Beschreibung description
VERFAHREN ZUM HERSTELLEN EINES STRAHLUNGSEMITTIERENDEN HALBLEITERCHIPSMETHOD FOR PRODUCING A RADIATION-EMITTING SEMICONDUCTOR CHIP
Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Mikrostrukturierung von strahlungsemittierenden Halbleiterchips. Sie bezieht sich auf die Aufrauhung einer strahlungsemittierenden Fläche einer Strahlungserzeugenden Halbleiterschichtfolge, insbesondere einer Strahlungsauskoppelfläche einer strahlungsemittierenden Halbleiterschichtfolge eines Dünnschicht-Leuchtdiodenchips.The invention lies in the field of microstructuring of radiation-emitting semiconductor chips. It relates to the roughening of a radiation-emitting surface of a radiation-generating semiconductor layer sequence, in particular a radiation decoupling surface of a radiation-emitting semiconductor layer sequence of a thin-film LED chip.
Ein Dünnfilm-Leuchtdioden-Chip zeichnet sich insbesondere durch folgende charakteristische Merkmale aus: an einer zu einem Trägerelement hin gewandten ersten Hauptfläche seiner Strahlungserzeugenden Epitaxieschichtenfolge ist eine reflektierende Schicht aufgebracht oder ausgebildet, die zumindest einen Teil der in der Epitaxieschichtenfolge erzeugten elektromagnetischen Strahlung in diese zurückreflektiert; die Epitaxieschichtenfolge weist eine Dicke im Bereich von 20μm oder weniger, insbesondere im Bereich von 10 μm auf; und an einer von der reflektierenden Schicht abgewandten zweiten Hauptfläche der strahlungserzeugenden Epitaxieschichtenfolge weist diese eine Durchmischungsstruktur auf, die im Idealfall zu einer annähernd ergodischen Verteilung des Lichtes in der epitaktischen Epitaxieschichtenfolge führt, d.h. sie weist ein möglichst ergodisch stochastisches Streuverhalten auf.A thin-film light-emitting diode chip is characterized in particular by the following characteristic features: on a first main surface of its radiation-generating epitaxial layer sequence facing a carrier element, a reflective layer is applied or formed which reflects at least some of the electromagnetic radiation generated in the epitaxial layer sequence back into it; the epitaxial layer sequence has a thickness in the range of 20 μm or less, in particular in the range of 10 μm; and on a second main surface of the radiation-generating epitaxial layer sequence facing away from the reflecting layer, the latter has a mixing structure which ideally leads to an approximately ergodic distribution of the light in the epitaxial epitaxial layer sequence, i.e. it exhibits a stochastic scattering behavior that is as ergodic as possible.
Ein Grundprinzip eines Dünnschicht -Leuchtdiodenchips ist beispielsweise in I. Schnitzer et al . , Appl . Phys . Lett. 63 (16), 18. Oktober 1993, 2174 - 2176 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt insofern hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird. Das emittierende Zone eines Dünnfilm-Leuchtdioden-Chips ist im Wesentlichen auf die vorderseitige strukturierte Auskoppelfläche der äußerst dünnen Epitaxieschichtenfolge beschränkt, wodurch sich nahezu die Verhältnisse eines Lambert ' sehen Oberflächenstrahlers einstellen.A basic principle of a thin-film LED chip is described, for example, in I. Schnitzer et al. , Appl. Phys. Lett. 63 (16), October 18, 1993, 2174 - 2176, the disclosure content of which is hereby incorporated by reference. The emitting zone of a thin-film light-emitting diode chip is essentially limited to the front-side structured coupling-out area of the extremely thin epitaxial layer sequence, as a result of which the conditions of a Lambertian surface emitter are set.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zum Herstellen einerThe present invention is based on the object of an improved method for producing a
Mikrostukturierung sowie einen Dünnschicht-Leuchtdiodenchip mit verbesserter Lichtauskopplung bereitzustellen.To provide microstructuring and a thin-film LED chip with improved light decoupling.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 7 gelöst . Ein nach dem Verfahren hergestellter Dünnschicht-Leuchtdiodenchip ist Gegenstand des Patentanspruches 32.This object is achieved by a method with the features of claim 1 and by a method with the features of claim 7. A thin-film LED chip produced by the method is the subject of claim 32.
Vorteilhafte Ausfuhrungsformen und bevorzugte Weiterbildungen des Verfahrens bzw. des Dünnschicht-Leuchtdiodenchips sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.Advantageous embodiments and preferred further developments of the method and of the thin-film LED chip are specified in the dependent claims.
Ein Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung zugrunde liegenden technischen Lehre eignet sich besonders bevorzugt für Dünnfilm-Leuchtdiodenchips mit einer Epitaxieschichtenfolge auf der Basis von Nitrid- Verbindungshalbleitermaterial, insbesondere auf der Basis von Halbleitermaterial aus dem Nitrid- Verbindungshalbleitermaterial -System IxAlyG x-x-yN mit 0 < x < 1 , 0 < y < 1 und x+y < 1.A method according to the technical teaching on which the present invention is based is particularly preferably suitable for thin-film light-emitting diode chips with an epitaxial layer sequence based on nitride compound semiconductor material, in particular based on semiconductor material made of the nitride compound semiconductor material system Ix Aly G x-x -y N with 0 <x <1, 0 <y <1 and x + y <1.
Vorliegend fallen unter die Gruppe von Halbleiterschichtfolgen auf Basis von Nitrid- Verbindungshalbleitermaterial insbesondere solche Halbleiterschichtfolgen, bei denen die epitaktisch hergestellte Halbleiterschicht, die in der Regel eine Schichtfolge aus unterschiedlichen Einzelschichten aufweist, mindestens eine Einzelschicht enthält, die ein Material aus dem Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial -System InxAlyGaι_.x.yN mit O ≤ x ≤ l, O ≤ y ≤ l und x+y < 1 umfaßt.In the present case, the group of semiconductor layer sequences based on nitride compound semiconductor material in particular includes those semiconductor layer sequences in which the epitaxially produced semiconductor layer, which generally has a layer sequence of different individual layers, contains at least one individual layer which is made of a material the nitride compound semiconductor material system Inx Aly Gaι_.x .y N with O ≤ x ≤ l, O ≤ y ≤ l and x + y <1.
Eine solche Halbleiterschichtfolge kann beispielsweise einen herkömmlichen pn-Übergang, eine Doppelheterostruktur, eine Einfach-QuantentopfStruktur (SQW-Struktur) oder eine Mehrfach-QuantentopfStruktur (MQW-Strukur) aufweisen. Solche Strukturen sind dem Fachmann bekannt und werden von daher an dieser Stelle nicht näher erläutert. Ein Beispiel für eine MehrfachquantentopfStruktur auf der Basis von GaN ist in der WO 01/39282 A2 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt insofern hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.Such a semiconductor layer sequence can have, for example, a conventional pn junction, a double heterostructure, a single quantum well structure (SQW structure) or a multiple quantum well structure (MQW structure). Such structures are known to the person skilled in the art and are therefore not explained in more detail here. An example of a multiple quantum well structure based on GaN is described in WO 01/39282 A2, the disclosure content of which is hereby incorporated by reference.
Ein Verfahren zur Mikrostrukturierung einer strahlungsemittierenden Fläche einer Halbleiterschichtfolge für einen Dünnschicht-Leuchtdiodenchip gemäß der Erfindung baut auf dem Grundgedanken auf, nach dem epitaktischen Aufwachsen der Halbleiterschichtfolge auf einem hinsichtlich der Aufwachsbedingungen weitestgehend optimierten Aufwachs- Substrat und dem Ausbilden oder Aufbringen der Spiegelschicht auf die Halbleiterschicht olge, die Halbleiterschichtfolge vom Aufwachs-Substrate zu trennen. Diese Trennung erfolgt in einer Trennzone der Halbleiterschichtfolge, die zumindest teilweise zersetzt wird, derart, dass an der Trennfläche der Halbleiterschichtfolge, von der das Substrat abgetrennt ist, anisotrop Rückstände eines Bestandteils der Trennzone, insbesondere eines metallischen Bestandteils der Trennschicht verbleiben.A method for microstructuring a radiation-emitting surface of a semiconductor layer sequence for a thin-film light-emitting diode chip according to the invention is based on the basic idea that after the epitaxial growth of the semiconductor layer sequence on a growth substrate that is largely optimized with regard to the growth conditions and the formation or application of the mirror layer onto the semiconductor layer to separate the semiconductor layer sequence from the growth substrates. This separation takes place in a separation zone of the semiconductor layer sequence, which is at least partially decomposed, such that anisotropic residues of a component of the separation zone, in particular a metallic component of the separation layer, remain on the separation surface of the semiconductor layer sequence from which the substrate is separated.
Nachfolgend wird die Trennfläche der Halbleiterschichtfolge, auf der sich die Rückstände befinden, bei einem Vorätzschritt unter Nutzung der Rückstände als Ätzmaske mittels eines Trockenätzverfahrens, mittels eines gasförmigen Ätzmittels oder mittels eines nass-chemisches Ätzmittels materialabtragend geätzt. Vorzugsweise werden dabei gleichzeitig die Rückstände zumindest zu einem Großteil beseitigt, das heißt, die anisotropen Rückstände wirken nur temporär als Ätzmaske.The separating surface of the semiconductor layer sequence, on which the residues are located, is etched in a pre-etching step using the residues as an etching mask by means of a dry etching process, by means of a gaseous etching agent or by means of a wet-chemical etching agent. The residues are preferably at least to a large extent at the same time removed, that is, the anisotropic residues only act temporarily as an etching mask.
Die Rückstände verbleiben nach dem Trennschritt auf der Trennfläche meist als durchgängige Schicht mit variierender Dicke oder weisen bereits inselartige oder netzartige Zonen mit Zwischenräumen auf, in denen die Oberfläche der Halbleiterschichtfolge bereits freigelegt ist .After the separation step, the residues usually remain on the separation surface as a continuous layer of varying thickness or already have island-like or network-like zones with spaces in which the surface of the semiconductor layer sequence is already exposed.
Bei dem Vorätzschritt wird dann die Halbleiterschichtfolge abhängig von der Schichtdicke der Rückstände unterschiedlich stark geätzt, so dass eine Aufrauung der Trennfläche der Halbleiterschichtfolge entsteht.In the pre-etching step, the semiconductor layer sequence is then etched to different extents depending on the layer thickness of the residues, so that the separation surface of the semiconductor layer sequence is roughened.
Bei einer bevorzugten Ausfuhrungsform werden unterschiedliche Kristallfacetten der Halbleiterschichtfolge freigelegt. Mit besonderem Vorteil wird nach dem Vorätzen der Trennfläche diese mit einem Nachätzschritt mit einem nass-chemischen oder gasförmigen Ätzmittel behandelt, das vorwiegend an Kristalldefekten ätzt und unterschiedliche Kristallfacetten an der Trennfläche der Halbleiterschichtfolge selektiv ätzt. Besonders bevorzugt enthält dazu das nass-chemische Ätzmittel KOH. Als gasförmiges Ätzmittel eignet sich beispielsweise ein korrosives Gas wie H oder Cl . Bevorzugt wird H als Ätzgas bei einer erhöhten Temperatur, insbesondere größer oder gleich 800°C, verwendet.In a preferred embodiment, different crystal facets of the semiconductor layer sequence are exposed. After the pre-etching of the separating surface, it is particularly advantageously treated with an after-etching step with a wet-chemical or gaseous etching agent, which mainly etches on crystal defects and selectively etches different crystal facets on the separating surface of the semiconductor layer sequence. For this purpose, the wet chemical etchant particularly preferably contains KOH. For example, a corrosive gas such as H or Cl is suitable as the gaseous etchant. H is preferably used as the etching gas at an elevated temperature, in particular greater than or equal to 800 ° C.
Für den Fall, dass beim Trennen der Halbleiterschichtfolge vom Aufwachssubstrat nur unwesentliche Rückstände auf der Trennfläche verbleiben und/oder diese mit einem Ätzmittel zumindest größtenteils beseitigt werden können, das vorwiegend an Kristalldefekten der Halbleiterschichtfolge ätzt und unterschiedliche Kristallfacetten an der Trennfläche selektiv ätzt, kann der oben dargelegte Vorätzschritt entfallen. Bei einer Trennzone mit Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial wird diese vorzugsweise derart zersetzt, dass gasförmiger Stickstoff entsteht. Als Trennverfahren eignet sich hierzu besonders bevorzugt ein Laser-Abhebe-Verf hren (auch kurz Laser-Liftoff genannt) . Ein solches Laser-Abhebe-Verfahren ist beispielsweise* in der WO 98/14986 AI erläutert, deren Offenbarungsgehalt insofern hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird. Alternativ könnte ein anderes Trennverfahren eingesetzt werden, bei dem an der Trennfläche anisotrop Rückstände eines Bestandteils der Trennschicht, insbesondere eines metallischen Bestandteils der Trennschicht verbleiben.In the event that, when the semiconductor layer sequence is separated from the growth substrate, only insignificant residues remain on the separation surface and / or at least for the most part these can be removed with an etchant which etches mainly on crystal defects of the semiconductor layer sequence and selectively etches different crystal facets on the separation surface, the above The pre-etching step described above is omitted. In the case of a separation zone with nitride compound semiconductor material, this is preferably decomposed in such a way that gaseous nitrogen is formed. A laser lift-off method (also called laser lift-off for short) is particularly suitable for this purpose as the separation method. Such a laser lift-off method is explained for example* in WO 98/14986 AI, the disclosure content of which is hereby incorporated by reference. Alternatively, another separation method could be used, in which residues of a component of the separation layer, in particular a metallic component of the separation layer, remain anisotropically on the separation surface.
Mit Vorteil weist die Halbleiterschichtfolge an der Trennfläche eine im Vergleich zu einem aus Sicht des Substrats der Trennfläche nachgeordneten Teil der Halbleiterschichtfolge erhöhte Defektdichte auf. Vorzugsweise liegt die Trennzone in einer Pufferschicht zwischen Aufwachssubstrat und Strahlungserzeugenden Bereich der Halbleiterschichtfolge .Advantageously, the semiconductor layer sequence on the separating surface has a higher defect density compared to a part of the semiconductor layer sequence downstream of the separating surface from the point of view of the substrate. The separation zone is preferably located in a buffer layer between the growth substrate and the radiation-generating region of the semiconductor layer sequence.
Eine Pufferschicht ist eine zum Substrat hin gewandte Halbleiterschicht der Halbleiterschichtfolge, die im Wesentlichen dazu dient, eine optimale Aufwachsoberflache für das nachfolgende Aufwachsen der funktioneilen Schichten der Halbleiterschichtfolge (zum Beispiel eine Multi-Quantentopf- Struktur) herzustellen. Eine solche Pufferschicht gleicht beispielsweise Unterschiede zwischen der Gitterkonstante des Substrats und der Gitterkonstante der Halbleiterschichtfolge sowie Kristalldefekte des Substrats aus. Mittels der Pufferschicht können ebenso gezielt Verspannungszustände für das Aufwachsen der Halbleiterschichtfolge eingestellt werden.A buffer layer is a semiconductor layer of the semiconductor layer sequence facing the substrate, which essentially serves to produce an optimal growth surface for the subsequent growth of the functional layers of the semiconductor layer sequence (for example a multi-quantum well structure). Such a buffer layer compensates for example differences between the lattice constant of the substrate and the lattice constant of the semiconductor layer sequence as well as crystal defects of the substrate. Tension states for the growth of the semiconductor layer sequence can also be set in a targeted manner by means of the buffer layer.
Die Trennzone weist besonders bevorzugt im Wesentlichen GaN auf und auf der Trennfläche der Halbleiterschichtfolge bleiben vorzugsweise anisotrop Rückstände aus metallischem Ga zurück. Derjenige Bereich der Halbleiterschichtfolge, in dem sich die Trennzone befindet, wird vorzugsweise mit einer Dotierstoffkonzentration zwischen einschließlich 1*1018 cm"3 und einschließlich 1*1019 cm"3 versehen. In diesem Fall weist die Halbleiterschichtfolge an deren Trennfläche vorteilhafterweise eine Dotierstoffkonzentration zwischen einschließlich 1*1018 cm"3 und einschließlich 1*1020 cm"3 auf. Dies vereinfacht die Ausbildung eines ohmschen Kontaktes auf der Halbleiterschichtfolge. Basiert der Bereich im Wesentlichen auf GaN, so wird als Dotierstoff bevorzugt Si verwendet .The separation zone particularly preferably has essentially GaN and anisotropic residues of metallic Ga preferably remain on the separation surface of the semiconductor layer sequence. The region of the semiconductor layer sequence in which the separation zone is located is preferably provided with a dopant concentration of between 1 * 1018 cm"3 and 1 * 1019 cm" 3 . In this case, the semiconductor layer sequence advantageously has a dopant concentration between 1 * 1018 cm"3 and 1 * 1020 cm" 3 at its interface. This simplifies the formation of an ohmic contact on the semiconductor layer sequence. If the region is essentially based on GaN, Si is preferably used as the dopant.
Bei einer anderen bevorzugten Auführungsform enthält die Trennzone AlGaN, dessen AI -Gehalt derart gewählt ist, dass es beim Trennen der Halbleiterschichtfolge vom Aufwachssubstrat zersetzt wird, und Al in die Halbleiterschichtfolge eingesintert wird. Der Al-Gehalt liegt dazu vorzugsweise zwischen etwa 1% und etwa 10%, insbesondere zwischen etwa 1% und etwa 7%. Zur Herstellung eines Al-n-Kontakts wird beim Trennvorgang AI vorzugsweise aufgeschmolzen und in die Halbleiterschichtfolge eingesintert . Besonders bevorzugt wird hierzu ein Laser-Liftoff-Verfahren eingesetzt, bei dem der Laser eine Wellenlänge in einem Bereich kleiner als 360 nm, bevorzugt eine Wellenlänge zwischen einschließlich 350 nm und einschließlich 355 nm aufweist.In another preferred embodiment, the separation zone contains AlGaN, the Al content of which is selected such that it is decomposed from the growth substrate when the semiconductor layer sequence is separated, and Al is sintered into the semiconductor layer sequence. For this purpose, the Al content is preferably between about 1% and about 10%, in particular between about 1% and about 7%. To produce an Al-n contact, Al is preferably melted during the separation process and sintered into the semiconductor layer sequence. A laser liftoff method is particularly preferably used for this purpose, in which the laser has a wavelength in a range less than 360 nm, preferably a wavelength between 350 nm and 355 nm inclusive.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens weist die Trennzone eine GaN-Schicht auf, an die sich gesehen vom Substrat eine AlGaN-Schicht anschließt. Beim Trennen der Halbleiterschichtfolge vom Aufwachssubstrat wird die gesamte GaN-Schicht und ein Teil der AlGaN-Schicht zersetzt. Dies bringt den Vorteil mit sich, dass, wenn es aus Gründen der Schichtqualität oder aus anderen Gründen notwendig ist, zunächst eine GaN-Schicht aufgewachsen werden kann, die dünner ist als die Trennzone, die beim Trennvorgang zersetzt wird. Beim Trennvorgang wird dann die GaN-Schicht und ein Teil der darüberliegenden AlGaN-Schicht zersetzt, was, falls gewünscht, mit den im vorangehenden Absatz geschilderten Vorteilen verbunden ist. Die AlGaN-Schicht weist hier wiederum bevorzugt einen AI-Gehalt auf, der zwischen etwa 1% und etwa 10%, insbesondere zwischen etwa 1% und etwa 7% liegt.In an advantageous further development of the method, the separation zone has a GaN layer, which is followed by an AlGaN layer when viewed from the substrate. When the semiconductor layer sequence is separated from the growth substrate, the entire GaN layer and part of the AlGaN layer are decomposed. This has the advantage that, if it is necessary for reasons of layer quality or for other reasons, a GaN layer can first be grown which is thinner than the separation zone which is decomposed during the separation process. During the separation process, the GaN layer and a Part of the overlying AlGaN layer decomposes, which, if desired, is associated with the advantages described in the previous paragraph. The AlGaN layer here in turn preferably has an Al content which is between approximately 1% and approximately 10%, in particular between approximately 1% and approximately 7%.
Als Aufwachssubstrat wird vorzugsweise ein Saphir-Substrat verwendet. Dies ist vorteilhaf erweise in einem großen Wellenlängenbereich für elektromagnetische Strahlung gut durchlässig. Insbesondere ist Saphir für Wellenlängen kleiner 350 nm durchlässig was hinsichtlich der Zersetzung von GaN oder GaN-basiertem Material von großer Bedeutung ist .A sapphire substrate is preferably used as the growth substrate. This is advantageously advantageous for electromagnetic radiation in a large wavelength range. In particular, sapphire is transparent for wavelengths below 350 nm, which is of great importance with regard to the decomposition of GaN or GaN-based material.
In einem weiteren Verfahrensschritt wird auf die mikrostrukturierte Trennfläche der Halbleiterschichtfolge ein Kontaktpad, insbesondere eine Kontaktmetallisierung zum elektrischen Anschließen der Halbleiterschichtfolge aufgebracht . Hierzu eignen sich die herkömmlich bekannten Metallisierungsschichten, wie beispielsweise TiAl-, AI- oder TiAlNiAu-Kontakte .In a further method step, a contact pad, in particular a contact metallization, for electrically connecting the semiconductor layer sequence is applied to the microstructured separating surface of the semiconductor layer sequence. The conventionally known metallization layers, such as TiAl, Al or TiAlNiAu contacts, are suitable for this.
Besonders bevorzugt wird mittels der Mikrostrukturierung an der Trennfläche der Halbleiterschichtfolge eine Aufrauung auf einer Skala (d.h. mit einer Strukturgröße) erzeugt, die einem Wellenlängenbereich (bezogen auf die innere Wellenlänge im Chip) einer von der Halbleiterschichtfolge in deren Betrieb erzeugten elektromagnetischen Strahlung entspricht.Particularly preferably, the microstructuring at the interface of the semiconductor layer sequence produces a roughening on a scale (i.e. with a structure size) that corresponds to a wavelength range (based on the inner wavelength in the chip) of an electromagnetic radiation generated by the semiconductor layer sequence in its operation.
Besonders bevorzugt wird das Verfahren bei einer Halbleiterschichtfolge auf der Basis von Halbleitermaterial aus dem hexagonalen Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial - System InxAlyGaι_x-yN mit O ≤ x ≤ l, O ≤ y ≤ l und x+y < 1 angewendet, bei dem die 000-1-Kristallflache (N-Face des hexagonalen Nitridgitters) dem Aufwachssubstrat zugewandt wird. Das epitaktische Aufwachsen der Halbleiterschichtfolge erfolgt vorzugsweise mittels MOVPE (metallorganischer Gasphasenepitaxie) .The method is particularly preferably used in the case of a semiconductor layer sequence based on semiconductor material made of the hexagonal nitride compound semiconductor material - system Inx Aly Gaι_x -y N with O, x l l, O y y l l and x + y <1, in which the 000-1 crystal surface (N-face of the hexagonal nitride lattice) faces the growth substrate. The epitaxial growth of the semiconductor layer sequence is preferably carried out using MOVPE (organometallic gas phase epitaxy).
Als Spiegelschicht kann ein Braggspiegel aufgebracht werden. Alternativ kann eine Spiegelschicht hergestellt werden, die eine strahlungsdurchlässige Schicht und eine, gesehen von der Halbleiterschichtfolge, dieser nachgeordnete reflektierende Schicht aufweist.A Bragg mirror can be applied as a mirror layer. Alternatively, a mirror layer can be produced which has a radiation-transmissive layer and, as viewed from the semiconductor layer sequence, this reflecting layer arranged downstream.
Ebenso kann die Spiegelschicht eine Reflexionsschicht mit einer Mehrzahl von Fenstern zur Halbleiterschichtfolge hin aufweisen und in den Fenstern eine von der Reflexionsschicht verschiedene Stromtransportschicht angeordnet sein.Likewise, the mirror layer can have a reflection layer with a plurality of windows facing the semiconductor layer sequence and a current transport layer different from the reflection layer can be arranged in the windows.
Ein nach einem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellter elektromagnetische Strahlung emittierender Halbleiterchip weist zumindest eine epitaktisch hergestellte Halbleiterschichtfolge mit einer n-leitenden Halbleiterschicht, einer p-leitenden Halbleiterschicht und einen zwischen diesen beiden Halbleiterschichten angeordneten elektromagnetische Strahlung erzeugenden Bereich auf. Zumindest eine der Halbleiterschichten enthält ein Nitrid- Verbindungshalbleitermaterial und die Halbleiterschichtfolge ist mit der von einer mikrostrukturierten Fläche der Halbleiterschichtfolge abgewandten Seite, das heißt mit der Seite, auf dem der Spiegel angeordnet ist, auf einen Trägerkörper montiert. Bei einer weiteren Ausführungsform des Halbleiterchips ist auch die Spiegelschicht mikrostrukturiert .A semiconductor chip emitting electromagnetic radiation produced according to a method according to the invention has at least one epitaxially produced semiconductor layer sequence with an n-conducting semiconductor layer, a p-conducting semiconductor layer and an area generating electromagnetic radiation arranged between these two semiconductor layers. At least one of the semiconductor layers contains a nitride compound semiconductor material and the semiconductor layer sequence is mounted on a carrier body with the side facing away from a microstructured surface of the semiconductor layer sequence, that is to say with the side on which the mirror is arranged. In a further embodiment of the semiconductor chip, the mirror layer is also microstructured.
Bei einer Ausführungsform des Verfahrens verbleibt nach dem Abhebeschritt beispielsweise mittels Laser-Liftoff keine vollständig durchgängige Schicht von metallischem Material aus der Trennzone auf der Halbleiterschichtfolge, sondern nur eine netzartige oder inselartige Struktur von metallischem Material, die beim nachfolgenden Vorätzschritt zumindest annähernd in die Halbleiterschichtfolge übertragen wird, um für den Nachätzschritt bewußt unterschiedliche Kristallfacetten anzubieten. Bei dem Nachätzschritt wirkt das Ätzmittel selektiv auf unterschiedliche Kristallfacetten und führt so zu einer mikroskopischen Aufrauung der Trennfläche der Halbleiterschichtfolge. Als Ätzkeime dienen dabei Ätzkanten aus dem Vorätzschritt und Kristalldefekte in der Halbleiterschichtfolge an deren Trennfläche.In one embodiment of the method, after the lifting step, for example by means of laser liftoff, no completely continuous layer of metallic material from the separation zone remains on the semiconductor layer sequence, but only a network-like or island-like structure of metallic material, which at least in the subsequent pre-etching step is approximately transferred into the semiconductor layer sequence in order to deliberately offer different crystal facets for the post-etching step. In the post-etching step, the etchant acts selectively on different crystal facets and thus leads to microscopic roughening of the separating surface of the semiconductor layer sequence. In this case, etching edges from the pre-etching step and crystal defects in the semiconductor layer sequence on their separating surface serve as etching seeds.
Das Ausbilden oder das Aufbringen der Spiegelschicht auf der Halbleiterschichtfolge, die zumindest einen Teil einer in der Halbleiterschichtfolge bei deren Betrieb erzeugten Strahlung in die Halbleiterschichtfolge zurückreflektiert, kann vor oder nach dem Mikrostrukturieren der Halbleiterschichtfolge erfolgen, wobei erstere Alternative besonders bevorzugt ist. Die Nennung des entsprechenden Schrittes in Anspruch 1 und 7 vor dem Trennschritt (c) bedeutet ausdrücklich nicht, dass dieser Verfahrensschritt vor dem Abtrennen der Halbleiterschicht vom Substrat und vor dem Mikrostrukturieren stattfinden muß. Die Spiegelschicht stellt aber einen wesentlichen Bestandteil einer Dünnschicht-Leuchtdiode dar. Die Spiegelschicht kann auch zusammen mit einem Trägerkörper für die Halbleiterschichtfolge mit der mikrostrukturierten Halbleiterschichtfolge verbunden werden.The formation or application of the mirror layer on the semiconductor layer sequence, which reflects at least part of a radiation generated in the semiconductor layer sequence during its operation back into the semiconductor layer sequence, can take place before or after the microstructuring of the semiconductor layer sequence, the former alternative being particularly preferred. The mention of the corresponding step in claims 1 and 7 before the separation step (c) expressly does not mean that this process step must take place before the semiconductor layer is separated from the substrate and before the microstructuring. However, the mirror layer is an essential component of a thin-film light-emitting diode. The mirror layer can also be connected to the microstructured semiconductor layer sequence together with a carrier body for the semiconductor layer sequence.
Die Erfindung ist grundsätzlich nicht auf die Verwendung bei einem Dünnschicht-Leuchtdiodenchip eingeschränkt, sondern ist grundsätzlich überall dort einsetzbar, wo auf epitaktisch hergestellten und vom Aufwachs-Substrat abgelösten Halbleiterschichtfolgen mikrostrukturierte Oberflächen benötigt werden.The invention is fundamentally not restricted to use with a thin-film light-emitting diode chip, but can basically be used wherever microstructured surfaces are required on epitaxially produced semiconductor layer sequences that have been detached from the growth substrate.
Weitere Vorteile, bevorzugte Ausfuhrungsformen und Weiterbildungen des Verfahrens und des Leuchtdiodenchips ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren la bis 3b erläuterten Ausführungsbeispielen. Es zeigen: Figuren la bis le: eine schematische Darstellung eines Verfahrensablaufes gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel ,Further advantages, preferred embodiments and further developments of the method and the light-emitting diode chip result from the exemplary embodiments explained below in connection with FIGS. 1 a to 3 b. Show it: Figures la to le: a schematic representation of a process sequence according to a first embodiment,
Figuren 2a und 2b: REM-Aufnahmen einer Halbleiteroberfläche zu verschiedenen Verfahrensstadien des Ausführungsbeispieles, undFIGS. 2a and 2b: SEM images of a semiconductor surface at various process stages of the exemplary embodiment, and
Figuren 3a bis 3e: eine schematische Darstellung eines Verfahrensablaufes gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel .Figures 3a to 3e: a schematic representation of a process sequence according to a second embodiment.
In den Ausführungsbeispielen und Figuren sind gleiche oder gleichwirkende Bestandteile jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die dargestellten Schichtdicken sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen, sie sind vielmehr zum besseren Verständnis übertrieben dick dargestellt. Auch die Epitaxieschichten sind nicht mit den richtigen Dickenverhältnissen untereinander dargestellt.In the exemplary embodiments and figures, the same or equivalent components are each provided with the same reference numerals. The layer thicknesses shown are not to be regarded as true to scale, but rather are exaggeratedly thick for better understanding. The epitaxial layers are also not shown with the correct thickness ratios among one another.
Bei dem in den Figuren la bis le schematisch dargestellten Verfahrensablauf wird zunächst auf ein Aufwachs-Substrat 1 aus Saphir mittels metallorganischer Gasphasenepitaxie (MOVPE) eine Halbleiterschichtfolge aufgewachsen. Diese Halbleiterschichtenfolge weist ausgehend vom Saphir-Substrat 1 folgende aufeinanderfolgende Schichten auf (man vgl . Figur la) .- Si-dotierte GaN-Pufferschicht 2 Si-dotierte GaN-Kontaktschicht 3 (kann noch teilweise zur Pufferschicht gehören) Si-dotierte GaN-Deckschicht 4 elektromagnetische Strahlung (insbesondere grünes oder blaues Licht) erzeugende Schicht 5 mit einer Multiquantentopfstruktur mit einer Mehrzahl von InGaN- Quantentöpfen und zwischen diesen liegenden GaN-Barrieren - p-dotierte AlGaN-Deckschicht 6 (z.B. Mg als p-Dotierstoff) Auf die p-dotierte AlGaN-Deckschicht 6 folgt vorzugsweise noch eine p-dotierte GaN-Schicht (beispielsweise ebenfalls mit Mg dotiert) .In the process sequence shown schematically in FIGS. 1 a to 1 a, a semiconductor layer sequence is first grown on a growth substrate 1 made of sapphire by means of organometallic gas phase epitaxy (MOVPE). This semiconductor layer sequence, starting from the sapphire substrate 1, has the following successive layers (see FIG. 1 a): Si-doped GaN buffer layer 2 Si-doped GaN contact layer 3 (can still partly belong to the buffer layer) Si-doped GaN cover layer 4 layer 5 generating electromagnetic radiation (in particular green or blue light) with a multi-quantum well structure with a plurality of InGaN quantum wells and GaN barriers lying between them - p-doped AlGaN cover layer 6 (eg Mg as p-dopant) The p-doped AlGaN cover layer 6 is preferably followed by a p-doped GaN layer (for example also doped with Mg).
Die Kontaktschicht 3 kann alternativ Si:AlGaN aufweisen.The contact layer 3 can alternatively have Si: AlGaN.
Eine oben genannte MultiquantentopfStruktur ist beispielsweise in der WO 01/39282 A2 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt insofern hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.An above-mentioned multi-quantum well structure is described, for example, in WO 01/39282 A2, the disclosure content of which is hereby incorporated by reference.
An Stelle der MultiquantentopfStruktur kann auch eine EinfachquantentopfStruktur, eine Doppel-HeteroStruktur oder eine Single-Heterostruktur verwendet sein.Instead of the multi-quantum well structure, a single quantum well structure, a double heterostructure or a single heterostructure can also be used.
Auf der Halbleiterschichtfolge 100 wird eine metallische Spiegelschicht 7 aufgebracht, die derart ausgelegt ist, dass sie eine in der aktiven Schicht erzeugte elektromagnetische Strahlung in die Halbleiterschichtfolge 100 zurückreflektieren kann. Als Spiegelmaterial im blauen Spektralbereich eignet sich AI oder Ag . Bei Verwendung von Ag kann die Spiegelschicht mit einer dünnen Ti-, Pd- oder Pt- Schicht unterlegt werden. Dies führt insbesondere zu einer verbesserten Haftung der Ag-Schicht auf der Halbleiterschichtfolge 100. Die Schichtdicke einer solchen Haftverbesserungsschicht liegt vorzugsweise unter 1 nm.A metallic mirror layer 7 is applied to the semiconductor layer sequence 100 and is designed such that it can reflect an electromagnetic radiation generated in the active layer back into the semiconductor layer sequence 100. Al or Ag is suitable as a mirror material in the blue spectral range. If Ag is used, the mirror layer can be underlaid with a thin Ti, Pd or Pt layer. This leads in particular to an improved adhesion of the Ag layer to the semiconductor layer sequence 100. The layer thickness of such an adhesion improvement layer is preferably less than 1 nm.
Als Spiegelschicht 7 kann alternativ ein Braggspiegel aufgebracht oder eine Spiegelschicht hergestellt werden, die eine strahlungsdurchlässige Schicht, z. B. aus ITO, und eine, gesehen von der Halbleiterschichtfolge, dieser nachgeordnete reflektierende Schicht aufweist. Ebenso kann die Spiegelschicht eine Reflexionsschicht mit einer Mehrzahl von Fenstern zur Halbleiterschichtfolge 100 hin aufweisen und in den Fenstern eine von der Reflexionsschicht verschiedene Stromtransportschicht angeordnet sein. Die Halbleiterschichtfolge wird nachfolgend mit der Spiegelseite mit einem elektrisch leitenden Trägerkörper 10 verbunden, der beispielsweise aus GaAs, Ge oder Mo. Dies erfolgt beispielsweise mittels eutektischem Bonden mittels AuGe, AuSn oder Pdln. Aber auch Löten oder Kleben ist möglich. Nachfolgend wird das Saphir-Substrat 1 mittels eines Laser-Liftoff-Verfahrens, das in Figur lb durch die Pfeile 110 angedeutet ist, abgetrennt, wobei die Pufferschicht 2 derart zersetzt wird, dass gasförmiger Stickstoff entsteht und Rückstände 20 aus metallischem Gallium in Form einer anisotropen Schicht mit variierender Schichtdicke auf der Halbleiterschichtfolge 100 verbleiben. Man vergleiche hierzu die Figur lc. Ein entsprechendes Laser-Liftof -Verfahren ist beispielsweise in der WO 98/14986 AI beschrieben, deren Offenbarungsgehalt insofern hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.As a mirror layer 7, a Bragg mirror can alternatively be applied or a mirror layer can be produced which has a radiation-permeable layer, e.g. B. from ITO, and one, seen from the semiconductor layer sequence, this subordinate reflective layer. Likewise, the mirror layer can have a reflection layer with a plurality of windows toward the semiconductor layer sequence 100 and a current transport layer different from the reflection layer can be arranged in the windows. The semiconductor layer sequence is subsequently connected with the mirror side to an electrically conductive carrier body 10, which is made of GaAs, Ge or Mo, for example. This takes place, for example, by means of eutectic bonding using AuGe, AuSn or Pdln. But soldering or gluing is also possible. Subsequently, the sapphire substrate 1 is separated by means of a laser lift-off method, which is indicated by the arrows 110 in FIG. 1b, the buffer layer 2 being decomposed in such a way that gaseous nitrogen is formed and residues 20 made of metallic gallium in the form of an anisotropic one Layer with varying layer thickness remain on the semiconductor layer sequence 100. Compare Figure lc. A corresponding laser lift-off method is described, for example, in WO 98/14986 AI, the disclosure content of which is hereby incorporated by reference.
Die Rückstände 20 werden nachfolgend bei einen Vorätzschritt mit einem Ätzmittel 120, das sowohl metallisches Ga als auch die Si-dotierte GaN-Kontaktschicht 3 materialabtragend ätzt, entfernt. Dadurch wird die Oberfläche der Si-dotierten GaN- Kontaktschicht 3 aufgeraut . Die anisotrop verteilten Rückstände aus metallischem Gallium wirken hierbei insofern als temporäre Ätzmaske.The residues 20 are subsequently removed in a pre-etching step using an etchant 120 which etches both metallic Ga and the Si-doped GaN contact layer 3 in a material-removing manner. As a result, the surface of the Si-doped GaN contact layer 3 is roughened. In this respect, the anisotropically distributed residues of metallic gallium act as a temporary etching mask.
Bevorzugt wird bei dem Vorätzschritt nass-chemisch geätzt. Als Ätzmittel ist insbesondere KOH in verdünnter Form geeignet . Bei einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird bei diesem Ätzschritt KOH mit einer Konzentration von 5% bei Raumtemperatur verwendet, wobei die Ätzdauer zwischen 5 min und 15 min liegt.Wet-chemical etching is preferred in the pre-etching step. KOH in diluted form is particularly suitable as an etchant. In a particularly preferred embodiment of the invention, KOH with a concentration of 5% at room temperature is used in this etching step, the etching time being between 5 min and 15 min.
Alternativ eignet sich für den Vorätzschritt auch beispielweise ein Trockenätzverfahren (RIE_Verfahren) . Ein Trockenätzverfahren wirkt in der Regel gerichtet, so dass bei dieser Ausgestaltung der Erfindung die Form der Rückstände in die darunterliegende Halbleiterschicht übertragen und so eine Aufrauung dieser Halbleiterschicht erzielt wird.Alternatively, a dry etching method (RIE method) is also suitable for the pre-etching step. A dry etching process generally has a directional effect, so that in this embodiment of the invention the shape of the residues in the underlying semiconductor layer is transferred and a roughening of this semiconductor layer is achieved.
Bei einer weiteren Alternative der Erfindung wird bei als Ätzmittel ein korrosives Gas, beispielsweise H oder Cl, verwendet, vorzugsweise bei einer erhöhten Temperatur, die insbesondere größer oder gleich 800° C ist.In a further alternative of the invention, a corrosive gas, for example H or Cl, is used as the etchant, preferably at an elevated temperature, which is in particular greater than or equal to 800 ° C.
Im geschilderten Beispiel wird die gesamte Pufferschicht 2 während des Laser-Abhebe-Verfahrens zersetzt, so dass diese eine Trennzone darstellt. Alternativ kann die Pufferschicht 2 und das Laser-Abhebe-Verfahren so aufeinander abgestimmt sein, dass nur eine Trennzone in der Pufferschicht oder in der Nähe der Pufferschicht zersetzt wird, die dünner ist als diese .In the example described, the entire buffer layer 2 is decomposed during the laser lift-off process, so that it represents a separation zone. Alternatively, the buffer layer 2 and the laser lift-off method can be coordinated with one another in such a way that only a separation zone in the buffer layer or in the vicinity of the buffer layer that is thinner than this is decomposed.
Bei dem Vorätzschritt werden unterschiedliche Kristallfacetten der Kontaktschicht 3 freigelegt. Danach wird die vorgeätzte Fläche der Kontaktschicht 3 in einem Nachätzschritt mit einem weiteren nass-chemischen Ätzmittel behandelt (angedeutet durch die Pfeile mit dem Bezugszeichen 130) , das vorwiegend an Kristalldefekten ätzt und unterschiedliche Kristallfacetten an der Trennfläche der Halbleiterschichtfolge selektiv ätzt (man vergleiche Figur Id) . Das weitere nass-chemische Ätzmittel enthält im Beispielfall KOH. Durch die Behandlung mit KOH kann die Oberfläche der Kontaktschicht sehr effektiv aufgeraut werden; die beim Vorätzen erzeugte Rauhigkeit wird hinsichtlich Effizienz für die Strahlungsauskopplung erheblich verbessert.In the pre-etching step, different crystal facets of the contact layer 3 are exposed. The pre-etched surface of the contact layer 3 is then treated in a post-etching step with a further wet-chemical etchant (indicated by the arrows with the reference symbol 130), which etches predominantly on crystal defects and selectively etches different crystal facets on the separating surface of the semiconductor layer sequence (see FIG. Id ). The further wet chemical etchant contains KOH in the example. The surface of the contact layer can be roughened very effectively by the treatment with KOH; the roughness generated during the pre-etching is considerably improved with regard to efficiency for coupling out the radiation.
Bevorzugt wird bei dem Nachätzschritt KOH in konzentrierter Form als Ätzmittel verwendet. Bei einer weiter bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird hierbei mit KOH mit einer Konzentration von 25% bei einer Temperatur zwischen 70°C und 90°C, beispielsweise bei 80°C, geätzt, wobei die Ätzzeit zwischen 3 min und 10 min liegt. Alternativ kann für den Nachätzschritt als Atzmittel ein korrosives Gas, beispielsweise H oder Cl , verwendet werden.In the post-etching step, KOH is preferably used in concentrated form as the etchant. In a further preferred embodiment of the invention, KOH is etched at a concentration of 25% at a temperature between 70 ° C. and 90 ° C., for example at 80 ° C., the etching time being between 3 min and 10 min. Alternatively, a corrosive gas, for example H or Cl, can be used as the etching agent for the post-etching step.
Die Figur 2a zeigt eine Oberfläche nach dem Trockenätzen. Die Figur 2b ein Oberfläche nach dem weiteren Ätzen mit KOH.Figure 2a shows a surface after dry etching. 2b shows a surface after further etching with KOH.
Zu Verbesserung der AufrauungsWirkung weist die Kontaktschicht 3 zumindest an der zur Pufferschicht 2 hin gewandten Seite eine im Vergleich zu den nachfolgenden Schichten 4, 5 und 6 erhöhte Defektdichte auf.To improve the roughening effect, the contact layer 3 has, at least on the side facing the buffer layer 2, an increased defect density compared to the subsequent layers 4, 5 and 6.
Weiterhin besitzt die Kontaktschicht 3 zumindest an der zurFurthermore, the contact layer 3 has at least on the
Pufferschicht hin gewandten Seite eine Si-Buffer layer facing side a Si
Dotierstoffkonzentration zwischen einschließlich 1*1018 cm"3 und einschließlich 1*1019 cm"3. Dies ermöglicht eine einfacheDopant concentration between 1 * 1018 cm"3 and 1 * 1019 cm" 3 . This enables easy
Herstellung eines ohmschen Kontaktes auf der KontaktschichtEstablishing an ohmic contact on the contact layer
3.Third
Bei einer alternativen Ausgestaltung desIn an alternative embodiment of the
Ausführungsbeispieles ist die GaN-Pufferschicht 2 dünner als die beim Laser-Liftoff-Verfahren zersetzte Schichtdicke und ist der AI -Gehalt der Kontaktschicht 3 zumindest in einem zur Pufferschicht 2 hin gewandten Bereich zwischen etwa 1% und etwa 7%. Dieser Bereich der Kontaktschicht 3 wird beim Laser- Liftoff unter Bildung von gasförmigem Stickstoff und metallischem Ga und AI zersetzt und AI wird aufgeschmolzen und in die verbleibende Kontaktschicht 3 eingesintert .In the exemplary embodiment, the GaN buffer layer 2 is thinner than the layer thickness decomposed in the laser lift-off method and the Al content of the contact layer 3 is between approximately 1% and approximately 7%, at least in a region facing the buffer layer 2. This area of the contact layer 3 is decomposed during the laser liftoff with the formation of gaseous nitrogen and metallic Ga and Al, and Al is melted and sintered into the remaining contact layer 3.
Auf diese Weise kann an der GaN-Kontaktschicht 3 ein Aluminium-n-Kontakt erzeugt werden.In this way, an aluminum n contact can be produced on the GaN contact layer 3.
Auf die mikrostrukturierte Fläche der GaN-Kontaktschicht 3 wird nachfolgend ein Bondpad, insbesondere eine Bondpad- Metallisierung zum elektrischen Anschließen der n-Seite der Halbleiterschichtfolge 100 aufgebracht (Figur le) . Dieser weist beispielsweise TiAl auf. Durch die Mikrostrukturierung der Kontaktschicht 3 wird eine Aufrauung auf einer Skala erzeugt, die dem blauen Spektralbereich des sichtbaren Spektrums elektromagnetischer Strahlung entspricht. Die Aufrauungsstrukturen liegen insbesondere in der Größenordnung einer halben inneren Wellenlänge der in der aktiven Halbleiterschicht 5 erzeugten elektromagnetischen Strahlung.A bond pad, in particular a bond pad metallization for electrically connecting the n side of the semiconductor layer sequence 100 is subsequently applied to the microstructured surface of the GaN contact layer 3 (FIG. 1). This has, for example, TiAl. The microstructuring of the contact layer 3 produces a roughening on a scale that corresponds to the blue spectral range of the visible spectrum of electromagnetic radiation. The roughening structures are in particular of the order of half an inner wavelength of the electromagnetic radiation generated in the active semiconductor layer 5.
Beim Aufwachsen der epitaktischen Schichtenfolge mittels MOVPE (metallorganische Gasphasenepitaxie) wird vorzugsweise die 000-1-Kristallflache (N-Face des hexagonalen Nitridgitters) dem Saphir-Aufwachssubstrat zugewandt.When the epitaxial layer sequence is grown by means of MOVPE (organometallic gas phase epitaxy), the 000-1 crystal surface (N-face of the hexagonal nitride lattice) is preferably turned towards the sapphire growth substrate.
Als Strahlungsquelle für das Laser-Liftoff-Verfahren wird eine Laser-Strahlungsquelle mit einer Wellenlänge im Bereich zwischen 350 nm und 360 nm oder kurzwelliger verwendet.A laser radiation source with a wavelength in the range between 350 nm and 360 nm or shorter wavelength is used as the radiation source for the laser liftoff method.
Auf der von der Halbleiterschichtfolge 100 abgewandten Seite des Trägerkörpers 10 wird vor oder nach dessen Verbinden mit der Halbleiterschichtfolge 100 eine Kontaktschicht 12 zum elektrischen Anschließen des Dünnschicht-Leuchtdiodenchips 20, wie er in der Figur le ausschnittsweise dargestellt ist, aufgebracht. Diese Kontaktschicht besteht beispielsweise aus AI oder aus einer Ti/Al-Schichtfolge .On the side of the carrier body 10 facing away from the semiconductor layer sequence 100, a contact layer 12 for electrically connecting the thin-film LED chip 20, as shown in detail in the figure le, is applied before or after its connection to the semiconductor layer sequence 100. This contact layer consists, for example, of Al or a Ti / Al layer sequence.
Bei einer weiteren Ausfuhrungsform des Verfahrens kann die Spiegelschicht vor dem Verbinden mit dem Trägerkörper 10 mit einer ähnlichen Skala wie die Kontaktschicht 3 mikrostrukturiert werden.In a further embodiment of the method, the mirror layer can be microstructured on a similar scale as the contact layer 3 before being connected to the carrier body 10.
Bei einer alternativen Ausgestaltung des Verfahrens nach dem Ausführungsbeispiel verbleibt nach dem Laser-Liftoff keine vollständig durchgehende Schicht von metallischem Ga und ggf. AI auf der Kontaktschicht 3, sondern nur eine netzartige oder inselartige Struktur von metallischen Ga und ggf. AI- Rückständen, die beim nachfolgenden Vorätzschritt zumindest annähernd in die Kontaktschicht 3 übertragen wird, um für die nachfolgende KOH-Ätzung bewußt unterschiedliche Kristallfacetten anzubieten.In an alternative embodiment of the method according to the exemplary embodiment, no completely continuous layer of metallic Ga and possibly Al remains on the contact layer 3 after the laser liftoff, but only a network-like or island-like structure of metallic Ga and possibly Al residues, which subsequent pre-etching step is at least approximately transferred into the contact layer 3 in order for the subsequent KOH etching deliberately offer different crystal facets.
Für den Vorätzschritt eignet sich wiederum wie oben beschrieben ein Trockenätzverfahren (RIE-Verfahren) oder ein nass-chemisches Ätzverfahren, vorzugsweise mit KOH in verdünnter Form (z.B. KOH 5% bei Raumtemperatur; Ätzzeit 5 min bis 15 min) .For the pre-etching step, a dry etching process (RIE process) or a wet chemical etching process is again suitable, as described above, preferably with diluted KOH (e.g. KOH 5% at room temperature; etching time 5 min to 15 min).
Für den folgenden Nachätzschritt wird wiederum bevorzugt KOH, besonders bevorzugt wie oben beschrieben in konzentrierter Form, verwendet .For the subsequent post-etching step, KOH is again preferably used, particularly preferably as described above in concentrated form.
KOH wirkt selektiv auf unterschiedliche Kristallfacetten und führt so zu einer mikroskopischen Aufrauung. Als Ätzkeime dienen dabei Ätzkanten aus dem vorangehenden RIE-Prozeß und Kristalldefekte in der Kontaktschicht oder ggf. im verbliebenen Bereich der Pufferschicht 2, falls diese beim Laser-Liftoff nicht vollständig zersetzt worden ist.KOH acts selectively on different crystal facets and thus leads to microscopic roughening. In this case, etching edges from the preceding RIE process and crystal defects in the contact layer or, if appropriate, in the remaining area of the buffer layer 2 serve as etching seeds if the latter has not been completely decomposed during the laser liftoff.
Alternative kann wiederum für den Nachätzschritt als Ätzmittel ein korrosives Gas, beispielsweise H oder Cl , verwendet werden, vorzugsweise bei einer erhöhten Temperatur, die insbesondere größer oder gleich 800° C ist.Alternatively, a corrosive gas, for example H or Cl, can again be used as the etchant for the post-etching step, preferably at an elevated temperature, which is in particular greater than or equal to 800 ° C.
Das in den Figuren 3a bis 3e schematisch dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem der Figuren la bis le und deren verschiedenen Ausfuhrungsformen insbesondere dadurch, dass beim Laser-Liftoff 110 (Figur 3b) nahezu keine oder überhaupt keine Rückstände von metallischem Ga und ggf. AI auf der Kontaktschicht 3 verbleiben und dass unmittelbar nach dem Laser-Liftoff 110 die Kontaktschicht 3 mit einem KOH-haltigen Ätzmittel, vorzugsweise in der oben beschriebenen konzentrierten Form, geätzt wird (angedeutet durch die Pfeile 130 in Figur 3c) .The exemplary embodiment shown schematically in FIGS. 3a to 3e differs from that of FIGS. 1a to 1e and their various embodiments, in particular in that the laser liftoff 110 (FIG. 3b) has almost no or no residues of metallic Ga and possibly Al of the contact layer 3 remain and that immediately after the laser liftoff 110, the contact layer 3 is etched with a KOH-containing etchant, preferably in the concentrated form described above (indicated by the arrows 130 in FIG. 3c).
Selbstverständlich kann auch hier, falls zweckmäßig, vor dem Ätzen mit KOH vorgeätzt werden, um beispielsweise unterschiedliche Kristallfacetten und/oder -defekte freizulegen, oder wie beschrieben ein korrosives Gas wie H oder Cl als Ätzmittel verwendet werden.Of course, if appropriate, before Etching can be pre-etched with KOH, for example to expose different crystal facets and / or defects, or a corrosive gas such as H or Cl can be used as the etchant as described.
Alternativ kann auch hier, ebenso wie beim oben in Verbindung mit den Figuren la bis le beschriebenen Ausführungsbeispiel, nach dem Trennen vom Substrat 1 auf der Kontaktschicht 3 eine Restschicht der Pufferschicht 2 verbleiben, falls diese dicker ist als deren beim Trennschritt zersetzte Zone. Die Aufrauung wird dann auf dem Rest der Pufferschicht 2 erzeugt .Alternatively, as in the exemplary embodiment described above in connection with FIGS. 1 a to 1 a, a residual layer of the buffer layer 2 can remain on the contact layer 3 after separation from the substrate 1, if this is thicker than its zone which was decomposed in the separation step. The roughening is then produced on the rest of the buffer layer 2.
Die obige Erläuterung der Erfindung anhand der Ausführungsbeispiele ist selbstverständlich nicht auf eine Beschränkung der Erfindung auf diese zu verstehen. Vielmehr fallen insbesondere sämtliche Verfahren unter den Grundgedanken der Erfindung, bei denen eine Trennfläche einer Halbleiterschicht nach deren materialzersetzendem Liftoff vom Aufwachssubstrat mittels einer Defektätze mikrostrukturiert wird.The above explanation of the invention with reference to the exemplary embodiments is of course not to be understood as restricting the invention to these. Rather, in particular, all methods fall under the basic ideas of the invention, in which a separating surface of a semiconductor layer is microstructured by means of a defect set after the material-decomposing liftoff from the growth substrate.
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/DE2004/000892WO2005106972A1 (en) | 2004-04-29 | 2004-04-29 | Method for production a radiation-emitting semi-conductor chip |
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EP1741144A1true EP1741144A1 (en) | 2007-01-10 |
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| EP04730193AWithdrawnEP1741144A1 (en) | 2004-04-29 | 2004-04-29 | Method for production a radiation-emitting semi-conductor chip |
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US7897423B2 (en) |
| EP (1) | EP1741144A1 (en) |
| JP (1) | JP4653804B2 (en) |
| KR (2) | KR101248195B1 (en) |
| CN (1) | CN100423300C (en) |
| DE (1) | DE112004002809B9 (en) |
| WO (1) | WO2005106972A1 (en) |
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100661602B1 (en)* | 2005-12-09 | 2006-12-26 | 삼성전기주식회사 | Method of manufacturing vertical structure gallium nitride based LED device |
| JP2007258323A (en)* | 2006-03-22 | 2007-10-04 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Semiconductor light emitting device |
| KR101393745B1 (en)* | 2007-06-21 | 2014-05-12 | 엘지이노텍 주식회사 | Semiconductor LED and fabrication method thereof |
| DE102007057756B4 (en) | 2007-11-30 | 2022-03-10 | OSRAM Opto Semiconductors Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Process for producing an optoelectronic semiconductor body |
| CN100561762C (en)* | 2007-12-07 | 2009-11-18 | 厦门市三安光电科技有限公司 | GaN-based light emitting device in seamless bonding process and preparation method thereof |
| US8435816B2 (en)* | 2008-08-22 | 2013-05-07 | Lattice Power (Jiangxi) Corporation | Method for fabricating InGaAlN light emitting device on a combined substrate |
| US8815618B2 (en)* | 2008-08-29 | 2014-08-26 | Tsmc Solid State Lighting Ltd. | Light-emitting diode on a conductive substrate |
| DE102009000287A1 (en) | 2009-01-19 | 2010-07-22 | Robert Bosch Gmbh | Light module, has LED formed in substrate, layer made of photo luminescent material for covering LED, and recess filled with photo luminescent material and provided in surface of substrate and/or LED |
| JP2011029574A (en)* | 2009-03-31 | 2011-02-10 | Toyoda Gosei Co Ltd | Method for producing group III nitride compound semiconductor device |
| KR101081129B1 (en) | 2009-11-30 | 2011-11-07 | 엘지이노텍 주식회사 | Light emitting device and fabrication method thereof |
| WO2011069242A1 (en)* | 2009-12-09 | 2011-06-16 | Cooledge Lighting Inc. | Semiconductor dice transfer-enabling apparatus and method for manufacturing transfer-enabling apparatus |
| US20110151588A1 (en)* | 2009-12-17 | 2011-06-23 | Cooledge Lighting, Inc. | Method and magnetic transfer stamp for transferring semiconductor dice using magnetic transfer printing techniques |
| US8334152B2 (en) | 2009-12-18 | 2012-12-18 | Cooledge Lighting, Inc. | Method of manufacturing transferable elements incorporating radiation enabled lift off for allowing transfer from host substrate |
| DE102009060749B4 (en)* | 2009-12-30 | 2021-12-30 | OSRAM Opto Semiconductors Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Optoelectronic semiconductor chip |
| CN101807648B (en)* | 2010-03-19 | 2012-12-26 | 厦门市三安光电科技有限公司 | Introduction-type roughening nitrogen polar surface gallium nitride based light-emitting diode and manufacturing method thereof |
| CN101807649B (en)* | 2010-03-19 | 2013-01-23 | 厦门市三安光电科技有限公司 | High-brightness AlGaInP-based light-emitting diode with introduced roughened layer and manufacturing method thereof |
| KR101055779B1 (en)* | 2010-06-15 | 2011-08-11 | 서울옵토디바이스주식회사 | High efficiency light emitting diode manufacturing method |
| DE102010048617A1 (en) | 2010-10-15 | 2012-04-19 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Method for producing a semiconductor layer sequence, radiation-emitting semiconductor chip and optoelectronic component |
| US8906712B2 (en)* | 2011-05-20 | 2014-12-09 | Tsmc Solid State Lighting Ltd. | Light emitting diode and method of fabrication thereof |
| JP5292456B2 (en) | 2011-12-28 | 2013-09-18 | Ｄｏｗａエレクトロニクス株式会社 | Group III nitride semiconductor device and manufacturing method thereof |
| DE102012210494B4 (en)* | 2012-06-21 | 2023-12-28 | Pictiva Displays International Limited | Organic light-emitting diode |
| KR101878748B1 (en) | 2012-12-20 | 2018-08-17 | 삼성전자주식회사 | Method of transferring graphene and method of manufacturing device using the same |
| JP5514341B2 (en)* | 2013-03-12 | 2014-06-04 | Ｄｏｗａエレクトロニクス株式会社 | Method for manufacturing group III nitride semiconductor device |
| DE102014105208A1 (en)* | 2014-04-11 | 2015-10-29 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | A method of fabricating a nitride compound semiconductor device |
| US9595616B1 (en)* | 2015-12-02 | 2017-03-14 | Sandia Corporation | Vertical III-nitride thin-film power diode |
| CN120091672A (en)* | 2016-06-24 | 2025-06-03 | 苏州立琻半导体有限公司 | Semiconductor device and semiconductor device package including the semiconductor device |
| JP7007053B2 (en)* | 2017-10-17 | 2022-01-24 | 株式会社ディスコ | Lift-off method |
| TWI735263B (en)* | 2020-06-19 | 2021-08-01 | 台灣愛司帝科技股份有限公司 | Method of manufacturing a red light-emitting chip carrying structure |
| WO2022073230A1 (en)* | 2020-10-10 | 2022-04-14 | 苏州晶湛半导体有限公司 | Substrate stripping method for semiconductor structure |
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3739217A (en) | 1969-06-23 | 1973-06-12 | Bell Telephone Labor Inc | Surface roughening of electroluminescent diodes |
| JP3179346B2 (en) | 1996-08-27 | 2001-06-25 | 松下電子工業株式会社 | Method for producing gallium nitride crystal |
| CN1143394C (en) | 1996-08-27 | 2004-03-24 | 精工爱普生株式会社 | Peeling method, thin film device transfer method and thin film device |
| DE19640594B4 (en)* | 1996-10-01 | 2016-08-04 | Osram Gmbh | module |
| WO1998019375A1 (en)* | 1996-10-30 | 1998-05-07 | Hitachi, Ltd. | Optical information processor and semiconductor light emitting device suitable for the same |
| JP3776538B2 (en) | 1996-12-24 | 2006-05-17 | ローム株式会社 | Semiconductor light emitting device and manufacturing method thereof |
| US6233267B1 (en)* | 1998-01-21 | 2001-05-15 | Brown University Research Foundation | Blue/ultraviolet/green vertical cavity surface emitting laser employing lateral edge overgrowth (LEO) technique |
| US6071795A (en) | 1998-01-23 | 2000-06-06 | The Regents Of The University Of California | Separation of thin films from transparent substrates by selective optical processing |
| WO1999066565A1 (en) | 1998-06-18 | 1999-12-23 | University Of Florida | Method and apparatus for producing group-iii nitrides |
| US6294475B1 (en)* | 1998-06-23 | 2001-09-25 | Trustees Of Boston University | Crystallographic wet chemical etching of III-nitride material |
| US6608330B1 (en)* | 1998-09-21 | 2003-08-19 | Nichia Corporation | Light emitting device |
| US20010042866A1 (en)* | 1999-02-05 | 2001-11-22 | Carrie Carter Coman | Inxalygazn optical emitters fabricated via substrate removal |
| DE19955747A1 (en) | 1999-11-19 | 2001-05-23 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Optical semiconductor device with multiple quantum well structure, e.g. LED, has alternate well layers and barrier layers forming super-lattices |
| DE10020464A1 (en) | 2000-04-26 | 2001-11-08 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Radiation-emitting semiconductor element has a semiconductor body formed by a stack of different semiconductor layers based on gallium nitride |
| EP2270875B1 (en)* | 2000-04-26 | 2018-01-10 | OSRAM Opto Semiconductors GmbH | Sermiconductor light emitting device and method of manufacturing the same |
| DE10026254A1 (en) | 2000-04-26 | 2001-11-08 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Radiation-emitting semiconductor element has a semiconductor body formed by a stack of different semiconductor layers based on gallium nitride |
| TWI289944B (en)* | 2000-05-26 | 2007-11-11 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Light-emitting-diode-element with a light-emitting-diode-chip |
| DE10040448A1 (en) | 2000-08-18 | 2002-03-07 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Semiconductor chip and method for its production |
| JP4431925B2 (en)* | 2000-11-30 | 2010-03-17 | 信越半導体株式会社 | Method for manufacturing light emitting device |
| DE10064448A1 (en) | 2000-12-22 | 2002-07-04 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Process for roughening a semiconductor chip for optoelectronics |
| JP5283293B2 (en)* | 2001-02-21 | 2013-09-04 | ソニー株式会社 | Semiconductor light emitting device |
| JP4524953B2 (en) | 2001-05-18 | 2010-08-18 | パナソニック株式会社 | Method for manufacturing nitride semiconductor substrate and method for manufacturing nitride semiconductor device |
| US6750158B2 (en) | 2001-05-18 | 2004-06-15 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Method for producing a semiconductor device |
| TW564584B (en)* | 2001-06-25 | 2003-12-01 | Toshiba Corp | Semiconductor light emitting device |
| JP4244542B2 (en) | 2001-08-28 | 2009-03-25 | 日亜化学工業株式会社 | Gallium nitride compound semiconductor light emitting device and method for manufacturing the same |
| US6617261B2 (en)* | 2001-12-18 | 2003-09-09 | Xerox Corporation | Structure and method for fabricating GaN substrates from trench patterned GaN layers on sapphire substrates |
| JP2003188142A (en) | 2001-12-19 | 2003-07-04 | Sony Corp | Method for manufacturing semiconductor device and semiconductor device |
| US6455340B1 (en)* | 2001-12-21 | 2002-09-24 | Xerox Corporation | Method of fabricating GaN semiconductor structures using laser-assisted epitaxial liftoff |
| TW576864B (en)* | 2001-12-28 | 2004-02-21 | Toshiba Corp | Method for manufacturing a light-emitting device |
| WO2003065464A1 (en) | 2002-01-28 | 2003-08-07 | Nichia Corporation | Nitride semiconductor device having support substrate and its manufacturing method |
| DE10243757A1 (en)* | 2002-01-31 | 2004-04-01 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Semiconductor chip manufacturing method, e.g. for LED manufacture, by matching thermal expansion coefficient to carrier to radiation profile and pulse length of laser beam used to separate from substrate |
| TWI226139B (en)* | 2002-01-31 | 2005-01-01 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Method to manufacture a semiconductor-component |
| DE10245628A1 (en)* | 2002-09-30 | 2004-04-15 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Light-emitting semiconductor chip includes mirror layer with planar reflection surfaces inclined at acute angle with respect to main plane of beam production region |
| JP3795007B2 (en)* | 2002-11-27 | 2006-07-12 | 松下電器産業株式会社 | Semiconductor light emitting device and manufacturing method thereof |
| JP4440529B2 (en) | 2002-11-27 | 2010-03-24 | 士郎 酒井 | Manufacturing method of nitride semiconductor light emitting device |
| US6986693B2 (en)* | 2003-03-26 | 2006-01-17 | Lucent Technologies Inc. | Group III-nitride layers with patterned surfaces |
| Title |
|---|
| FUJII T ET AL: "Increase in the extraction efficiency of GaN-based light-emitting diodes via surface roughening", APPLIED PHYSICS LETTERS, AIP, AMERICAN INSTITUTE OF PHYSICS, MELVILLE, NY, US, vol. 84, no. 6, 9 February 2004 (2004-02-09), pages 855 - 857, XP012062026, ISSN: 0003-6951, DOI: 10.1063/1.1645992* |
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20110140141A1 (en) | 2011-06-16 |
| DE112004002809A5 (en) | 2007-05-24 |
| KR101248195B1 (en) | 2013-03-27 |
| KR101361630B1 (en) | 2014-02-11 |
| US8273593B2 (en) | 2012-09-25 |
| JP2007535152A (en) | 2007-11-29 |
| US20080093611A1 (en) | 2008-04-24 |
| KR20070026546A (en) | 2007-03-08 |
| DE112004002809B4 (en) | 2023-11-02 |
| WO2005106972A1 (en) | 2005-11-10 |
| JP4653804B2 (en) | 2011-03-16 |
| KR20120105059A (en) | 2012-09-24 |
| CN1943044A (en) | 2007-04-04 |
| DE112004002809B9 (en) | 2024-02-01 |
| US7897423B2 (en) | 2011-03-01 |
| CN100423300C (en) | 2008-10-01 |
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| DE112004002809B9 (en) | Method for producing a radiation-emitting semiconductor chip and semiconductor chip produced by this method | |
| EP1314209B1 (en) | Method for producing a radiation-emitting semiconductor chip based on iii-v nitride semiconductor material, and a corresponding radiation-emitting semiconductor chip | |
| DE112006001084B4 (en) | Light-emitting devices with active layers that extend into open dimples | |
| EP1277241B1 (en) | Gan-based light-emitting-diode chip | |
| EP1920508B1 (en) | Method for lateral separation of a semiconductor wafer stack | |
| EP1709694B1 (en) | Thin-film led comprising a current-dispersing structure | |
| WO2001091195A1 (en) | Light-emitting-diode chip comprising a sequence of gan-based epitaxial layers which emit radiation, and a method for producing the same | |
| WO2007025497A1 (en) | Method for laterally cutting through a semiconductor wafer and optoelectronic component | |
| DE102004030603A1 (en) | Method for production of semiconductor chips, especially radiation emitting chips involves forming epitaxially produced growth substrate, forming separation layer, connecting the wafer to ancillary support wafer and separating | |
| DE112007000223T5 (en) | A nitride semiconductor light emitting element having an improved light extraction efficiency | |
| EP2628191A1 (en) | Method for producing a semiconductor layer sequence, radiation-emitting semiconductor chip, an optoelectronic component | |
| EP2273574B1 (en) | Method for producing a light emitting diode with a light emitting diode chip on a GaN basis | |
| EP1299909B1 (en) | Ingan-based light-emitting diode chip and a method for the production thereof | |
| DE102007057756B4 (en) | Process for producing an optoelectronic semiconductor body | |
| EP2519979B1 (en) | Optoelectronic semiconductor chip having two intermediate layers based on algan | |
| DE102008030821A1 (en) | An electroluminescent device and method of making an electroluminescent device | |
| DE102018119734A1 (en) | OPTOELECTRONIC SEMICONDUCTOR COMPONENT WITH A SUPPORT ELEMENT THAT INCLUDES AN ELECTRICALLY CONDUCTIVE MATERIAL | |
| DE102005003460A1 (en) | Thin film light emitting diode with current-dispersing structure has transverse conductivity of current dispersion layer increased by forming two-dimensional electron or hole gas | |
| DE10244447B4 (en) | Radiation-emitting semiconductor device with vertical emission direction and manufacturing method thereof | |
| EP3841619A1 (en) | Optoelectronic semiconductor component having a semiconductor contact layer and method for producing the optoelectronic semiconductor component | |
| DE102023121305A1 (en) | METHOD FOR PRODUCING AN OPTOELECTRONIC SEMICONDUCTOR COMPONENT AND OPTOELECTRONIC SEMICONDUCTOR COMPONENT | |
| DE102022120161A1 (en) | OPTOELECTRONIC SEMICONDUCTOR COMPONENT WITH EPITACTICALLY GROWN LAYER AND METHOD FOR PRODUCING THE OPTOELECTRONIC SEMICONDUCTOR COMPONENT | |
| WO2018177764A1 (en) | Method for producing light-emitting diode chips and light-emitting diode chip |
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PUAI | Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase | Free format text:ORIGINAL CODE: 0009012 | |
| 17P | Request for examination filed | Effective date:20060926 | |
| AK | Designated contracting states | Kind code of ref document:A1 Designated state(s):DE | |
| RIN1 | Information on inventor provided before grant (corrected) | Inventor name:KAISER, STEPHAN Inventor name:HAHN, BERTHOLD Inventor name:HAERLE, VOLKER | |
| DAX | Request for extension of the european patent (deleted) | ||
| RBV | Designated contracting states (corrected) | Designated state(s):DE | |
| 17Q | First examination report despatched | Effective date:20070905 | |
| RAP1 | Party data changed (applicant data changed or rights of an application transferred) | Owner name:OSRAM OPTO SEMICONDUCTORS GMBH | |
| RAP1 | Party data changed (applicant data changed or rights of an application transferred) | Owner name:OSRAM OPTO SEMICONDUCTORS GMBH | |
| GRAP | Despatch of communication of intention to grant a patent | Free format text:ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR1 | |
| RIC1 | Information provided on ipc code assigned before grant | Ipc:H01L 33/22 20100101AFI20131127BHEP Ipc:H01L 33/00 20100101ALI20131127BHEP | |
| INTG | Intention to grant announced | Effective date:20131220 | |
| STAA | Information on the status of an ep patent application or granted ep patent | Free format text:STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN | |
| 18D | Application deemed to be withdrawn | Effective date:20140501 |