WO2023147917A1 - Strahlungsemittierendes bauteil und verfahren zur herstellung eines strahlungsemittierenden bauteils - Google Patents

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WO2023147917A1
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carrier
layer
emitting component
substrate
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Wolfgang Neumann
Sabine VOM DORP
Andreas Reith
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Ams-Osram International Gmbh
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    • H01L33/58—Optical field-shaping elements

Definitions

  • a radiation-emitting component and a method for producing a radiation-emitting component are specified.
  • One problem to be solved is to specify a radiation-emitting component that can be operated particularly efficiently. Furthermore, a production method is specified with which a particularly efficient radiation-emitting component can be produced particularly efficiently.
  • the radiation-emitting component comprises a carrier formed with sapphire and/or AlN.
  • the carrier can represent a mechanically supporting component of the radiation-emitting component.
  • the carrier can be a three-dimensional body which, for example, has at least approximately the shape of a cuboid, a cylinder or a disc.
  • the carrier has a main extension plane.
  • the main extension plane of the carrier runs, for example, at least in places parallel to a surface, for example a top surface, of the carrier.
  • the carrier can have a thickness in a direction that runs perpendicular to the main plane of extension.
  • the carrier can consist of a growth substrate or contain a growth substrate.
  • the carrier may include sapphire.
  • the carrier can have AIN.
  • the carrier comprises, for example, sapphire and an AlN buffer layer applied to the sapphire.
  • the carrier can also comprise only one of these materials.
  • the carrier can only have sapphire or only AIN.
  • the carrier can have a structure.
  • the structuring can be formed, for example, on an outer surface of the carrier.
  • the carrier can also have a structure at a layer transition within the carrier. For example at a transition from a sapphire substrate to an AlN buffer layer.
  • the structured carrier is, for example, a carrier that includes a prestructured sapphire.
  • the carrier can also be structured in the production process of the radiation-emitting component.
  • the structuring can in particular be a periodic structuring that includes elevations and depressions that are arranged at a regular spacing.
  • the radiation-emitting component comprises a semiconductor layer sequence applied to the carrier.
  • the semiconductor layer sequence is deposited epitaxially on the carrier, for example.
  • the semiconductor layer sequence can only be arranged on one side of the carrier.
  • the semiconductor layer sequence can have at least one layer, in particular the semiconductor layer sequence comprises a plurality of layers. These can have the same materials, but also in each case different materials.
  • the semiconductor layer sequence includes, for example, an n-doped semiconductor layer, a p-doped semiconductor layer and an active region.
  • the n-doped semiconductor layer can in particular face the wearer.
  • the active region is arranged, for example, between the n-doped semiconductor layer and the p-doped semiconductor layer.
  • the active region can have a multi-quantum well structure.
  • the active area is designed, for example, to emit electromagnetic radiation.
  • the emitted radiation is, for example, in the wavelength range between IR radiation and UV radiation.
  • the emitted radiation can be radiation with wavelengths in the UV range.
  • the active region can have a II IV semiconductor material, for example.
  • the radiation-emitting component can in particular be a light-emitting diode or a laser diode.
  • the radiation-emitting component comprises a radiation coupling-out layer, which is arranged on that side of the carrier which is remote from the semiconductor layer sequence.
  • the radiation coupling-out layer is, in particular, permeable to the radiation emitted by the active region.
  • the radiation coupling-out layer forms, for example, a surface of the radiation-emitting component. This means that no further layer belonging to the radiation-emitting component is applied to the radiation coupling-out layer. An outer surface of the radiation coupling-out layer can thus face the surrounding medium.
  • the surface of the radiation coupling-out layer facing away from the carrier therefore represents, for example, a boundary surface between the radiation-emitting component and the surrounding medium.
  • the side of the radiation decoupling layer facing away from the carrier can in particular be smooth, rough or structured.
  • the side of the radiation decoupling layer that faces the carrier can in particular follow the surface properties of the carrier. This can mean that the side of the radiation coupling-out layer that faces the carrier can be complementary to a structure of the carrier. In particular, that side of the radiation decoupling layer which faces the carrier can be completely in direct contact with the carrier.
  • the radiation coupling-out layer has a refractive index for the electromagnetic radiation generated by the active region.
  • the refractive index lies between a refractive index of the carrier and a refractive index of a medium that surrounds the component.
  • the radiation decoupling layer Because of the radiation decoupling layer, it is possible that less of the electromagnetic radiation emitted by the active region is reflected back into the radiation-emitting component than would be the case without the radiation decoupling layer. This is achieved in that the radiation coupling-out layer has a refractive index that lies between the refractive index of the carrier and the refractive index of the surrounding medium. Thus, there is less refraction and less back-reflection of the electromagnetic radiation during the transition of the electromagnetic radiation from the carrier to the radiation coupling-out layer and during the transition from the radiation coupling-out layer to the surrounding medium. Through the radiation decoupling layer, from the active area emitted radiation can be decoupled more efficiently from the radiation-emitting component.
  • the medium is arranged around the component at least in one emission direction of the radiation-emitting component.
  • the surrounding medium can, for example, completely surround the radiation-emitting component.
  • the surrounding medium is therefore a medium in which the radiation-emitting component is operated.
  • the medium can contain air or a potting material, for example.
  • the emission direction of the radiation-emitting component is, for example, a direction that runs at least in places perpendicularly to a main plane of extension of the radiation-emitting component.
  • the radiation coupling-out layer is based on quartz glass.
  • the refractive index of quartz glass can be between the refractive index of the carrier and the refractive index of the surrounding medium, in particular for the electromagnetic radiation generated during operation.
  • the surrounding medium can in particular be air. Quartz glass has a high transmission, for example, for a large range of the electromagnetic spectrum, in particular for the UV range.
  • the radiation-emitting component comprises a carrier formed with sapphire and/or AlN, a semiconductor layer sequence applied to the carrier, a radiation decoupling layer on the side facing away from the semiconductor layer sequence of the carrier is arranged, wherein the semiconductor layer sequence comprises an active region for generating electromagnetic radiation, and the radiation decoupling layer for the electromagnetic radiation generated by the active region has a refractive index that is between the refractive index of the carrier and the refractive index of the medium that surrounds the component, lies, and the radiation decoupling layer is based on quartz glass.
  • Radiation-emitting components can include a lens for coupling out radiation.
  • the lens can consist of polymers, for example expensive fluoropolymer lenses.
  • Such a lens is glued onto the radiation-emitting component by means of an organic adhesive.
  • a disadvantage of such a radiation-emitting component is that the use of an organic adhesive leads to a short service life of the radiation-emitting component, in particular if it emits UV radiation during operation.
  • the radiation-emitting component described here is based, among other things, on the idea that the radiation decoupling layer based on quartz glass can achieve a higher light yield, since matching the refractive indices reduces refraction and/or back-reflection of the emitted electromagnetic radiation.
  • the radiation-emitting component described here there is no organic adhesive between the carrier and the radiation coupling-out layer.
  • quartz glass is particularly stable to aging, particularly when exposed to UV radiation.
  • the radiation-emitting component includes no, for the emitted from the active region electromagnetic radiation susceptible substance, resulting in a longer service life of the radiation-emitting component can lead. The radiation-emitting component described here can thus be operated efficiently.
  • the active area is set up to generate electromagnetic radiation in the UV range.
  • the UV range includes wavelengths in the range 100 nm to 400 nm.
  • the radiation decoupling layer based on quartz glass has a high level of transparency in the UV range.
  • the active region can be based on AlGaN, for example.
  • that side of the carrier which faces and/or faces away from the radiation coupling-out layer is structured.
  • the carrier has a structure, for example, only on the side facing the radiation coupling-out layer or, for example, only on the side facing away from the radiation coupling-out layer.
  • the backing can be textured on both sides.
  • the structured carrier can be a prestructured sapphire, for example, or the carrier can include one.
  • An advantage of the embodiment described here is that the structuring of the carrier reduces a reflection of the electromagnetic radiation generated by the active region at the transition into the carrier or at the transition from the carrier to the radiation coupling-out layer. Another advantage is that the structuring of the carrier enables better adhesion of the radiation decoupling layer to the carrier.
  • the side of the radiation decoupling layer facing away from the carrier is roughened.
  • the side of the radiation decoupling layer that faces away from the carrier represents in particular the side of the radiation decoupling layer that faces the surrounding medium.
  • the electromagnetic radiation generated by the active region can be coupled out from the radiation-emitting component into the surrounding medium through that side of the radiation coupling-out layer which is remote from the carrier.
  • the side of the radiation decoupling layer facing away from the carrier can be produced, for example, by means of random roughening, laser lithography, nanoembossing lithography, sandblasting or etching.
  • the roughening can in particular be a nanostructuring.
  • One advantage of roughening the side of the radiation decoupling layer facing away from the carrier is that the radiation decoupling efficiency of the radiation-emitting component can be increased.
  • the radiation coupling-out layer comprises or forms an optical element on the carrier.
  • the optical element can be an optical lens.
  • the optical lens has, for example, a spherical structure, a Fresnel structure, a microlens array or a diffractive optical element.
  • the optical element can be designed to shape the electromagnetic radiation passing through the optical element.
  • the radiation can be bundled or scattered by the radiation coupling-out layer.
  • One idea of this embodiment is that the radiation leaving the radiation-emitting component can be shaped.
  • the radiation can for example, bundled or scattered. It is thus possible to shape the radiation at chip level.
  • an adhesive layer is arranged between the carrier and the radiation decoupling layer, and the adhesive layer has Sieg or consists of this material.
  • the adhesive layer adheres well to the carrier and also enables good adhesion of the radiation coupling-out layer.
  • contacts for external contacting are arranged on that side of the semiconductor layer sequence which is remote from the radiation coupling-out layer.
  • the contacts can be arranged exclusively on this side. It can thus in particular be a rear-side contact.
  • the radiation-emitting component can therefore be a flip-chip component.
  • the n-contact can surround the p-contact, for example in the manner of a frame.
  • One advantage of this embodiment is that the radiation generated by the active area is not reflected at metallic contacts in a radiation direction.
  • a metallization is applied to that side of the semiconductor layer sequence which is remote from the carrier.
  • the metallization can be designed to reflect the electromagnetic radiation generated by the active area.
  • the metallization can therefore serve as a mirror for the electromagnetic radiation generated by the active area.
  • the metallization has, for example, a high reflectivity for the electromagnetic radiation that is generated.
  • a high Reflectivity here means, for example, a reflectivity of at least 90%, in particular at least 99%.
  • the metallization can have rhodium, aluminum and/or gold, for example. These materials have a high reflectivity for electromagnetic radiation in the UV range. Alternatively, another metal or another material that is suitable for reflecting the electromagnetic radiation generated by the active region can also be used for the metallization.
  • the metallization can also be electrically conductive, in particular if the metallization is arranged between the semiconductor layer sequence and the p-contact, the metallization can be electrically conductive.
  • One idea of this embodiment is that the emitted electromagnetic radiation preferably leaves the component in one emission direction. The metallization allows the electromagnetic radiation to be reflected in the preferred emission direction.
  • the carrier has a thickness of at most 400 ⁇ m, in particular at most 150 ⁇ m.
  • the height of the complete radiation-emitting component can thus be in the range from 150 ⁇ m to 500 ⁇ m, for example.
  • the thickness of the carrier can be, for example, at least 50 ⁇ m, in particular at least 100 ⁇ m.
  • a method for producing an optoelectronic component is also specified.
  • the optoelectronic The component can preferably be produced using a method described here. In other words, all features disclosed for the optoelectronic component are also disclosed for the method for producing an optoelectronic component and vice versa.
  • the method comprises a method step in which a substrate formed with sapphire and/or AlN is provided.
  • the method includes a method step in which a semiconductor layer sequence is applied to the substrate.
  • the semiconductor layer sequence can in particular be grown on epitaxially.
  • the method comprises a step in which a radiation decoupling layer based on quartz glass is formed on the side of the substrate facing away from the semiconductor layer sequence.
  • a substrate formed with sapphire and/or AlN is provided.
  • a semiconductor layer sequence is grown epitaxially on top of this.
  • a radiation decoupling layer based on quartz glass is formed on that side of the substrate which is remote from the semiconductor layer sequence.
  • forming the quartz glass-based radiation decoupling layer includes a method step in which an initial layer with SiO 2 particles in a matrix material is applied to the side of the substrate facing away from the semiconductor layer sequence. In a subsequent process step, the matrix material is removed. This is followed by a process step in which the SiO2 particles are sintered to produce a radiation decoupling layer based on quartz glass.
  • the starting layer contains particles in a matrix material.
  • the particles can be nanoparticles, in particular SiO 2 nanoparticles.
  • the matrix material comprises a polymer, for example.
  • the matrix material is removed in a debinding step.
  • the starting layer is heated to a temperature which is suitable for burning off the matrix material.
  • the required temperature can be between 400° C. and 800° C.
  • the particles remaining on the carrier are then sintered. This means that the particles are heated, which can lead to compression and/or fusion of the particles, for example.
  • the required temperature for SiO2 particles can be at least 1000° C., in particular at least 1300° C.
  • the radiation decoupling layer can be applied directly in a front-end process.
  • the Radiation decoupling layer can thus be formed directly on the carrier. In this way, contamination can at least be reduced.
  • the matrix material comprises a polymer.
  • a polymer can be easily processed. These can be suitable, for example, for injection molding processes, spin-on coating, casting processes, 3D printing, subtractive machining or replication processes.
  • the starting layer can thus be, for example, an injection-moldable glass. Polymers can also be debound from the starting layer, which enables further processing of the particles remaining in the starting layer.
  • the method comprises a method step, wherein the substrate is thinned directly after the semiconductor layer sequence has been applied to the substrate.
  • a curvature of the carrier is reduced by inducing imperfections in the carrier with the aid of a laser through a voltage reduction.
  • the carrier is, for example, a sapphire carrier.
  • the stress resulting from the epitaxial growth of further layers onto the sapphire substrate can be absorbed in the laser-treated layer within the sapphire substrate.
  • an auxiliary carrier is applied to the semiconductor layer sequence on the side of the semiconductor layer sequence remote from the substrate. Then the substrate is thinned. After the radiation coupling-out layer has been formed, a further auxiliary carrier is applied to the radiation coupling-out layer and the auxiliary carrier is removed. Furthermore, metallic contacts are produced on that side of the semiconductor layer sequence which is remote from the radiation coupling-out layer, and the further auxiliary carrier is removed.
  • the auxiliary carrier and the additional auxiliary carrier are mechanically load-bearing elements.
  • the auxiliary carriers can have borosilicate glass, calcium acetate or sapphire glass.
  • the further auxiliary carrier has a structure which is complementary to a structure of the radiation decoupling layer, which has further auxiliary carriers metal bars in places on , and the metal bars of the additional auxiliary carriers are connected to the metal webs of the substrate.
  • the metal webs are applied, for example, using a mask by means of sputtering.
  • the metal webs applied to the substrate contain AuSn, for example.
  • the metal webs applied to the additional auxiliary carrier have gold, for example.
  • the metal webs on the substrate are applied to the substrate, in particular between the lenses.
  • the metal webs on the further auxiliary carrier are applied in particular to the intermediate spaces between the lens-shaped structures in the case of a further auxiliary carrier which is complementary to a lens-shaped radiation decoupling surface.
  • a further auxiliary carrier which is complementary to a lens-shaped radiation decoupling surface.
  • An auxiliary carrier which is complementary to a structure of the radiation decoupling surface also offers better mechanical support for the component and can be connected to the substrate more easily. Due to the AuSn:Au wafer bonding, the additional auxiliary carrier can be easily applied and removed again. Since this can be carried out using non-invasive methods, the carrier can in particular be reused.
  • the method includes a step in which the starting layer is applied to the substrate in a structured manner such that it has lens-shaped structures.
  • the starting layer can be applied with a lens-shaped structure, for example by means of replication processes or 3D printing.
  • the starting layer can, for example, be directly lens-shaped to be applied .
  • the starting layer can also be structured in a lens shape only after it has been applied to the substrate.
  • indentations are made in the substrate, and the indentations serve as stopping edges for forming the lenticular structures.
  • the notches are formed, for example, by means of mechanical processing, in particular by means of saws or lasers.
  • the initial layer sprayed on for example, spreads out on the substrate up to the indentations and forms a lenticular structure.
  • the substrate is structured before the starting layer is applied.
  • the substrate can be structured at a layer transition within the substrate.
  • external surfaces that run parallel to a main extension plane of the substrate can also be structured.
  • An advantage of this embodiment lies in the improved adhesion of the starting layer on the substrate.
  • a further advantage is that a total reflection of the radiation generated by the active area is reduced by the structured surfaces.
  • the structuring can be, for example, a nanostructuring, such as a roughening.
  • FIGS. 1 to 9 show schematic cross sections through a radiation-emitting component according to one exemplary embodiment.
  • FIGS. 10A to 10G show method steps in a method for producing a radiation-emitting component according to one exemplary embodiment.
  • FIGS. 11A-11M show an exemplary embodiment of a method for producing a radiation-emitting component.
  • FIGS. 12A-12C show a further exemplary embodiment of a method for producing a radiation-emitting component.
  • FIGS. 13A and 13B show a method for producing a radiation-emitting component according to an exemplary embodiment.
  • FIGS. 14A-14I show an exemplary embodiment of a method for producing a large number of radiation-emitting components.
  • FIG. 1 shows a sectional illustration of a radiation-emitting component 100 according to one exemplary embodiment.
  • the radiation-emitting component 100 has a carrier 30 .
  • the carrier can have multiple layers.
  • a radiation decoupling layer 1 is applied to the carrier 30 on a top side 12 of the carrier 30 .
  • the carrier 30 is constructed in two layers.
  • the carrier 30 comprises a sapphire carrier 2 and a buffer layer 3 .
  • the two layers of the carrier are connected to one another by a layer transition 23 .
  • a semiconductor layer sequence 40 has been grown epitaxially on the buffer layer 3 .
  • the buffer layer 3 serves in particular to match the lattice constant of the carrier 30 and the lattice constant of the semiconductor layer sequence 40 in order to enable an optimal growth of the semiconductor layer sequence 40 onto the carrier 30 .
  • the semiconductor layer sequence 40 comprises an n-doped semiconductor layer 4 , an active region 5 and a p-doped semiconductor layer 6 .
  • a metallization 7 is applied to the p-doped semiconductor layer 6 .
  • the metallization 7 can have rhodium, aluminum and/or gold, for example.
  • a p-contact 10 is arranged on the metallization 7 .
  • the p-contact 10 serves to make electrical contact with the p-doped semiconductor layer 6 .
  • the n-doped Semiconductor layer 4 is not covered in places with the further layers of the semiconductor layer sequence 40 .
  • At least one n-contact 9 for making electrical contact with the n-doped semiconductor layer 4 is arranged on these exposed locations of the n-doped semiconductor layer 4 .
  • the metallic contacts ( 9 , 10 ) for external contacting can therefore be arranged in particular on the side of the semiconductor layer sequence 40 facing away from the radiation coupling-out layer 1 .
  • the two n-contacts 9 shown can be connected to one another and, in particular, arranged in a frame-like manner around the p-contact 10 .
  • the n-contact 9 can, for example, completely enclose the p-contact 10 laterally.
  • a passivation layer 8 is arranged between the n-contact 9 and the active region 5 , the p-doped semiconductor layer 6 , the metallization 7 and the p-contact 10 .
  • FIG. 2 shows a sectional illustration through a radiation-emitting component 100 .
  • the radiation-emitting component 100 according to the exemplary embodiment illustrated in FIG. 2 differs from the radiation-emitting component 100 according to the exemplary embodiment illustrated in FIG. 1 in that the exposed surface 11 of the radiation decoupling layer 1 is structured.
  • the structuring of the exposed surface 11 is in particular a nanostructuring. This means that the exposed surface 11 can be roughened.
  • FIG. 2 also has an adhesive layer 25 .
  • the adhesive layer 25 can contain SiO 2 , for example.
  • FIG. 3 shows a sectional illustration through a radiation-emitting component 100 .
  • the radiation-emitting component 100 according to the exemplary embodiment illustrated in FIG. 3 differs from the radiation-emitting component 100 according to the exemplary embodiment illustrated in FIG. 1 in that a layer transition 23 in the carrier 30 has a structure.
  • FIG. 4 shows a sectional view of a radiation-emitting component 100 according to an embodiment that differs from the embodiment shown in FIG. 1 in that the exposed surface 11 of the radiation decoupling layer 1 is roughened and the layer transition 23 in the carrier 30 is structured.
  • FIG. 5 shows a sectional illustration of a radiation-emitting component 100 according to an exemplary embodiment which, in contrast to the exemplary embodiment of a radiation-emitting component 100 illustrated in FIG. 3, also has a structured upper side 12 of the carrier 30 .
  • FIG. 6 shows a radiation-emitting component 100 according to an exemplary embodiment that differs from the radiation-emitting component 100 in FIG. 4 in that an upper side 12 of the carrier 30 is also structured.
  • the radiation-emitting component 100 shown in FIG. 7 follows the structure of the radiation-emitting component shown in FIG.
  • the radiation coupling-out layer 1 is in particular convex lens pronounced .
  • the curved area of the lens can extend to the side of the carrier 30 facing away from the semiconductor layer sequence.
  • FIG. 8 shows an exemplary embodiment of a radiation-emitting component 100 which differs from the exemplary embodiment of the radiation-emitting component 100 in FIG. 7 in that the layer transition 23 is structured.
  • the exemplary embodiment of a radiation-emitting component 100 illustrated in FIG. 9 has a structured surface 12 in addition to the structured layer transition 23 of the radiation-emitting component 100 shown in FIG.
  • FIGS. 10A, 10B, 10C, 10D, 10E, 10F, 10G show method steps in a method for producing a radiation-emitting component according to an exemplary embodiment.
  • a sapphire carrier 2 is provided.
  • the sapphire carrier 2 can form the carrier 30 .
  • at least one further layer applied to the sapphire can also represent part of the carrier 30 .
  • the layers of the carrier 30 can in particular be sapphire and/or AlN.
  • a semiconductor layer sequence 40 is applied to the carrier 30 .
  • the semiconductor layer sequence 40 is deposited epitaxially on the carrier 30 , for example. be there first the n-doped semiconductor layer 4, then the active region 5 and then the p-doped semiconductor layer 6 are grown on the carrier 30.
  • FIG. 10B the carrier 30 comprises two layers which contain different materials.
  • FIG. 10C shows the radiation-emitting component 100 after a method step in which the carrier 30 is thinned.
  • the sapphire layer 2 of the carrier 30 is thinned, for example, by means of chemical-mechanical polishing.
  • the target thickness can, for example, be a maximum of 400 ⁇ m, in particular a maximum of 350 ⁇ m.
  • a starting layer 14 is applied to that side of the carrier 30 which is remote from the semiconductor layer sequence 40 .
  • the starting layer 14 contains SiCt particles 15 in a matrix material 16 .
  • the matrix material 16 comprises a polymer, for example.
  • the SiCt particles 15 can in particular have sizes in the nanometer range.
  • the SiCt particles are, for example, more densely packed than shown in FIG. 10D.
  • the matrix material 16 is first removed from the starting layer 14.
  • FIG. The SiO 2 particles 15 remaining in the starting layer 14 are then sintered to form a radiation coupling-out layer 1 .
  • Sintering here means that at least the SiCp particles are temperature-treated.
  • the SiCp particles 15 are heated, for example, to a temperature above the melting point, for example to 1300° C., in order to compress the SiCp particles 15 into a radiation decoupling layer 1 based on quartz glass to reach .
  • the matrix material 16 can be removed from the starting layer 14 , for example, directly in the sintering process.
  • the matrix material 16 can be removed from the starting layer 14 in a debinding step before the sintering process.
  • the starting layer 14 is first heated to a temperature which is suitable for the matrix material 16 to burn up.
  • the required temperature can be, for example, 400-800° C., in particular the matrix material can be removed from the starting layer 14 at 600° C.
  • FIG. 10F shows the radiation-emitting component 100 after a method step in which the radiation-emitting component 100 is electrically contacted.
  • the method step includes exposing parts of the surface of the n-doped semiconductor layer 4 facing away from the carrier 30 , as well as side faces of the p-doped semiconductor layer 6 and the active region 5 .
  • the exposure can take place, for example, by means of lithography or etching.
  • the method step also includes the application of a metallization 7 .
  • the metallization can have rhodium, aluminum or gold and serve as a mirror for the electromagnetic radiation generated by the active region 5 .
  • a passivation layer 8 is applied to the side faces of the active region 5 , the p-doped semiconductor layer 6 and the metallization 7 .
  • a p-contact 10 for electrical contacting is arranged on the metallization 7 .
  • An n-contact 9 for electrical contact is attached to the n-doped semiconductor layer 4 .
  • the metallic contacts are on one of the radiation decoupling surfaces 1 Facing away from the surface of the n-doped semiconductor layer 4 and the metallization 7 arranged.
  • the contacts can be arranged exclusively on this side.
  • the radiation-emitting component 100 can therefore be a flip-chip component.
  • the n-contact 9 can surround the p-contact 10 like a frame.
  • FIG. 10G shows a finished radiation-emitting component 100 according to an exemplary embodiment.
  • FIGS. 11A, 11B, 11C, HD, HE, HF, HG, 11H, HI, HJ, 11K, HL and HM show a further exemplary embodiment of the method described here for producing a radiation-emitting component.
  • FIGS. 11A and HB correspond to the steps described in FIGS. 10A and 10B.
  • an auxiliary carrier 17 is applied to the side of the semiconductor layer sequence 40 facing away from the carrier 30 .
  • the sapphire carrier 2 is thinned.
  • the carrier 30 in this exemplary embodiment of the method for manufacturing a radiation-emitting component can be thinner than in the exemplary embodiment of a manufacturing method described in FIG.
  • the sapphire carrier 2 can be thinned to a target thickness of a maximum of 150 ⁇ m, in particular a maximum of 120 ⁇ m.
  • FIG. 11E shows an exemplary embodiment in which the thinned carrier 30 is structured on the side facing away from the semiconductor layer sequence 40 before the starting layer 14 is applied.
  • FIG. HF shows a variant of the radiation-emitting component 100 from FIG. 11E rotated by 180° about the main axis of extension.
  • FIG. 11G the method steps of FIGS. 10D and 10E are carried out to form a quartz glass-based radiation decoupling layer 1 on the side of the carrier 30 which is remote from the semiconductor layer sequence 40 .
  • FIG. 11H shows the radiation-emitting component after the application of a separating layer 21 to the radiation coupling-out layer 1 and of a further auxiliary carrier 18 to the separating layer 21.
  • the separating layer 21 can also be applied to the auxiliary carrier 18 .
  • the auxiliary carrier 17 is detached from the semiconductor layer sequence 40 .
  • the auxiliary carrier 17 and the semiconductor layer sequence 40 can be separated, for example, by means of wet-chemical methods or by means of laser lift-off.
  • FIG. 11J shows the radiation-emitting component 100 rotated by 180° about the main axis of extent after the method step described in FIG. FIG. 11K corresponds to the method step described in FIG. 10F.
  • FIG. 11K also shows an embodiment in which the further auxiliary carrier 18 can be applied to the radiation coupling-out layer 1 without an additional separating layer 21 .
  • the additional auxiliary carrier 18 is separated from the radiation decoupling layer 1 .
  • the further auxiliary carrier 18 and the semiconductor layer sequence 40 can be separated, for example, by means of wet-chemical methods or by means of laser lift-off.
  • FIG. UM shows a completed radiation-emitting component 100 . This differs from the radiation-emitting component 100 shown in FIG. 10G only in terms of thickness. This is achieved by the different target thicknesses in the thinning process of the sapphire carrier 2, FIGS. 10C and 10D.
  • FIGS. 12A, 12B and 12C show a further exemplary embodiment of a method described here for producing a radiation-emitting component.
  • FIG. 12A shows a component arrangement as in FIG. 10D, which is produced using method steps 10A to 10D.
  • FIG. 12A differs from FIG. 10D in that method steps 10A to 10D in FIG. 12 are applied to a substrate 20 .
  • the structure of the substrate 20 corresponds to the structure of the carrier 30 . Only the size of the substrate 20 along a main extension plane is a multiple of the size of the carrier 30 . Thus, in the method shown in FIG. 12, a large number of radiation-emitting components 100 can be used simultaneously getting produced . These can then be separated.
  • the starting layer 14 is structured. As shown here, this can mean that the starting layer 14 is structured in the shape of a lens.
  • the lenticular structuring is transferred to the radiation-emitting component 100 by a replication wafer 22 .
  • the structure of the replication wafer 22 can be transferred to the starting layer 14 for example by means of a pressing process.
  • FIG. 12C shows the lens-shaped starting layer 14 on the substrate 20.
  • the lens-shaped starting layer 14 can be formed into a lens-shaped radiation coupling-out layer 1 .
  • FIGS. 13A and 13B show a further exemplary embodiment of a method for producing a radiation-emitting component 100 with a radiation coupling-out layer 1 that is pronounced in the shape of a lens.
  • FIG. 13A shows a radiation-emitting component 100 that can be produced using the method steps shown in FIGS. 11A, 11B, 11C and HD. Following these steps, FIG. 13A, notches 24 are made in the sapphire carrier 2 by means of mechanical processing, for example by means of saws or lasers. These indentations 24 serve as stopping edges for forming lenticular structures.
  • FIG. 13B shows the function of the indentations 24 as stopping edges for forming lenticular structures.
  • the starting layer 14 spreads out on the carrier 30 up to the indentations 24 and forms a lenticular structure. The starting layer 14 can then be formed into a lens-shaped radiation decoupling layer 1 .
  • FIG. 14 shows an exemplary embodiment of a method for producing a radiation-emitting component 100 in method steps A-I.
  • the component shown in FIG. 14A follows the method steps described in FIG. 12 or FIG. 13 and shows a structured radiation decoupling surface 1 .
  • FIG. 14B shows a step in which metal webs 19a are applied to the substrate 20 in the intermediate spaces of the radiation coupling-out layer 1 .
  • These can contain AuSn, for example.
  • the metal webs 19a are applied, for example, by means of sputtering using a mask.
  • FIG. 14C another subcarrier 18 is provided.
  • the further auxiliary carrier 18 has a structure which is complementary to a structure of the radiation coupling-out layer 1 which faces the auxiliary carrier 18 .
  • a coating is applied to the additional auxiliary carrier 18 for a later separation process.
  • the coating can contain SiN, for example.
  • the coating is, for example, a separating layer 21 .
  • the coating can also have a protective function.
  • the coating can for example, are required for a laser Li ft-Of f method.
  • FIG. 14E shows a step in which metal webs 19b are applied in places to the further auxiliary carrier 18 .
  • the carriers are connected to one another, FIG. 14F. This is achieved, for example, via AuSn: Au bonden.
  • FIG. 14G shows a step in which the auxiliary carrier 17 is removed from the semiconductor layer sequence 40 .
  • FIG. 14H a method step described in FIG. 10F is carried out, not shown, in which metallization and electrical contacting are applied. Then the additional auxiliary carrier 18 is removed, for example, wet-chemically or by means of a laser lift-off.
  • the substrate 20 is finally separated into individual carriers 30, FIG. For example, the component array is sawn up.
  • the invention is not limited to the description based on the exemplary embodiments. Rather, the invention encompasses every new feature and every combination of features, which in particular includes every combination of features in the patent claims, even if this feature or this combination itself is not explicitly specified in the patent claims or exemplary embodiments.

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Abstract

Es wird ein strahlungsemittierendes Bauteil angegeben mit einem Träger, der mit Saphir und/oder AlN gebildet ist. Auf den Träger ist eine Halbleiterschichtenfolge aufgebracht. Auf der der Halbleiterschichtenfolge abgewandten Seite des Trägers ist eine Strahlungsauskoppelschicht angeordnet, wobei die Halbleiterschichtenfolge einen aktiven Bereich zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung umfasst, und wobei die Strahlungsauskoppelschicht für die vom aktiven Bereich erzeugte elektromagnetische Strahlung einen Brechungsindex aufweist, der zwischen dem Brechungsindex des Trägers und dem Brechungsindex des Mediums, welches das Bauteil umgibt, liegt. Die Strahlungsauskoppelschicht basiert auf Quarzglas. Weiterhin wird ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauteils angegeben.

Description

Beschreibung
STRAHLUNGSEMITTIERENDES BAUTEIL UND VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES STRAHLUNGSEMITTIERENDEN BAUTEILS
Es werden ein strahlungsemittierendes Bauteil und ein Verfahren zur Herstellung eines strahlungsemittierenden Bauteils angegeben .
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein strahlungsemittierendes Bauteil anzugeben, welches besonders ef fi zient betrieben werden kann . Weiter wird ein Herstellungsverfahren angegeben mit dem ein besonders ef fi zientes strahlungsemittierendes Bauteil besonders ef fi zient hergestellt werden kann .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des strahlungsemittierenden Bauteils , umfasst das strahlungsemittierende Bauteil einen Träger, der mit Saphir und/oder AIN gebildet ist . Der Träger kann eine mechanisch tragende Komponente des strahlungsemittierenden Bauteils darstellen . Bei dem Träger kann es sich um einen dreidimensionalen Körper handeln, welcher beispielsweise zumindest näherungsweise die Form eines Quaders , eines Zylinders oder einer Scheibe aufweist . Der Träger weist eine Haupterstreckungsebene auf . Die Haupterstreckungsebene des Trägers verläuft zum Beispiel zumindest stellenweise parallel zu einer Oberfläche , zum Beispiel einer Deckfläche , des Trägers . Der Träger kann eine Dicke in eine Richtung, die senkrecht zur Haupterstreckungsebene verläuft , aufweisen .
Der Träger kann aus einem Aufwachssubstrat bestehen oder ein Aufwachssubstrat enthalten . Der Träger kann Saphir aufweisen . Ferner kann der Träger AIN aufweisen . Der Träger umfasst zum Beispiel Saphir und eine auf den Saphir aufgebrachte AIN Puf ferschicht . Alternativ kann der Träger auch nur eines dieser Materialien umfassen . So kann der Träger beispielsweise lediglich Saphir oder lediglich AIN aufweisen .
Der Träger kann eine Strukturierung aufweisen . Die Strukturierung kann dabei beispielsweise auf einer Außenfläche des Trägers ausgebildet sein . Alternativ kann der Träger auch an einem Schichtübergang innerhalb des Trägers eine Strukturierung aufweisen . Beispielsweise an einem Übergang von einem Saphirträger zu einer AIN-Puf f erschicht . Bei dem strukturierten Träger handelt es sich beispielsweise um einen Träger, der einen vorstrukturierten Saphir umfasst . Ferner kann der Träger auch im Herstellungsverfahren des strahlungsemittierenden Bauteils strukturiert werden . Bei der Strukturierung kann es sich insbesondere um eine periodische Strukturierung handeln, die Erhebungen und Senken umfasst , die in einem regelmäßigen Abstand angeordnet sind .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form umfasst das strahlungsemittierende Bauteil eine auf den Träger aufgebrachte Halbleiterschichtenfolge . Die Halbleiterschichtenfolge ist beispielsweise epitaktisch auf den Träger abgeschieden . Die Halbleiterschichtenfolge kann insbesondere nur an einer Seite des Trägers angeordnet sein . Die Halbleiterschichtenfolge kann mindestens eine Schicht aufweisen, insbesondere umfasst die Halbleiterschichtenfolge mehrere Schichten . Diese können die gleichen Materialien, aber auch j eweils andere Materialien aufweisen . Die Halbleiterschichtenfolge umfasst beispielsweise eine n- dotierte Halbleiterschicht , eine p-dotierte Halbleiterschicht sowie einen aktiven Bereich . Die n-dotierte Halbleiterschicht kann dabei insbesondere dem Träger zugewandt sein . Der aktive Bereich ist beispielsweise zwischen der n-dotierten Halbleiterschicht und der p-dotierten Halbleiterschicht angeordnet . Insbesondere kann der aktive Bereich eine Multiquantentopfstruktur aufweisen . Der aktive Bereich ist beispielsweise zum Emittieren von elektromagnetischer Strahlung ausgelegt . Die emittierte Strahlung liegt beispielsweise im Wellenlängenbereich zwischen IR-Strahlung und UV-Strahlung . Insbesondere kann es sich bei der emittierten Strahlung um Strahlung mit Wellenlängen im UV Bereich handeln . Der aktive Bereich kann beispielsweise ein I I I-V-Halbleitermaterial aufweisen . Bei dem strahlungsemittierenden Bauteil kann es sich insbesondere um eine Leuchtdiode oder um eine Laserdiode handeln .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des strahlungsemittierenden Bauteils , umfasst das strahlungsemittierende Bauteil eine Strahlungsauskoppelschicht , die auf der, der Halbleiterschichtenfolge abgewandten Seite des Trägers angeordnet ist . Die Strahlungsauskoppelschicht ist insbesondere durchlässig für die vom aktiven Bereich emittierte Strahlung .
Weiter bildet die Strahlungsauskoppelschicht beispielsweise eine Oberfläche des strahlungsemittierenden Bauteils . Dies bedeutet , dass keine weitere , zum strahlungsemittierenden Bauteil gehörende Schicht auf die Strahlungsauskoppelschicht aufgebracht ist . Eine Außenfläche der Strahlungsauskoppelschicht kann somit dem umgebenden Medium zugewandt sein . Die dem Träger abgewandte Oberfläche der Strahlungsauskoppelschicht stellt daher beispielsweise eine Grenz fläche zwischen dem strahlungsemittierenden Bauteil und dem umgebenden Medium dar . Die dem Träger abgewandte Seite der Strahlungsauskoppelschicht kann insbesondere glatt , rau oder strukturiert ausgeprägt sein . Die dem Träger zugewandte Seite der Strahlungsauskoppelschicht kann insbesondere der Oberflächenbeschaf fenheit des Trägers folgen . Dies kann bedeuten, dass die dem Träger zugewandte Seite der Strahlungsauskoppelschicht komplementär zu einer Struktur des Trägers sein kann . Insbesondere kann die dem Träger zugewandte Seite der Strahlungsauskoppelschicht vollständig in direktem Kontakt mit dem Träger stehen .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des strahlungsemittierenden Bauteils , weist die Strahlungsauskoppelschicht für die vom aktiven Bereich erzeugte elektromagnetische Strahlung einen Brechungsindex auf . Der Brechungsindex liegt zwischen einem Brechungsindex des Trägers und einem Brechungsindex eines Mediums , das das Bauteil umgibt .
Aufgrund der Strahlungsauskoppelschicht ist es möglich, dass weniger der von dem aktiven Bereich emittierten elektromagnetischen Strahlung in das strahlungsemittierende Bauteil zurück reflektiert wird, als dies ohne die Strahlungsauskoppelschicht der Fall wäre . Dies wird dadurch erreicht , dass die Strahlungsauskoppelschicht einen Brechungsindex aufweist , der zwischen dem Brechungsindex des Trägers und dem Brechungsindex des umgebenden Mediums liegt . Somit kommt es beim Übergang der elektromagnetischen Strahlung von dem Träger zu der Strahlungsauskoppelschicht sowie beim Übergang von der Strahlungsauskoppelschicht zu dem umgebenden Medium zu weniger Brechung und weniger Rückref lektion der elektromagnetischen Strahlung . Durch die Strahlungsauskoppelschicht kann die von dem aktiven Bereich emittierte Strahlung ef fi zienter aus dem strahlungsemittierenden Bauteil ausgekoppelt werden .
Umgebend bedeutet hier, dass das Medium zumindest in einer Ausstrahlungsrichtung des strahlungsemittierenden Bauteils um das Bauteil angeordnet ist . Das umgebende Medium kann das strahlungsemittierende Bauteil beispielsweise vollständig umgeben . Bei dem umgebenden Medium handelt es sich also um ein Medium, in welchem das strahlungsemittierende Bauteil betrieben wird . Das Medium kann beispielsweise Luft oder ein Vergussmaterial aufweisen . Bei der Ausstrahlungsrichtung des strahlungsemittierenden Bauteils handelt es sich beispielsweise um eine Richtung, die zumindest stellenweise senkrecht zu einer Haupterstreckungsebene des strahlungsemittierenden Bauteils verläuft .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des strahlungsemittierenden Bauteils , basiert die Strahlungsauskoppelschicht auf Quarzglas . Der Brechungsindex von Quarzglas kann insbesondere für die im Betrieb erzeugte elektromagnetische Strahlung zwischen dem Brechungsindex des Trägers und dem Brechungsindex des umgebenden Mediums liegen . Bei dem umgebenden Medium kann es sich insbesondere um Luft handeln . Quarzglas weist eine hohe Transmission für beispielsweise einen großen Bereich des elektromagnetischen Spektrums , insbesondere für den UV-Bereich auf .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des strahlungsemittierenden Bauteils umfasst das strahlungsemittierende Bauteil einen Träger, der mit Saphir und/oder AIN gebildet ist , eine auf den Träger aufgebrachte Halbleiterschichtenfolge , eine Strahlungsauskoppelschicht , die auf der der Halbleiterschichtenfolge abgewandten Seite des Trägers angeordnet ist , wobei die Halbleiterschichtenfolge einen aktiven Bereich zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung umfasst , und die Strahlungsauskoppelschicht für die vom aktiven Bereich erzeugte elektromagnetische Strahlung einen Brechungsindex aufweist , der zwischen dem Brechungsindex des Trägers und dem Brechungsindex des Mediums , das das Bauteil umgibt , liegt , und die Strahlungsauskoppelschicht auf Quarzglas basiert .
Strahlungsemittierende Bauteile können eine Linse zur Strahlungsauskopplung umfassen . Die Linse kann dabei aus Polymeren, beispielsweise aus teuren Fluorpolymerlinsen bestehen . Eine solche Linse wird mittels eines organischen Klebers auf das strahlungsemittierende Bauteil auf geklebt . Ein Nachteil eines solchen strahlungsemittierenden Bauteils liegt darin, dass die Verwendung eines organischen Klebers zu einer kurzen Lebensdauer des strahlungsemittierenden Bauteils führt , insbesondere wenn dieses im Betrieb UV-Strahlung emittiert .
Dem hier beschriebenen strahlungsemittierenden Bauteil liegt unter anderem die Idee zu Grunde , dass durch die auf Quarzglas basierende Strahlungsauskoppelschicht eine höhere Lichtausbeute erzielt werden kann, da durch die Angleichung der Brechungsindi zes eine Brechung und/oder Rückref lektion der emittierten elektromagnetischen Strahlung reduziert wird . Bei dem hier beschriebenen strahlungsemittierenden Bauteil befindet sich kein organischer Kleber zwischen dem Träger und der Strahlungsauskoppelschicht . Ferner ist Quarzglas insbesondere bei Bestrahlung mit UV-Strahlung besonders alterungsstabil . Somit umfasst das strahlungsemittierende Bauteil keine , für die von dem aktiven Bereich emittierte elektromagnetische Strahlung anfällige Substanz , was zu einer längeren Lebensdauer des strahlungsemittierenden Bauteils führen kann . Das hier beschriebene strahlungsemittierende Bauteil kann somit ef fi zient betrieben werden .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form ist der aktive Bereich zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung im UV-Bereich eingerichtet . Der UV-Bereich umfasst Wellenlängen im Bereich 100 nm bis 400 nm . Ein Vorteil dieser Aus führungs form ist , dass die auf Quarzglas basierende Strahlungsauskoppelschicht eine hohe Transparenz im UV-Bereich aufweist . Der aktive Bereich kann dazu beispielsweise auf AlGaN basieren .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form ist die der Strahlungsauskoppelschicht zugewandte und/oder abgewandte Seite des Trägers strukturiert . Der Träger weist dabei beispielsweise nur auf der der Strahlungsauskoppelschicht zugewandten Seite oder beispielsweise nur auf der der Strahlungsauskoppelschicht abgewandten Seite eine Strukturierung auf . Alternativ kann der Träger auf beiden Seiten strukturiert sein . Bei dem strukturierten Träger kann es sich beispielsweise um einen vorstrukturierten Saphir handeln oder der Träger kann einen solchen umfassen .
Ein Vorteil der hier beschriebenen Aus führungs form ist es , durch die Strukturierung des Trägers eine Reflexion der vom aktiven Bereich erzeugten elektromagnetischen Strahlung beim Übergang in den Träger oder beim Übergang von dem Träger zur Strahlungsauskoppelschicht zu verringern . Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass durch die Strukturierung des Trägers eine bessere Haftung der Strahlungsauskoppelschicht auf dem Träger ermöglicht wird . Gemäß zumindest einer Aus führungs form ist die dem Träger abgewandte Seite der Strahlungsauskoppelschicht auf geraut . Die dem Träger abgewandte Seite der Strahlungsauskoppelschicht stellt dabei insbesondere die dem umgebenden Medium zugewandte Seite der Strahlungsauskoppelschicht dar . Durch die dem Träger abgewandte Seite der Strahlungsauskoppelschicht kann die vom aktiven Bereich erzeugte elektromagnetische Strahlung von dem strahlungsemittierenden Bauteil in das umgebende Medium ausgekoppelt werden . Die dem Träger abgewandte Seite der Strahlungsauskoppelschicht kann beispielsweise mittels Zuf allsauf rauung, Laserlithografie , Nanoprägelithografie , Sandstrahlen oder Ätzen erfolgen . Bei der Aufrauung kann es sich insbesondere um eine Nanostrukturierung handeln .
Ein Vorteil des Aufrauens der trägerabgewandten Seite der Strahlungsauskoppelschicht liegt darin, dass die Strahlungsauskoppelef fi zienz des strahlungsemittierenden Bauteils gesteigert werden kann .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form umfasst oder bildet die Strahlungsauskoppelschicht ein optisches Element auf dem Träger . Bei dem optischen Element kann es sich um eine optische Linse handeln . Die optische Linse weist beispielsweise eine sphärische Struktur, eine Fresnel Struktur, einen Mikrolinsenarray oder ein di f fraktives optisches Element auf . Das optische Element kann dazu ausgelegt sein die durch das optische Element durchtretende elektromagnetische Strahlung zu formen . Beispielsweise kann die Strahlung von der Strahlungsauskoppelschicht gebündelt oder gestreut werden . Eine Idee dieser Aus führungs form liegt darin, dass die das strahlungsemittierende Bauteil verlassende Strahlung geformt werden kann . Die Strahlung kann beispielsweise gebündelt oder gestreut werden . Somit ist ein Formen der Strahlung auf Chip-level möglich .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form ist zwischen dem Träger und der Strahlungsauskoppelschicht eine Haftschicht angeordnet , und die Haftschicht weist Sieg auf oder besteht aus diesem Material . Ein Vorteil liegt darin, dass die Haftschicht sowohl gut an dem Träger haftet als auch eine gute Haftung der Strahlungsauskoppelschicht ermöglicht .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form sind an der der Strahlungsauskoppelschicht abgewandten Seite der Halbleiterschichtenfolge Kontakte zur externen Kontaktierung angeordnet . Die Kontakte können insbesondere ausschließlich an dieser Seite angeordnet sein . Es kann sich somit insbesondere um eine Rückseitenkontaktierung handeln . Es kann sich bei dem strahlungsemittierenden Bauteil daher um ein Flip-Chip-Bauteil handeln . Weiter kann der n-Kontakt den p- Kontakt beispielsweise rahmenartig umgeben .
Ein Vorteil dieser Aus führungs form liegt darin, dass die vom aktiven Bereich erzeugte Strahlung in einer Abstrahlrichtung nicht an metallischen Kontakten reflektiert wird .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form ist auf die dem Träger abgewandte Seite der Halbleiterschichtenfolge eine Metallisierung aufgebracht . Die Metallisierung kann dazu ausgelegt sein, die vom aktiven Bereich erzeugte elektromagnetische Strahlung zu reflektieren . Die Metallisierung kann also als Spiegel für die vom aktiven Bereich erzeugte elektromagnetische Strahlung dienen . Die Metallisierung weist beispielsweise eine hohe Ref lektivität für die erzeugte elektromagnetische Strahlung auf . Eine hohe Ref lektivität bedeutet hier beispielsweise eine Ref lektivität von zumindest 90% , insbesondere von mindestens 99% .
Die Metallisierung kann beispielsweise Rhodium, Aluminium und/oder Gold aufweisen . Diese Materialien haben eine hohe Ref lektivität für elektromagnetische Strahlung im UV-Bereich . Alternativ kann für die Metallisierung auch ein anderes Metall oder ein anderes Material , dass zur Reflektion der vom aktiven Bereich erzeugten elektromagnetischen Strahlung geeignet ist verwendet werden . Die Metallisierung kann weiterhin elektrisch leitend sein, insbesondere wenn die Metallisierung zwischen der Halbleiterschichtenfolge und dem p-Kontakt angeordnet ist , kann die Metallisierung elektrisch leitend ausgeprägt sein . Eine Idee dieser Aus führungs form ist , dass die emittierte elektromagnetische Strahlung bevorzugt in einer Abstrahlrichtung das Bauteil verlässt . Durch die Metallisierung kann die elektromagnetische Strahlung in die bevorzugte Abstrahlrichtung reflektiert werden .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form weist der Träger eine Dicke von höchstens 400 pm, insbesondere von höchstens 150 pm auf . Die Höhe des kompletten strahlungsemittierenden Bauteils kann somit beispielsweise im Bereich von 150 pm bis 500 pm liegen . Die Dicke des Trägers kann beispielsweise mindestens 50 pm, insbesondere mindestens 100 pm betragen . Ein Vorteil der obigen Aus führungs form ist , dass dadurch kompaktere Bauteile ermöglicht werden können . Kompaktere strahlungsemittierende Bauteile haben den Vorteil , dass sie in mehreren Bauteilanordnungen Anwendung finden können .
Es wird ferner ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauteils angegeben . Das optoelektronische Bauteil ist bevorzugt mit einem hier beschriebenen Verfahren herstellbar . Mit anderen Worten, sämtliche für das optoelektronische Bauteil of fenbarte Merkmale sind auch für das Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauteils of fenbart und umgekehrt .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens zur Herstellung eines strahlungsemittierenden Bauteils umfasst das Verfahren einen Verfahrensschritt , bei dem ein Substrat , das mit Saphir und/oder AIN gebildet ist , bereitgestellt wird .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens umfasst das Verfahren einen Verfahrensschritt , bei dem eine Halbleiterschichtenfolge auf das Substrat aufgebracht wird . Die Halbleiterschichtenfolge kann insbesondere epitaktisch auf gewachsen werden .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens umfasst das Verfahren einen Schritt , bei dem auf der der Halbleiterschichtenfolge abgewandten Seite des Substrats eine auf Quarzglas basierende Strahlungsauskoppelschicht ausgebildet wird .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens zur Herstellung eines strahlungsemittierenden Bauteils wird ein Substrat , das mit Saphir und/oder AIN gebildet ist bereitgestellt . Darauf wird einer Halbleiterschichtenfolge epitaktisch auf gewachsen . Auf der der Halbleiterschichtenfolge abgewandten Seite des Substrats wird eine auf Quarzglas basierende Strahlungsauskoppelschicht ausgebildet . Ein Vorteil dieser Aus führungs form eines Herstellungsverfahrens liegt darin, dass ein strahlungsemittierendes Bauteil ef fi zient hergestellt werden kann .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens zur Herstellung eines strahlungsemittierenden Bauteils umfasst das Ausbilden der auf Quarzglas basierenden Strahlungsauskoppelschicht einen Verfahrensschritt , in dem eine Ausgangsschicht mit Si02-Partikeln in einem Matrixmaterial auf die der Halbleiterschichtenfolge abgewandte Seite des Substrats aufgebracht wird . In einem anschließenden Verfahrensschritt wird das Matrixmaterial entfernt . Daran schließt ein Verfahrensschritt an, bei dem die SiO2-Partikel zur Erzeugung einer auf Quarzglas basierenden Strahlungsauskoppelschicht gesintert werden .
Die Ausgangsschicht enthält Partikel in einem Matrixmaterial . Bei den Partikeln kann es sich um Nanopartikel , insbesondere um Si02-Nanopartikel handeln . Das Matrixmaterial umfasst beispielsweise ein Polymer . Das Entfernen des Matrixmaterials erfolgt in einem Entbinderschritt . Dabei wird die Ausgangsschicht auf eine Temperatur erhitzt , die zum Verglühen des Matrixmaterials geeignet ist . Für ein Polymer kann die nötige Temperatur beispielsweise zwischen 400 ° C und 800 ° C betragen . Die auf dem Träger verbliebenen Partikel werden anschließend gesintert . Dies bedeutet , dass die Partikel erhitzt werden, was beispielsweise zu einer Verdichtung und/oder Verschmel zung der Partikel führen kann . Für SiO2-Partikel kann die benötigte Temperatur beispielsweise mindestens 1000 ° C, insbesondere mindestens 1300 ° C betragen .
Ein Vorteil dieser Aus führungs form liegt darin, dass die Strahlungsauskoppelschicht direkt in einem Front-End- Verfahren aufgebracht werden kann . Die Strahlungsauskoppelschicht kann also direkt auf dem Träger ausgebildet werden . Somit können Verunreinigungen zumindest verringert werden .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form umfasst das Matrixmaterial ein Polymer . Ein Vorteil dieser Aus führungs form ist , dass sich Polymere einfach verarbeiten lassen . Diese können beispielsweise für Spritzgussverfahren, Spin-on-Beschichtung, Gießverfahren, 3D Druck, subtraktive Bearbeitung oder Replikationsverfahren geeignet sein . Bei der Ausgangsschicht kann es sich somit beispielsweise um ein spritzguss fähiges Glas handeln . Auch können Polymere aus der Ausgangsschicht entbindert werden, was eine Weiterverarbeitung der in der Ausgangsschicht verbliebenen Partikel ermöglicht .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form umfasst das Verfahren einen Verfahrensschritt , wobei das Substrat direkt nach dem Aufbringen der Halbleiterschichtenfolge auf das Substrat gedünnt wird . Ein Vorteil des Dünnens des Substrats liegt darin, dass eine kleinere , kompaktere Bauform eines strahlungsemittierenden Bauteils erreicht werden kann .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form wird eine Krümmung des Trägers mittels Induzieren von Störstellen in den Träger mit Hil fe eines Lasers durch eine Spannungsreduktion verringert . Bei dem Träger handelt es sich beispielsweise um einen Saphirträger . Die durch das epitaktische Aufwachsen weiterer Schichten auf den Saphirträger entstehende Verspannung kann in der laserbehandelten Schicht innerhalb des Saphirträgers absorbiert werden . Ein Vorteil dieser Aus führungs form liegt darin, dass die Verspannung reduziert wird und Risse in den epitaktisch auf gewachsenen Schichten reduziert oder verhindert werden .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form eines Verfahrens zur Herstellung eines strahlungsemittierenden Bauteils wird nach dem epitaktischen Aufwachsen der Halbleiterschichtenfolge auf das Substrat ein Hil fsträger auf die Halbleiterschichtenfolge an der dem Substrat abgewandten Seite der Halbleiterschichtenfolge aufgebracht . Danach wird das Substrat gedünnt . Nach dem Ausbilden der Strahlungsauskoppelschicht wird ein weiterer Hil fsträger auf die Strahlungsauskoppelschicht aufgebracht und der Hil fsträger entfernt . Weiter werden metallische Kontakte an der der Strahlungsauskoppelschicht abgewandten Seite der Halbleiterschichtenfolge erzeugt , und der weitere Hil fsträger entfernt .
Bei dem Hil fsträger und dem weiteren Hil fsträger handelt es sich um mechanisch tragende Elemente . Unter anderem können die Hil fsträger Borosilikatglas , Calciumacetat oder Saphirglas aufweisen . Ein Vorteil dieser Aus führungs form ist , dass durch die Verwendung von Hil fsträgern im Herstellungsprozess das Substrat stärker gedünnt werden kann . Dadurch werden kompaktere Bauformen des strahlungsemittierenden Bauteils erreicht .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens , werden nach dem Ausbilden der Strahlungsauskoppelschicht auf das Substrat , in Zwischenräume der Strahlungsauskoppelschicht , Metallstege aufgebracht , der weitere Hil fsträger weist eine Struktur auf , welche komplementär zu einer Struktur der Strahlungsauskoppelschicht ist , der weitere Hil fsträger weist stellenweise Metallstege auf , und die Metallstege des weiteren Hil fsträgers werden mit den Metallstegen des Substrats verbunden . Die Metallstege werden beispielsweise unter Verwendung einer Maske mittels Sputtern aufgebracht . Die auf das Substrat aufgebrachten Metallstege enthalten beispielsweise AuSn . Die auf den weiteren Hil fsträger aufgebrachten Metallstege weisen beispielsweise Gold auf . Die Metallstege auf dem Substrat werden bei einer linsenförmig ausgeprägten Strahlungsauskoppel fläche insbesondere zwischen den Linsen auf das Substrat aufgebracht . Die Metallstege auf dem weiteren Hil fsträger werden bei einem, zu einer linsenförmig ausgeprägten Strahlungsauskoppel fläche komplementären weiteren Hil fsträger insbesondere auf die Zwischenräume , zwischen den linsenförmigen Strukturen, aufgebracht . Ein Vorteil dieser Aus führungs form liegt darin, dass die Strahlungsauskoppelschicht strukturiert ausgeprägt werden kann und durch die Verwendung der Hil fsträger im Herstellungsverfahren ein dünneres Substrat Anwendung finden kann . Auch bietet ein Hil fsträger, welcher komplementär zu einer Struktur der Strahlungsauskoppel fläche ist eine bessere mechanische Unterstützung des Bauteils und kann einfacher mit dem Substrat verbunden werden . Durch das AuSn : Au Wafer-Bonden kann der weitere Hil fsträger einfach aufgebracht und wieder entfernt werden . Da dies mittels nichtinvasiven Methoden durchgeführt werden kann, kann der Träger insbesondere wiederverwendet werden .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form umfasst das Verfahren einen Schritt , in dem die Ausgangsschicht strukturiert auf das Substrat aufgebracht wird, derart , dass sie linsenförmige Strukturen aufweist . Die Ausgangsschicht kann beispielsweise mittels Replikationsprozessen oder 3D Druck linsenförmig strukturiert aufgebracht werden . Dabei kann die Ausgangsschicht beispielsweise direkt linsenförmig aufgebracht werden . Alternativ kann die Ausgangsschicht auch erst nach dem Aufbringen auf das Substrat linsenförmig strukturiert werden .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens werden vor dem Aufbringen der Ausgangsschicht auf das Substrat Einkerbungen in das Substrat eingebracht werden, und die Einkerbungen dienen als Stoppkanten zur Ausbildung der linsenförmigen Strukturen . Die Einkerbungen werden beispielsweise mittels mechanischer Bearbeitung, insbesondere mittels Sägen oder Lasern geformt . Die beispielsweise auf gespritzte Ausgangsschicht breitet sich auf dem Substrat bis zu den Einkerbungen aus und bildet eine linsenförmige Struktur . Ein Vorteil dieser Aus führungs form liegt darin, dass das Verfahren zum Erhalt linsenförmiger Strukturen vereinfacht ist .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form wird das Substrat vor dem Aufbringen der Ausgangsschicht strukturiert . Dabei kann das Substrat an einem Schichtübergang innerhalb des Substrats strukturiert sein . Alternativ können auch außenliegende Oberflächen, die parallel zu einer Haupterstreckungsebene des Substrats verlaufen strukturiert sein .
Ein Vorteil dieser Aus führungs form liegt in der verbesserten Haftung der Ausgangsschicht auf dem Substrat . Ein weiterer Vorteil ist , dass eine Totalref lektion der vom aktiven Bereich erzeugten Strahlung durch die strukturierten Oberflächen verringert wird . Bei der Strukturierung kann es sich beispielsweise um eine Nanostrukturierung, wie beispielsweise eine Aufrauung handeln . Im Folgenden werden das hier beschriebene optoelektronische Bauteil und das hier beschriebene Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauteils in Verbindung mit Aus führungsbeispielen und den dazugehörigen Figuren näher erläutert .
Die Figuren 1 bis 9 zeigen schematische Querschnitte durch ein strahlungsemittierendes Bauteil gemäß einem Aus führungsbeispiel .
Die Figuren 10A bis 10G zeigen Verfahrensschritte in einem Verfahren zur Herstellung eines strahlungsemittierenden Bauteils gemäß einem Aus führungsbeispiel .
Die Figuren 11A-11M zeigen ein Aus führungsbeispiel eines Verfahrens zur Herstellung eines strahlungsemittierenden Bauteils .
Die Figuren 12A- 12C zeigen ein weiteres Aus führungsbeispiel eines Verfahrens zur Herstellung eines strahlungsemittierenden Bauteils .
Die Figuren 13A und 13B zeigen ein Verfahren zur Herstellung eines strahlungsemittierenden Bauteils gemäß einem Aus führungsbeispiel .
Die Figuren 14A-14 I zeigen ein Aus führungsbeispiel eines Verfahrens zur Herstellung einer Viel zahl von strahlungsemittierenden Bauteilen .
Gleiche , gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugs zeichen versehen . Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu betrachten . Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder für eine bessere Verständlichkeit übertrieben groß dargestellt sein .
Figur 1 zeigt eine Schnittdarstellung eines strahlungsemittierenden Bauteils 100 gemäß einem Aus führungsbeispiel . Das strahlungsemittierende Bauteil 100 weist einen Träger 30 auf . Der Träger kann mehrschichtig ausgeprägt sein . Auf einer Oberseite 12 des Trägers 30 ist eine Strahlungsauskoppelschicht 1 auf den Träger 30 aufgebracht . Der Träger 30 ist im dargestellten Aus führungsbeispiel zweischichtig aufgebaut . So umfasst der Träger 30 einen Saphirträger 2 und eine Puf ferschicht 3 . Die zwei Schichten des Trägers sind durch einen Schichtübergang 23 miteinander verbunden . Auf die Puf ferschicht 3 ist eine Halbleiterschichtenfolge 40 epitaktisch auf gewachsen . Die Puf ferschicht 3 dient dabei insbesondere der Angleichung der Gitterkonstante des Trägers 30 und der Gitterkonstanten der Halbleiterschichtenfolge 40 um ein optimales Aufwachsen der Halbleiterschichtenfolge 40 auf den Träger 30 zu ermöglichen .
Die Halbleiterschichtenfolge 40 umfasst eine n-dotierte Halbleiterschicht 4 , einen aktiven Bereich 5 sowie eine p- dotierte Halbleiterschicht 6 . Auf die p-dotierte Halbleiterschicht 6 ist eine Metallisierung 7 aufgebracht . Die Metallisierung 7 kann beispielsweise Rhodium, Aluminium und/oder Gold aufweisen .
Auf der Metallisierung 7 ist ein p-Kontakt 10 angeordnet . Der p-Kontakt 10 dient der elektrischen Kontaktierung der p- dotierten Halbleiterschicht 6 . Die n-dotierte Halbleiterschicht 4 ist stellenweise nicht mit den weiteren Schichten der Halbleiterschichtenfolge 40 bedeckt . Auf diese freigelegten Stellen der n-dotierten Halbleiterschicht 4 ist zumindest ein n-Kontakt 9 zur elektrischen Kontaktierung der n-dotierten Halbleiterschicht 4 angeordnet . Die metallischen Kontakte ( 9 , 10 ) zur externen Kontaktierung können also insbesondere an der der Strahlungsauskoppelschicht 1 abgewandten Seite der Halbleiterschichtenfolge 40 angeordnet sein . Die zwei dargestellten n-Kontakte 9 können miteinander verbunden sein, und insbesondere rahmenartig um den p-Kontakt 10 angeordnet sein . Der n-Kontakt 9 kann beispielsweise den p-Kontakt 10 lateral vollständig umschließen . Zwischen dem n-Kontakt 9 und dem aktiven Bereich 5 , der p-dotierten Halbleiterschicht 6 , der Metallisierung 7 sowie dem p-Kontakt 10 ist eine Passivierungsschicht 8 angeordnet .
Figur 2 zeigt eine Schnittdarstellung durch ein strahlungsemittierendes Bauteil 100 . Das strahlungsemittierende Bauteil 100 gemäß dem in Figur 2 dargestellten Aus führungsbeispiel unterscheidet sich von dem strahlungsemittierenden Bauteil 100 gemäß dem in Figur 1 dargestellten Aus führungsbeispiel dahingehend, dass die freiliegende Oberfläche 11 der Strahlungsauskoppelschicht 1 strukturiert ausgeprägt ist . Bei der Strukturierung der freiliegenden Oberfläche 11 handelt es sich insbesondere um eine Nanostrukturierung . Dies bedeutet , dass die freiliegenden Oberfläche 11 aufgeraut sein kann . Weiter weist die Figur 2 eine Haftschicht 25 auf . Die Haftschicht 25 kann beispielsweise SiO2 enthalten .
Figur 3 zeigt eine Schnittdarstellung durch ein strahlungsemittierendes Bauteil 100 . Das strahlungsemittierende Bauteil 100 gemäß dem in Figur 3 dargestellten Aus führungsbeispiel unterscheidet sich von dem strahlungsemittierenden Bauteil 100 gemäß dem in Figur 1 dargestellten Aus führungsbeispiel dahingehend, dass ein Schichtübergang 23 im Träger 30 eine Strukturierung aufweist .
Figur 4 zeigt eine Schnittdarstellung eines strahlungsemittierenden Bauteils 100 gemäß einem Aus führungsbeispiel , dass sich von dem in Figur 1 dargestellten Aus führungsbeispiel darin unterscheidet , dass die freiliegende Oberfläche 11 der Strahlungsauskoppelschicht 1 aufgeraut ist und der Schichtübergang 23 im Träger 30 strukturiert ist .
Figur 5 zeigt eine Schnittdarstellung eines strahlungsemittierenden Bauteils 100 gemäß eines Aus führungsbeispiels , welches im Gegensatz zu dem in Figur 3 dargestellten Aus führungsbeispiel eines strahlungsemittierenden Bauteils 100 auch eine strukturierte Oberseite 12 des Trägers 30 aufweist .
Figur 6 zeigt ein strahlungsemittierendes Bauteil 100 gemäß einem Aus führungsbeispiel , dass sich von dem strahlungsemittierenden Bauteil 100 in Figur 4 dahingehend unterscheidet , dass eine Oberseite 12 des Trägers 30 ebenfalls strukturiert ist .
Das in Figur 7 dargestellte strahlungsemittierende Bauteil 100 folgt dem Aufbau des in Figur 1 gezeigten strahlungsemittierenden Bauteils , wobei die Strahlungsauskoppelschicht 1 als optisches Element auf dem Träger 30 aufgebracht ist . Im Aus führungsbeispiel der Figur 7 ist die Strahlungsauskoppelschicht 1 insbesondere als konvexe Linse ausgeprägt . Alternativ, nicht gezeigt , kann der gekrümmte Bereich der Linse bis auf die der Halbleiterschichtenfolge abgewandte Seite des Trägers 30 verlaufen .
Figur 8 zeigt ein Aus führungsbeispiel eines strahlungsemittierenden Bauteils 100 , das sich von dem Aus führungsbeispiel des strahlungsemittierenden Bauteils 100 der Figur 7 darin unterscheidet , dass der Schichtübergang 23 strukturiert ist .
Das in Figur 9 dargestellte Aus führungsbeispiel eines strahlungsemittierenden Bauteils 100 weist zusätzlich zu dem in Figur 8 gezeigten strukturierten Schichtübergang 23 des strahlungsemittierenden Bauteils 100 eine strukturierte Oberfläche 12 auf .
Die Figuren 10A, 10B, 10C, 10D, 10E , 10F, 10G zeigen Verfahrensschritte in einem Verfahren zur Herstellung eines strahlungsemittierenden Bauteils gemäß einem Aus führungsbeispiel .
In einem ersten Verfahrensschritt , Figur 10A, wird ein Saphirträger 2 bereitgestellt . Der Saphirträger 2 kann den Träger 30 bilden . Alternativ kann auch eine auf den Saphir aufgebrachte mindestens eine weitere Schicht einen Teil des Trägers 30 darstellen . Bei den Schichten des Trägers 30 kann es sich insbesondere um Saphir und/oder AIN handeln .
In einem nächsten Verfahrensschritt , Figur 10B, wird eine Halbleiterschichtenfolge 40 , auf den Träger 30 aufgebracht . Die Halbleiterschichtenfolge 40 ist beispielsweise epitaktisch auf den Träger 30 abgeschieden . Dabei werden zunächst die n-dotierte Halbleiterschicht 4 , dann der aktive Bereich 5 und anschließend die p-dotierte Halbleiterschicht 6 auf den Träger 30 auf gewachsen . In dem in Figur 10B dargestellten Aus führungsbeispiel umfasst der Träger 30 zwei Schichten, die verschiedene Materialien enthalten .
Figur I OC zeigt das strahlungsemittierende Bauteil 100 nach einem Verfahrensschritt , in dem der Träger 30 gedünnt wird . Die Saphirschicht 2 des Trägers 30 wird beispielsweise mittels chemisch mechanischem Polieren gedünnt . Die Zieldicke kann beispielsweise maximal 400pm, insbesondere maximal 350pm betragen .
Auf die der Halbleiterschichtenfolge 40 abgewandte Seite des Trägers 30 wird in einem darauf folgenden Schritt , Figur 10D, eine Ausgangsschicht 14 aufgebracht . Die Ausgangsschicht 14 enthält SiCt-Partikel 15 in einem Matrixmaterial 16 . Das Matrixmaterial 16 umfasst beispielsweise ein Polymer . Die SiCt-Partikel 15 können insbesondere Größen im Nanometerbereich aufweisen . Die SiCt-Partikel sind beispielsweise dichter gepackt als in Figur 10D dargestellt .
Um im Herstellungsverfahren ausgehend von Figur 10D ein in Figur 10E gezeigtes strahlungsemittierendes Bauteil 100 zu erhalten, wird zunächst das Matrixmaterial 16 aus der Ausgangsschicht 14 entfernt . Anschließend werden die in der Ausgangsschicht 14 verbliebenen SiO2-Partikel 15 zu einer Strahlungsauskoppelschicht 1 gesintert . Sintern bedeutet hier, dass zumindest die SiCp-Partikel temperaturbehandelt werden . Die SiCp-Partikel 15 werden beispielsweise auf eine Temperatur oberhalb des Schmel zpunkts erhitzt , beispielsweise auf 1300 ° C, um ein Verdichten der SiCp-Partikel 15 zu einer auf Quarzglas basierenden Strahlungsauskoppelschicht 1 zu erreichen . Das Entfernen des Matrixmaterials 16 aus der Ausgangsschicht 14 kann beispielsweise direkt im Sinterprozess erfolgen . Alternativ kann das Matrixmaterial 16 in einem Entbinderschritt vor dem Sinterprozess aus der Ausgangsschicht 14 entfernt werden . Dabei wird die Ausgangsschicht 14 zunächst auf eine Temperatur, die zum Verglühen des Matrixmaterials 16 geeignet ist erhitzt . Die benötigte Temperatur kann beispielsweise 400 - 800 ° C betragen, insbesondere kann das Matrixmaterial bei 600 ° C aus der Ausgangsschicht 14 entfernt werden .
Figur 10F zeigt das strahlungsemittierende Bauteil 100 nach einem Verfahrensschritt , in dem das strahlungsemittierende Bauteil 100 elektrisch kontaktiert wird . Der Verfahrensschritt umfasst das Freilegen von Teilen der dem Träger 30 abgewandten Oberfläche der n-dotierten Halbleiterschicht 4 , sowie von Seitenflächen der p-dotierten Halbleiterschicht 6 und dem aktiven Bereich 5 . Das Freilegen kann beispielsweise mittels Lithografie oder Ätzen erfolgen .
Der Verfahrensschritt umfasst weiter das Aufbringen einer Metallisierung 7 . Die Metallisierung kann Rhodium, Aluminium oder Gold aufweisen und als Spiegel für die vom aktiven Bereich 5 erzeugte elektromagnetische Strahlung dienen .
Es wird eine Passivierungsschicht 8 auf die Seitenflächen des aktiven Bereichs 5 , der p-dotierten Halbleiterschicht 6 sowie der Metallisierung 7 aufgebracht . Auf der Metallisierung 7 wird ein p-Kontakt 10 zur elektrischen Kontaktierung angeordnet . An die n-dotierte Halbleiterschicht 4 wird ein n- Kontakt 9 zur elektrischen Kontaktierung angebracht . Die metallischen Kontakte sind im hier gezeigten Aus führungsbeispiel auf einer der Strahlungsauskoppel fläche 1 abgewandten Oberfläche der n-dotierten Halbleiterschicht 4 und der Metallisierung 7 angeordnet .
Die Kontakte können insbesondere ausschließlich an dieser Seite angeordnet sein . Es kann sich bei dem strahlungsemittierenden Bauteil 100 also um ein Flip-Chip- Bauteil handeln . Weiter kann der n-Kontakt 9 den p-Kontakt 10 rahmenartig umgeben .
In Figur 10G ist ein fertiggestelltes strahlungsemittierendes Bauteil 100 gemäß einem Aus führungsbeispiel gezeigt .
Die Figuren 11A, 11B, 11C, HD, HE , H F, HG, 11H, H I , H J, 11K, HL und HM zeigen ein weiteres Aus führungsbeispiel des hier beschriebenen Verfahrens zur Herstellung eines strahlungsemittierenden Bauteils .
Die in den Figuren 11A und HB gezeigten Verfahrensschritte entsprechen den in den Figuren 10A und 10B beschriebenen Schritten .
In einem nachfolgenden Schritt , Figur 11C, wird auf die dem Träger 30 abgewandte Seite der Halbleiterschichtenfolge 40 ein Hil fsträger 17 aufgebracht .
Anschließend, Figur HD, wird der Saphirträger 2 gedünnt . Durch die Verwendung eines Hil fsträgers 17 kann der Träger 30 in diesem Aus führungsbeispiel des Verfahrens zur Herstellung eines strahlungsemittierenden Bauteils dünner ausgeprägt sein, als in dem in Figur 10 beschriebenen Aus führungsbeispiels eines Herstellungsverfahrens . So kann der Saphirträger 2 beispielsweise auf eine Zieldicke von maximal 150pm, insbesondere maximal 120pm gedünnt werden . Figur 11E zeigt ein Aus führungsbeispiel , bei dem der gedünnte Träger 30 vor Aufbringen der Ausgangsschicht 14 auf der der Halbleiterschichtenfolge 40 abgewandten Seite strukturiert wird .
Figur H F zeigt eine um 180 ° um die Haupterstreckungsachse gedrehte Variante des strahlungsemittierenden Bauteils 100 aus Figur 11E .
Anschließend, Figur 11G, werden die Verfahrensschritte der Figuren 10D und 10E zum Ausbilden einer auf Quarzglas basierenden Strahlungsauskoppelschicht 1 auf der der Halbleiterschichtenfolge 40 abgewandten Seite des Trägers 30 durchgeführt .
Figur 11H zeigt das strahlungsemittierende Bauteil nach dem Aufbringen einer Trennschicht 21 auf die Strahlungsauskoppelschicht 1 und eines weiteren Hil fsträgers 18 auf die Trennschicht 21 . Die Trennschicht 21 kann zusätzlich oder alternativ auch auf den Hil fsträger 18 aufgebracht werden .
In einem nachfolgenden Verfahrensschritt , Figur 111 , wird der Hil fsträger 17 von der Halbleiterschichtenfolge 40 abgelöst . Das Trennen des Hil fsträgers 17 und der Halbleiterschichtenfolge 40 kann beispielsweise mittels nasschemischer Methoden oder mittels Laser-Li ft-Of f erfolgen .
Figur 11 J zeigt das strahlungsemittierende Bauteil 100 nach dem in Figur 111 beschriebenen Verfahrensschritt um 180 ° um die Haupterstreckungsachse gedreht . Figur 11K entspricht dem in Figur 10F beschriebenen Verfahrensschritt . Figur 11K zeigt zudem eine Aus führungs form bei der der weitere Hil fsträger 18 ohne zusätzliche Trennschicht 21 auf die Strahlungsauskoppelschicht 1 aufgebracht werden kann .
In einem nachfolgenden Verfahrensschritt , Figur 11L, wird der weitere Hil fsträger 18 von der Strahlungsauskoppelschicht 1 abgetrennt . Das Trennen des weiteren Hil fsträgers 18 und der Halbleiterschichtenfolge 40 kann beispielsweise mittels nasschemischer Methoden oder mittels Laser-Li ft-Of f erfolgen .
Figur UM zeigt ein fertiggestelltes strahlungsemittierendes Bauteil 100 . Dieses unterscheidet sich von dem in Figur 10G dargestellten strahlungsemittierenden Bauteils 100 lediglich in der Dicke . Dies wird durch die verschiedenen Zieldicken in den Dünnungsverfahren des Saphirträgers 2 , Figuren 10C und HD, erreicht .
Die Figuren 12A, 12B und 12C zeigen ein weiteres Aus führungsbeispiel eines hier beschriebenen Verfahrens zur Herstellung eines strahlungsemittierenden Bauteils .
Figur 12A zeigt eine Bauteilanordnung wie in Figur 10D, die mit den Verfahrensschritten 10A bis 10D hergestellt wird . Figur 12A unterscheidet sich von der Figur 10D darin, dass die Verfahrensschritte 10A bis 10D in Figur 12 auf ein Substrat 20 angewendet werden . Der Aufbau des Substrats 20 entspricht dem Aufbau des Trägers 30 . Lediglich die Größe des Substrats 20 entlang einer Haupterstreckungsebene beträgt ein Viel faches der Größe des Trägers 30 . Somit kann bei dem in Figur 12 gezeigten Verfahren eine Viel zahl von strahlungsemittierenden Bauteilen 100 gleichzeitig hergestellt werden . Diese können anschließend vereinzelt werden .
In einem anschließenden Schritt , Figur 12B, wird die Ausgangsschicht 14 strukturiert . Dies kann, wie hier dargestellt , bedeuten, dass die Ausgangsschicht 14 linsenförmig strukturiert wird . Die linsenförmige Strukturierung wird hierbei durch einen Replikationswafer 22 auf das strahlungsemittierende Bauteil 100 übertragen . Die Übertragung der Struktur des Replikationswafer 22 auf die Ausgangsschicht 14 kann beispielsweise mittels Pressverfahren voll zogen werden .
Figur 12C zeigt die linsenförmig ausgeprägte Ausgangsschicht 14 auf dem Substrat 20 . Die linsenförmig ausgeprägte Ausgangsschicht 14 kann zu einer linsenförmig ausgeprägten Strahlungsauskoppelschicht 1 ausgebildet werden .
Die Figuren 13A und 13B zeigen ein weiteres Aus führungsbeispiel eines Verfahrens zur Herstellung eines strahlungsemittierenden Bauteils 100 mit einer linsenförmig ausgeprägten Strahlungsauskoppelschicht 1 .
Figur 13A zeigt ein strahlungsemittierendes Bauteil 100 , dass mit den in den Figuren 11A, 11B, 11C und HD gezeigten Verfahrensschritten hergestellt werden kann . An diese Schritte anschließend, Figur 13A, werden Einkerbungen 24 in den Saphirträger 2 mittels mechanischer Bearbeitung, beispielsweise mittels Sägen oder Lasern, eingebracht . Diese Einkerbungen 24 dienen als Stoppkanten zur Ausbildung linsenförmiger Strukturen . In Figur 13B ist die Funktion der Einkerbungen 24 als Stoppkanten zur Ausbildung linsenförmiger Strukturen dargestellt . Die Ausgangsschicht 14 breitet sich auf dem Träger 30 bis zu den Einkerbungen 24 aus und bildet eine linsenförmige Struktur . Die Ausgangsschicht 14 kann anschließend zu einer linsenförmig ausgeprägten Strahlungsauskoppelschicht 1 ausgebildet werden .
Figur 14 stellt in den Verfahrensschritten A- I ein Aus führungsbeispiel eines Verfahrens zur Herstellung eines strahlungsemittierenden Bauteils 100 dar . Das in Figur 14A gezeigte Bauteil schließt an die in Figur 12 oder Figur 13 beschriebenen Verfahrensschritte an und zeigt eine strukturierte Strahlungsauskoppel fläche 1 .
Figur 14B zeigt einen Schritt , bei dem auf das Substrat 20 in die Zwischenräume der Strahlungsauskoppelschicht 1 Metallstege 19a aufgebracht werden . Diese können beispielsweise AuSn enthalten . Die Metallstege 19a werden beispielsweise mittels Sputtern unter Benutzung einer Maske aufgebracht .
In Figur 14C wird ein weiterer Hil fsträger 18 bereitgestellt . Der weitere Hil fsträger 18 weist eine Struktur auf , welche komplementär zu einer dem Hil fsträger 18 zugewandten Struktur der Strahlungsauskoppelschicht 1 ist .
Anschließend, Figur 14D, wird eine Beschichtung für ein späteres Trennverfahren auf den weiteren Hil fsträger 18 aufgebracht . Die Beschichtung kann beispielsweise SiN enthalten . Bei der Beschichtung handelt es sich beispielsweise um eine Trennschicht 21 . Die Beschichtung kann auch eine Schutz funktion aufweisen . Die Beschichtung kann beispielsweise für ein Laser-Li ft-Of f-Verfahren benötigt werden .
Figur 14E zeigt ein Schritt , in dem Metallstege 19b stellenweise auf den weiteren Hil fsträger 18 aufgebracht werden .
Nach dem der weitere Hil fsträger 18 und das in Figur 14B hergestellte Bauteil zum Wafer-Bonden über die Metallstege 19a, 19b vorbereitet sind, werden die Träger miteinander verbunden, Figur 14 F . Dies wird beispielsweise über AuSn : Au bonden erreicht .
Figur 14G zeigt einen Schritt , in dem der Hil fsträger 17 von der Halbleiterschichtenfolge 40 entfernt wird .
Anschließend, Figur 14H, wird ein in Figur 10F beschriebener Verfahrensschritt durchgeführt , nicht gezeigt , bei dem eine Metallisierung und eine elektrische Kontaktierung angebracht werden . Daran anschließend wird der weitere Hil fsträger 18 beispielsweise nasschemisch oder mittels Laser-Li ft-Of f entfernt .
Um ein strahlungsemittierendes Bauteil 100 zu erhalten, wird zuletzt , Figur 141 , das Substrat 20 in einzelne Träger 30 getrennt . Beispielsweise wird der Bauteilarray zersägt .
Die in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Merkmale und Aus führungsbeispiele können gemäß weiteren Aus führungsbeispielen miteinander kombiniert werden, auch wenn nicht alle Kombinationen expli zit beschrieben sind . Weiterhin können die in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Aus führungsbeispiele alternativ oder zusätzlich weitere Merkmale gemäß der Beschreibung im allgemeinen Teil aufweisen .
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Aus führungsbeispiele auf diese beschränkt . Vielmehr umfasst die Erfindung j edes neue Merkmal sowie j ede Kombination von Merkmalen, was insbesondere j ede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet , auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht expli zit in den Patentansprüchen oder Aus führungsbeispielen angegeben ist .
Bezugs zeichenliste
1 Strahlungsauskoppelschicht
2 Saphirträger
3 Puf ferschicht
4 n-dotierte Halbleiterschicht
5 aktiver Bereich
6 p-dotierte Halbleiterschicht
7 Metallisierung
8 Passivierungsschicht
9 n-Kontakt
10 p-Kontakt
11 Oberfläche der Strahlungsauskoppelschicht
12 Oberseite des Trägers/Substrats
13 Unterseite des Trägers/Substrats
14 Ausgangsschicht
15 SiO2-Partikel
16 Matrixmaterial
17 Hil fsträger
18 weiterer Hil fsträger
19a Metallstege des Substrats
19b Metallstege des weiteren Hil fsträgers
20 Substrat
21 Trennschicht
22 Replikationswafer
23 Schichtübergang
24 Einkerbung
25 Haftschicht
30 Träger
40 Halbleiterschichtenfolge
100 strahlungsemittierendes Bauteil

Claims

Patentansprüche
1. Strahlungsemittierendes Bauteil (100) , umfassend
- einen Träger (30) , der mit Saphir und/oder AIN gebildet ist,
- eine auf den Träger (30) aufgebrachte Halbleiterschichtenfolge (40) ,
- eine Strahlungsauskoppelschicht (1) , die auf der, der Halbleiterschichtenfolge (40) abgewandten Seite des Trägers (30) angeordnet ist, wobei
- die Halbleiterschichtenfolge (40) einen aktiven Bereich (5) zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung umfasst,
- die Strahlungsauskoppelschicht (1) für die vom aktiven Bereich (5) erzeugte elektromagnetische Strahlung einen Brechungsindex aufweist, wobei der Brechungsindex zwischen einem Brechungsindex des Trägers (30) und einem Brechungsindex eines Mediums, das das Bauteil umgibt, liegt, und
- die Strahlungsauskoppelschicht (1) auf Quarzglas basiert.
2. Strahlungsemittierendes Bauteil (100) gemäß Anspruch 1, bei dem der aktive Bereich (5) zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung im UV-Bereich eingerichtet ist.
3. Strahlungsemittierendes Bauteil (100) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die der Strahlungsauskoppelschicht (1) zugewandte und/oder abgewandte Seite des Trägers (30) strukturiert ist.
4. Strahlungsemittierendes Bauteil (100) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die dem Träger (30) abgewandte Seite der Strahlungsauskoppelschicht (1) aufgeraut ist. 5. Strahlungsemittierendes Bauteil (100) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die Strahlungsauskoppelschicht (1) ein optisches Element auf dem Träger (30) umfasst oder bildet .
6. Strahlungsemittierendes Bauteil (100) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, bei dem zwischen dem Träger (30) und der Strahlungsauskoppelschicht (1) eine Haftschicht (25) angeordnet ist, und die Haftschicht (25) SiCt aufweist oder aus SiO2 besteht.
7. Strahlungsemittierendes Bauteil (100) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, bei dem metallische Kontakte (9,10) zur externen Kontaktierung an der der Strahlungsauskoppelschicht (1) abgewandten Seite der Halbleiterschichtenfolge (40) angeordnet sind.
8. Strahlungsemittierendes Bauteil (100) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, bei dem auf die dem Träger (30) abgewandte Seite der Halbleiterschichtenfolge (40) eine Metallisierung (7) aufgebracht ist.
9. Strahlungsemittierendes Bauteil (100) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, bei dem der Träger (30) eine Dicke von höchstens 400 pm, insbesondere von höchstens 150 pm aufweist.
10. Verfahren zur Herstellung eines strahlungsemittierenden Bauteils (100) mit den folgenden Schritten:
- Bereitstellen eines Substrats (20) , das mit Saphir und/oder AIN gebildet ist,
- epitaktisches Aufwachsen einer Halbleiterschichtenfolge
(40) auf das Substrat (20) , - Ausbilden einer auf Quarzglas basierenden
Strahlungsauskoppelschicht (1) auf der der
Halbleiterschichtenfolge (40) abgewandten Seite des Substrats (20) .
11. Verfahren gemäß dem vorherigen Anspruch, wobei das Ausbilden der auf Quarzglas basierenden Strahlungsauskoppelschicht (1) die folgenden Schritte umfasst :
- Aufbringen einer Ausgangsschicht (14) mit SiO2-Partikeln
(15) in einem Matrixmaterial (16) auf die der
Halbleiterschichtenfolge (40) abgewandte Seite des Substrats (20) ,
- Entfernen des Matrixmaterials (16)
- Sintern der SiO2-Partikel (15) zur Erzeugung einer auf Quarzglas basierenden Strahlungsauskoppelschicht (1) .
12. Verfahren gemäß Anspruch 11, wobei das Matrixmaterial
(16) ein Polymer umfasst.
13. Verfahren zur Herstellung eines strahlungsemittierenden Bauteils (100) gemäß den Ansprüchen 10 bis 12, wobei direkt nach dem epitaktischen Aufwachsen der Halbleiterschichtenfolge (40) auf das Substrat (20) ein Dünnen des Substrats (20) erfolgt.
14. Verfahren gemäß den Ansprüchen 10 bis 13, wobei
- nach dem epitaktischen Aufwachsen der Halbleiterschichtenfolge (40) auf das Substrat (20) ein Hilfsträger (17) auf die Halbleiterschichtenfolge (40) an der dem Substrat (20) abgewandten Seite der Halbleiterschichtenfolge (40) aufgebracht wird,
- das Substrat (20) gedünnt wird, - nach dem Ausbilden der Strahlungsauskoppelschicht (1) ein weiterer Hilfsträger (18) auf die Strahlungsauskoppelschicht
(1) aufgebracht wird,
- der Hilfsträger (17) entfernt wird,
- metallische Kontakte (9,10) an der der Strahlungsauskoppelschicht (1) abgewandten Seite der Halbleiterschichtenfolge (40) erzeugt werden, und
- der weitere Hilfsträger (18) entfernt wird.
15. Verfahren gemäß Anspruch 14, wobei nach dem Ausbilden der Strahlungsauskoppelschicht (1)
- auf das Substrat (20) , in Zwischenräume der Strahlungsauskoppelschicht (1) , Metallstege (19a) aufgebracht werden,
- der weitere Hilfsträger (18) eine Struktur aufweist, welche komplementär zu einer dem Hilfsträger (18) zugewandten Struktur der Strahlungsauskoppelschicht (1) ist,
- der weitere Hilfsträger (18) stellenweise Metallstege (19b) aufweist, und
- die Metallstege (19b) des weiteren Hilfsträgers (18) mit den Metallstegen (19a) des Substrats (20) verbunden werden.
16. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 10 bis 15, wobei die Ausgangsschicht (14) strukturiert auf das Substrat (20) aufgebracht wird, derart, dass sie linsenförmige Strukturen aufweist .
17. Verfahren gemäß dem vorherigen Anspruch, wobei vor dem Aufbringen der Ausgangsschicht (14) auf das Substrat (20) Einkerbungen (24) in das Substrat (20) eingebracht werden, und die Einkerbungen (24) als Stoppkanten zur Ausbildung der linsenförmigen Strukturen dienen.
18. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 10 bis 17, wobei das Substrat (20) vor Aufbringen der Ausgangsschicht (14) strukturiert wird.
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