EP1256135A1 - Strahlungsemittierendes halbleiterbauelement und verfahren zu dessen herstellung - Google Patents

Strahlungsemittierendes halbleiterbauelement und verfahren zu dessen herstellung

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Publication number
EP1256135A1
EP1256135A1 EP01913666A EP01913666A EP1256135A1 EP 1256135 A1 EP1256135 A1 EP 1256135A1 EP 01913666 A EP01913666 A EP 01913666A EP 01913666 A EP01913666 A EP 01913666A EP 1256135 A1 EP1256135 A1 EP 1256135A1
Authority
EP
European Patent Office
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radiation
semiconductor component
window
component according
main surface
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP01913666A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Dominik Eisert
Volker HÄRLE
Frank Kühn
Manfred Mundbrod
Uwe Strauss
Ulrich Zehnder
Johannes Baur
Ulrich Jacob
Ernst Nirschl
Norbert Linder
Reinhard Sedlmeier
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ams Osram International GmbH
Original Assignee
Osram Opto Semiconductors GmbH
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Filing date
Publication date
Priority claimed from DE10006738A external-priority patent/DE10006738C2/de
Application filed by Osram Opto Semiconductors GmbH filed Critical Osram Opto Semiconductors GmbH
Priority to EP20100177668 priority Critical patent/EP2276075A1/de
Publication of EP1256135A1 publication Critical patent/EP1256135A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H10H20/841—Reflective coatings, e.g. dielectric Bragg reflectors

Definitions

  • the invention relates to a radiation-emitting semiconductor component according to the preamble of patent claims 1, 5, 8 and 42 and to a production method therefor according to the preamble of patent claim 34.
  • the invention relates to a radiation-emitting semiconductor element with a nitride-based active multilayer structure applied on a silicon carbide-based growth substrate.
  • Radiation-emitting semiconductor components of the type mentioned generally have a semiconductor multilayer structure with an active layer which serves to generate radiation and is applied to a radiation-permeable carrier. The radiation is coupled out through the carrier. With this arrangement, however, the radiation yield is severely limited by total reflection of the radiation generated on the carrier surface.
  • the proportion of the total reflected radiation that cannot be decoupled is particularly high due to the orthogonal arrangement of side surfaces and main surfaces of the carrier.
  • An increase in the radiation yield can be achieved in that recesses are formed in the carrier, the side surfaces of which are preferably arranged obliquely to the main surfaces of the carrier.
  • a shape as specified in the priority-based patent application DE 100 067 38.7 is particularly advantageous here.
  • the content of this patent application is expressly made the content of the present patent application.
  • a corresponding component is shown schematically in FIG. 17.
  • the semiconductor component shown has a radiation-permeable window 151, to which a radiation-generating multilayer structure 152 is applied. At least one side surface of the window 151 is designed such that a first partial area 154 runs obliquely, concavely or step-like to the normal of the multilayer structure 152, which is followed by a second area 155 arranged parallel to the normal of the multilayer structure. Furthermore, two contact areas 153a, b are formed on the multilayer structure 152 on the one hand and on the side of the semiconductor component facing away from the multilayer structure 152.
  • the invention is based on the fact that the ratio of the output radiation to the electrical power to be applied is decisive for the efficiency.
  • the decoupled optical power depends on the degree of decoupling. The latter indicates how large the proportion of the outcoupled radiation is in relation to the radiation generated overall.
  • the electrical power is determined by the flowing current and the series resistance of the component. An increase in Efficiency can therefore be achieved in particular by lowering the series resistance and increasing the degree of decoupling.
  • a radiation-emitting semiconductor component with a multilayer structure, an active layer serving to generate radiation within the multilayer structure and a radiation-permeable window with a first main surface and a second main surface opposite the first main surface, at least one in the window Recess is formed to form inclined radiation coupling surfaces and at least one side surface of the window and / or the recess is provided with a contact surface.
  • the contact area preferably also extends over the second main area of the window or partial areas thereof.
  • the current path from the contact area to the active layer is shortened on average and thus advantageously reduces the series resistance of the component.
  • the recess serves to increase the radiation yield.
  • a direct decoupling or a reflection in a direction favoring the decoupling is achieved.
  • Under a recess in the window is both a depression in the second main surface of the window and an edge
  • a second contact surface is preferably provided on the multilayer structure. This will make one Current introduction is ensured near the active layer within the multilayer structure. It is particularly advantageous here to make this contact surface largely radiation-permeable, so that radiation can also be coupled out through the second contact surface. This can be achieved, for example, by correspondingly thin metallizations or suitably transparent, electrically conductive layers.
  • the first contact surface is designed to be reflective.
  • the radiation components that strike the contact area from the inside of the window are not absorbed but reflected back, so that subsequent decoupling is possible.
  • Both a radiation-permeable and a reflective contact surface thus contribute to increasing the radiation yield, since they either directly or indirectly promote the coupling out of the radiation.
  • a radiation-emitting semiconductor component with a multilayer structure, an active layer serving to generate radiation within the multilayer structure and a radiation-permeable window with a first main surface and a second main surface opposite the first main surface, at least in the window a recess is formed to form inclined radiation coupling surfaces.
  • the component has at least one contact surface with a plurality of openings.
  • At least one of the window surfaces is preferably at least partially provided with a first contact area and the multilayer structure is at least partially provided with a second contact area, at least one of the contact areas having a plurality of openings.
  • a plurality of openings can advantageously also be formed in each of the two contact surfaces.
  • contact surfaces referred to below as perforated, have the advantage over thin, radiation-transmissive contact surfaces of higher long-term stability, in particular in a potting compound such as epoxy resin. Furthermore, these perforated contact surfaces can be formed in such a way that they have high transmission in the area of the openings and high reflection in the areas covered with contact material, so that the absorption and thus the radiation loss is advantageously low on these contact areas.
  • Perforated contact areas on the multilayer structure additionally have the advantage that they do not seal the multilayer structure, so that, for example, gases such as hydrogen which get into the multilayer structure during production can diffuse out of the latter. This also reduces the risk of such gases aggregating at the interface between the multilayer structure and the contact area, passivating the contact area and thus increasing the contact or series resistance.
  • the openings in the contact surface or surfaces are preferably circular, square, rectangular, hexagonal or Kereuzschlitzform. These shapes are particularly suitable for a regular arrangement and are technically comparatively simple to manufacture.
  • the openings are preferably arranged tightly packed with the proviso that the intermediate areas of the contact area form an interconnected network and the width of the areas meets the requirements for current conduction in the component. It goes without saying that the shapes mentioned are not to be understood as restricting the invention thereto.
  • the recess is formed in the form of a depression in the second main surface of the window.
  • no change to the enveloping basic window shape is necessary, so that in particular production systems, which are often designed for a specific basic window shape, can continue to be used unchanged.
  • a plurality of depressions can also be formed in the second main surface, as a result of which the radiation yield is further increased.
  • This design is particularly advantageous for large-area semiconductor components, since the ratio of area to circumference increases with increasing chip area and thus more depressions can be arranged in the area than on the circumference.
  • the depression in the second main surface is formed with a triangular, trapezoidal or semicircular cross section (section perpendicular to the second main surface).
  • the cross section can also have the shape of a rectangle with an attached triangle, trapezoid or semicircle.
  • the formation of recesses with at least one side surface that is not orthogonal to the main surfaces is advantageous.
  • the latter applies in particular to side surfaces of the depression which are provided with a reflective contact surface.
  • the depression m of the second main surface of the window is preferably formed in the shape of a trench with one of the cross-sectional shapes mentioned above.
  • Such a deepening can be produced, for example, by inserting the window from the second main surface using a saw blade with a shape edge. If this statement is made in the wafer composite, a large number of windows can advantageously be structured in one production step.
  • the depressions can also be etched in.
  • the recess which increases the radiation yield is formed at the edge of the second main surface and is shaped such that the window tapers to the second main surface.
  • the recess is preferably formed in such a way that the side surfaces of the recess in the vicinity of the multilayer structure have a first partial region which is inclined to the normal of the multilayer structure and which, at a greater distance from the multilayer structure n, merges into a second partial region running parallel to the normal of the multilayer structure.
  • the window is preferably cuboid in the section corresponding to the second region.
  • the radiation yield is advantageously increased by the angled partial area, while the remaining window area has a cuboid basic shape and is thus easy to assemble.
  • the side surfaces of the second partial area are provided with a contact surface.
  • the contact surface can also extend over the first partial region of the side surfaces and is then preferably designed to be reflective, so that the radiation yield is increased by reflection of the radiation generated in the direction of the multilayer structure.
  • the structure described can advantageously be shaped with little production effort, for example by emitting a wafer for separating the semiconductor bodies with a saw blade with a shaped edge and subsequently separating the semiconductor bodies by breaking the wafer.
  • a manufacturing method according to the invention begins with the provision of a window layer, from which the actual window is later manufactured.
  • a semiconductor layer sequence corresponding to the multilayer structure is applied to the window layer.
  • the application is preferably epitaxial or as part of a waver bonding process.
  • the window layer advantageously also represents the epitaxial substrate.
  • the semiconductor layer sequence is first produced on a suitable substrate and then bonded to the window layer. Materials that are not suitable for an epitaxial process can also advantageously be used here as window material.
  • the window layer is structured in a suitable manner to form the recess.
  • the structuring can be carried out, for example, as described by inserting or etching the window layer.
  • the structuring can also be carried out in several, not necessarily successive, steps.
  • the contact areas are applied to the window layer. The contact areas are preferably vapor-deposited or dusted on as contact metallization.
  • the semiconductor components are completed. This includes, in particular, the separation of the composite of window layer and semiconductor layer sequence into a plurality of windows with a multilayer structure thereon. The separation is preferably carried out by inserting and / or breaking the window layer. Additional contact areas, such as contact metallizations, can also be applied to the multilayer structure as part of the completion.
  • Vaporization systems are usually used to form the contact metallization, from which the metal vapor emerges with a certain preferred direction. It is advantageous here to arrange the surface of the window layer to be steamed at an angle to this preferred direction. This results in a precipitation of the metal vapor on the second main surface of the window layer as well as on the side surfaces of the recesses formed by the structuring.
  • the semiconductor layer sequence is first applied to the window layer, then the window layer is structured and finally vapor-deposited to form the contact areas.
  • the window layer is only structured at the end of the manufacturing process, so that the risk of the window layer breaking in the preceding steps is comparatively low.
  • a second advantageous alternative is a method in which the window layer is first structured and provided with contact areas. The semiconductor layer sequence is then applied. Here, higher temperatures can be used to form the contact metallization
  • the structuring of the window layer takes place in two steps.
  • the window layer is first pre-structured as far as is necessary for the formation of the contact surfaces on the side surfaces.
  • the contact areas are subsequently formed, for example by vapor deposition.
  • the semiconductor layer sequence is now applied to the window layer pre-structured and provided with contact surfaces.
  • the window layer is structured.
  • This second structuring step is preferably combined with a separation of the components, for example by saying in the window layer with a form saw blade and then dividing it by breaking.
  • the window layer can also be mounted on a suitable auxiliary support.
  • FIG. 1 shows a schematic sectional illustration of a first exemplary embodiment of a semiconductor component according to the invention
  • FIG. 2 shows a schematic sectional illustration of a second exemplary embodiment of a semiconductor component according to the invention
  • FIG. 3 shows a schematic sectional illustration of a third exemplary embodiment of a semiconductor component according to the invention
  • FIG. 4 shows a schematic sectional illustration of a fourth exemplary embodiment of a semiconductor component according to the invention
  • FIG. 5 shows a schematic sectional illustration of a fifth exemplary embodiment of a semiconductor component according to the invention
  • FIG. 6 shows a schematic sectional illustration of a sixth exemplary embodiment of a semiconductor component according to the invention
  • FIG. 7 shows a schematic sectional illustration of a seventh exemplary embodiment of a semiconductor component according to the invention
  • FIG. 8 shows a schematic sectional illustration of an eighth exemplary embodiment of a semiconductor component according to the invention
  • FIG. 9 shows a schematic sectional illustration of a new exemplary embodiment of a semiconductor component according to the invention
  • FIG. 10 shows a schematic sectional illustration of a tenth exemplary embodiment of a semiconductor component according to the invention
  • FIG. 11 shows a schematic sectional illustration of an eleventh exemplary embodiment of a semiconductor component according to the invention
  • FIG. 12 shows a schematic perspective illustration of a twelfth exemplary embodiment of a semiconductor component according to the invention
  • FIG. 13 shows a schematic illustration of a thirteenth exemplary embodiment of a semiconductor component according to the invention
  • FIG. 14 shows a schematic illustration of a first exemplary embodiment of a manufacturing method according to the invention in five intermediate steps
  • FIG. 15 shows a schematic illustration of a second exemplary embodiment of a manufacturing method according to the invention in six intermediate steps
  • FIG. 16 shows a device for carrying out an intermediate step in the exemplary embodiments of a manufacturing method according to the invention
  • FIG. 17 shows a schematic illustration of a radiation-emitting semiconductor component according to the priority-based patent application DE 100 067 38.7.
  • the exemplary embodiment shown in FIG. 1 has a window 1 with a first main surface 2 and a second main surface 3.
  • the window 1 itself is formed from a cuboid basic shape 7, which is rectangular in section and has recesses 8 on the circumference.
  • the resulting window flanks 10 also correspond to the side surfaces of the recess and have a first partial region 10 a, which is arranged obliquely to the main surfaces 2, 3 of the window and the greater distance from the multilayer structure 4 into a second partial region that is orthogonal to the main surfaces 10 b passes.
  • the window flanks are provided with a contact metallization 11, which also covers the second main surface 3 of the window 1. Due to the contact surface 11 drawn up on the window flank 10 b, the current paths 12 from the active layer to the contact surface 11 are shortened on average and thus the series resistance of the component is advantageously reduced.
  • the radiation is preferably decoupled in the area 10 a of the window flanks.
  • the contact metallization 11 extends beyond the areas 10 a of the window flanks that have been hit. This further shortens the current paths 12 and thus reduces the series resistance. However, the subareas 10 a are no longer available for a direct coupling out of radiation. Therefore, in this exemplary embodiment, the contact metallization 11 is formed in a reflective manner, so that the radiation components emitted by the window are largely reflected again in the direction of the multilayer structure 4 and subsequently coupled out. This is exemplarily based on the Rays 13 a and 13 b clarify. Alternatively, the corresponding contact surfaces can also be perforated.
  • the recess 8 runs as a central depression through the center of the second main surface 3.
  • the contact metallization 11 is formed over the entire surface of the second main surface 3 and the side surfaces of the recess 8. Within the recess 8, the current path 12 to the active layer is shortened and the series resistance of the component is reduced. To increase the radiation yield, the contact metallization can again be formed in a mirror-like manner.
  • FIG. 4 shows a fourth exemplary embodiment, in which the envelope of the first exemplary embodiment is advantageously combined with the central recess of the third exemplary embodiment.
  • the series resistance is advantageously reduced by shortening the current paths 12 as in the third exemplary embodiment, the entire window flank being available for coupling out the radiation.
  • the radiation yield is increased by the radiation components 13 which are laterally reflected out.
  • the contact metallization 11 extends both over the central recess 8 in the second main surface of the window 1 and also over partial areas of the window flanks 10.
  • the series resistance is further reduced in comparison with the fourth exemplary embodiment, this reducing the radiation yield in the field of contact metallization.
  • the fourth or fifth exemplary embodiment may be more advantageous, with the transition between these Exemplary embodiments depending on the extent of the contact metallization on the window flanks is fluent.
  • the increase in the radiation yield by reflection at the central depression 8 m of the second main surface 3 can take place in various ways.
  • One possibility has already been shown in the fourth exemplary embodiment in FIG. 4, beam 13c. If the apex angle of the central depression 8 is increased, this results in an increased reflection n in the direction of the multilayer structure 4 and thus a decoupling through the multilayer structure 4.
  • this exemplary embodiment corresponds to the fourth exemplary embodiment, FIG. 4.
  • the central recess 8 is cut significantly deeper than in FIG. 4 and has a pentagonal cross section, which is composed of a rectangle with a triangle attached.
  • the apex angle of the triangle is larger than in the exemplary embodiment shown in FIG. 4 and causes an increased reflection in the direction of the multilayer structure 4.
  • the deeply cut and completely metallized recess 8 also leads to a particularly large shortening of the current paths 12 due to the proximity of the bottom surface of the recess to the multilayer structure 4.
  • the apex angle of the central recess is chosen to be smaller. This leads to an increased reflection in the direction of the inclined window side surface parts 10a and in connection therewith to an increased coupling-out on the part of the multilayer Structure 4.
  • the second main surface 3 and the multilayer structure 4 are provided with contact surfaces, the contact surface 6 being perforated on the multilayer structure. A particularly high coupling-out of radiation via the side surfaces 10 is thus achieved.
  • the central depression 8 is formed in such a way that it is totally reflected on part of its side surfaces.
  • the side surfaces of the window are partially provided with perforated contact surfaces. Radiation coupling is thus advantageously also possible in the areas of these contact areas, the series resistance being advantageously reduced by reducing the distance between the contact areas 6 and 11.
  • the contact surface also extends over the central recess 8.
  • the central recess is uncovered to reduce the manufacturing outlay, the radiation 13 is totally reflected on the inside of the central recess 8.
  • FIG. 11 shows a further exemplary embodiment which, in contrast to the exemplary embodiments described so far, has two central depressions 8 a, b.
  • the shape of recesses 8 a, b and the contact metallization 11 formed thereon corresponds to that of the sixth exemplary embodiment, although a combination with the other exemplary embodiments shown is of course also possible.
  • the multiple arrangement of depressions in the second main surface 3 is particularly advantageous for large-area semiconductor components, since with a plurality of recesses Both the series resistance of the component and the radiation yield can be reduced or increased over the entire component surface. As far as the stability of the component permits, more than the two depressions 8a, b shown can of course also be formed.
  • window 1 preferably consists of silicon carbide, to which a multilayer structure based on gallium nitride is applied.
  • Silicon carbide is preferably used as an epitaxial substrate for gallium nitrite-based semiconductor components.
  • gallium nitride-based materials GaN itself is derived from or related to GaN, in particular ternary or quaternary mixed crystal systems such as AlGaN (Ali- x Ga x N, O ⁇ x ⁇ l), InGaN (In ⁇ _ x Ga x N, O ⁇ x ⁇ l), InAlN (Ir_ ⁇ - X A1 X N,
  • AlInGaN AlInGaN (Al ⁇ _ x - y Ir_ x Ga y N, O ⁇ x ⁇ l, O ⁇ y ⁇ l).
  • gallium nitride-based components require a substrate largely adapted to gallium nitride lattices, for which silicon carbide is particularly suitable.
  • silicon carbide has a very high refractive index of about 2.7, so that the total reflection losses are correspondingly high or the degree of coupling-out is correspondingly low.
  • the exemplary embodiments shown advantageously increase the radiation yield, in particular because of the side surfaces that are attached.
  • the serial resistance of the component which in principle is increased due to the reduced cross section of the window, is advantageously compensated for in the invention by the contact surfaces which are pulled up at the side, or even reduced further.
  • the formation of reflective, semi-transparent or perforated contact metallizations contributes to a further increase in the radiation yield.
  • the invention is not limited to systems based on gallium nitride, but can also be used with other semiconductor tersystems, such as Galliumarsenid-, Galliumphosphid or Zmkselenid-based materials are used.
  • other semiconductor tersystems such as Galliumarsenid-, Galliumphosphid or Zmkselenid-based materials are used.
  • a considerable part of the radiation generated remains due to total reflection in the multi-layer structure window arrangement and is finally absorbed.
  • the invention is also advantageous for window materials other than those previously mentioned, for example quartz glass, diamond, ITO (indium tm oxide) or materials based on zinc oxide, zinc oxide, indium oxide or gallium phosphide, since as a rule in all of these windows in the Decoupling em transition m optically thinner medium is present, in which total reflection can occur and the degree of decoupling is reduced accordingly.
  • window materials other than those previously mentioned, for example quartz glass, diamond, ITO (indium tm oxide) or materials based on zinc oxide, zinc oxide, indium oxide or gallium phosphide, since as a rule in all of these windows in the Decoupling em transition m optically thinner medium is present, in which total reflection can occur and the degree of decoupling is reduced accordingly.
  • the invention is also advantageous for encapsulated semiconductor bodies or windows which are otherwise provided with a coating, since the coating generally has a lower refractive index, so that the radiation yield due to total reflection is also reduced in this case.
  • a window made of the materials mentioned can be applied to the multilayer structure after the multilayer structure has been produced.
  • this is possible, for example, by detaching the epitaxial substrate after the epitaxy and connecting the window to the multilayer structure in its place using a waver bonding method.
  • FIG. 12 schematically shows five intermediate steps 12 a to 12 c em a first embodiment of a manufacturing method according to the invention.
  • the window layer 20 can be in the form of a silicon carbide substrate, for example.
  • a semiconductor layer sequence 21 is applied to the window layer 20 and in particular contains an active semiconductor layer that generates radiation during operation.
  • the semiconductor layer sequence 21 corresponds to the multilayer structure 4 of a semiconductor component according to the invention.
  • the layer sequence is preferably grown epitaxially or applied by means of a wafer bonding method.
  • An epitaxial process advantageously reduces the number of manufacturing layers, since the epitaxial production of the semiconductor layer sequence 21 also results in the application to the window layer 20.
  • E wafer bonding method has the advantage that materials which are unsuitable for epitaxy but which are otherwise advantageous can also be used for the window layer.
  • the epitaxial substrates used in the production of the semiconductor layer sequence can continue to be used, thus reducing the production costs.
  • the window layer 20 is structured, FIG. 12 b.
  • the window layer 12 is announced at the separation points 24 provided for the later separation.
  • the saw blade has a shape edge which is complementary in cross section to the recess 23 to be formed in the saw area. To form a central deepening, as is the case, for example, in the third exemplary embodiment is shown, only the saw cut between the separation points 24 had to be made.
  • a continuous contact metallization 25 is subsequently formed on the structured window layer 20. This step is explained in more detail below.
  • the combination of semiconductor layer sequences 21 and window layer 20 is separated by breaking at the separation points 24 m individual semiconductor components, the parts of the window layer 20 forming the window 1 and the parts of the semiconductor layer sequence 21 applied thereon forming the multilayer structure 4.
  • FIG. 13 shows a second exemplary embodiment of a manufacturing method according to the invention. Again the method begins with the provision of a window layer 20, FIG. 13 a.
  • the window layer 20 has a first main surface 26, which is provided for the application of a semiconductor layer sequence.
  • the structuring takes place on the second main surface 27 of the window layer.
  • the window layer 20 is pre-structured before the application of the semiconductor layer sequence 21, FIG. 13 b.
  • the window layer 20 on the second main surface 27 is announced at the provided separation points 24, so that a plurality of recesses 23, for example with a rectangular cross section, are created.
  • the depth of cut or the depth of the recesses 23 is selected such that the side surfaces to be provided with a contact surface are exposed.
  • deeper structuring takes place only in a later step of the manufacturing process, so that the mechanical stability of the window layer is initially largely retained.
  • the contact metallization 25 can advantageously be formed at significantly higher temperatures than in the previous exemplary embodiment. This simplifies or enables, for example, sintering of the contact metallization, which also advantageously reduces the series resistance of the component.
  • a semiconductor layer sequence 21, which contains an active layer 24, is applied to the first main surface 26 of the window layer 20. Since the contact metallization 25 has already been formed, in particular sensitive semiconductor structures such as, for example, multiple quantum top structures with small structure thicknesses, which degrade slightly at higher temperatures, can also be formed.
  • the semiconductor layer sequence 21 is also divided into individual multilayer structures 4.
  • an etching method using a known mask technique is suitable for the structuring of the semiconductor layer sequence 21, for example, an etching method using a known mask technique is suitable.
  • FIG. 13 f the composite of window layers and multilayer structure is separated as in the previous exemplary embodiment.
  • FIG. 14 A suitable device for applying a contact metallization is shown in FIG. 14.
  • the device contains a metal vapor source 30, from which metal vapor 32 emerges with a preferred direction.
  • a metal vapor source 30 for example, an electron beam evaporator with a target and an electron beam directed at this target can be used as the metal vapor source 30.
  • a window layer 20 faces the steam source 30 with the surface to be steamed, the surface to be steamed being arranged obliquely to the preferred direction of the metal steam source 32.
  • the metal vapor 32 is thus deposited both on the main surface 27 and on the inside of the recesses 23.
  • the vaporized area within the recesses is essentially determined by shading of protruding edges.
  • the depth to which the metal layer is formed within the recesses 23 thus varies depending on the inclination of the surface to be vaporized against the preferred direction of the vaporization source.
  • FIG. 15 shows a perspective view of a further exemplary embodiment of the invention, the window having window flanks with an inclined region 10a to increase the radiation decoupling.
  • the multilayer structure 4 is provided with a perforated contact surface 6 which has a plurality of circular openings 14.
  • the contact surface itself can be designed, for example, as a thick, reflecting platinum or palladium contact layer, the thickness preferably being between 10 nm and 30 nm.
  • the contact layer 6 can also be shaped thinner so that the contact layer 6 is transparent to radiation.
  • the radiation generated is then advantageously coupled out both through the openings 14 and through the contact layer.
  • 16 shows two top views of an exemplary embodiment of the invention with a perforated contact surface.
  • the openings in the contact layer 6 are circular.
  • the openings can also be formed, for example, in the manner of a cross slot, as shown in FIG.
  • the openings are preferably arranged tightly packed.
  • the cross-slot-like openings in FIG. 16b are arranged such that their mutual distance is not less than the web width a.
  • the diameter or the web width a of the openings 14 is advantageously dimensioned such that the current widening results in a largely homogeneous current density in the active layer.

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Abstract

Die Erfindung beschreibt ein strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement mit einer Mehrschichtstruktur (4), die eine strahlungsemittierende aktive Schicht (5) enthält, und einem strahlungsdurchlässigen Fenster (1), das eine erste Hauptfläche (2) und eine der ersten Hauptfläche (2) gegenüberliegende zweite Hauptfläche (3) aufweist und das mit der ersten Hauptfläche (2) an die Mehrschichtstruktur (4) grenzt. In dem Fenster (1) ist zumindest eine Ausnehmung (8) gebildet, die vorzugsweise als Vertiefung der zweiten Hauptfläche oder als randseitige Abtragung ausgebildet ist. Mindestens eine Seitenfläche des Fensters (1) oder der Ausnehmung (8) ist zumindest teilweise mit einer Kontaktfläche (11) versehen. Alternativ oder kumulativ weist mindestens eine Kontaktfläche des Bauelements eine Mehrzahl von Öffnungen (14) auf.

Description

Beschreibung
Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement und Verfahren zu dessen Herstellung
Die Erfindung betrifft ein Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement nach dem Oberbegriff der Patentansprüche 1,5,8 und 42 sowie ein Herstellungsverfahren hierfür nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 34.
Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Strahlungsemittierendes Halbleiterelement mit einer auf einem Silizium- carbid-basiernden Aufwachssubstrat aufgebrachten Nitrid-ba- sierenden aktiven Mehrschichtstruktur.
Strahlungsemittierende Halbleiterbauelemente der genannten Art weisen in der Regel eine Halbleitermehrschichtstruktur mit einer aktiven, der Strahlungserzeugung dienenden Schicht auf, die auf einen strahlungsdurchlässigen Träger aufgebracht ist. Die Strahlungsauskopplung erfolgt durch den Träger hindurch. Bei dieser Anordnung ist jedoch die Strahlungsausbeute durch Totalreflexion der erzeugten Strahlung an der Trägeroberfläche stark eingeschränkt.
Bei quader- oder qürfelförmigen Trägern ist der Anteil der totalreflektierten, nicht auskoppelfähigen Strahlung aufgrund der orthogonalen Anordnung von Seitenflächen und Hauptflächen des Trägers besonders hoch. Eine Erhöhung der Strahlungsausbeute kann dadurch erzielt werden, daß Ausnehmungen in dem Träger gebildet sind, deren Seitenflächen vorzugsweise schräg zu den Hauptflächen des Trägers angeordnet sind.
Besonders vorteilhaft ist hierbei eine Formgebung, wie sie in der prioritätsbegründenden Patentanmeldung DE 100 067 38.7 angegeben ist. Der Inhalt dieser Patentanmeldung wird ausdrücklich zum Inhalt der vorliegenden Patentanmeldung gemacht . Ein entsprechendes Bauelement ist m Figur 17 schematisch dargestellt. Das gezeigte Halbleiterbauelement weist ein strahlungsdurchlassiges Fenster 151 auf, auf das eine strah- lungserzeugende Mehrschichtstruktur 152 aufgebracht ist. Dabei ist mindestens eine Seitenflache des Fensters 151 so gestaltet, daß em erster Teilbereich 154 schräg, konkav oder stufenartig zur Normale der Mehrschichtstruktur 152 verlauft, an den sich ein zweiter, parallel zur Normale der Mehr- schichtstruktur angeordneter Bereich 155 anschließt. Weiterhin sind auf der Mehrschichtstruktur 152 einerseits und auf der der Mehrschichtstruktur 152 abgewandten Seite des Halb- leiterbauelementes andererseits zwei Kontaktflachen 153a, b ausgebildet .
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement mit verbessertem Wirkungsgrad zu schaffen. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, e Herstellungsverfahren hierfür zu entwickeln. Schließlich ist es Auf- gäbe der Erfindung, e entspechendes optisches Bauelement zu entwickeln .
Diese Aufgabe wird durch em Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement nach Patentanspruch 1,5,8 bzw. 42 sowie em Herstellungsverfahren nach Patentanspruch 34 gelost. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhangigen Ansprüche.
Die Erfindung geht davon aus, daß für den Wirkungsgrades das Verhältnis von auskoppelter Strahlungsleistung zu der hierfür aufzubringenden elektrischen Leistung maßgeblich ist. Die ausgekoppelte optische Leistung hangt neben dem durch das Bauelement fließenden Stom von dem Auskoppelgrad ab. Letzterer gibt an, wie groß der Anteil der ausgekoppelten Strahlung im Verhältnis zur insgesamt erzeugten Strahlung ist. Die elektrische Leistung wird von dem fließenden Strom und dem Serienwiderstand des Bauelements bestimmt. Eine Erhöhung des Wirkungsgrads kann daher insbesondere durch eine Erniedrigung des Serienwiderstands sowie eine Erhöhung des Auskoppelgrads erreicht werden.
Erfindungsgemaß ist in einer ersten Ausfuhrungsform vorgesehen, ein Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement mit einer Mehrschichtstruktur, einer aktiven, der Strahlungserzeugung dienenden Schicht innerhalb der Mehrschichtstruktur und einem strahlungsdurchlassigen Fenster mit einer ersten Hauptflache und einer der ersten Hauptflache gegenüberliegenden zweiten Hauptflache zu bilden, wobei in dem Fenster mindestens eine Ausnehmung zur Bildung schräger Strahlungsauskoppelflachen geformt ist und mindestens eine Seitenflache des Fensters und/oder der Ausnehmung mit einer Kontaktflache versehen ist. Vorzugsweise erstreckt sich die Kontaktflache auch über die zweite Hauptflache des Fensters oder Teilbereiche hiervon.
Mit dieser Anordnung der Kontaktflache wird der Strompfad von der Kontaktflache zur aktiven Schicht im Mittel verkürzt und so vorteilhafterweise der Serienwiderstand des Bauelements reduziert .
Die Ausnehmung dient bei der Erfindung der Erhöhung der Strahlungsausbeute. Insbesondere durch Seitenflachen, die zu den Fensterhauptflachen schräg stehen, wird dabei entweder eine unmittelbare Auskoppelung oder eine Reflexion in eine die Auskopplung begünstigende Richtung erzielt. Unter einer Ausnehmung in dem Fenster ist sowohl eine Vertiefung in der zweiten Hauptflache des Fensters als auch eine randseitige
Abtragung des Fensters, wie beispielsweise in Figur 15 dargestellt, zu verstehen. Bei einer randseitigen Abtragung fallen teilweise die Seitenflachen des Fensters und der Ausnehmung zusammen.
Vorzugsweise ist bei der Erfindung eine zweite Kontaktfläche auf der Mehrschichtstruktur vorgesehen. Dadurch wird eine Stromeinleitung nahe der aktiven Schicht innerhalb der Mehrschichtstruktur gewahrleistet. Besonders vorteilhaft ist es hierbei, diese Kontaktflache weitgehend strahlungsdurchlassig auszubilden, so daß eine Strahlungsauskopplung auch durch die zweite Kontaktflache hindurch möglich ist. Dies kann beispielsweise durch entsprechend dünne Metallisierungen oder geeignet transparente, elektrisch leitfahige Schichten erreicht werden.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist die erste Kontaktflache spiegelnd ausgeführt. Dadurch werden die Strahlungsanteile, die aus dem Inneren des Fensters auf die Kontaktflache auftreffen, nicht absorbiert, sondern zurück reflektiert, so daß eine nachfolgende Auskopplung möglich ist. Sowohl eine strahlungsdurchlassige wie eine spiegelnde Kontaktflache tragen somit zur Erhöhung der Strahlungsausbeute bei, da sie entweder unmittelbar oder mittelbar die Auskopplung der Strahlung begünstigen.
Bei einer zweiten Ausfuhrungsform der Erfindung ist vorgesehen, ein Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement mit einer Mehrschichtstruktur, einer aktiven, der Strahlungserzeugung dienenden Schicht innerhalb der Mehrschichtstruktur und einem strahlungsdurchlassigen Fenster mit einer ersten Hauptflache und einer der ersten Hauptflache gegenüberliegenden zweiten Hauptflache zu bilden, wobei in dem Fenster mindestens eine Ausnehmung zur Bildung schräger Strahlungsauskoppelflachen geformt ist. Dabei weist das Bauelement mindestens eine Kontaktflache mit einer Mehrzahl von Offnungen auf.
Bevorzugt ist dabei mindestens eine der Fensteroberflachen zumindest teilweise mit einer erste Kontaktflache und die Mehrschichtstruktur zumindest teilweise mit einer zweiten Kontaktflache versehen, wobei zumindest eine der Kontaktflachen eine Mehrzahl von Offnungen aufweist. Vorteilhafterweise kann auch m beiden Kontaktflachen jeweils eine Mehrzahl von Offnungen gebildet sein.
Diese, im folgenden als perforiert bezeichneten Kontaktfla- chen weisen gegenüber dünnen, strahlungsdurchlassigen Kontaktflachen den Vorteil einer höheren Langzeitstabilitat , insbesondere m einer Vergußmasse wie beispielsweise Epoxidharz, auf. Ferner können diese perforierten Kontaktflachen so gebildet werden, daß sie im Bereich der Offnungen eine hohe Transmission und in den mit Kontaktmaterial belegten Bereichen eine hohe Reflexion aufweisen, so daß an diesen Kontaktflachen die Absorption und damit der Strahlungsverlust vorteilhaft gering ist.
Perforierte Kontaktflachen auf der Mehrschichtstruktur weisen zusatzlich den Vorteil auf, daß sie die Mehrschichtstruktur nicht versiegeln, so daß beispielsweise Gase wie Wasserstoff, die bei der Herstellung in die Mehrschichtstruktur gelangen, aus dieser herausdiffundieren können. Dadurch wird auch die Gefahr verringert, daß solche Gase an der Grenzflache zwischen Mehrschichtstruktur und Kontaktflache aggregieren, die Kontaktflache passivieren und so den Kontakt- bzw. Serienwiderstand erhohen.
Vorzugsweise sind die Offnungen in der bzw. den Kontaktflachen kreisförmig, quadratisch, rechteckig, sechseckig oder kereuzschlitzformig gebildet. Diese Formen eignen sich insbesondere für eine regelmäßige Anordnung und sich technisch vergleichsweise einfach herstellbar. Vorzugsweise sind die Offnungen dicht gepackt angordnet mit der Maßgabe, daß die dazwischenliegenden Bereiche der Kontaktflache em zusammenhangendes Netz bilden und die Breite der Bereiche den Anforderungen zur Stomemleitung m das Bauelement genügt. Selbst- verstandlich sind die genannten Formgebungen nicht als Be- schrankung der Erfindung hierauf zu verstehen. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung m beiden Ausfuhrungsformen ist die Ausnehmung m Form einer Vertiefung m der zweiten Hauptflache des Fensters gebildet. Mit Vorteil ist dabei keine Änderung der einhüllenden Fenstergrundform erforderlich, so daß insbesondere Produktionsanlage, die oftmals für eine bestimmte Fenstergrundform ausgelegt sind, unverändert weiterverwendet werden können. Weiterhin kann auch eine Mehrzahl von Vertiefungen in der zweiten Hauptflache ausgebildet se n, wodurch die Strahlungsausbeute weiter er- höht wird. Diese Gestaltung ist insbesondere von Vorteil für großflächige Halbleiterbauelemente, da mit steigender Chipflache das Verhältnis von Flache zu Umfang steigt und somit mehr Vertiefungen m der Flache als umfangseitig angeordnet werden können.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist die Vertiefung in der zweiten Hauptflache mit einem dreieckigen, trapezförmigen oder halbkreisförmigen Querschnitt (Schnitt senkrecht zur 2. Hauptflache) ausgebildet. Weitergehend kann der Querschnitt auch die Form eines Rechtecks mit einem angesetzten Dreieck, Trapez oder Halbkreis aufweisen. Allgemein ist die Ausbildung von Ausnehmungen mit mindestens einer nicht orthogonal zu den Hauptflachen angeordneten Seitenflache vorteilhaft.
Je nach konkreter Ausfuhrungsform wird dadurch der Einfallswinkel der erzeugten Strahlung zur Seitenflachennormale und damit der Anteil der total reflektierten Strahlung erniedrigt oder eine Reflexion m Richtung der Fensterflanken bewirkt, so daß eine unmittelbare Auskopplung oder zumindest eine Auskopplung nach weiteren Reflexionen stattfinden kann. Letzteres trifft insbesondere für Seitenflächen der Vertiefung zu, die mit einer spiegelnden Kontaktflache versehen sind.
Vorzugsweise ist die Vertiefung m der zweiten Hauptflache des Fensters n Form eines Grabens mit einer der oben genannten Querschnittsformen ausgebildet. Eine solche Vertiefung ist beispielsweise durch Einsagen des Fensters von der zweiten Hauptflache aus unter Verwendung eines Sageblattes mit Formrand herstellbar. Erfolgt dieses Einsagen im Waferver- bund, so können vorteilhafterweise in einem Herstellungs- schritt eine Vielzahl von Fenstern strukturiert werden.
Alternativ können die Vertiefungen auch eingeatzt werden. Bei dieser Ausfuhrungsform können insbesondere auch räumlich isolierte, allseitig berandete Vertiefungsformen gebildet wer- den. Mit Vorteil ist auch hier im Waferverbund die Strukturierung einer Vielzahl von Fenstern in einem Herstellungs- schritt möglich.
Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist die die Strahlungsausbeute erhöhende Ausnehmung am Rand der zweiten Hauptflache gebildet und so geformt, daß sich das Fenster zur zweiten Hauptflache hm verjungt. Bevorzugt ist die Ausnehmung so gebildet, daß die Seitenflachen der Ausnehmung in der Nahe der Mehrschichtstruktur einen zur Normale der Mehrschichtstruktur schräg stehenden ersten Teilbereich aufweisen, der in größerer Entfernung zur Mehrschichtstruktur n einen parallel zur Normalen der Mehrschichtstruktur verlaufenden zweiten Teilbereich übergeht.
Vorzugsweise ist das Fenster in dem den zweiten Bereich entsprechenden Abschnitt quaderformig gebildet. Vorteilhafterweise wird durch den angeschragten Teilbereich die Strahlungsausbeute erhöht, wahrend der verbleibende Fensterbereich eine quaderformige Grundform aufweist und so leicht zu mon- tieren ist. Hierbei sind insbesondere die Seitenflächen den zweiten Teilbereiches mit einer Kontaktflache versehen. Die Kontaktflache kann sich auch über den ersten Teilbereich der Seitenflachen erstrecken und ist dann vorzugsweise spiegelnd ausgebildet, so daß durch Reflexion der erzeugten Strahlung Richtung der Mehrschichtstruktur die Strahlungsausbeute erhöht wird. Mit Vorteil kann die beschriebene Struktur mit geringem Herstellungsaufwand geformt werden, indem beispielsweise em Wafer zur Vereinzelung der Halbleiterkorper mit einem Sageblatt mit Formrand eingesagt und nachfolgend die Halbleiterkorper durch Brechen des Wafers vereinzelt werden. Um die Vereinzelung durch Brechen zu erleichtern, ist em vorheriges Einsagen des Wafers zweckmäßig. Bei Verwendung eines geeigneten Sageblatts mit Formrand kann dabei zugleich die beschriebene Fensterform herausgebildet werden. Weitere vorteilhafte Aus- gestaltungen hierzu sind in DE 100 067 38.7 angegeben, auf die sich die vorliegende Erfindung insbesondere bezieht.
Em erfmdungsgemaßes Herstellungsverfahren beginnt mit der Bereitstellung einer Fensterschicht, aus der spater das ei- gentliche Fenster gefertigt wird.
Auf die Fensterschicht wird eine der Mehrschichtstruktur entsprechende Halbleiterschichtenfolge aufgebracht. Die Aufbringung erfolgt vorzugsweise epitaktisch oder im Rahmen eines Waverbondmg-Verfahrens. Bei der Epitaxie stellt die Fensterschicht vorteilhafterweise zugleich das Epitaxiesubstrat dar. Bei einem Waferbondmg-Verfahren wird die Halbleiterschichtenfolge zunächst auf einem geeigneten Substrat hergestellt und nachfolgend auf die Fensterschicht gebondet. Mit Vorteil können hier als Fenstermaterial auch Materialien eingesetzt werden, die nicht für em Epitaxieverfahren geeignet sind.
In einem weiteren Schritt wird die Fensterschicht zur Ausbildung der Ausnehmung in geeigneter Weise strukturiert. Die Strukturierung kann beispielsweise wie beschrieben durch Einsagen oder Atzen der Fensterschicht erfolgen. Die Strukturierung kann auch in mehreren, nicht notwendigerweise aufeinanderfolgenden Schritten durchgeführt werden. So ist es hinsichtlich der mechanischen Bruchstabilitat der Fensterschicht vorteilhaft, die Fensterschicht zunächst vorzustruktuπeren und erst m einem spateren Stadium des Herstellungsverfahrens die endgültige Strukturierung vorzunehmen. In einem weiteren Schritt werden die Kontaktflachen auf die Fensterschicht aufgebracht. Die Kontaktflachen werden vorzugsweise als Kontaktmetallisierung aufgedampft oder aufge- staubt.
Abschließend werden die Halbleiterbauelemente fertiggestellt. Dies umfaßt insbesondere die Vereinzelung des Verbunds aus Fensterschicht und Halbleiterschichtenfolge in eine Mehrzahl von Fenstern mit darauf befindlicher Mehrschichtstruktur. Die Vereinzelung erfolgt vorzugsweise durch Einsagen und/oder Brechen der Fensterschicht. Im Rahmen der Fertigstellung können auch noch zusatzliche Kontaktflachen wie beispielsweise Kontaktmetallisierungen auf der Mehrschichtstruktur aufge- bracht werden.
Zur Ausbildung der Kontaktmetallisierung werden üblicherweise Bedampfungsanlagen verwendet, aus denen der Metalldampf mit einer gewissen Vorzugsrichtung austritt. Hierbei ist es vor- teilhaft, die zu bedampfende Flache der Fensterschicht schräg zu dieser Vorzugsrichtung anzuordnen. Damit wird em Niederschlag des Metalldampfes auf der zweiten Hauptflache der Fensterschicht wie auch auf den durch die Strukturierung gebildeten Seitenflachen der Ausnehmungen erreicht.
Hinsichtlich der Abfolge der beschriebenen Herstellungs- schritte zeichnen sich drei nachfolgend beschriebene Alternativen durch besondere Vorteile aus:
Bei der ersten vorteilhaften Alternative wird auf die Fensterschicht zunächst die Halbleiterschichtenfolge aufgebracht, nachfolgend die Fensterschicht strukturiert und abschließend zur Ausbildung der Kontaktflachen bedampft. Insbesondere bei der epitaktischen Herstellung der Halbleiter- schichtenfolge können hierzu bestehende Fertigungsvorrichtungen unverändert verwendet werden, da sich bei der Epitaxie die Fensterschicht noch nicht von Fensterschichten nach dem Stand der Technik unterscheidet. Zudem wird die Fensterschicht erst am Ende des Herstellungsverfahrens strukturiert, so daß die Gefahr eines Bruches der Fensterschicht bei den vorangehenden Schritten vergleichsweise gering ist.
Eine zweite vorteilhafte Alternative stellt ein Verfahren dar, bei dem die Fensterschicht zunächst strukturiert und mit Kontaktflachen versehen wird. Nachfolgend wird die Halblei- terschichtenfolge aufgebracht. Hierbei können zur Ausbildung der Kontaktmetallisierung höhere Temperaturen, wie sie zur
Sinterung bestimmter Kontaktmetallisierungen notig sind, angewendet werden. Diese Temperaturen sind in der Regel so hoch, daß die Halbleiterschichtenfolge dabei beschädigt wurde. Durch die Ausbildung der Kontaktmetallisierung am Be- ginn des Herstellungsverfahrens wird daher eine solche Beschädigung vermieden.
Bei einer dritten vorteilhaften Alternative des Herstellungsverfahrens findet die Strukturierung der Fensterschicht in zwei Schritten statt. Dazu wird zunächst die Fensterschicht soweit vorstrukturiert, wie es für die Ausbildung der Kontaktflachen auf den Seitenflachen erforderlich ist. Nachfolgend werden die Kontaktflachen, beispielsweise durch Bedampfen, ausgebildet. Auf die so vorstrukturierte und mit Kon- taktflachen versehene Fensterschicht wird nun die Halbleiterschichtenfolge aufgebracht. Abschließend erfolgt die End- strukturierung der Fensterschicht. Vorzugsweise wird dieser zweite Strukturierungsschritt mit einer Vereinzelung der Bauelemente verbunden, indem beispielsweise die Fensterschicht mit einem Formsageblatt eingesagt und dann durch Brechen zerteilt wird. Um die Bruchgefahr der strukturierten Fensterschicht zum mindern, kann die Fensterschicht auch auf einen geeigneten Hilfstrager montiert werden.
Weitere Merkmale, Vorzuge und Zweckmäßigkeiten der Erfindung werden nachfolgend anhand von Ausfuhrungsbeispielen in Verbindung mit den Figuren 1 bis 16 erläutert. Es zeigen :
Figur 1 eine schematische Schnittdarstellung eines ersten Ausfuhrungsbeispiels eines erf dungsgemaßen Halbleiterbau- elementes,
Figur 2 eine schematische Schnittdarstellung eines zweiten Ausfuhrungsbeispieles eines erfmdungsgemaßen Halbleiterbau- elementes,
Figur 3 eine schematische Schnittdarstellung eines dritten Ausfuhrungsbeispieles eines erfmdungsgemaßen Halbleiterbau- elementes
Figur 4 eine schematische Schnittdarstellung eines vierten Ausfuhrungsbeispieles eines erf dungsgemaßen Halbleiterbau- elementes
Figur 5 eine schematische Schnittdarstellung eines fünften Ausfuhrungsbeispieles eines erf dungsgemaßen Halbleiterbau- elementes
Figur 6 eine schematische Schnittdarstellung eines sechsten Ausfuhrungsbeispieles eines erf dungsgemaßen Halbleiterbauelementes
Figur 7 eine schematische Schnittdarstellung eines siebten Ausfuhrungsbeispieles eines erfmdungsgemaßen Halbleiterbau- elementes
Figur 8 eine schematische Schnittdarstellung eines achten Ausfuhrungsbeispieles eines erf dungsgemaßen Halbleiterbau- elementes Figur 9 eine schematische Schnittdarstellung eines neuten Ausfuhrungsbeispieles eines erfmdungsgemaßen Halbleiterbau- elementes
Figur 10 eine schematische Schnittdarstellung eines zehnten Ausfuhrungsbeispieles eines erfmdungsgemaßen Halbleiterbau- elementes
Figur 11 eine schematische Schnittdarstellung eines elften Ausfuhrungsbeispieles eines erfmdungsgemaßen Halbleiterbau- elementes
Figur 12 eine schematische perspektivische Darstellung eines zwölften Ausfuhrungsbeispiels eines erfmdungsgemaßen Halbleiterbauelements,
Figur 13 eine schematische Darstellung eines dreizehnten Ausfuhrungsbeispiels eines erfmdungsgemaßen Halbleiterbauele- ments,
Figur 14 eine schematische Darstellung eines ersten Ausfuhrungsbeispiels eines erfmdungsgemaßen Herstellungsverfahrens in fünf Zwischenschritten,
Figur 15 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausfuhrungsbeispiels eines erfmdungsgemaßen Herstellungsverfahrens in sechs Zwischenschritten,
Figur 16 eine Vorrichtung zur Durchfuhrung eines Zwischenschrittes bei den Ausfuhrungsbeispielen eines erfmdungsgemaßen Herstellungsverfahrens und
Figur 17 eine schematische Darstellung eines strahlungsemit- tierenden Halbleiterbauelementes nach der prioritatsbegrundenden Patentanmeldung DE 100 067 38.7. Das in Figur 1 gezeigte Ausfuhrungsbeispiel weist em Fenster 1 mit einer ersten Hauptflache 2 und einer zweiten Hauptflache 3 auf. Auf die erste Hauptflache 2 ist eine Mehrschichtstruktur 4 mit einer aktiven, im Betrieb strahlungsemittie- renden Schicht 5 aufgebracht, die von einer Kontaktmetallisierung 6 bedeckt wird.
Das Fenster 1 selbst ist aus einer quaderformigen, im Schnitt rechteckigen Grundform 7 gebildet, die umfangsseitig Ausneh- mungen 8 aufweist. Die so entstehenden Fensterflanken 10 entsprechen auch den Seitenflachen der Ausnehmung und weisen einen ersten Teilbereich 10 a auf, der schräg zu den Hauptflachen 2, 3 des Fensters angeordnet ist und der m größerer Entfernung von der Mehrschichtstruktur 4 in einen zweiten, zu den Hauptflachen orthogonalen Teilbereich 10 b übergeht.
In diesem zweiten Teilbereich 10 b sind die Fensterflanken mit einer Kontaktmetallisierung 11 versehen, die auch die zweite Hauptflache 3 des Fensters 1 bedeckt. Durch die an der Fensterflanke 10 b hochgezogene Kontaktflache 11 werden die Stromwege 12 von der aktiven Schicht zur Kontaktflache 11 im Mittel verkürzt und somit der Serienwiderstand des Bauelementes vorteilhaft gesenkt. Die Auskopplung der Strahlung erfolg vorzugsweise im angeschragten Bereich 10 a der Fensterflan- ken .
Bei dem m Figur 2 gezeigten Ausfuhrungsbeispiel erstreckt sich die Kontaktmetallisierung 11 bis über die angeschragten Teilbereiche 10 a der Fensterflanken. Damit wird eine weitere Verkürzung der Stromwege 12 und somit eine Reduktion des Serienwiderstands erreicht. Allerdings stehen nun die Teilbereiche 10 a nicht mehr für eine direkte Strahlungsauskopplung zur Verfugung. Daher ist bei diesem Ausfuhrungsbeispiel die Kontaktmetallisierung 11 spiegelnd ausgeformt, so daß die m das Fenster emittierten Strahlungsanteile größtenteils wieder in Richtung der Mehrschichtstruktur 4 reflektiert und nachfolgend ausgekoppelt werden. Dies ist exemplarisch anhand der Strahlen 13 a und 13 b verdeutlicht. Alternativ können die entsprechenden Kontaktflachen auch perforiert werden.
Bei dem in Figur 3 dargestellten dritten Ausfuhrungsbeispiel verlauft im Unterschied zu den vorangehend beschriebenen Ausfuhrungsbeispielen die Ausnehmung 8 als zentrale Vertiefung durch das Zentrum der zweiten Hauptflache 3. Die Kontaktmetallisierung 11 ist vollflachig über die zweite Hauptflache 3 und die Seitenflachen der Vertiefung 8 ausgebildet. Innerhalb der Vertiefung 8 wird so der Stromweg 12 zur aktiven Schicht verkürzt und der Serienwiderstand des Bauelementes reduziert. Zur Erhöhung der Strahlungsausbeute kann die Kontaktmetallisierung wieder spiegelnd gebildet sein.
In Figur 4 ist ein viertes Ausfuhrungsbeispiel gezeigt, bei dem die einhüllende des ersten Ausfuhrungsbeispiels vorteilhaft mit der zentralen Vertiefung des dritten Ausfuhrungsbeispiels kombiniert ist. Mit Vorteil wird so der Serienwiderstand durch die Verkürzung der Stromwege 12 wie bei dem drit- ten Ausfuhrungsbeispiel gesenkt, wobei zugleich die gesamte Fensterflanke zur Auskopplung der Strahlung zur Verfugung steht. Zusatzlich wird aufgrund der zentralen Vertiefung 8 mit spiegelnder Kontaktmetallisierung 11 die Strahlungsausbeute durch die seitlich herausreflektierten Strahlungsan- teile 13 erhöht.
Bei dem in Figur 5 dargestellten fünften Ausfuhrungsbeispiel erstreckt sich die Kontaktmetallisierung 11 sowohl über die zentrale Vertiefung 8 in der zweiten Hauptflache des Fensters 1 wie auch über Teilbereiche der Fensterflanken 10. Gegenüber dem vierten Ausfuhrungsbeispiel wird so der Serienwiderstand weiter gesenkt, wobei dies eine verminderte Strahlungsausbeute im Bereich der Kontaktmetallisierung mit sich bringt. Je nach Gewichtung der Parameter Serienwiderstand und Strah- lungsausbeute kann das vierte oder das fünfte Ausfuhrungsbeispiel vorteilhafter sein, wobei der Übergang zwischen diesen Ausfuhrungsbeispielen j e nach Umfang der Kontaktmetallisierung auf den Fensterflanken fließend ist.
Die Erhöhung der Strahlungsausbeute durch Reflexion an der zentralen Vertiefung 8 m der zweiten Hauptflache 3 kann auf verschiedene Art und Weise stattfinden. Eine Möglichkeit wurde bereits im Rahmen des vierten Ausfuhrungsbeispieles in Figur 4, Strahl 13 c gezeigt. Wird der Scheitelwinkel der zentralen Vertiefung 8 vergrößert, so hat dies eine vermehrte Reflexion n Richtung der Mehrschichtstruktur 4 und somit eine Auskopplung durch die Mehrschichtstruktur 4 zur Folge.
Dies ist in dem sechsten Ausfuhrungsbeispiel in Figur 6 anhand des Strahles 13 d schematisch dargestellt. Abgesehen von der zentralen Vertiefung 8 entspricht dieses Ausfuhrungsbeispiel dem vierten Ausfuhrungsbeispiel, Figur 4. Die zentrale Vertiefung 8 hingegen ist deutlich tiefer als in Figur 4 eingeschnitten und weist einen fünfeckigen Querschnitt auf, der sich aus einem Rechteck mit angefugtem Dreieck zusammensetzt. Der Scheitelwinkel des Dreieckes ist dabei großer als bei dem m Figur 4 dargestellten Ausfuhrungsbeispiel und bewirkt eine vermehrte Reflexion in Richtung der Mehrschichtstruktur 4. Hierbei ist es vorteihaft, die Kontaktflache 6 auf der Mehrschichtstruktur perforiert auszubilden und so den Auskopplung durch diese Kontaktflache zu vergrößern.
Die tief eingeschnittene und vollständig metallisierte Ausnehmung 8 fuhrt zudem aufgrund der Nahe der Bodenflache der Ausnehmung zur Mehrschichtstruktur 4 zu einer besonders gro- ßen Verkürzung der Stromwege 12.
Bei dem in Figur 7 dargestellten siebten Ausfuhrungsbeispiel ist im Unterschied zu dem sechsten Ausfuhrungsbeispiel der Scheitelwinkel der zentralen Ausnehmung kleiner gewählt. Die fuhrt zu einer vermehrten Reflexion m Richtung der schragge- stellten Fensterseitenflachenteile 10a und in Verbindung damit zu einer erhöhten Auskopplung auf Seiten der Mehrschicht- Struktur 4. Auch hier ist es vorteilhaft, die Kontaktflache 6 auf der Mehrschichtstruktur 4 perforiert auszubilden. Verschiedene Strahlwege sind schematisch anhand der Strahlen 13 dargestellt .
Bei dem in Figur 8 gezeigten achten Ausfuhrungsbeispiel ist im Unterschied zu den bisherigen Ausfuhrungsbeispielen nur die zweite Hauptflache 3 und die Mehrschichtstruktur 4 mit Kontaktflachen versehen, wobei die Kontaktflache 6 auf der Mehrschichtstruktur perforiert ausgebildet ist. Damit wird eine besonders hohe Strahlungsauskopplung über die Seitenflächen 10 erreicht. Die zentrale Vertiefung 8 ist so gebildet, daß an einem Teil ihrer Seitenflachen totalreflektiert wird.
Bei den in Figur 9 und 10 gezeigten Ausfuhrungsbeispielen sind die Seitenflachen des Fensters teilweise mit perforierten Kontaktflachen versehen. Damit ist auch in den Bereichen dieser Kontaktflachen mit Vorteil eine Strahlungsauskopplung möglich, wobei durch die Verringerung des Abstands zwischen den Kontaktflachen 6 und 11 der Serienwiderstand vorteilhaft verringert ist. Bei dem in Figur 9 gezeigten Ausführungsbeispiel erstreckt sich die Kontaktflache auch über die zentrale Ausnehmung 8. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 10 hingegen ist zur Verringerung des Herstellungsaufwands die zen- trale Ausnehmung unbedeckt, die Strahlung 13 wird an der Innenseite der zentralen Ausnehmung 8 totalreflektiert.
In Figur 11 ist em weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, das im Unterschied zu den bisher beschriebenen Ausfuhrungs- beispielen zwei zentrale Vertiefungen 8 a, b aufweist. Die
Ausnehmungen 8 a, b und die darauf ausgebildete Kontaktmetallisierung 11 entspricht in ihrer Form dem sechsten Ausfuhrungsbeispiel, wobei selbstverständlich eine Kombination mit den anderen gezeigten Ausfuhrungsbeispielen ebenfalls möglich ist. Die mehrfache Anordnung von Vertiefungen in der zweiten Hauptflache 3 ist insbesondere für großflächige Halbleiter- bauelemente vorteilhaft, da mit einer Mehrzahl von Ausnehmun- gen sowohl der Serienwiderstand des Bauelementes als auch die Strahlungsausbeute über die gesamte Bauelementflache gesenkt bzw. erhöht werden kann. Soweit es die Stabilität des Bauelementes zulaßt, können selbstverständlich auch mehr als die gezeigten zwei Vertiefungen 8a, b gebildet werden.
Vorzugsweise besteht bei den Ausfuhrungsbeispielen das Fenster 1 aus Siliciumcarbid, auf das eine Galliumnitrid-basie- rende Mehrschichtstruktur aufgebracht ist. Siliciumcarbid wird bevorzugt als Epitaxiesubstrat für Galliumnitrit-basie- rende Halbleiterbauelemente verwendet. Unter Galliumnitrid- basierenden Materialien sind dabei neben GaN selbst von GaN abgeleitete oder damit verwandte Materialien, insbesondere ternare oder quaternare Mischkristallsysteme wie AlGaN (Ali- xGaxN, O≤x≤l), InGaN (Inι_xGaxN, O≤x≤l), InAlN (Ir_ι-XA1XN,
O≤x≤l) und AlInGaN (Alι_x-yIr_xGayN, O≤x≤l, O≤y≤l) zu verstehen.
Die epitaktische Herstellung solcher Galliumnitrid-basieren- der Bauelemente erfordert ein weitgehend an Galliumnitrid- Gitter angepaßtes Substrat, wofür sich Siliciumcarbid besonders eignet .
Allerdings weist Siliciumcarbid einen sehr hohen Brechungsindex von etwa 2,7 auf, so daß die Totalreflexionsverluste ent- sprechend hoch bzw. der Auskoppelgrad entsprechend gering ist. Die gezeigten Ausfuhrungsbeispiele erhohen insbesondere aufgrund der angeschragten Seitenflachen mit Vorteil die Strahlungsausbeute. Der durch den reduzierten Querschnitt des Fensters prinzipiell vergrößerte serielle Widerstand des Bau- elementes wird bei der Erfindung vorteilhafterweise durch die seitlich hochgezogenen Kontaktflachen kompensiert bzw. sogar daruberhinaus erniedrigt. Die Ausbildung spiegelnder, semitransparenter oder perforierter Kontaktmetallisierungen tragt zu einer weiteren Erhöhung der Strahlungsausbeute bei.
Die Erfindung ist jedoch nicht auf Galliumnitrid-basierende Systeme beschrankt, sondern kann ebenso bei anderen Halblei- tersystemen, wie beispielsweise Galliumarsenid-, Galliumphos- phid oder Zmkselenid-basierenden Materialien angewandt werden. Auch hier verbleibt em erheblicher Teil der erzeugten Strahlung aufgrund von Totalreflexion m der Mehrschicht- struktur-Fenster-Anordnung und wird schließlich absorbiert.
Ebenso ist die Erfindung auch für andere als die bisher genannten Fenstermaterialien, beispielsweise Quarzglas, Diamant, ITO (Indium tm oxide) oder auf Zmkoxid, Zmnoxid, In- diumoxid oder Galliumphosphid-basierende Materialien vorteilhaft, da in der Regel bei all diesen Fenstern bei der Auskopplung em Übergang m em optisch dünneres Medium vorliegt, bei dem Totalreflexion auftreten kann und der Auskoppelgrad dementsprechend reduziert ist.
Weiterhin ist die Erfindung auch für vergossene oder anderweitig mit einer Umhüllung versehene Halbleiterkorper bzw. Fenster vorteilhaft, da die Umhüllung in der Regel einen niedrigeren Brechungsindex aufweist, so daß auch in diesem Fall die Strahlungsausbeute durch Totalreflexion vermindert wird.
Em Fenster aus den genannten Materialien kann nach der Herstellung der Mehrschichtstruktur auf die Mehrschichtstruktur aufgebracht werden. Bei einer epitaktischen Herstellung der Mehrschichtstruktur ist dies beispielsweise dadurch möglich, daß nach der Epitaxie das Epitaxiesubstrat abgelost und das Fenster an dessen Stelle mittels eines Waverbondmg-Verfahrens mit der Mehrschichtstruktur verbunden wird.
Alternativ kann das Fenster auch auf die epitaktisch hergestellte Halbleiteroberflache aufgebracht und danach das Epitaxiesubstrat abgelost werden. Diese Vorgehensweise besitzt den Vorteil, daß das Epitaxiesubstrat weiter verwendet werden kann, was insbesondere bei teuren Materialien hier beispielsweise Siliciumcarbid-Substraten zu einem deutlichen Kosten- vorteil fuhrt. In Figur 12 ist anhand von fünf Zwischenschritten 12 a bis 12 c em erstes Ausführungsbeispiel eines erfmdungsgemaßen Herstellungsverfahrens schematisch dargestellt.
Zunächst wird eine Fensterschicht 20, aus der spater das Fenster 1 gefertigt wird, bereitgestellt, Figur 12 a. Die Fensterschicht 20 kann beispielsweise m Form eines Siliciumcar- bid-Substrates vorliegen.
Auf die Fensterschicht 20 wird eine Halbleiterschichtenfolge 21 aufgebracht, die insbesondere eine aktive, im Betrieb Strahlungserzeugende Halbleiterschicht enthalt. Die Halbleiterschichtenfolge 21 entspricht dabei der Mehrschichtstruktur 4 eines erfmdungsgemaßen Halbleiterbauelementes. Die Schichtenfolge wird vorzugsweise epitaktisch aufgewachsen oder mittels eines Waferbondmg-Verfahrens aufgebracht. Em Epitaxieverfahren reduziert vorteilhafterweise die Anzahl der Her- stellungsschπtte, da mit der epitaktischen Herstellung der Halbleiterschichtenfolge 21 auch bereits die Aufbringung auf die Fensterschicht 20 erfolgt. E Waferbondmg-Verfahren hingegen besitzt den Vorteil, daß auch zur Epitaxie ungeeignete, aber ansonsten vorteilhafte Materialien für die Fensterschicht verwendet werden können. Zudem können die bei der Herstellung der Halbleiterschichtenfolge verwendeten Epitaxiesubstrate weiterverwendet und so die Herstellungskosten reduziert werden.
Nach der Aufbringung der Halbleiterschichtenfolge 21 wird die Fensterschicht 20 strukturiert, Figur 12 b. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel wird dazu die Fensterschicht 12 an den für die spatere Vereinzelung vorgesehenen Trennungsstellen 24 eingesagt. Das Sageblatt weist einen Formrand auf, der im Sagebereich im Querschnitt zu der zu bildenden Ausnehmung 23 komplimentar ist. Zur Ausbildung einer zentralen Vertiefung, wie sie beispielsweise bei dem dritten Ausfuhrungsbeispiel dargestellt ist, mußte lediglich der Sageschnitt zwischen den Trennungsstellen 24 erfolgen.
Nachfolgend wird auf der strukturierten Fensterschicht 20 eine durchgehende Kontaktmetallisierung 25 ausgebildet. Dieser Schritt wird nachfolgend genauer erläutert.
Abschließend wird der Verbund aus Halbleiterschichtenfolgen 21 und Fensterschicht 20 durch Brechen an den Trennungsstel- len 24 m einzelne Halbleiterbauelemente vereinzelt, wobei die Teile der Fensterschicht 20 das Fenster 1 und die darauf aufgebrachten Teile der Halbleiterschichtenfolge 21 die Mehrschichtstruktur 4 bilden.
In Figur 13 ist em zweites Ausfuhrungsbeispiel eines erfin- dungsgemaßen Herstellungsverfahrens gezeigt. Wiederum beginnt das Verfahren mit der Bereitstellung einer Fensterschicht 20, Figur 13 a. Die Fensterschicht 20 weist eine erste Hauptflache 26 auf, die zur Aufbringung einer Halbleiterschichten- folge vorgesehen ist. Auf der zweiten Hauptflache 27 der Fensterschicht erfolgt die Strukturierung.
Nachfolgend wird die Fensterschicht 20 vor der Aufbringung der Halbleiterschichtenfolge 21 vorstrukturiert, Figur 13 b. Dazu wird an den vorgesehenen Trennungsstellen 24 die Fensterschicht 20 auf der zweiten Hauptflache 27 eingesagt, so daß eine Mehrzahl von Ausnehmungen 23 mit beispielsweise rechteckigem Querschnitt entsteht. Die Sagetiefe bzw. die Tiefe der Ausnehmungen 23 ist so gewählt, daß gerade die mit einer Kontaktflache zu versehenden Seitenflächen freiliegen. Eine weitergehende, tiefere Strukturierung erfolgt erst m einem spateren Schritt des Herstellungsverfahrens, so daß die mechanische Stabilität der Fensterschicht zunächst weitgehend erhalten bleibt.
Die so gebildeten Ausnehmungen 23 und die verbleibenden Bereiche der zweiten Hauptflache 27 werden nun mit einer durch- gehenden Kontaktmetallisierung 25 versehen. Da sich auf der Fensterschicht 20 noch keine Halbleiterschichten befinden, kann die Kontaktmetallisierung 25 vorteilhafterweise bei wesentlich höheren Temperaturen als im vorigen Ausfuhrungsbei- spiel ausgebildet werden. Dies vereinfacht bzw. ermöglicht beispielsweise eine Sinterung der Kontaktmetallisierung, die ebenfalls den Serienwiderstand des Bauelementes vorteilhaft senkt .
Im folgenden Schritt wird wie im zuvor bescnriebenen Ausfuhrungsbeispiel eine Halbleiterschichtenfolge 21, die eine aktive Schicht 24 enthalt, auf die erste Hauptflache 26 der Fensterschicht 20 aufgebracht. Da die Kontaktmetallisierung 25 bereits ausgebildet ist, können insbesondere auch empfmd- liehe Halbleiterstrukturen wie beispielsweise Mehrfachquantentop-Strukturen mit geringen Strukturdicken, die bei höheren Temperaturen leicht degradieren, gebildet werden.
Es folgt darauf em weiterer Strukturierungsschπtt , bei dem die bereits begonnene Strukturierung der Fensterschicht 20 vollendet wird. Hierbei werden die bereits gebildeten Ausnehmungen 23 durch nochmaliges Einsagen vertieft und weiter geformt, beispielsweise durch Ausbildung schräger Flanken in der Fensterschicht zur Erhöhung der Strahlungsauskopplung. Zudem wird auch die Halbleiterschichtenfolge 21 in einzelne Mehrschichtstrukturen 4 aufgeteilt. Zur Strukturierung der Halbleiterschichtenfolge 21 eignet sich beispielsweise e Atzverfahren unter Verwendung einer bekannten Maskentechnik.
Im letzten Schritt, Figur 13 f, wird der Verbund aus Fensterschichten und Mehrschichtstruktur wie im vorangegangenen Ausführungsbeispiel vereinzelt.
Bei dem beschriebenen Herstellungsverfahren ist es erforder- lieh, strukturierte Flachen, wie beispielsweise die Flache 27 und die darin gebildeten Ausnehmungen 23 in Figur 12, mit einer einheitlichen Kontaktflache zu versehen. Diese struktu- rierten Flachen setzen sich aus einer Mehrzahl gewinkelt verbundener Einzelflachen zusammen, wodurch die Ausbildung einer Kontaktflache erschwert wird. Eine geeignete Vorrichtung zum Aufbringen einer Kontaktmetallisierung ist m Figur 14 gezeigt. Die Vorrichtung enthalt eine Metalldampfquelle 30, aus der Metalldampf 32 mit einer Vorzugsrichtung austritt. Als Metalldampfquelle 30 kann beispielsweise em Elektronen- strahlverdampfer mit einem Target und einem auf dieses Target gerichteten Elektronenstrahl verwendet werden.
Eine Fensterschicht 20 ist mit der zu bedampfenden Flache der Dampfquelle 30 zugewandt, wobei die zu bedampfende Flache schräg zur Vorzugsrichtung der Metalldampfquelle 32 angeordnet ist. Damit schlagt sich der Metalldampf 32 sowohl auf der Hauptflache 27 als auch auf den Innenseiten der Ausnehmungen 23 nieder. Der bedampfte Bereich innerhalb der Ausnehmungen wird im wesentlichen durch Abschattungen vorspringender Kanten bestimmt. Je nach Neigung der zu bedampfenden Flache gegen die Vorzugsrichtung der Bedampfungsquelle variiert so die Tiefe, bis zu der die Metallschicht innerhalb der Ausnehmungen 23 ausgebildet wird.
In Figur 15 ist perspektivisch em weiteres Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung gezeigt, wobei das Fenster zu Erhöhung der Strahlungsauskopplung Fensterflanken mit einem schagge- stellten Bereich 10a aufweisen. Weiterhin ist die Mehrschichtstruktur 4 mit einer perforierten Kotaktflache 6 versehen, die eine Mehrzahl kreisförmiger Offnungen 14 aufweist. Die Kontaktflache selbst kann beispielsweise als dicke, spie- gelnde Platin oder Palladiumkontaktschicht ausgebildet sein, wobei die Dicke vorzugsweise zwsichen lOnm und 30nm liegt.
Alternativ kann die Kontaktschicht 6 auch dunner geformt sein, so daß die Kontaktschicht 6 strahlungsdurchlassig ist. Mit Vorteil wird dann die erzeugte Strahlung sowohl durch die Offnungen 14 als auch durch die Kontaktschicht hindurch ausgekoppelt . In Figur 16 sind zwei Aufsichten auf em Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung mit perforierter Kontaktflache gezeigt. Bei dem in figur 16 a dargestellten Ausfuhrungsbeispiel sind die Off- nungen in der Kontaktschicht 6 kreisförmig gebildet. Alternativ können die Offnungen auch beispielsweise kreuzschlitzar- tig gebildet sein, wie Figur 16b zeigt. Bevorzugt sind die Offnungen dicht gepackt angeordnet. Damit die dazwischenliegenden Kontaktflachenbereiche nicht zu schmal werden und da- mit die Stromeinleitung m das Bauelement verschlechtern, sind die kreuzschlitzartigen Offungen in Figur 16b so angeordnet, daß ihr gegenseitger Abstand nicht geringer ist als die Stegbreite a.
Der Durchmesser bzw. die Stegbreite a der Offnungen 14 ist vorteilhafterweise so bemessen, daß sich durch die Stromaufweitung eine weitgehend homogene Stromdichte in der aktiven Schicht ergibt.
Die Erläuterung der Erfindung anhand der gezeigten Ausfuh- rungsbeispiele stellt selbstverständlich keine Beschrankung der Erfindung auf diese Ausfuhrungsbeispiele dar.

Claims

Patentansprüche
1. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement mit einer Mehrschichtstruktur (4) , die eine Strahlungsemittierende, ak- tive Schicht (5) enthält, und einem strahlungsdurchlassigen Fenster (1) , das eine erste Hauptfläche (2) und eine der ersten Hauptfläche gegenüberliegende zweite Hauptfläche (3) aufweist und das mit der ersten Hauptfläche (2) an die Mehrschichtstruktur (4) grenzt, wobei das Fenster (1) zur Bildung von schräg zur ersten Hauptfläche (2) verlaufenden Strahlungsauskoppelflachen zumindest eine Ausnehmung (8) aufweist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß mindestens eine an die zweite Hauptfläche (3) grenzende Seitenfläche des Fensters und/oder der Ausnehmung zumindest teilweise mit einer ersten Kontaktfläche (11) versehen ist.
2. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement nach Anspruch
1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die erste Kontaktfläche (11) auch die zweite Hauptfläche (3) des Fensters (1) zumindest teilweise bedeckt.
3. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement nach Anspruch 1 oder 2 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß auf der Mehrschichtstruktur (4) eine zweite Kontaktfläche (6) ausgebildet ist.
4. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bist 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß auf zumindest eine der Kontaktflächen (6,11) eine Mehrzahl von Öffnungen (14) aufweist.
5. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement mit einer
Mehrschichtstruktur (4), die eine Strahlungsemittierende, aktive Schicht (5) enthält, und einem strahlungsdurchlässigen Fenster (1), das eine erste Hauptfläche (2) und eine der ersten Hauptfläche gegenüberliegende zweite Hauptfläche (3) aufweist und das mit der ersten Hauptfläche (2) an die Mehrschichtstruktur (4) grenzt, wobei das Fenster (1) zur Bildung von schräg zur ersten Hauptfläche (2) verlaufenden Strahlungsauskoppelflächen zumindest eine Ausnehmung (8) aufweist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Mehrschichtstruktur (4) zumindst teilweise mit einer Kontaktfläche (6) versehen ist, die eine Mehrzahl von Öffnungen (14) aufweist.
6. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die zweite Hauptfläche (3) und/oder mindestens eine an die zweite Hauptfläche (3) grenzende Seitenfläche des Fensters und/oder der Ausnehmung zumindest teilweise mit einer weiteren Kontaktfläche (11) versehen ist.
7. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die weitere Kontaktfläche (β) eine Mehrzahl von Öffnungen aufweist .
8. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement mit einer Mehrschichtstruktur (4), die eine Strahlungsemittierende, aktive Schicht (5) enthält, und einem strahlungsdurchlässigen Fenster (1) , das eine erste Hauptfläche (2) und eine der er- sten Hauptfläche gegenüberliegende zweite Hauptfläche (3) aufweist und das mit der ersten Hauptfläche (2) an die Mehrschichtstruktur (4) grenzt, wobei das Fenster (1) zur Bildung von schräg zur ersten Hauptfläche (2) verlaufenden Strahlungsauskoppelflächen zumindest eine Ausnehmung (8) aufweist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die zweite Hauptfläche (3) zumindest teilweise mit einer Kontaktfläche (11) versehen ist, die eine Mehrzahl von Öffnungen (14) aufweist.
9. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Kontaktfläche (11) auch mindestens eine an die zweite Hauptfläche (3) grenzende Seitenfläche des Fensters und/oder der Ausnehmung zumindest teilweise bedeckt.
10. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement nach Anspruch 8 oder 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Mehrschichtstruktur (4) zumindest teilweise mit einer weitere Kontaktfläche (6) versehen ist.
11. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement nach Anspruch 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die weitere Kontaktfläche (6) eine Mehrzahl von Öffnungen (14) aufweist.
12. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 4 bis 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zumindest eine Teil der Öffnungen (14) kreisförmig, quadratisch, rechteckig, sechseckig oder kreuzschlitzförmig gebildet sind.
13. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 4 bis 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Öffnungen (14) zumindest m Teilbereichen der Kontaktfla- chen (6,11) regelmäßig angeordnet sind.
14. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 4 bis 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Öffnungen (14) kreuzschlitzformig gebildet und zumindest m Teilbereichen der Kontaktflächen (6,11) mit maximaler Pak- kungsdichte angeordnet sind, wobei der Abstand zwischen den Öffnungen (14) die Stegbreite der Kreuzschlitze nicht unterschreitet .
15. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Ausnehmung (8) m Form einer Vertiefung der zweiten
Hauptfläche (3) gebildet ist.
16. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement nach Anspruch 15, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Vertiefung (8) einen dreieckigen, trapezförmigen oder halbkreisförmigen Querschnitt aufweist.
17. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement nach Anspruch 15 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Vertiefung (8) Form eines Grabens mit dreieckigem, trapezförmigem oder halbkreisförmigem Querschnitt gebildet ist .
18. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 17, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die zweite Hauptfläche (3) des Fensters (1) eine Mehrzahl von
Vertiefungen (8 a, b) aufweist.
19. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement nach einem der Anspräche 1 bis 18, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Ausnehmung (8) randnahe gebildet ist, so daß sich das Fenster (1) zur zweiten Hauptfläche (3) hin verjüngt.
20. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement nach An- spruch 19, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Ausnehmung (8) zumindest eine Seitenfläche (10) aufweist, die einen ersten, schräg zur ersten Hauptfläche des Fensters (1) Seitenflächenteil (10 a) enthält, der sich in einem zwei- ten, senkrecht zur ersten Hauptfläche (2) des Fensters (1) Seitenflächenteil (10 b) fortsetzt.
21. Halbleiterbauelement nach Anspruch 20 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß alle Seitenflächen der Ausnehmung (8) einen ersten Seitenflächenteil (10a) und eine zweiten Seitenflächenteil (10b) aufweisen.
22. Halbleiterbauelement nach Ansprüche 20 oder 21, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der erste Seitenflächenteil (10a) eine ebene schrägstehende Fläche ist, die mit der Normale der Mehrschichtstruktur (4) einen Winkel einschließt, der zwischen einschließlich 20° und einschließlich 30° liegt.
23. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 20 bis 22, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß mindestens der erste Seitenwandteil (10a) aufgerauht ist.
24. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 23, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß mindestens eine der Kontaktflächen (6,11) als spiegelnde Kontaktmetallisierung ausgebildet ist.
25. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 24, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß mindestens eine der Kontaktflächen (6,11) strahlungsdurchlässig ausgebildet ist.
26. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 25, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zumindest eine der Kontaktflachen (6 , 11) Platin, Palladium, Silber, Gold, Nickel oder eine Legierungen dieser Metalle enthält.
27. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 26, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zumindest eine der Kontaktflächen (6,11) eine Dicke zwischen 5nm und 200nm, vorzugsweise zwischen lOnm und lOOnm aufweist.
28. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 27, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Fenster (1) aus dem für das Aufwachsen der Mehrschichtstruktur (4) genutzten Aufwachssubstrat gefertigt ist.
29. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 28, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Brechungsindex des Materials des Fensters (1) größer als der Brechungsindex des Materials der Mehrschichtstruktur (4) , insbesondere der aktiven Schicht (5) ist.
30. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 29, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Fenster (1) Saphir, Quarzglas, Diamant, ITO, Zinnoxyd, Zinkoxyd, Indiumoxyd, Siliciumcarbid oder Galliumphosphid enthält .
31. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 30, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Mehrschichtfolge (4) aus Nitπd-basierenden Halbleiterma- teπalien gefertigt ist.
32. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 31, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Mehrschichtstruktur (4) auf Galliumnitπd-basierenden
Halbleitermaterialien gefertigt ist und vorzugsweise mindestens eine der Verbindungen Alι-xGaxN, O≤x≤l, Inι_xGaxN, O≤x≤l, Inι_xAlxN, O≤x≤l und Alι_x-yInxGayN, O≤x≤l, O≤y≤l enthält.
33. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement nach einem Ansprüche 1 bis 32, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Fenster (1) aus Siliciumcarbid besteht oder auf Siliciumcarbid basiert und die Mehrschichtfolge (4) aus Nitπd-basie- renden Halbleitermaterialien gefertigt ist.
34. Verfahren zur Herstellung eines strahlungsemittierendes Halbleiterbauelements mit einer Mehrschichtstruktur (4), die eine Strahlungsemittierende, aktive Schicht (5) enthält, und einem strahlungsdurchlässigen Fenster (1) , das eine erste
Hauptfläche (2) und eine der ersten Hauptfläche gegenüberliegende zweite Hauptfläche (3) aufweist und das mit der ersten Hauptfläche (2) an die Mehrschichtstruktur (4) grenzt, wobei in dem Fenster (1) zumindest eine Ausnehmung (8) gebildet ist und mindestens eine Seitenfläche des Fensters und/oder der
Ausnehmung zumindest teilweise mit einer ersten Kontaktfläche (11) versehen ist, g e k e n n z e i c h n e t durch die Schritte
- Bereitstellen einer Fensterschicht (20) mit einer er- sten Hauptfläche (26) und einer der ersten Hauptfläche gegenüberliegenden zweiten Hauptfläche (27) - Aufbringen einer Halbleiterschichtenfolge (21) auf die erste Hauptfläche (26) der Fensterschicht (20)
- Strukturierung der Fensterschicht (21) , wobei mindestens eine Ausnehmung der zweiten Hauptfläche (27) gebildet wird
- Ausbildung einer Kontaktfläche (25) auf der Seite der zweiten Hauptfläche (27) der Fensterschicht 20,
- Fertigstellung der Halbleiterbauelemente.
35. Verfahren nach Anspruch 34, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Kontaktfläche (25) als Kontaktmetallisierung aufgedampft wird.
36. Verfahren nach Anspruch 35, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zur Bedampfung eine Bedampfungsquelle (30) mit einer Vorzugs- richtung verwendet wird und die zu bedampfende Fensterschicht schräg zu dieser Vorzugsrichtung angeordnet ist.
37. Verfahren nach einem der Ansprüche 34 bis 36, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Halbleiterschichtenfolge (21) epitaktisch auf die Fensterschicht (20) aufgebracht wird.
38. Verfahren nach einem der Ansprüche 34 bis 37, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Halbleiterschichtenfolge (21) mittels eines Waverbondmg- Verfahrens auf die Fensterschicht (20) aufgebracht wird.
39. Verfahren nach einem der Ansprüche 34 bis 38, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Verfahrensschritte der Reihenfolge
1. Aufbringen einer Halbleiterschichtenfolge, 2. Strukturierung der zweiten Hauptfläche (27),
3. Ausbildung der Kontaktfläche durchgeführt werden.
40. Verfahren nach einem der Ansprüche 34 bis 38, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Verfahrensschritte der Reihenfolge
1. Strukturierung der zweiten Hauptfläche (27), 2. Ausbilden der Kontaktfläche (25),
3. Aufbringen der Halbleiterschichtenfolge (21) durchgeführt werden.
41. Verfahren nach einem der Ansprüche 34 bis 38, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Verfahrensschritte der Reihenfolge
1. Vorstrukturierung der zweiten Hauptfläche (27),
2. Ausbilden der Kontaktfläche (25),
3. Aufbringen der Halbleiterschichtenfolge (21), 4. Endstrukturierung der zweiten Hauptfläche (27) durchgeführt werden.
42. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement mit einer Mehrschichtstruktur (4) , die eine Strahlungsemittierende ak- tive Schicht (5) enthält, und einem strahlungsdurchlässigen Fenster (1), das ausschließlich an der von einer Hauptabstrahlrichtung des Halbleiterbauelements abgewandten Seite der Mehrschichtstruktur (4) angeordnet ist und mindestens eine Seitenwand (10) aufweist, die einen schräg, konkav oder stufenartig zu einer senkrecht zur Mehrschichtstruktur stehenden Mittelachse des Halbleiterkorpers h verlaufenden ersten Seitenwandteil (10a) aufweist, der gesehen von der Mehrschichtstruktur (4) im weiteren Verlauf zur Rückseite hm einen senkrecht zur Mehrschichtstruktur, das heißt parallel zur Mittelachse verlaufenden zweiten Seitenwandteil (10b) übergeht, wobei der den zweiten Seitenwandteil (10b) umfassende Teil der Fensters (1) einen Montagesockel für das Halbleiterbauelement bildet, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Mehrschichtstruktur (4) zumindest teilweise mit einer Kontaktfläche (6) versehen ist, die eine Mehrzahl von Öffnungen (14) aufweist.
43. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement nach Anspruch 42, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Fenster (1) aus dem für das Aufwachsen der Mehrschicht - Struktur (4) genutzten Aufwachssubstrat gefertigt ist.
44. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement nach Anspruch 42 oder 43, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Brechungsindex des Materials des Fensters (1) großer als der Brechungsindex des Materials der Mehrschichtstruktur (4), insbesondere der aktiven Schicht (5) ist.
45. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 42 bis 44, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Fenster (1) aus Siliciumcarbid besteht oder auf Siliciumcarbid basiert und die Mehrschichtfolge (4) aus Nitπd-basie- renden Halbleitermaterialien gefertigt ist.
46. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement nach Anspruch 45, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Mehrschichtfolge (4) aus einem Galliumnitrid-basierenden gefertigt ist.
47. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement nach Anspruch 46, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Mehrschichtenfolge (4) mindestens eine der Verbindungen Ali χGaxN, O≤x≤l, Inx xGaxN, O≤x≤l, Inx XA1XN, O≤x≤l und Al x yInxGayN, O≤x≤l, O≤y≤l enthält.
48. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 42 bis 47, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß alle Seitenflanken des Fensters (1) einen ersten Seitenwandteil (10a) und eine zweiten Seitenwandteil (10b) aufweisen.
49. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement nach nach einem der Ansprüche 42 bis 48, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der erste Seitenwandteil (10a) eine ebene schragstehende Fläche ist, die mit der Mittelachse einen Winkel einschließt, der zwischen einschließlich 20° und einschließlich 30° liegt
50. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 45 bis 49, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Halbleiterbauelement einen quadratischen lateralen Quer- schnitt aufweist, alle vier Seitenflanken des Fensters (1) einen ebenen schrägstehenden ersten Seitenwandteil (10a) aufweisen, wobei das Verhältnis von Kantenlänge der Mehrschichtstruktur (4) zu Kantenlänge des Montagesockels zwischen einschließlich 1,5 und einschließlich 2, besonders bevorzugt bei etwa 1,35 liegt.
51. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 42 bis 50, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß mindestens der erste Seitenwandteil (10a) aufgerauht ist.
52. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 42 bis 51, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Öffnungen (14) kreisförmig, quadratisch, rechteckig, sechseckig oder kreuzschlitzförmig gebildet sind.
53. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 42 bis 52, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Öffnungen (14) zumindest in Teilbereichen der Kontaktflächen (6) regelmäßig angeordnet sind.
54. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 42 bis 53, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Öffnungen (14) kreuzschlitzförmig gebildet und zumindest m Teilbereichen der Kontaktflächen (6,11) mit maximaler Pak- kungsdichte angeordnet sind, wobei der Abstand zwischen den Öffnungen (14) die Stegbreite der Kreuzschlitze nicht unterschreitet .
55. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 42 bis 54, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Kontaktfläche (6) als spiegelnde Kontaktmetallisierung ausgebildet ist.
56. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 42 bis 55, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Kontaktfläche (6) strahlungsdurchlässig ausgebildet ist.
57. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 42 bis 56, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Kontaktflachen (6 , 11) Silber, Gold, Nickel, .bevorzugt Platin oder Palladium, oder eine Legierungen dieser Metalle enthält .
58. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 42 bis 57, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Kontaktflächen (6) eine Dicke zwischen 5nm und 200nm, vorzugsweise zwischen lOn und lOOnm aufweist.
59. Strahlungsemittierendes optisches Bauelement mit einem Strahlungsemittierenden Halbleiterbauelement nach einem der
Ansprüche 42 bis 58, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das optische Bauelement eine Reflektorwanne mit schrägstehenden oder parabelartigen Seitenwänden aufweist, der das Halbleiterbauelement derart montiert ist, dass die Fensterschicht zum Reflektorwannenboden h gerichtet ist.
60. Strahlungsemittierendes optisches Bauelement nach Anspruch 59, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Seitenwände der Reflektorwanne mit reflexionssteigerndem Material beschichtet sind.
61. Strahlungsemittierendes optisches Bauelement nach Anspruch 59 oder 60, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Seitenwände der Reflektorwanne so ausgebildet sind, daß die vom Halbleiterbauelement nach rückwärts ausgesandte Strahlung von den schrägen Seitenwänden weitestgehend m em und derselben Richtung zur aktiven Schicht nach oben reflektiert wird.
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