterkörper 10 vereinzelt und ein Bonddraht 12 auf dem Vorderseitenkontakt 8 angebracht (Fig. 2f).

Die Fig. 3 (Fig. 3a-3e) zeigt verschiedene Monta gemöglichkeiten des Halbleiterkörpers 10 in einem Ge häuse 14, das beispielsweise als trichterförmiges Me tallgehäuse ausgebildet ist.

Gemäß der Fig. 3a wird der auf der transparenten Sub stratschicht 2 angebrachte und strukturierte Rücksei tenkontakt 9 mittels des Klebers 13 auf dem Boden 15 des Gehäuses 14 befestigt; auf den Vorderseitenkontakt 8 wird ein Bonddraht 12 angebracht. Daneben kann gemäß der Fig. 3b der Rückseitenkontakt 9 auch ganzflächig auf der transparenten Substratschicht 2 ausgebildet sein.

Alternativ dazu sind in den Fig. 3c bis 3e weitere Montagemöglichkeiten dargestellt, bei denen der Rück seitenkontakt 9 auf der Halbleiterschicht 5 und der Vorderseitenkontakt 8 auf der transparenten Substrat schicht 2 angebracht wird. Gemäß der Fig. 3c ist der Vorderseitenkontakt 8 strukturiert und der Rückseiten kontakt 9 ganzflächig ausgebildet, gemäß der Fig. 3d sowohl der Vorderseitenkontakt 8 als auch der Rücksei tenkontakt 9 stukturiert, und gemäß der Fig. 3e sowohl der Vorderseitenkontakt 8 als auch der Rückseitenkon takt 9 ganzflächig ausgebildet.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Halbleiterkörpern (10), die eine transparente Substratschicht (2) aufwei sen, dadurch gekennzeichnet, daß in einen Trägerkörper (1) Vertiefungen (11) eingebracht werden, in denen zu mindest ein Teil der transparenten Substratschicht (2) abgeschieden wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen (11) mittels eines Maskierungspro zesses und eines Ätzprozesses in den Trägerkörper (1) eingebracht werden, wobei die Dimensionen der Vertie fungen(11) durch den Maskierungsprozeß und die Geome trie der Vertiefungen (11) durch den Ätzprozeß bestimmt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dimensionen und die Geometrie der Vertiefungen (11) in Abhängigkeit des zu fertigenden Halbleiterkör pers (10) gewählt werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die transparente Substratschicht (2) mittels der Flüssigphasenepitaxie (LPE) zumindest teilweise in den Vertiefungen (11) abgeschieden wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen (11) durch die transparente Substratschicht (2) nicht vollständig aus gefüllt werden, und daß zumindest ein Teil der weiteren Schichten (3, 4, 5) des Halbleiterkörpers (10) innerhalb der Vertiefungen (11) abgeschieden werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen (11) durch die transparente Substratschicht (2) vollständig ausgefüllt werden, und daß alle weiteren Schichten (3, 4, 5) des Halbleiterkörpers (10) auf der transparenten Substrat schicht (2) oberhalb der Vertiefungen (11) abgeschieden werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Kontaktschicht (6) vor der transparenten Substratschicht (2) in die Vertiefun gen (11) abgeschieden wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß auf die oberste Halbleiterschicht (5) eine zweite Kontaktschicht (7) abgeschieden wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die weiteren Schichten (3-5) des Halbleiterkörpers (10) und die Kontaktschichten (6,7) mittels der Flüssigphasenepitaxie (LPE) abgeschieden werden.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet daß nach dem Abscheiden der letzten Halbleiterschicht des Halbleiterkörpers (10) der Trä gerkörper (1) entfernt wird, Kontaktanschlüsse (8, 9, 12) angebracht werden, und die Halbleiterkörper (10) ver einzelt und in einem Gehäuse (14) montiert werden.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterkörper (10) mit der transparenten Substratschicht (2) am Boden (15) des Gehäuses (14) montiert und mittels des Rückseitenkontakts (9) kontak tiert werden.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß durch den Rückseitenkontakt (9) die gesamte trans parente Substratschicht (2) bedeckt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß durch den Rückseitenkontakt (9) nur ein Teil der transparenten Substratschicht (2) bedeckt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper (10) mit der zur transparenten Substratschicht (2) entgegengesetzt liegenden obersten Halbleiterschicht (5) am Boden (15) des Gehäuses (14) montiert und mittels des Rückseitenkontakts (9) kontak tiert wird.

15. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß durch den Rückseitenkontakt (9) die gesamte oberste Halbleiterschicht (5) bedeckt wird.

16. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß durch den Rückseitenkontakt (9) nur ein Teil der obersten Halbleiterschicht (5) bedeckt wird.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, da durch gekennzeichnet, daß durch den Vorderseitenkontakt (8) die gesamte transparente Schicht (2) bedeckt wird.

18. Verfahren nach einem der Anspüche 14 bis 16, da durch gekennzeichnet, daß durch den Vorderseitenkontakt (8) nur ein Teil der transparenten Schicht (2) bedeckt wird.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18 zur Herstellung von Doppelheterostruktur-Leuchtdioden auf der Basis von Lumineszenz-Halbleiterkörpern (10).

20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß als Halbleiterschichten des Lumineszenz-Halbleiter körpers (10) auf einem Trägerkörper (1) eine transpa rente Substratschicht (2), eine erste Stützschicht (3), eine lichtemittierende, aktive Schicht (4), und eine zweite Stützschicht (5) abgeschieden werden.

21. Verfahren nach Anspuch 20, dadurch gekennzeichnet, daß vor der transparenten Substratschicht (2) und/oder auf der zweiten Stützschicht (5) eine erste und/oder eine zweite Kontaktschicht (6, 7) abgeschieden werden.

22. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 21, da durch gekennzeichnet, daß als Material der Halbleiter schichten (2-7) des Lumineszenz-Halbleiterkörpers (10) Gallium-Aluminium-Arsenid mit unterschiedlicher Alumi nium-Konzentration vorgesehen wird.