DE102006034151A1

DE102006034151A1 - Lichtemittierende Halbleitervorrichtung und Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE102006034151A1
Application number: DE102006034151A
Authority: DE
Inventors: Nobuyuki Nara Watanabe; Yukari Kanmaki Inoguchi; Tetsuroh Tenri Murakami
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2005-07-26
Filing date: 2006-07-24
Publication date: 2007-03-08
Also published as: TWI307561B; JP2007059873A; TW200711179A; US20070023772A1

Abstract

Ein Licht emittierendes Halbleiterbauteil verfügt über eine Halbleiterschicht (3, 4) vom ersten Leitungstyp, eine auf dieser hergestellte Leuchtschicht (5), eine auf dieser hergestellte Halbleiterschicht (8) vom zweiten Leitungstyp sowie ein auf dieser hergestelltes transmissives Substrat (9), das für von der Leuchtschicht (5) herrührendes Licht durchlässig ist. Das transmissive Substrat (9) verfügt über eine Ladungsträgerkonzentration, die niedriger als diejenige der Halbleiterschicht (8) vom zweiten Leitungstyp ist.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die Erfindung betrifft ein Licht emittierendes Halbleiterbauteil, das ein Leuchtmittel ist, wie es beispielsweise für ein Kommunikationsgerät, eine Straßen-, Eisenbahn- oder Wegweiser-Anzeigetafel, eine Werbungsanzeigetafel, ein Mobiltelefon, eine Displayhinterleuchtung, eine Beleuchtungseinrichtung oder dergleichen verwendet wird, sowie ein Verfahren zum Herstellen dieses Licht emittierenden Halbleiterbauteils.

In den letzten Jahren fanden Technologien zum Herstellen von Halbleiter-Leuchtdioden (nachfolgend als "LED" bezeichnet), bei denen es sich um eine Art von Licht emittierenden Halbleiterbauteilen handelt, schnelle Fortschritte, und insbesondere wurden LEDs für Primärlichtfarben nach dem Entwickeln der blauen LED komplettiert, so dass es möglich wurde, Licht mit jeder Wellenlänge durch Kombinationen von LEDs für Primärlichtfarben herzustellen. Als Ergebnis hiervon hat sich der Anwendungsumfang von LEDs schnell erweitert, und insbesondere erhalten LEDs auf dem Gebiet der Beleuchtung Aufmerksamkeit als Quelle natürlichen oder weißen Lichts, die, einhergehend mit dem zunehmenden Umwelt- und Energiebewusstsein, eine Alternative für elektrische Glühlampen oder Leuchtstofflampen ist.

Bis vor einem Jahrzehnt konzentrierten sich die Forschung und die Entwicklung betreffend LEDs mit höherer Leuchtstärke auf Epitaxie-Züchtungstechniken. Jedoch erfolgt in den letzten Jahren, einhergehend mit der Weiterentwicklung der Techniken, eine Konzentration auf die Entwicklung von Prozesstechnologien als Mittelpunkt.

Eine Erhöhung der Leuchtstärke durch die Prozesstechnologie bedeutet eine Erhöhung des externen Quantenwirkungsgrads (d.h. des internen Quantenwirkungsgrads multipliziert mit der Effizienz der Entnahme nach außen), und speziell existieren Prozesstechnologien wie solche zur Mikrobearbeitung in der Form einer LED, zum Anbringen von Reflexionsfilmen und transparenten Elektroden, usw. U.a. wurden für rote und blaue LEDs einige Techniken zum Erhöhen der Leuchtstärke durch Waferbonden entwickelt, und es wurden LEDs mit hoher Leuchtstärke entwickelt, die auf den Markt gebracht wurden.

Techniken zum Erhöhen der Leuchtstärke durch Waferbonden werden weit gefasst in zwei Typen eingeteilt. Der eine ist eine Technik zum Anbringen eines undurchsichtigen Substrats wie eines Siliciumsubstrats oder eines Germaniumsubstrats direkt oder über eine metallische Schicht an einer Epitaxieschicht. Der andere ist eine Technik zum Anbringen eines für eine Emissionswellenlänge transparenten Substrats wie eines Glassubstrats, eines Saphirsubstrats oder eines GaP-Substrats, direkt oder über eine Bondschicht an einer Epitaxieschicht.

Die 1 ist eine schematische Schnittansicht einer LED, für die die erstere Technik verwendet wurde. Die 2 ist eine schematische Schnittansicht einer LED, für die die letztere Technik verwendet wurde.

In der 1 kennzeichnen die Bezugszahlen 101 und 103 Epitaxieschichten, 102 kennzeichnet eine Leuchtschicht, 104 kennzeichnet eine Metallschicht zu Reflexionszwecken, 105 kennzeichnet ein Siliciumsubstrat und 106 sowie 107 kennzeichnen Elektroden.

Bei der LED in der 1 wird von der Leuchtschicht 103 emittiertes Licht L durch die Metallschicht 104 zu Reflexionszwecken nach außen reflektiert, wie es durch die Pfeile gekennzeichnet ist, bevor eine Absorption durch das Siliciumsubstrat 105 erfolgt.

In der 2 kennzeichnet die Bezugszahl 201 eine Fensterschicht, 202 und 204 kennzeichnen Epitaxieschichten, 203 kennzeichnet eine Leuchtschicht 205 kennzeichnet ein transparentes Substrat, und 206 sowie 207 kennzeichnen Elektroden.

Bei der LED in der 2 läuft von der Leuchtschicht 203 emittiertes Licht hindurch, wie es durch die Pfeile dargestellt ist, ohne dass es durch das transparente Substrat 205 absorbiert würde.

Insbesondere kann, bei einer LED, bei der die Technik zum Anbringen des transparenten Substrats 205 an der Epitaxieschicht 204 verwendet wird, von der Leuchtschicht 203 emittiertes Licht beinahe von der gesamten Oberfläche der LED entnommen werden, ohne dass es erneut durch die Leuchtschicht 203 läuft, anders gesagt, ohne dass es durch diese absorbiert wird. Daher ist es möglich, eine LED mit einem höheren Wandlungswirkungsgrad (Lichtentnahme-Wirkungsgrad) zu entwickeln.

Eine der herkömmlichen Techniken zum Anbringen eines transparenten Substrats an einer Epitaxieschicht ist in JP 3230638 B2 beschrieben. Bei der in JP 3230638 B2 beschriebenen Technik wird ein transparentes Substrat direkt an einer Al-GaInP(Aluminiumgalliumindiumphosphid)-Halbleiterschicht angebracht, um eine 4-Elemente-LED herzustellen.

Übrigens wird bei der Technik zum Anbringen eines transparenten Substrats an einer Epitaxieschicht, wie oben beschrieben, das transparente Substrat direkt an der Epitaxieschicht angebracht, um die Lichttransparenz zu verbessern. In diesem Fall besteht ein Problem dahingehend, dass die Ansteuerungsspannung für die LED erhöht ist, da der Widerstand der Grenzfläche zwischen dem transparenten Substrat und der Epitaxieschicht, d.h. die Befestigungs-Grenzfläche, groß ist.

Es ist denkbar, dass eine Lösung des Problems darin besteht, die Ladungsträgerkonzentration des transparenten Substrats zu erhöhen, um den Widerstand der Befestigungs-Grenzfläche zu senken. Wenn jedoch die Ladungsträgerkonzentration des transparenten Substrats erhöht wird, treten in ihm leicht Absorption und/oder Schwächung des Lichts auf, da es über die genannte erhöhte, hohe Ladungsträgerkonzentration verfügt.

Infolgedessen tritt bei einer LED mit transparentem Substrat mit erhöhter Ladungsträgerkonzentration das Problem auf, dass der Lichtentnahme-Wirkungsgrad verringert ist. Die dabei auftretende Lichtabsorption wird hauptsächlich durch die freien Ladungsträger verursacht, und sie ist im Wesentlichen unabhängig von der Bandlücke des Kristalls.

Ferner nehmen, wenn die Ladungsträgerkonzentration des transparenten Substrats erhöht wird, die Dichten von Fremdstoffen und/oder Defekten im transparenten Substrat selbstverständlich zu, so dass das Licht durch diese absorbiert und/oder geschwächt wird.

Ferner wird bei der Technik zum Anbringen eines transparenten Substrats an einer Epitaxieschicht eine Wärmebehandlung ausgeführt, um das transparente Substrat an der Epitaxieschicht anzubringen. Da die Wärmebehandlung bei einer hohen Temperatur ausgeführt wird, werden Atome, die einen Dotierstoff bilden, diffundiert, und sie segregieren an der Anbringungsgrenzfläche, der Kristallgrenzfläche, der Leuchtschicht usw.

Wenn Atome, die den Dotierstoff bilden, an der Anbringungsgrenzfläche und der Kristallgrenzfläche segregieren, nehmen die Lichtdurchlässigkeiten derselben ab, und wenn die Atome, die Dotierstoffe sind, an der Leuchtschicht segregieren, nimmt die Leuchteffizienz derselben ab.

Auch ist, wenn eine Metallschicht an der Anbringungsgrenzfläche angebracht wird, um den Widerstand derselben zu senken, diese Metallschicht im Allgemeinen nicht transmissiv, oder für Licht durchlässig, und wenn eine Wärmebehandlung oder dergleichen ausgeführt wird, um den Kontakt der Grenzfläche zwischen dem Metall und dem Kristall zu verbessern, wird eine Legierungsschicht an der Grenzfläche zu einer Lichtabsorptionsschicht (Abdunklung). Als Ergebnis hiervon ist nicht stark eine Erhöhung der Effizienz der Entnahme von Licht nach außen zu erwarten.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Daher ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein Licht emittierendes Halbleiterbauteil mit erhöhtem Lichtentnahme-Wirkungsgrad sowie ein Verfahren zum Herstellen dieses Licht emittierenden Halbleiterbauteils zu schaffen.

Um dieses Problem zu lösen, ist ein Licht emittierendes Halbleiterbauteil gemäß einer Erscheinungsform der Erfindung mit Folgendem versehen:
einer Halbleiterschicht vom ersten Leitungstyp;
einer Leuchtschicht, die auf der Halbleiterschicht vom ersten Leitungstyp hergestellt ist;
einer Halbleiterschicht vom zweiten Leitungstyp, die auf der Leuchtschicht hergestellt ist; und
einem transmissiven Substrat, das auf der Halbleiterschicht vom zweiten Leitungstyp hergestellt ist und für von der Leuchtschicht herrührendes Licht durchlässig ist; wobei
die Halbleiterschicht vom zweiten Leitungstyp und das transmissive Substrat über eine jeweilige Ladungsträgerkonzentration verfügen und die Ladungsträgerkonzentration des transmissiven Substrats niedriger als diejenige der Halbleiterschicht vom zweiten Leitungstyp ist.

Bei der Erfindung bedeutet der "erste Leitungstyp" den p- oder den n-Typ und der "zweite Leitungstyp" bedeutet den n-Typ, wenn der erste Leitungstyp der p-Typ ist, und er bedeutet den p-Typ, wenn der erste Leitungstyp der n-Typ ist.

Zu normalen Arten zum Anbringen des transmissiven Substrats gehört beispielsweise eine Wärmebehandlung. Wenn eine Wärmebehandlung ausgeführt wird, um das transmissive Substrat anzubringen, und wenn die Ladungsträgerkonzentration desselben höher als die der Halbleiterschicht vom zweiten Leitungstyp ist, diffundieren Dotierstoffe im transmissiven Substrat zur Halbleiterschicht vom zweiten Leitungstyp, und sie segregieren zur Grenzfläche zwischen dem transmissiven Substrat und der Halbleiterschicht vom zweiten Leitungstyp, der Leuchtschicht und/oder dergleichen. Wenn die Dotierstoffe an der Grenzfläche zwischen dem transmissiven Substrat und der Halbleiterschicht vom zweiten Leitungstyp segregieren, ist die Lichttransmission der Grenzfläche beeinträchtigt. Wenn die Dotierstoffe zur Leuchtschicht segregieren, nimmt die Leuchteffizienz derselben ab.

Die 3A und 3B zeigen Analyseergebnisse durch Sekundärionen-Massenspektroskopie (SIMS) hinsichtlich der Segregation von Dotierstoffen an der Anbringungsgrenzfläche eines GaP-Substrats, das ein Beispiel für das transmissive Substrat ist, wie dies gesehen wird, wenn das GaP-Substrat an einer GaAlInP-LED-Struktur angebracht wird. Die 3A ist ein Kurvenbild, das die Verteilung der Zink-Konzentration in der Tiefenrichtung an der Anbringungsgrenzfläche eines GaP-Substrats mit einer hohen Ladungsträgerkonzentration von 1,5 × 10¹⁸ cm^– ³ zeigt, und die 3B ist ein Kurvenbild, das die Verteilung der Zink-Konzentration in der Tiefenrichtung an der Anbringungsgrenzfläche eines GaP-Substrats mit einer niedrigen Ladungsträgerkonzentration von 5,0 × 10¹⁷ cm^–3 zeigt.

Wie es aus den 3A und 3B erkennbar ist, ist es ersichtlich, dass die Menge der Dotierstoffe, die an der Anbringungsgrenzfläche segregieren, von der Ladungsträgerkonzentration des GaP-Substrats abhängt, und wenn die Ladungsträgerkonzentration des GaP-Substrats hoch ist, zeigen die Dotierstoffe eine deutliche Segregation. Demgemäß wird dadurch, dass die Ladungsträgerkonzentration des transmissiven Substrats niedriger als die der Halbleiterschicht vom zweiten Leitungstyp gemacht wird, die Diffusion der Dotierstoffe vom transmissiven Substrat zur Halbleiterschicht vom zweiten Leitungstyp verringert (dies ist aus dem Gesichtspunkt der thermodynamischen Stabilität dahingehend ersichtlich, dass Dotierstoffe von der Seite hoher Konzentration zur Seite niedriger Konzentration diffundieren), und daher ist der Lichtentnahme-Wirkungsgrad erhöht.

Infolgedessen sind die Faktoren beseitigt, die für die verringerte Leuchtstärke eines Licht emittierenden Halbleiterbauteils verantwortlich sind, so dass es möglich ist, die Leuchtstärke von Licht emittierenden Halbleiterbauteilen zu erhöhen.

Ferner kann, beim Anbringen des transmissiven Substrats, insoweit das Licht von der Leuchtschicht durch die gesamte Grenzfläche zwischen dem transmissiven Substrat und der Halbleiterschicht vom zweiten Leitungstyp, oder einen Teil derselben laufen kann, dasselbe direkt oder indirekt über eine Bond- oder eine Klebeverbindung, ein Metall, ein Oxid, ein Nitrid oder dergleichen am Halbleiter vom zweiten Leitungstyp angebracht werden.

Bei einer Ausführungsform beträgt die Ladungsträgerkonzentration des transmissiven Substrats 2,5 × 10¹⁸ cm^–3 oder weniger.

Bei dieser Ausführungsform kann eine Erhöhung der Ansteuerspannung verhindert werden.

Die 4 und 5 zeigen Versuchsergebnisse für ein GaP-Substrat vom p-Typ bzw. eines GaP-Substrats vom p-Typ mit einer Ladungsträgerkonzentration von 5,0 × 10¹⁷ cm^– ³ (die in den 4 und 5 als GaP-Substrat mit hoher Konzentration bzw. GaP-Substrat mit niedriger Konzentration dargestellt sind). Die GaP-Substrate vom p-Typ wurden mit Zink dotiert.

Die 4 zeigt die Ergebnisse zum eigenen Lichttransmissionsvermögen der GaP-Substrate vom p-Typ. Bei den Ergebnissen ist die Reflexion einfallenden Lichts an den Grenzflächen nicht berücksichtigt, so dass die Lichttransmissionen auf der Seite niedrigerer Energien als der Bandlücke in der Nähe von 50% liegen (die tatsächlichen Lichttransmissionen betragen ungefähr 90% oder mehr).

Es existieren nur einige wenige Prozent Unterschied an Lichttransmission zwischen dem GaP-Substrat vom p-Typ mit einer Ladungsträgerkonzentration von 1,5 × 10¹⁸ cm^– ³ und dem GaP-Substrat vom p-Typ mit einer Ladungsträgerkonzentration von 5,0 × 10¹⁷ cm^– ³ da die Dicke jedes der Substrate den kleinen Wert von ungefähr 250 μm aufweist. Auf Grundlage dieses Ergebnisses und der allgemeinen Formel zum Erhalten der Lichttransmission, die: I/I0 = exp (-αd)ist, wobei I₀ die anfängliche Lichtmenge ist, I die Transmissionslichtmenge ist, d die Dicke ist und α der Absorptionskoeffizient ist, und unter Berücksichtigung der Sekundärreflexion hinsichtlich des Lichts mit einer Wellenlänge von 640 nm wurde der Absorptionskoeffizient α des GaP-Substrats vom p-Typ mit einer Ladungsträgerkonzentration von 1,5 × 10¹⁸ cm^–3 zu 3,299 cm^–1 berechnet, und der Absorptionskoeffizient α des GaP-Substrats vom p-Typ mit einer Ladungsträgerkonzentration von 5,0 × 10¹⁷ cm^–3 wurde zu 5,46 × 10^–2 cm^–1 berechnet.

Als Nächstes wurden die Dickenabhängigkeit der Lichttransmission für den Fall, dass Licht durch das Substrat mit einem Absorptionskoeffizienten α von 3,299 cm^–1 läuft, und die Dickenabhängigkeit der Lichttransmission für den Fall, dass Licht durch das Substrat mit einem Absorptionskoeffizienten α von 5,46 × 10^–2 cm^–1 läuft, berechnet. Im Ergebnis wird, wie es in der 5 dargestellt ist, das Licht selbstverständlich umso mehr geschwächt, je größer der Weg ist, über den es läuft.

Wenn das GaP-Substrat vom p-Typ auf oder über der Leuchtschicht angebracht wird, wird ein Teil des von dieser emittierten Lichts direkt nach außen entnommen, während ein anderer Teil desselben durch die Grenzfläche zwischen den Substrat-Kristall/Materialien und der Außenseite reflektiert wird, wobei jedoch der größte Teil des Lichts wiederholt im GaP-Substrat vom p-Typ reflektiert wird.

So ist es ersichtlich, dass der größte Teil des Lichts einen größeren Weg zurücklegt, als es der Dicke des GaP-Substrats vom p-Typ entspricht. Außerdem wird mit zunehmender Anzahl der Lichtpfade das Licht mehr geschwächt, und die Effizienz der Entnahme des Lichts nach außen fällt.

Es wird möglich, die Schwächung dadurch so weit wie möglich zu verringern, dass die Ladungsträgerkonzentration gemäß der Erfindung eingestellt wird.

Da die Absorption und Schwächung von Licht hauptsächlich durch freie Ladungsträger verursacht sind, kann das Einstellen der Ladungsträgerkonzentration gemäß der Erfindung bei jedem beliebigen Kristall, jeder Verbindung und jedem Material, unabhängig von der Art des Substrats, des Dotierstoffs oder dergleichen angewandt werden.

Das GaP-Substrat vom p-Typ mit einer Ladungsträgerkonzentration von 1,5 × 10¹⁸ cm^–3 wurde direkt an einer Halbleiterschicht angebracht, um ein rotes, Licht emittierendes Halbleiterbauteil mit einer Wellenlänge von 640 nm herzustellen, und das GaP-Substrat vom p-Typ mit einer Ladungsträgerkonzentration von 5,0 × 10¹⁷ cm^–3 wurde direkt an einer Halbleiterschicht angebracht, um ein rotes, Licht emittierendes Halbleiterbauteil mit der Wellenlänge von 640 nm herzustellen.

Die optische Ausgangsleistung des roten, Licht emittierenden Halbleiterbauteils mit dem GaP-Substrat vom p-Typ mit einer Ladungsträgerkonzentration von 5,0 × 10¹⁷ cm^–3 war ungefähr das 1,5-fache derjenigen des roten, Licht emittierenden Halbleiterbauteils mit dem GaP-Substrat vom p-Typ mit einer Ladungsträgerkonzentration von 1,5 × 10¹⁸ cm^–3.

Genauer gesagt, betrug die optische Ausgangsleistung des roten, Licht emittierenden Halbleiterbauteils mit dem GaP-Substrat vom p-Typ mit einer Ladungsträgerkonzentration von 5,0 × 10¹⁷ cm^–3 5,6 mW (die Wellenlänge betrug 640 nm und die dominierende Wellenlänge betrug 626 nm), während die optische Ausgangsleistung des roten, Licht emittierenden Halbleiterbauteils mit dem GaP-Substrat vom p-Typ mit einer Ladungsträgerkonzentration von 1,5 × 10¹⁸ cm^–3 3,8 mW betrug (die Wellenlänge betrug 640 nm, und die dominierende Wellenlänge betrug 626 nm).

Ferner wurden die Strahlungsmuster der Bauteile so erkannt, wie es in den 6A und 6B dargestellt ist. Die 6A zeigt das Strahlungsmuster des roten, Licht emittierenden Halbleiterbauteils mit dem GaP-Substrat vom p-Typ mit der hohen Ladungsträgerkonzentration, und die 6B zeigt das Strahlungsmuster des roten, Licht emittierenden Halbleiterbauteils mit dem GaP- Substrat vom p-Typ mit niedriger Ladungsträgerkonzentration. Aus diesen Figuren wurde es geklärt, dass die Komponenten des von den Querseiten (GaP-Substrat vom p-Typ) des roten, Licht emittierenden Halbleiterbauteils mit dem GaP-Substrat vom p-Typ mit einer Ladungsträgerkonzentration von 5,0 × 10¹⁷ cm^–3 (6B) stärker als diejenigen des roten, Licht emittierenden Halbleiterbauteils mit dem GaP-Substrat vom p-Typ mit einer Ladungsträgerkonzentration von 1,5 × 10¹⁸ cm^–3 (6A) waren.

Bei einer Ausführungsform liegt die Ladungsträgerkonzentration der Halbleiterschicht vom zweiten Leitungstyp zwischen 5,0 × 10¹⁷ cm^–3 und 5,0 × 10¹⁸ cm^–3, einschließlich.

Bei dieser Ausführungsform kann der Lichtentnahme-Wirkungsgrad weiter erhöht werden.

Die Ladungsträgerkonzentration der Halbleiterschicht vom zweiten Leitungstyp kann im Bereich von 5,0 × 10¹⁷ cm^–3 bis 5,0 × 10¹⁸ cm^–3 insoweit frei gewählt werden, als die ausgewählte Konzentration niedriger als die Ladungsträgerkonzentration des transmissiven Substrats ist.

Bei einer Ausführungsform besteht zumindest ein Teil des transmissiven Substrats aus einem Halbleiter vom zweiten Leitungstyp oder einem elektrischen Leiter vom zweiten Leitungstyp.

Bei dieser Ausführungsform ist das transmissive Substrat elektrisch mit der Halbleiterschicht vom zweiten Leitungstyp verbunden. Das transmissive Substrat verfügt über dieselbe Polarität wie die Halbleiterschicht vom zweiten Leitungstyp. Aus diesem Grund kann eine Elektrode, die für eine Lichtemission der Leuchtschicht sorgt, auf dem transmissiven Substrat ausgebildet werden.

Bei einer Erfindung besteht das transmissive Substrat aus einem Halbleiter vom ersten Licht emittierenden oder einem elektrischen Leiter vom ersten Leitungstyp.

Bei dieser Ausführungsform ist das transmissive Substrat nicht elektrisch mit der Halbleiterschicht vom zweiten Leitungstyp verbunden. Wenn das transmissive Substrat direkt an der Halbleiterschicht vom zweiten Typ angebracht wird, wird die Grenzfläche zwischen ihm und der Halbleiterschicht vom zweiten Typ eine Grenzfläche eines p-n-Übergangs. Da an der Grenzfläche des p-n-Übergangs ein neutraler Bereich (Verarmungsschicht) gebildet wird, fließt kein Strom, solange nicht eine bestimmte Spannung angelegt wird.

Aus diesem Grund kann die Lichtemission der Leuchtschicht beispielsweise dadurch verursacht werden, dass zwischen dem transmissiven Substrat und der Halbleiterschicht vom zweiten Leitungstyp eine Kontaktschicht ausgebildet wird und auf dieser eine Elektrode ausgebildet wird.

Bei einer Ausführungsform besteht das transmissive Substrat aus einem Isolator.

Bei dieser Ausführungsform ist das transmissive Substrat nicht elektrisch mit der Halbleiterschicht vom zweiten Leitungstyp verbunden.

Die Halbleiterschicht vom ersten Leitungstyp, die Leuchtschicht und die Halbleiterschicht vom zweiten Leitungstyp können jeweils mindestens zwei der folgenden Materialien enthalten: Gallium, Aluminium, Indium, Phosphor, Arsen, Zink, Tellur, Schwefel, Stickstoff, Silicium, Kohlenstoff, Sauerstoff, Magnesium und Selen.

In diesem Fall kann die Emissionswellenlänge der Leuchtschicht aus einem weiten Bereich vom Infrarotbereich bis zum Nahultraviolettbereich ausgewählt werden.

Ein Verfahren zum Herstellen eines Licht emittierenden Halbleiterbauteils gemäß einer anderen Erscheinungsform der Erfindung ist für ein Licht emittierendes Halbleiterbauteil mit Folgendem vorgesehen: Verbinden des transmissiven Substrats mit der Halbleiter einer Halbleiterschicht vom ersten Leitungstyp, einer Leuchtschicht, die auf der Halbleiterschicht vom ersten Leitungstyp hergestellt ist, einer Halbleiterschicht vom zweiten Leitungstyp, die auf der Leuchtschicht hergestellt ist, und einem transmissiven Substrat, das auf der Halbleiterschicht vom zweiten Leitungstyp hergestellt ist und für von der Leuchtschicht herrührendes Licht durchlässig ist, wobei die Halbleiterschicht vom zweiten Leitungstyp und das transmissive Substrat über eine jeweilige Ladungsträgerkonzentration verfügen und die Ladungsträgerkonzentration des transmissiven Substrats niedriger als diejenige der Halbleiterschicht vom zweiten Leitungstyp ist, wobei zu diesem Verfahren Folgendes gehört:
Aufschichten der Halbleiterschicht vom ersten Leitungstyp, der Leuchtschicht und der Halbleiterschicht vom zweiten Leitungstyp auf einem Halbleitersubstrat vom ersten Leitungstyp;
Verbinden des transmissiven Substrats mit der Halbleiterschicht vom zweiten Leitungstyp auf direkte Weise oder über eine Bondmaterialschicht durch Erwärmen des transmissiven Substrats, während es gegen die Halbleiterschicht vom zweiten Leitungstyp gedrückt wird; und
Entfernen des Halbleitersubstrats vom ersten Leitungstyp.

Wenn das transmissive Substrat direkt mit der Halbleiterschicht vom zweiten Leitungstyp verbunden wird, beeinflusst der Widerstand der Grenzfläche zwischen dem transmissiven Substrat und der Halbleiterschicht vom zweiten Leitungstyp die Ansteuerspannung des Licht emittierenden Halbleiterbauteils. Aus diesem Grund beträgt die Ladungsträgerkonzentration des transmissiven Substrats vorzugsweise 2,5 × 10¹⁸ cm^–3 oder weniger, und speziell bevorzugt beträgt sie zwischen 5,0 × 10¹⁷ cm^–3 und 10,0 × 10¹⁷ cm^– ³, einschließlich.

Wenn die Ladungsträgerkonzentration des transmissiven Substrats auf 2,5 × 10¹⁸ cm^–3 oder weniger eingestellt wird, kann der Widerstand der Grenzfläche zwischen dem transmissiven Substrat und der Halbleiterschicht vom zweiten Leitungstyp gesenkt werden, und die Lichttransmission des transmissiven Substrats kann erhöht werden.

Wenn andererseits das transmissive Substrat über die Bondmaterialschicht mit der Halbleiterschicht vom zweiten Leitungstyp verbunden wird, kann die Temperatur bei der Wärmebehandlung im Vergleich zu der gesenkt werden, wenn das transmissive Substrat direkt mit der Halbleiterschicht vom zweiten Leitungstyp verbunden wird.

Die Bondmaterialschicht kann eine transmissive Materialschicht sein.

Wenn die transmissive Materialschicht aus beispielsweise Indiumzinnoxid (ITO) hergestellt wird, nimmt der Widerstand der Grenzfläche zwischen ihr und dem transmissiven Substrat ab, und daher kann ein transmissives Substrat mit niedrigerer Ladungsträgerkonzentration verwendet werden.

Ferner kann auf die Halbleiterschicht vom zweiten Leitungstyp eine transparente Bondmaterialschicht aufgeschichtet werden, und dann kann das transmissive Substrat über diese transparente Bondmaterialschicht mit der Halbleiterschicht vom zweiten Leitungstyp verbunden werden, oder es kann eine transparente Bondmaterialschicht auf das transmissive Substrat aufgeschichtet werden, und dann kann das transmissive Substrat über diese transparente Bondmaterialschicht mit der Halbleiterschicht vom zweiten Leitungstyp verbunden werden. Anders gesagt, kann die transparente Materialschicht entweder auf der Halbleiterschicht vom zweiten Leitungstyp oder dem transmissiven Substrat hergestellt werden, bevor der Bondvorgang für das transmissive Substrat erfolgt.

Ferner muss zumindest ein Teil der transparenten Materialschicht für das Licht von der Leuchtschicht durchlässig sein.

Die Bondmaterialschicht kann eine metallische Materialschicht sein. In diesem Fall wird das transmissive Substrat über diese metallische Bondmaterialschicht mit der Halbleiterschicht vom zweiten Leitungstyp verbunden, so dass der Widerstand der Grenzfläche zwischen der metallischen Materialschicht und dem transmissiven Substrat verringert ist. Im Ergebnis kann ein transmissives Substrat mit niedrigerer Ladungsträgerkonzentration verwendet werden.

Ferner kann, um es zu ermöglichen, dass Licht von der Leuchtschicht in das transmissive Substrat gelangt, die Dicke der metallischen Materialschicht 50 nm oder weniger betragen, oder ihre Form kann so eingestellt werden, dass sie nicht die gesamte Leuchtschicht-seitige Fläche des transmissiven Substrats bedeckt.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die Erfindung wird aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen, die nur zur Veranschaulichung angegeben werden und demgemäß nicht dazu vorgesehen sind, die Erfindung zu beschränken, vollständiger verständlich werden.
1 ist eine schematische Schnittansicht einer herkömmlichen LED;
2 ist eine schematische Schnittansicht einer anderen herkömmlichen LED;
3A ist ein Kurvenbild, das die Verteilung der Zinkkonzentration in der Tiefenrichtung an der Anbringungsgrenzfläche eines GaP-Substrats mit hoher Ladungsträgerkonzentration zeigt;
3B ist ein Kurvenbild, das die Verteilung der Zinkkonzentration in der Tiefenrichtung an der Anbringungsgrenzfläche eines GaP-Substrats mit niedriger Ladungsträgerkonzentration zeigt;
4 ist ein Kurvenbild, das die Beziehung zwischen der Wärmebehandlung von auf ein GaP-Substrat fallendem Licht und der Lichttransmission des GaP-Substrats zeigt;
5 ist ein Kurvenbild, das die Beziehung zwischen der Lichttransmission eines GaP-Substrats und der optischen Pfadlänge zeigt;
6A zeigt das Strahlungsmuster eines roten, Licht emittierenden Halbleiterbauteils mit einem GaP-Substrat vom p-Typ mit hoher Ladungsträgerkonzentration;
6B zeigt das Strahlungsmuster eines roten, Licht emittierenden Halbleiterbauteils mit einem GaP-Substrat vom p-Typ mit niedriger Ladungsträgerkonzentration;
7 ist eine schematische Schnittansicht einer Spanneinrichtung, die zum Herstellen der Licht emittierenden Halbleiterbauteile der ersten bis dritten Ausführungsform der Erfindung verwendet wird;
8 ist eine schematische Schnittansicht des Licht emittierenden Halbleiterbauteils der ersten Ausführungsform;
9 ist eine schematische Schnittansicht des Licht emittierenden Halbleiterbauteils der zweiten Ausführungsform; und
10 ist eine schematische Schnittansicht des Licht emittierenden Halbleiterbauteils der dritten Ausführungsform.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
(Erste Ausführungsform)
Die 8 ist eine schematische Schnittansicht des Licht emittierenden Halbleiterbauteils der ersten Ausführungsform der Erfindung.
Das Licht emittierende Halbleiterbauteil verfügt über eine 4-Elemente-Leuchtschicht 5 aus AlGaInP mit einer Emissionswellenlänge für rote Farbe. Diese Leuchtschicht 5 aus AlGaInP ist ein Beispiel der Leuchtschicht.
Das Licht emittierende Halbleiterbauteil verfügt ferner über eine Al_0,6Ga_0,4As-Stromverteilschicht (nachfolgend als "AlGaAs-Stromverteilschicht vom n-Typ" bezeichnet) 3 sowie eine Al₀ _,5In_0,5P-Mantelschicht vom n-Typ (nachfolgend als "AlInP-Mantelschicht vom n-Typ" bezeichnet) 4, die an der Oberseite, wie in der Figur gesehen, der Leuchtschicht 5 aus AlGaInP positioniert sind. Die AlGaAs-Stromverteilschicht 3 vom n-Typ und die AlInP-Mantelschicht vom n-Typ bilden ein Beispiel für die Halbleiterschicht vom ersten Leitungstyp.
Das Licht emittierende Halbleiterbauteil verfügt ferner über eine Al_0,5In_0,5P-Mantelschicht vom p-Typ (nachfolgend als "AlInP-Mantelschicht vom p-Typ" bezeichnet) 6, eine GaInP-Zwischenschicht 7 und eine GaP-Kontaktschicht 8, die in der Figur unter der Leuchtschicht 5 aus AlGaInP positioniert sind. Die GaP-Kontaktschicht 8 ist ein Beispiel für die Halbleiterschicht vom zweiten Leitungstyp.
Das Licht emittierende Halbleiterbauteil verfügt ferner über ein für Licht transmissives Substrat 9 aus GaP vom p-Typ, das an der GaP-Kontaktschicht 8 angebracht ist. Das für Licht transmissive Substrat 9 aus GaP vom p-Typ ist ein Beispiel für das transmissive Substrat. Für ein bei der Erfindung verwendbares, für Licht transmissives Substrat besteht selbstverständlich keine Einschränkung auf ein GaP-Substrat, sondern es kann ein Substrat sein, das zumindest teilweise aus einem Halbleiter oder einem elektrisch leitenden Material besteht, wie beispielsweise BN, AlP, AlN, AlAs, AlSb, GaN, SiC, ZnSe, ZnTe, CdS, ZnS, ITO oder ZnO, oder es kann sich um ein Substrat handeln, das zumindest teilweise aus einem Halbleiter mit drei oder mehr Elementen oder einem elektrisch leitenden Material besteht, das aus einem Verbundkristall von Halbleitermaterialien und/oder elektrisch leitenden Materialien besteht.
Nachfolgend wird ein Verfahren zum Herstellen des Licht emittierenden Halbleiterbauteils beschrieben.
Zunächst wird ein LED-Wafer 20 (siehe die 7) durch ein MOCVD-Verfahren hergestellt, bei dem eine GaAs-Pufferschicht 2 vom n-Typ, eine AlGaAs-Stromverteilschicht 3, eine AlInP-Mantelschicht 4 vom n-Typ, eine aktive Schicht 5 aus AlGaInP, eine AlInP-Mantelschicht 6 vom p-Typ, eine GaInP-Zwischenschicht 7 vom p-Typ und eine GaP-Kontaktschicht 8 vom p-Typ in dieser Reihenfolge auf ein GaAs-Substrat 1 AlInP-Mantelschicht aufgeschichtet werden.
Die aktive Schicht 5 aus AlGaInP verfügt über eine Quantentrogstruktur. Genauer gesagt, wird die aktive Schicht 5 aus AlGaInP dadurch hergestellt, dass Trogschichten aus ((Al_0,05Ga_0,95) _0,5In_0,5P und Barriereschichten aus (Al_0,5Ga_0,5) _0,5In_0,5P abwechselnd aufgeschichtet werden. Die Anzahl der Paare aus einer Trogschicht und einer Barriereschicht beträgt 10.
Die Dicken der obigen Schicht sind: 250 μm für das GaAs-Substrat 1 vom n-Typ, 1,0 μm für die GaAs-Pufferschicht 3 vom n-Typ, 5,0 μm für die AlGaAs-Stromverteilschicht 3, 1,0 μm für die AlInP-Mantelschicht 4 vom n-Typ, 0,5 μm für die aktive Schicht 5 aus AlGaInP, 1,0 μm für die AlInP-Mantelschicht 6 vom p-Typ, 1,0 μm für die GaInP-Zwischenschicht 7 vom p-Typ und 4,0 μm für die GaP-Kontaktschicht 8 vom p-Typ.
In diesen Schichten ist Si als Dotierstoff vom n-Typ verwendet, während Zn als Dotierstoff vom p-Typ verwendet ist. Als Dotierstoff vom n-Typ der Schichten kann beispielsweise Se oder dergleichen anstelle von Si verwendet werden. Als Dotierstoff vom p-Typ der Schichten kann beispielsweise Mg, Kohlenstoff oder dergleichen anstelle von Zn verwendet werden. Anders gesagt, besteht für den Dotierstoff vom n-Typ der Schichten keine Einschränkung auf Si, und für den Dotierstoff vom p-Typ der Schichten besteht keine Einschränkung auf Zn.
Die Ladungsträgerkonzentrationen der Schichten sind: 1,0 × 10¹⁸ cm^–3 für das GaAs-Substrat 1 vom n-Typ, 2,5 × 10¹⁸ cm^–3 für die GaAs-Pufferschicht 2 vom n-Typ, 1,0 × 10¹⁸ cm^–3 für die AlGaAs-Stromverteilschicht 3 vom n-Typ, 5,0 × 10¹⁷ cm^–3 für die AlInP-Mantelschicht 4 vom n-Typ, keine Dotierung der aktiven Schicht 5 aus AlGaInP, 5,0 × 10¹⁷ cm^–3 für die AlInP-Mantelschicht 6 vom p-Typ, 1,0 × 10¹⁸ cm^–3 für die GaInP-Zwischenschicht 7 vom p-Typ und 2,0 × 10¹⁸ cm^–3 für die GaP-Kontaktschicht 8 vom p-Typ.
Als Nächstes wird der Wafer 20 halb durchgeschnitten, um Halbspaltrillen mit vorbestimmter Schrittweite in der Epitaxiefläche des Wafers auszubilden. Eine Tiefe der Halbspaltrillen in der Größenordnung von 10 bis 50 μm ist geeignet, um die Festigkeit des LED-Wafers aufrecht zu erhalten.
Als Nächstes wird ein für Licht transmissives GaP-Substrat 9 vom p-Typ mit einer Ladungsträgerkonzentration von 5,0 × 10¹⁷ cm^–3 unter Verwendung einer in der 7 dargestellten Spanneinrichtung 50 direkt am Wafer 20 angebracht.
Die Spanneinrichtung 50 besteht aus Quarz, und sie verfügt über einen Sockel 51 zum Halten des Wafers 20, eine Andruckplatte 52 zum Bedecken der Oberseite, wie in der 7 gesehen, des für Licht transmissiven GaP-Substrats 9 vom p-Typ sowie einen Stempel 53 zur Druckausübung auf die Andrückplatte 52 dadurch, dass er eine Kraft vorbestimmter Stärke erfährt.
Der Stempel 53 ist so ausgebildet, dass er durch einen Rahmen 54, der im Wesentlichen ]-förmig, von der Vorderseite her gesehen, ausgebildet ist, in der vertikalen Richtung geführt wird. Der Rahmen 54 ist so ausgebildet, dass er mit dem Sockel 51 in Eingriff steht, um die Kraft geeignet auf die Andrückplatte 52 zu übertragen, die zwischen dem Sockel 51 und dem Stempel 53 positioniert ist.
Zwischen dem Sockel 51 und dem Wafer 20 wird eine Kohlenstoffplatte 24 angebracht, während eine Kohlenstoffplatte 25 und eine Platte 29 aus pyrolytischem Bornitrid (PBN) zwischen der Andrückplatte 52 und dem für Licht transmissiven GaP-Substrat 9 vom p-Typ angebracht werden.
Der Wafer 20 und das für Licht transmissive GaP-Substrat 9 vom p-Typ werden unter Verwendung der Spanneinrichtung 50 miteinander in Kontakt gebracht, und es wird beispielsweise ein Kraftmoment von 0,3 Nm – 0,8 Nm auf den Stempel 53 ausgeübt, damit eine Kompressionskraft auf die Kontaktfläche zwischen dem Wafer 20 und dem für Licht transmissiven GaP-Substrat 9 vom p-Typ wirkt. In diesem Zustand werden der Wafer 20 und das für Licht transmissive GaP-Substrat 9 vom p-Typ gemeinsam mit der Spanneinrichtung 50 in einen Heizofen gesetzt, und sie werden in einer Wasserstoffatmosphäre für 30 Minuten bei einer Temperatur in der Nähe von 800°C erhitzt. Im Ergebnis wird das für Licht transmissive GaP-Substrat 9 vom p-Typ direkt mit dem Wafer 20 verbunden.
Als Nächstes werden der Wafer 20 und das für Licht transmissive GaP-Substrat 9 vom p-Typ abgekühlt, und dann werden sie dem Heizofen entnommen. Danach werden das GaAs-Substrat 1 vom n-Typ und die GaAs-Pufferschicht 2 vom n-Typ mit einer Mischung aus Ammoniakwasser, Wasserstoffperoxid und Wasser abgelöst. Zu anderen Techniken zum Entfernen des GaAs-Substrats 1 vom n-Typ gehören eine Technik zum Entfernen desselben durch mechanisches Läppen sowie eine Technik zum Ablösen desselben von der GaAs-Pufferschicht 2 vom n-Typ durch Aufstrahlen von Laserlicht oder dergleichen auf die Grenzfläche zwischen dem GaAs-Substrat 1 vom n-Typ und der GaAs-Pufferschicht 2 vom n-Typ, um das GaAs-Substrat 1 vom n-Typ zu entfernen.
Als Nächstes werden auf dem für Licht transmissiven GaP-Substrat 9 vom p-Typ Elektroden 10 vom p-Typ hergestellt, während auf der AlGaAs-Stromverteilschicht 3 eine Elektrode 11 vom n-Typ herge stellt wird, und dann erfolgt ein Spalten des Wafers entlang den Halbspaltrillen, um eine Aufteilung in Chips zu erzielen, um dadurch ein Licht emittierendes Halbleiterbauteil zu erhalten, wie es in der 8 dargestellt ist.
Als Material der Elektroden 10 vom p-Typ wird AuBe/Au ausgewählt, während als Material der Elektrode 11 vom n-Typ AuSi/Au ausgewählt wird. Diese Materialien werden auf dem Wafer abgeschieden und durch Fotolithografie und Gasätzen zu vorbestimmten Formen strukturiert, um dadurch die Elektrode 10 vom p-Typ und die Elektrode 11 vom n-Typ zu erhalten.
Beim Licht emittierenden Halbleiterbauteil, das auf die oben erhaltene Weise beschrieben wird, beträgt die Ladungsträgerkonzentration des für Licht transmissiven GaP-Substrats 9 vom p-Typ 5,0 × 10¹⁷ cm^–3, so dass der Widerstand der Grenzfläche zwischen ihm und der GaP-Kontaktschicht 8 vom p-Typ nicht hoch wird, weswegen ein Anstieg der Ansteuerspannung verhindert werden kann.
Ferner segregiert, da die Ladungsträgerkonzentration des für Licht transmissiven GaP-Substrats 9 vom p-Typ 5,0 × 10¹⁷ cm^–3 beträgt, Zn, das ein Dotierstoff ist, nicht zur Grenzfläche zwischen dem für Licht transmissiven GaP-Substrat 9 vom p-Typ und der GaP-Kontaktschicht 8 vom p-Typ, und daher kann der Lichtentnahme-Wirkungsgrad erhöht werden.
Bei der ersten Ausführungsform sind, da das GaP-Substrat 1 vom n-Typ und die GaAs-Pufferschicht 2 vom n-Typ das Licht von der Leuchtschicht 5 aus AlGaInP absorbieren, die beiden weggelassen. Wenn jedoch ein Substrat vom n-Typ und eine Pufferschicht vom n-Typ aus Materialien, die das Licht von der Leuchtschicht 5 aus AlGaInP nicht absorbieren, verwendet werden, müssen sie nicht entfernt werden.
Obwohl bei der ersten Ausführungsform ein für Licht transmissives GaP-Substrat 9 vom p-Typ mit einer Ladungsträgerkonzentration von 5,0 × 10¹⁷ cm^–3 verwendet ist, besteht für die Ladungsträgerkonzentration des für Licht transmissiven GaP-Substrats vom p-Typ bei der Erfindung keine Einschränkung auf 5,0 × 10¹⁷ cm^–3. Anders gesagt, kann bei der Erfindung ein für Licht transmissives GaP-Substrat vom p-Typ mit einer Ladungsträgerkonzentration von 2,5 × 10¹⁸ cm^–3 oder weniger verwendet werden.
Im bevorzugten Bereich der Ladungsträgerkonzentration von 2,5 × 10¹⁸ cm^–3 oder weniger für das Licht emittierende GaP-Substrat vom p-Typ ist eine Ladungsträgerkonzentration im Bereich von 5,0 × 10¹⁷ cm^–3 bis 10,0 × 10¹⁷ cm^–3 besonders bevorzugt.
Obwohl bei der ersten Ausführungsform eine GaP-Kontaktschicht 8 vom p-Typ mit einer Ladungsträgerkonzentration von 2,0 × 10¹⁸ cm^–3 verwendet ist, besteht für die Ladungsträgerkonzentration einer bei der Erfindung verwendeten GaP-Kontaktschicht vom p-Typ keine Einschränkung auf 2,0 × 10¹⁸ cm^–3. Anders gesagt, kann bei der Erfindung eine GaP-Kontaktschicht vom p-Typ mit einer Ladungsträgerkonzentration im Bereich zwischen 5,0 × 10¹⁷ cm^–3 und 5,0 × 10¹⁸ cm^–3 verwendet werden.
(Zweite Erfindung)
Die 9 ist eine schematische Schnittansicht des Licht emittierenden Halbleiterbauteils der zweiten Ausführungsform der Erfindung. In der 9 dargestellte Komponenten, die aus denselben Materialien wie bei der in der 8 dargestellten ersten Ausführungsform bestehen, sind mit denselben Bezugszahlen wie denen der Komponenten in der 8 gekennzeichnet.
Das Licht emittierende Halbleiterbauteil der zweiten Ausführungsform unterscheidet sich vom Licht emittierenden Halbleiter bauteil der ersten Ausführungsform dadurch, dass die Ladungsträgerkonzentration des für Licht transmissiven GaP-Substrats 9 vom p-Typ kleiner als 5,0 × 10¹⁷ cm^–3 ist und dass zwischen ihm und der GaP-Kontaktschicht 8 vom p-Typ eine Metallschicht 21 ausgebildet ist.
Wenn das Licht emittierende Halbleiterbauteil hergestellt wird, wird der Wafer 20 wie bei der ersten Ausführungsform hergestellt, jedoch ist es nicht erforderlich, vorab in ihm Halbspaltrillen auszubilden.
Beim Verfahren zum Herstellen des Licht emittierenden Halbleiterbauteils wird durch ein Dampfabscheidungsverfahren oder ein Sputterverfahren ein Dünnfilm aus Gold, Silber, Aluminium, Titan oder einer Verbindung hiervon oder einer Legierung hiervon mit einer Dicke von 100 nm auf der Epitaxiefläche (die eine Fläche auf der Seite des für Licht transmissiven GaP-Substrats 9 vom p-Typ ist) des Wafers 20 oder auf der Anbringungsfläche des für Licht transmissiven GaP-Substrats 9 vom p-Typ hergestellt.
Als Nächstes wird der Dünnfilm durch ein Fotolithografieverfahren oder Nassätzen zu einer vorbestimmten Form strukturiert, um die Metallschicht 21 zu erhalten. Wenn die Dicke der Metallschicht 21 50 nm oder weniger beträgt, damit sie es ermöglicht, dass von der Leuchtschicht herrührendes Licht durch sie in das für Licht transmissive Substrat 9 vom p-Typ läuft, kann sie auf der gesamten Anbringungsfläche des für Licht transmissiven Substrats vom p-Typ ausgebildet werden. In diesem Fall erübrigt sich der Strukturierprozess für die Metallschicht 21.
Die Oberfläche einer Seitenfläche der Metallschicht 21 zur Leuchtschicht 5 aus AlGaInP hin ist auf 10% oder weniger der Oberfläche einer Seitenfläche des für Licht transmissiven GaP-Substrats 9 vom p-Typ zur Seite der Leuchtschicht 5 aus AlGaInP hin eingestellt. Daher kann der Lichtverlust an der Seitenfläche des für Licht transmissiven GaP-Substrats 9 vom p-Typ zur Leuchtschicht 5 aus AlGaInP hin minimal gehalten werden. Die Metallschicht 21 ist ein Beispiel für die metallische Bondmaterialschicht.
Als Nächstes werden das Anbringen des für Licht transmissiven GaP-Substrats 9 vom p-Typ, das Entfernen des Substrats und der Pufferschicht sowie das Aufteilen in Chips wie bei der ersten Ausführungsform ausgeführt, um dadurch das in der 9 dargestellte Licht emittierende Halbleiterbauteil zu erhalten.
Wenn das für Licht transmissive GaP-Substrat 9 vom p-Typ wie bei dieser Ausführungsform über die Metallschicht 21 mit der GaP-Kontaktschicht 8 vom p-Typ verbunden wird, kann dies dadurch bewerkstelligt werden, dass in einer Wasserstoffatmosphäre eine Wärmebehandlung für 30 Minuten bei einer Temperatur in der Nähe von 500°C ausgeführt wird.
(Dritte Ausführungsform)
Die 10 ist eine schematische Schnittansicht des Licht emittierenden Halbleiterbauteils der dritten Ausführungsform der Erfindung. In der 10 dargestellte Komponenten, die aus denselben Materialien wie denen bei der in der 8 dargestellten ersten Ausführungsform bestehen, sind mit denselben Bezugszahlen wie denen der Komponenten in der 8 gekennzeichnet.
Das Licht emittierende Halbleiterbauteil der dritten Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform dadurch, dass das Bauteil der dritten Ausführungsform über ein für Licht transmissives Substrat 31 aus einem Isolator verfügt. Als Isolator sind Materialien wie beispielsweise Al₂O₃, SiO₂, Glas, isolierende Halbleiter, SiC, GaP, ZnO, TiO₂ und SnO₂ verwendbar.
Das für Licht transmissive Substrat 31 ist für das von der Leuchtschicht 5 aus AlGaInP herrührende Licht durchlässig. Anders gesagt, besteht das für Licht transmissive Substrat 31 aus einem isolierenden Material, das bei der Emissionswellenlänge der Leuchtschicht 5 aus AlGaInP transparent ist. Das für Licht transmissive Substrat 31 ist ein Beispiel für das transmissive Substrat.
Das Verfahren zum Herstellen des Licht emittierenden Halbleiterbauteils der dritten Ausführungsform unterscheidet sich von dem der ersten Ausführungsform dadurch, dass nach dem Entfernen des Substrats und der Pufferschicht ein Teil der Epitaxieschichten abgeätzt wird, so dass die GaP-Kontaktschicht 8 vom p-Typ teilweise freigelegt wird, auf der dann eine Elektrode 10 vom p-Typ hergestellt wird. Durch Herstellen der Elektrode 10 vom p-Typ auf der GaP-Kontaktschicht 8 vom p-Typ kann der elektrische Strom nur durch die Epitaxieschichten fließen.
Obwohl bei der dritten Ausführungsform als Beispiel für das transmissive Substrat das aus einem Isolator bestehende für Licht transmissive Substrat 31 verwendet ist, kann ein GaP-Substrat vom n-Typ mit einer Ladungsträgerkonzentration von weniger als 5,0 × 10¹⁷ cm^–3, beispielsweise einer Ladungsträgerkonzentration von 5,0 × 10¹⁶ cm^–3, als Beispiel für das transmissive Substrat anstelle des für Licht transmissiven Substrats 31 verwendet werden.
Wenn ein GaP-Substrat vom n-Typ mit einer Ladungsträgerkonzentration von 5,0 × 10¹⁶ cm^–3 verwendet wird, ist die Epitaxieoberfläche bei einer normalen LED-Ansteuerspannung (10V oder weniger) nicht elektrisch mit dem Substrat vom n-Typ verbunden.
Obwohl bei der dritten Ausführungsform das für Licht transmissive Substrat 31 aus einem Isolator als Beispiel für das transmissive Substrat verwendet ist, kann als Beispiel für das transmis sive Substrat anstelle des für Licht transmissiven Substrats 31 ein für Licht transmissives Substrat vom p-Typ aus einem Halbleiter oder einem leitenden Material, das für Licht durchlässig ist, das von der Leuchtschicht 5 aus AlGaInP herrührt, verwendet werden.
Die Erfindung ist auch bei Licht emittierenden Halbleiterbauteilen anwendbar, die über Leitungstypen verfügen, die verschieden von denen bei der ersten bis dritten Ausführungsform sind.
Selbstverständlich ist die Ausführungsform nicht nur bei einer Leuchtdiode mit einer 4-Elemente-Leuchtschicht aus AlGaInP anwendbar, sondern auch bei einem Licht emittierenden Halbleiterbauteil mit einer Leuchtschicht aus einem Halbleiterkristall.
Ferner besteht für Materialien und Techniken, wie sie bei der Erfindung zu verwenden sind, keine Einschränkung auf diejenigen gemäß der ersten bis dritten Ausführungsform, und bei der Erfindung kann jedes geeignete Material und jede geeignete Technik verwendet werden.
Nachdem Ausführungsformen der Erfindung auf diese Weise beschrieben wurden, ist es ersichtlich, dass sie auf viele Arten variiert werden kann. Derartige Variationen sind nicht als Abweichung vom Grundgedanken und Schutzumfang der Erfindung anzusehen, und alle Modifizierungen, wie sie für den Fachmann ersichtlich sind, sollten im Schutzumfang der folgenden Ansprüche enthalten sein.

Claims

Licht emittierendes Halbleiterbauteil mit: einer Halbleiterschicht vom ersten Leitungstyp; einer Leuchtschicht, die auf der Halbleiterschicht vom ersten Leitungstyp hergestellt ist; einer Halbleiterschicht vom zweiten Leitungstyp, die auf der Leuchtschicht hergestellt ist; und einem transmissiven Substrat, das auf der Halbleiterschicht vom zweiten Leitungstyp hergestellt ist und für von der Leuchtschicht herrührendes Licht durchlässig ist; wobei die Halbleiterschicht vom zweiten Leitungstyp und das transmissive Substrat über eine jeweilige Ladungsträgerkonzentration verfügen und die Ladungsträgerkonzentration des transmissiven Substrats niedriger als diejenige der Halbleiterschicht vom zweiten Leitungstyp ist.
Licht emittierendes Halbleiterbauteil nach Anspruch 1, bei dem die Ladungsträgerkonzentration des transmissiven Substrats 2,5 × 10¹⁸ cm^–3 oder weniger beträgt.
Licht emittierendes Halbleiterbauteil nach Anspruch 1, bei dem die Ladungsträgerkonzentration der Halbleiterschicht vom zweiten Leitungstyp zwischen 5,0 × 10¹⁷ cm^–3 und 5,0 × 10¹⁸ cm^–3, einschließlich, beträgt.
Licht emittierendes Halbleiterbauteil nach Anspruch 1, bei dem zumindest ein Teil des transmissiven Substrats aus einem Halbleiter vom zweiten Leitungstyp oder einem elektrischen Leiter vom zweiten Leitungstyp besteht.
Licht emittierendes Halbleiterbauteil nach Anspruch 1, bei dem das transmissive Substrat aus einem Halbleiter vom ersten Leitungstyp oder einem elektrischen Leiter vom ersten Leitungstyp besteht.
Licht emittierendes Halbleiterbauteil nach Anspruch 1, bei dem das transmissive Substrat aus einem Isolator besteht.
Licht emittierendes Halbleiterbauteil nach Anspruch 1, bei dem die Halbleiterschicht vom ersten Leitungstyp, die Leuchtschicht und die Halbleiterschicht vom zweiten Leitungstyp jeweils mindestens zwei der folgenden Materialien enthalten: Gallium, Aluminium, Indium, Phosphor, Arsen, Zink, Tellur, Schwefel, Stickstoff, Silicium, Kohlenstoff, Sauerstoff, Magnesium und Selen.
Verfahren zum Herstellen eines Licht emittierenden Halbleiterbauteils, das mit Folgendem versehen ist: Verbinden des transmissiven Substrats mit der Halbleiter einer Halbleiterschicht vom ersten Leitungstyp, einer Leuchtschicht, die auf der Halbleiterschicht vom ersten Leitungstyp hergestellt ist, einer Halbleiterschicht vom zweiten Leitungstyp, die auf der Leuchtschicht hergestellt ist, und einem transmissiven Substrat, das auf der Halbleiterschicht vom zweiten Leitungstyp hergestellt ist und für von der Leuchtschicht herrührendes Licht durchlässig ist, wobei die Halbleiterschicht vom zweiten Leitungstyp und das transmissive Substrat über eine jeweilige Ladungsträgerkonzentration verfügen und die Ladungsträgerkonzentration des transmissiven Substrats niedriger als diejenige der Halbleiterschicht vom zweiten Leitungstyp ist, wobei zu diesem Verfahren Folgendes gehört: Aufschichten der Halbleiterschicht vom ersten Leitungstyp, der Leuchtschicht und der Halbleiterschicht vom zweiten Leitungstyp auf einem Halbleitersubstrat vom ersten Leitungstyp; Verbinden des transmissiven Substrats mit der Halbleiterschicht vom zweiten Leitungstyp auf direkte Weise oder über eine Bondmaterialschicht durch Erwärmen des transmissiven Substrats, während es gegen die Halbleiterschicht vom zweiten Leitungstyp gedrückt wird; und Entfernen des Halbleitersubstrats vom ersten Leitungstyp.
Verfahren zum Herstellen eines Licht emittierenden Halbleiterbauteils nach Anspruch 8, bei dem das transmissive Substrat über eine transmissive Materialschicht als Bondmaterialschicht mit der Halbleiterschicht vom zweiten Leitungstyp verbunden wird.
Verfahren zum Herstellen eines Licht emittierenden Halbleiterbauteils nach Anspruch 8, bei dem das transmissive Substrat über eine metallische Materialschicht als Bondmaterialschicht mit der Halbleiterschicht vom zweiten Leitungstyp verbunden wird.