DE102008038852B4 - Method for producing an optoelectronic component and optoelectronic component - Google Patents
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- H01L33/005—Processes
- H01L33/0093—Wafer bonding; Removal of the growth substrate
Abstract
Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements, umfassend:- Bereitstellen einer auf einem Aufwachssubstrat (14) epitaktisch gewachsenen Schichtenfolge (10), die eine zur Lichtemission geeignete Schicht umfasst, die Schichtenfolge (10) aufweisend eine erste Hauptseite, die der Hauptabstrahlrichtung des emittierten Lichts zugewandt ist, und eine der Hauptabstrahlrichtung abgewandte zweite Hauptseite;- Ausbilden von Kontaktlöchern (45, 50) auf der zweiten Hauptseite, welche einen Teilbereich wenigstens einer der Teilschichten (11, 12, 13) der Schichtenfolge (10) freilegt;- gegebenenfalls Ausbilden einer isolierenden Schicht (43) auf / an den Seitenwänden der Kontaktlöcher (45, 50) ;- Auffüllen der Kontaktlöcher (45, 50) mit einem elektrisch leitfähigen Material (46, 52) zur Kontaktierung der Schichtenfolge (10);- Aufbringen einer ersten im Wesentlichen glatten leitfähigen Schicht (18), insbesondere einer metallischen Schicht auf der zweiten Hauptseite, sodass sich die erste im Wesentlichen glatte leitfähigen Schicht (18) zusammenhängend über mehrere Kontaktlöcher (45, 50) erstreckt;- Bereitstellen eines Substratträgers (30) mit einer ersten Hauptseite, die eine zweite im Wesentlichen glatte leitfähige Schicht (32), insbesondere eine metallische Schicht aufweist;- Ansprengen der ersten (18) und zweiten (32) im Wesentlichen glatten leitfähigen Schichten aneinander, so dass sich zwischen den beiden im wesentlichen glatten leitfähigen Schichten (18, 32) eine ausgedehnte kovalente oder metallische Bindung ausbildet;- Entfernen des Aufwachssubstrats (14).Method for producing an optoelectronic component, comprising: - Providing a layer sequence (10) grown epitaxially on a growth substrate (14), which comprises a layer suitable for light emission, the layer sequence (10) having a first main side facing the main emission direction of the emitted light is, and a second main side facing away from the main radiation direction; - forming contact holes (45, 50) on the second main side, which exposes a partial area of at least one of the partial layers (11, 12, 13) of the layer sequence (10); - optionally forming an insulating one Layer (43) on/on the side walls of the contact holes (45, 50);- Filling the contact holes (45, 50) with an electrically conductive material (46, 52) for contacting the layer sequence (10);- Applying a first essentially smooth conductive layer (18), in particular a metallic layer on the second main side, so that the first essentially smooth conductive layer (18) extends coherently over a plurality of contact holes (45, 50); - Providing a substrate carrier (30) with a first main side which has a second essentially smooth conductive layer (32), in particular a metallic layer; - Blasting the first (18) and second (32) essentially smooth conductive layers together, so that between the two essentially smooth conductive layers ( 18, 32) forms an extensive covalent or metallic bond; - Removing the growth substrate (14).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelementes sowie ein optoelektronisches Bauelement.The invention relates to a method for producing an optoelectronic component and an optoelectronic component.
Die Druckschrift
Die Druckschrift
Optoelektronische Bauelemente, vereinfacht auch als Leuchtdioden bezeichnet, besitzen eine Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten. Diese ergeben sich unter anderem aus der Tatsache, dass optoelektronische Bauelemente beziehungsweise eine Kombination von optoelektronischen Bauelementen mit zusätzlichen Farbstoffen Licht verschiedenster Wellenlängen emittieren können, so dass sich eine Vielzahl Mischfarben realisieren lassen. Als Anwendungen kommen unter anderem Leuchtmittel im Automotivbereich, aber auch in industriellen und häuslichen Bereichen in Frage.Optoelectronic components, also simply referred to as light-emitting diodes, have a variety of possible applications. These arise, among other things, from the fact that optoelectronic components or a combination of optoelectronic components with additional dyes can emit light of a wide variety of wavelengths, so that a large number of mixed colors can be achieved. Applications include lighting in the automotive sector, but also in industrial and domestic areas.
Darüber hinaus können Leuchtdioden auch als Projektionslichtquellen eingesetzt werden. Ihr geringer Stromverbrauch, die lange Lebensdauer sowie eine industrielle Fertigung in großen Stückzahlen lässt die Nachfrage an derartigen Bauelementen zunehmend ansteigen.In addition, light-emitting diodes can also be used as projection light sources. Their low power consumption, long service life and industrial production in large quantities are causing the demand for such components to increase.
Für die Herstellung hocheffizienter optoelektronischer Bauelemente ist jedoch zum Teil eine aufwändige Fertigung erforderlich. So wird beispielsweise für die Herstellung ein Aufwachssubstrat verwendet, welches in nachfolgenden Prozessschritten auf verschiedene Weisen wieder abgelöst wird. Neben der geringen Skalierbarkeit der bislang verwendeten Aufwachssubstrate können aufgrund thermischer Ausdehnungen in den einzelnen Prozessschritten Spannungen innerhalb des optoelektronischen Bauelementes auftreten. Diese können zu Beschädigungen des Bauelementes während der Fertigung führen, wodurch sich die Ausbeute verringert.However, complex production is sometimes required to produce highly efficient optoelectronic components. For example, a growth substrate is used for production, which is removed in various ways in subsequent process steps. In addition to the low scalability of the growth substrates used to date, stresses can occur within the optoelectronic component due to thermal expansion in the individual process steps. These can lead to damage to the component during production, which reduces the yield.
Es besteht somit ein Bedürfnis, ein Verfahren zur Herstellung optoelektronischer Bauelemente anzugeben, mit der große Fertigungsstückzahlen bei gleichzeitig nur geringem Ausfall möglich sind. Ebenso soll ein derartiges Bauelement eine gute Lichtauskopplung und gute elektrische Kenndaten erreichen.There is therefore a need to provide a method for producing optoelectronic components with which large quantities can be produced with only minimal failure. Such a component should also achieve good light extraction and good electrical characteristics.
Diese Aufgaben werden mit den Gegenständen der unabhängigen Patentansprüche gelöst, die auch die Erfindung definieren. Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Im Folgenden werden Teile der Beschreibung und Zeichnungen, die sich auf Ausführungsformen oder Ausführungsbeispiele beziehen, die nicht von den Ansprüchen abgedeckt sind, nicht als Ausführungsformen oder Ausführungsbeispiele der Erfindung präsentiert, sondern als Beispiele, die zum Verständnis der Erfindung nützlich sind. These tasks are solved with the subject matter of the independent patent claims, which also define the invention. Further developments and refinements of the invention are the subject of the subclaims. In the following, parts of the description and drawings relating to embodiments or exemplary embodiments not covered by the claims are presented not as embodiments or exemplary embodiments of the invention, but as examples useful for understanding the invention.
Die Erfindung schlägt vor, übermäßige mechanische Verspannungen und Verzerrungen beim Übertragen einer Epitaxieschicht auf einem Aufwachssubstrat auf einen Substratträger unter Berücksichtigung des thermischen Ausdehnungsverhaltens zu vermeiden. Eben dieses thermische Ausdehnungsverhalten der unterschiedlichen Schichten, insbesondere des Aufwachssubstrates und des späteren Trägersubstrates kann beim Verbinden der Epitaxieschicht mit dem Substratträger zu thermisch induzierten Verspannungen und Verzerrungen in der Epitaxieschicht führen. Verursacht wird dies unter anderem durch die relativ hohen Temperaturunterschiede in der Fertigung, insbesondere in dem Schritt des Aufbringens und den späteren Anwendungen.The invention proposes to avoid excessive mechanical stresses and distortions when transferring an epitaxial layer on a growth substrate to a substrate support, taking the thermal expansion behavior into account. It is precisely this thermal expansion behavior of the different layers, in particular of the growth substrate and the later carrier substrate, that can lead to thermally induced stresses and distortions in the epitaxial layer when connecting the epitaxial layer to the substrate carrier. This is caused, among other things, by the relatively high temperature differences in production, especially in the application step and later applications.
Zur Verhinderung der thermischen Verspannungen wird vorgeschlagen, auf einem Aufwachssubstrat eine epitaktisch gewachsene Schichtenfolge vorzusehen. Die epitaktisch gewachsene Schichtenfolge umfasst eine zur Lichtemission geeignete Schicht und weist eine erste Hauptseite sowie eine zweite Hauptseite auf. Hierbei ist die zweite Hauptseite einer Hauptabstrahlrichtung des emittierten Lichtes abgewandt. Es werden außerdem Kontaktlöcher auf der zweiten Hauptseite ausgebildet, welche einen Teilbereich wenigstens einer der Teilschichten der Schichtenfolge freilegt. Gegebenenfalls wird eine isolierende Schicht auf / an den Seitenwänden der Kontaktlöcher ausgebildet. Die Kontaktlöcher werden mit einem elektrisch leitfähigen Material zur Kontaktierung der Schichtenfolge aufgefüllt. Auf der zweiten Hauptseite wird nun eine erste im Wesentlichen glatte leitfähige Schicht, insbesondere eine metallische Schicht aufgebracht, sodass sich die erste im Wesentlichen glatte leitfähigen Schicht zusammenhängend über mehrere Kontaktlöcher erstreckt. Anschließend wird ein Substratträger bereitgestellt, welcher auf einer ersten Hauptseite eine zweite im Wesentlichen glatte leitfähige Schicht aufweist. Diese zweite im Wesentlichen glatte leitfähige Schicht kann eine metallische Schicht sein. Die erste und die zweite leitfähige Schichte werden nun aneinander angesprengt, so dass sich zwischen den beiden im Wesentlichen glatten leitfähigen Schichten eine ausgedehnte kovalente oder metallische Bindung ausbildet. Ferner wird das Aufwachssubstrat entfernt.To prevent thermal stress, it is proposed to provide an epitaxially grown layer sequence on a growth substrate. The epitaxially grown layer sequence includes a layer suitable for light emission and has a first main side and a second main side. Here, the second main side faces away from a main radiation direction of the emitted light. Contact holes are also formed on the second main side, which exposes a partial area of at least one of the partial layers of the layer sequence. If necessary, an insulating layer is formed on the side walls of the contact holes. The contact holes are filled with an electrically conductive material to contact the layer sequence. A first essentially smooth conductive layer, in particular a metallic layer, is now applied to the second main side, so that the first essentially smooth conductive layer extends coherently over a plurality of contact holes. A substrate carrier is then provided which has a second essentially smooth conductive layer on a first main side. This second substantially smooth conductive layer may be a metallic layer. The first and second conductive Layers are now blasted together so that an extensive covalent or metallic bond is formed between the two essentially smooth conductive layers. Furthermore, the growth substrate is removed.
In diesem Zusammenhang wird ein Anfügen der ersten und zweiten im Wesentlichen glatten leitfähigen Schicht aneinander auch als „Ansprengen“ bezeichnet. Unter dem Begriff einer ausgedehnte kovalente Bindung ist zu verstehen, dass die an der Oberfläche jeweils einer der Schichten befindlichen Atome eine kovalente Bindung mit einem entsprechenden Atom an der Oberfläche der jeweils anderen Schicht eingehen, so dass sich eine Vielzahl kovalenter Einzelbindungen zwischen Atomen der Oberflächen der ersten und der zweiten Schicht ausbildet. Durch die glatte Oberfläche entstehen in einem größeren Oberflächenbereich kovalente Bindungen, die als ausgedehnte kovalente Bindung bezeichnet wird. Diese unterschieden sich nicht grundsätzlich von kovalenten Bindungen innerhalb des Festkörpers.In this context, attaching the first and second essentially smooth conductive layers to one another is also referred to as “blasting”. The term “extended covalent bond” means that the atoms located on the surface of one of the layers form a covalent bond with a corresponding atom on the surface of the other layer, so that a large number of individual covalent bonds are formed between atoms on the surfaces of the layer first and second layers. The smooth surface creates covalent bonds over a larger surface area, which is called an extended covalent bond. These do not differ fundamentally from covalent bonds within the solid.
Bei einer metallischen Bindung sind die Außenelektronen der Metalle sind nur schwach gebunden und können daher leicht vom Atom abgetrennt werden. Im Metall bildet sich deshalb ein Gitter aus positiv geladenen Atomrümpfen. Die abgegebenen Außenelektronen sind nicht mehr einem einzelnen Atom zugeordnet und können sich innerhalb des Gitters nahezu frei bewegen. Die positiv geladenen Metall-Ionen (Atomrümpfe) und die Metallatome bilden ein Metallgitter bzw. einen Metallkristall, in dem sie regelmäßig angeordnet sind.In a metallic bond, the outer electrons of the metals are only weakly bound and can therefore be easily separated from the atom. A lattice of positively charged atomic cores therefore forms in the metal. The released outer electrons are no longer assigned to a single atom and can move almost freely within the lattice. The positively charged metal ions (atomic cores) and the metal atoms form a metal lattice or a metal crystal in which they are arranged regularly.
Durch das Anfügen der glatten und leitfähigen Schichten aneinander wird so eine stark haltende Bindung zwischen den beiden Schichten ausgebildet. Umfassen die erste und zweite leitfähige Schicht des jeweils gleichen Materials, so führt die ausgedehnte Bindung an der Grenzfläche zwischen den beiden Schichten dazu, dass nach dem Ansprengbeziehungsweise Anfügeprozess eine Trennung nicht mehr möglich ist. Jedoch kommt es auch bei Schichten bestimmter unterschiedlicher Materialien zu ausgedehnten Bindungen an der Grenzfläche zwischen den Schichten.By attaching the smooth and conductive layers to one another, a strong bond is formed between the two layers. If the first and second conductive layers comprise the same material, the extensive bonding at the interface between the two layers means that separation is no longer possible after the blasting or joining process. However, even with layers of certain different materials, extensive bonds occur at the interface between the layers.
In der vorliegenden Erfindung wird somit die Neigung bestimmter leitfähiger Schichten ausgenützt, die an der Oberfläche befindlichen Atome durch Eingehen entsprechender Bindungen mit Atomen gleichen Materials in einen günstigeren Energiezustand zu bringen. Durch das Anfügen der ersten und zweiten Schicht vorzugsweise bei Raumtemperatur wird eine Verspannung praktisch eliminiert.The present invention therefore exploits the tendency of certain conductive layers to bring the atoms on the surface into a more favorable energy state by forming appropriate bonds with atoms of the same material. By adding the first and second layers, preferably at room temperature, distortion is virtually eliminated.
In einem Aspekt der Erfindung sind die erste und zweite Schicht im Wesentlichen glatt, das heißt ihre Rauheit deutlich reduziert. Dadurch können bei einem Anfügen der beiden Schichten aneinander großflächig die an den jeweiligen Oberflächen befindlichen Atome die kovalente beziehungsweise metallische Bindung eingehen und so die beiden Schichten miteinander verbinden. Zu diesem Zweck wird in einer Ausgestaltung des Verfahrens nach dem Aufbringen einer ersten leitfähigen Schicht auf der zweiten Hauptseite diese gereinigt beziehungsweise poliert, um die Rauheit der Oberfläche der leitfähigen Schicht zu verringern. Die Oberflächenrauheit der leitfähigen Schicht kann dabei kleiner als 50 nm sein. Auch Werte kleiner als 10 nm, kleiner als 5 nm beziehungsweise 2 nm sind möglich. In einer besonderen Ausführungsform weist die Oberflächenrauheit auf der leitfähigen Schicht Werte unter 1,0 Nanometer auf. Diese Werte sind jeweils auf eine Fläche von 5 µm2 bezogen.In one aspect of the invention, the first and second layers are essentially smooth, that is, their roughness is significantly reduced. As a result, when the two layers are attached to one another, the atoms located on the respective surfaces can form the covalent or metallic bond over a large area and thus connect the two layers to one another. For this purpose, in one embodiment of the method, after applying a first conductive layer to the second main side, it is cleaned or polished in order to reduce the roughness of the surface of the conductive layer. The surface roughness of the conductive layer can be less than 50 nm. Values smaller than 10 nm, smaller than 5 nm or 2 nm are also possible. In a particular embodiment, the surface roughness on the conductive layer has values below 1.0 nanometers. These values are each based on an area of 5 µm 2 .
Unter dem Begriff Oberflächenrauheit wird die Rauheit einer Oberfläche verstanden, das bedeutet, eine Höhenabweichung der Oberfläche bezogen auf die mittlere Höhe der Oberfläche über eine bestimmte Länge.The term surface roughness refers to the roughness of a surface, which means a height deviation of the surface based on the average height of the surface over a certain length.
In einer weiteren Ausgestaltung wird ein Trägersubstrat bereitgestellt, auf dem anschließend eine Haftschicht aufgebracht wird. Diese dient dazu, die anschließend auf der Haftschicht aufgebrachte zweite leitfähige Schicht innig mit dem Trägersubstrat zu verbinden. Die zweite leitfähige Schicht wird dann geglättet, bis die Oberflächenrauheit einen vorbestimmten Schwellwert unterschreitet. Dieser Schwellwert kann die gleichen Werte aufweisen wie die Oberflächenrauheit der ersten leitfähigen Schicht. Sie kann auch geringer als diese sein, sofern dies in der Fertigung zweckmäßig erscheint.In a further embodiment, a carrier substrate is provided, onto which an adhesive layer is then applied. This serves to intimately connect the second conductive layer subsequently applied to the adhesive layer to the carrier substrate. The second conductive layer is then smoothed until the surface roughness falls below a predetermined threshold. This threshold value can have the same values as the surface roughness of the first conductive layer. It can also be lower than this if this appears appropriate in production.
Erste und zweite leitfähige Schicht kann durch chemisch-mechanisches Polieren geglättet und auf die gewünschte Oberflächenrauheit gebracht werden.The first and second conductive layers can be smoothed and brought to the desired surface roughness by chemical-mechanical polishing.
Als erste und zweite leitfähige Schicht eignen sich insbesondere viele edlere Metalle, die beispielsweise Ag, Au, Pd, Pt, Rh oder Ru. Eine Verwendung dieser Metalle ermöglicht ein Ansprengen der ersten und zweiten leitfähigen Schicht sowohl bei Raumtemperatur als auch bei relativ hohem Gasdruck während des Ansprengvorgangs. Die edlen Metalle verringern das Oxidationsrisiko, wodurch die Ausbildung der metallischen Bindung über die Fügegrenzfläche hinweg nur wenig gehemmt wird.Many more noble metals are particularly suitable as the first and second conductive layers, for example Ag, Au, Pd, Pt, Rh or Ru. Using these metals enables the first and second conductive layers to be blasted both at room temperature and at relatively high gas pressure during the blasting process. The noble metals reduce the risk of oxidation, which only slightly inhibits the formation of the metallic bond across the joining interface.
Alternativ hierzu kann auch Kupfer oder Silizium verwendet werden, sofern eine gegebenenfalls vorhandene Oxidationsschicht an der Oberfläche vor dem Ansprengen entfernt wird. In einer Ausgestaltung der Erfindung wird das Ansprengen der ersten und zweiten im Wesentlichen glatten leitfähigen Schicht in einem Vakuum mit einem Restdruck kleiner als 100 hPa, vorzugsweise kleiner als 10-4 Pascal durchgeführt. Insbesondere kann der Restdruck kleiner als 10- 7 Pascal sein. Eine chemische Verunreinigung der Oberfläche der beiden Schichten wird so verringert. Dadurch sind für das Ansprengen der ersten und zweiten Schicht auch weniger edle Metalle geeignet.Alternatively, copper or silicon can also be used, provided that any oxidation layer on the surface is removed before blasting. In one embodiment of the invention, the contacting of the first and second essentially smooth conductive Layer carried out in a vacuum with a residual pressure of less than 100 hPa, preferably less than 10 -4 Pascal. In particular, the residual pressure can be less than 10 - 7 Pascals. This reduces chemical contamination of the surface of the two layers. This means that less noble metals are also suitable for blasting the first and second layers.
Darüber hinaus können auch Halbleiterverbindungen durch entsprechend geeignete Aufbereitung angesprengt werden. Beispielsweise lassen sich zwei Siliziumoberflächen miteinander durch Ausbilden kovalenter Bindungen verbinden, sofern die an der Oberfläche sitzenden Atome nicht oxidiert oder anderweitig chemisch verunreinigt sind. Eine derartige Verbindung kann beispielsweise im Hochvakuumbereich durchgeführt werden.In addition, semiconductor compounds can also be blasted through appropriate processing. For example, two silicon surfaces can be connected to one another by forming covalent bonds, provided that the atoms on the surface are not oxidized or otherwise chemically contaminated. Such a connection can be carried out, for example, in the high vacuum range.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird die epitaktisch gewachsene Schichtenfolge vor dem Ansprengen kontaktiert. Dies erfolgt beispielsweise durch Aufbringen entsprechender Kontaktschichten auf der zweiten Hauptseite der epitaktisch gewachsenen Schichtenfolge. Hierbei kann eine Kontaktschicht gleichzeitig als Spiegelschicht verwendet werden, um entgegen der Hauptabstrahlrichtung emittiertes Licht zu reflektieren. In einer Ausgestaltung der Erfindung werden die Kontaktschichten anschließend durch geeignete Strukturierung mit Kontaktelementen versehen, die auf der ersten Hauptseite liegen. Dies erfolgt zweckmäßigerweise nach dem Ansprengen der ersten und zweiten Schicht. In einer alternativen Ausgestaltung wird die erste im Wesentlichen glatte leitfähige Schicht als Spiegelschicht zur Reflexion eines entgegen der Hauptabstrahlrichtung emittierten Lichts verwendet.In a further embodiment of the invention, the epitaxially grown layer sequence is contacted before blasting. This is done, for example, by applying corresponding contact layers on the second main side of the epitaxially grown layer sequence. Here, a contact layer can simultaneously be used as a mirror layer in order to reflect light emitted counter to the main radiation direction. In one embodiment of the invention, the contact layers are then provided with contact elements that lie on the first main side by suitable structuring. This is expediently done after the first and second layers have been sprayed on. In an alternative embodiment, the first essentially smooth conductive layer is used as a mirror layer for reflecting light emitted counter to the main emission direction.
In diesem Zusammenhang ist es zweckmäßig, zwischen der ersten Schicht und der epitaktisch gewachsenen Schichtenfolge eine isolierende Schicht anzuordnen, um einen Kurzschluss zu vermeiden. Die isolierende Schicht kann zudem geeignet sein, die Reflexion der darauf abgeschiedenen glatten leitfähigen Schicht zu verbessern.In this context, it is expedient to arrange an insulating layer between the first layer and the epitaxially grown layer sequence in order to avoid a short circuit. The insulating layer can also be suitable for improving the reflection of the smooth conductive layer deposited thereon.
In einer anderen Ausgestaltung ist vorgesehen, das Trägersubstrat sowie die zweite leitfähige Schicht mit Durchkontaktierungen zu versehen, um einzelne Schichten der epitaktisch gewachsenen Schichtenfolge elektrisch zu kontaktieren. Diese Durchkontaktierung kann in einer Ausgestaltung nach dem Ansprengen der ersten und zweiten leitfähigen Schichten aneinander erfolgen, beispielsweise durch Ausbilden von Kontaktlöchern auf der Rückseite des Trägersubstrates. Alternativ können die Durchkontaktierungen im Trägersubstrat und gegebenenfalls auch in der zweiten glatten leitfähigen Schicht bereits vor dem Ansprengen der ersten und zweiten leitfähigen Schichten aneinander eingebracht werden.In another embodiment, it is provided that the carrier substrate and the second conductive layer are provided with plated-through holes in order to electrically contact individual layers of the epitaxially grown layer sequence. In one embodiment, this through-connection can take place after the first and second conductive layers have been bonded to one another, for example by forming contact holes on the back of the carrier substrate. Alternatively, the plated-through holes can be made in the carrier substrate and, if necessary, also in the second smooth conductive layer before the first and second conductive layers are bonded to one another.
Darüber hinaus ist es auch möglich, erste und zweite leitfähige Schicht als Kontaktschicht für eine Teilschicht der epitaktisch gewachsenen Schichtenfolge zu verwenden.In addition, it is also possible to use the first and second conductive layers as a contact layer for a partial layer of the epitaxially grown layer sequence.
Nach dem vorgeschlagenen Prinzip umfasst ein optoelektronisches Bauelement somit eine epitaktisch gewachsene Schichtenfolge, die eine zur Lichtemission geeignete Teilschicht aufweist. Die Schichtenfolge enthält eine erste Hauptseite, die der Hauptabstrahlrichtung des emittierten Lichts zugewandt ist und eine der Hauptabstrahlrichtung abgewandte zweite Hauptseite, wobei sich zumindest ein Kontaktloch von der zweiten Hauptseite in die Schichtenfolge erstreckt, wobei das zumindest eine Kontaktloch zur elektrischen Kontaktierung der Schichtenfolge mit elektrisch leitfähigem Material gefüllt ist. Auf der zweiten Hauptseite der epitaktisch gewachsenen Schichtenfolge ist ein Substratträger angeordnet. Dieser umfasst ein Trägersubstrat. Zwischen dem Trägersubstrat und der epitaktisch gewachsenen Schichtenfolge ist eine Verbindungsschicht vorgesehen, die die epitaktisch gewachsenen Schichtenfolge mit dem Trägersubstrat verbindet. Die Verbindungsschicht weist einen im Wesentlichen flächigen Teilbereich auf, der eine höhere Defektdichte oder eine höhere Anzahl an Fremdstoffen als das umgebende Material der Verbindungsschicht aufweist. Die Verbindungsschicht erstreckt sich zusammenhängend über die gesamte zweite Hauptseite.According to the proposed principle, an optoelectronic component thus comprises an epitaxially grown layer sequence which has a partial layer suitable for light emission. The layer sequence contains a first main side which faces the main radiation direction of the emitted light and a second main side facing away from the main radiation direction, with at least one contact hole extending from the second main side into the layer sequence, the at least one contact hole for electrically contacting the layer sequence with electrically conductive material is filled. A substrate carrier is arranged on the second main side of the epitaxially grown layer sequence. This includes a carrier substrate. A connecting layer is provided between the carrier substrate and the epitaxially grown layer sequence, which connects the epitaxially grown layer sequence to the carrier substrate. The connecting layer has a substantially flat portion that has a higher defect density or a higher number of foreign substances than the surrounding material of the connecting layer. The connection layer extends contiguously over the entire second main page.
Ebenso kann dieser flächige Bereich auch eine größere Dichte an Material aufweisen, welches gegenüber dem Material der leitfähigen Schicht unterschiedlich ist.Likewise, this flat area can also have a greater density of material, which is different from the material of the conductive layer.
Im Weiteren wird die Erfindung anhand verschiedener Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im Detail erläutert.The invention is further explained in detail using various exemplary embodiments with reference to the drawings.
Es zeigen:
-
1 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung vor dem Ansprengen des Substratträgers an die epitaktisch gewachsene Schichtenfolge, -
2 ein optoelektronisches Bauelement gefertigt nach dem vorgeschlagenen Prinzip, -
3A bis3F eine Ausführungsform des vorgeschlagenen Verfahrens, -
4A bis4F eine zweite Ausführungsform des vorgeschlagenen Verfahrens, -
5 eine weitere Ausführungsform eines optoelektronischen Bauelementes nach dem vorgeschlagenen Prinzip.
-
1 an embodiment of the invention before the substrate carrier is attached to the epitaxially grown layer sequence, -
2 an optoelectronic component manufactured according to the proposed principle, -
3A until3F an embodiment of the proposed method, -
4A until4F a second embodiment of the proposed method, -
5 a further embodiment of an optoelectronic component according to the proposed principle.
In den Ausführungsformen und Figuren sind gleiche oder gleichwirkende Bestandteile mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente sind grundsätzlich nicht als maßstabsgerecht zu betrachten. Zur Verdeutlichung und zum besseren Verständnis sowie zur Darstellbarkeit können einzelne Elemente, etwa Schichten übertrieben groß beziehungsweise dick dargestellt sein. Einzelne Aspekte der verschiedenen Ausführungsformen lassen sich untereinander ohne weiteres kombinieren und im Rahmen der verwendeten Technologie austauschen. In den Ausführungsbeispielen kann Bezug auf einzelne Metalle beziehungsweise Metallverbindungen genommen werden. Dies stellt jedoch keine Einschränkung dar. Vielmehr kann abhängig von der verwendeten Technologie beispielsweise unter anderen äußeren Rahmenbedienungen auch andere Materialien verwendet werden. Unter dem Begriff optoelektronisches Bauelement wird vorliegend ein Halbleiterbauelement verstanden, welches in einem Betrieb Licht emittiert. Darunter fallen insbesondere Leuchtdioden, aber auch Laserbauelemente, beispielsweise Laserdioden und Halbleiterlaser.In the embodiments and figures, components that are the same or have the same effect are given the same reference numerals. The figures and the size ratios of the elements shown in the figures should generally not be considered to scale. For clarity and better understanding as well as for displayability, individual elements, such as layers, can be shown exaggeratedly large or thick. Individual aspects of the different embodiments can be easily combined with one another and exchanged within the scope of the technology used. In the exemplary embodiments, reference can be made to individual metals or metal compounds. However, this does not represent a restriction. Rather, depending on the technology used, other materials can also be used, for example under other external frame controls. In the present case, the term optoelectronic component is understood to mean a semiconductor component that emits light during operation. This includes in particular light-emitting diodes, but also laser components, for example laser diodes and semiconductor lasers.
Die Schichtenfolge 10 kann auf dem Aufwachssubstrat 14 direkt oder über mehrere Pufferschichten aufgebracht werden. Pufferschichten können beispielsweise vorgesehen sein, um spätere eine einfachere Ablösung zu gewährleisten. Die Schichtenfolge 10 umfasst eine erste Teilschicht 11 aus einem Halbleitermaterial, welches beispielsweise p-dotiert ist. Eine zweite Teilschicht 13 aus dem Halbleitermaterial ist n-dotiert, und wird auf die p-dotierte Schicht 11 aufgebracht. Dadurch bildet sich zwischen den beiden Teilschichten 11 und 13 eine Raumladungszone aus, die als pn-Übergang 12 bezeichnet wird. In dieser an Ladungsträger verarmten Schicht 12 finden in einem späteren Betrieb des optoelektronischen Bauelementes die Rekombination injizierter Ladungsträger und damit die Lichtemission statt.The
Die einzelnen Teilschichten 11 und 13 können darüber hinaus auch weitere zusätzliche Teilschichten umfassen. Beispielsweise dienen diese zusätzlichen Teilschichten zur Stromaufweitungsschicht, Ladungsträgertransport beziehungsweise Blockierschicht.The
In einer Ausgestaltung des Verfahrens kann für die Herstellung der Schichtenfolge 10 eine Dünnfilmtechnologie verwendet werden.In one embodiment of the method, thin film technology can be used to produce the
In diesem Zusammenhang bedeutet der Begriff Dünnfilmtechnologie eine Technologie zur Herstellung eines Dünnfilm-Leuchtdiodenchip. Ein Dünnfilm-Leuchtdiodenchip zeichnet sich durch mindestens eines der folgenden charakteristischen Merkmale aus:
- - an einer zu einem Trägerelement, insbesondere dem Trägersubstrat, hingewandten Hauptfläche der strahlungserzeugenden Halbleiterschichtenfolge, bei der es sich insbesondere um eine strahlungserzeugende epitaktisch hergestellte Schichtenfolge handelt, ist eine reflektierende Schicht aufgebracht oder ausgebildet, die zumindest einen Teil der in der Halbleiterschichtenfolge erzeugten elektromagnetischen Strahlung in diese zurückreflektiert;
- - der Dünnfilm-Leuchtdiodenchip weist ein Trägerelement auf, bei dem es sich nicht um das Wachstumssubstrat handelt, auf dem die Halbleiterschichtenfolge epitaktisch gewachsen wurde, sondern um ein separates Trägerelement, das nachträglich an der Halbleiterschichtenfolge befestigt wurde;
- - die Halbleiterschichtenfolge weist eine Dicke im Bereich von 20 µm oder weniger, insbesondere
im Bereich von 10 µm oder weniger auf; - - die Halbleiterschichtenfolge ist frei von einem Aufwachssubstrat. Vorliegend bedeutet „frei von einem Aufwachssubstrat“, dass ein gegebenenfalls zum Aufwachsen benutztes Aufwachssubstrat von der Halbleiterschichtenfolge entfernt oder zumindest stark gedünnt ist. Insbesondere ist es derart gedünnt, dass es für sich oder zusammen mit der epitaktisch gewachsenen Schichtenfolge alleine nicht freitragend ist. Der verbleibende Rest des stark gedünnten Aufwachssubstrats ist insbesondere als solches für die Funktion eines Aufwachssubstrates ungeeignet; und
- - die Halbleiterschichtenfolge enthält mindestens eine Halbleiterschicht mit zumindest einer Fläche, die eine Durchmischungsstruktur aufweist, die im Idealfall zu einer annähernd ergodischen Verteilung des Lichtes in der Halbleiterschichtenfolge führt, das heißt, sie weist ein möglichst ergodisch stochastisches Streuverhalten auf.
- - on a main surface of the radiation-generating semiconductor layer sequence facing a carrier element, in particular the carrier substrate, which is in particular a radiation-generating epitaxially produced layer sequence, a reflective layer is applied or formed, which absorbs at least part of the electromagnetic radiation generated in the semiconductor layer sequence this is reflected back;
- - the thin-film light-emitting diode chip has a carrier element which is not the growth substrate on which the semiconductor layer sequence was grown epitaxially, but rather a separate carrier element which was subsequently attached to the semiconductor layer sequence;
- - The semiconductor layer sequence has a thickness in the range of 20 µm or less, in particular in the range of 10 µm or less;
- - The semiconductor layer sequence is free of a growth substrate. In the present case, “free from a growth substrate” means that a growth substrate that may have been used for growth has been removed from the semiconductor layer sequence or at least has been significantly thinned. In particular, it is thinned in such a way that it is not self-supporting on its own or together with the epitaxially grown layer sequence. The remaining residue of the heavily thinned growth substrate is particularly unsuitable as such for the function of a growth substrate; and
- - The semiconductor layer sequence contains at least one semiconductor layer with at least one surface which has a mixing structure, which ideally leads to an approximately ergodic distribution of light in the semiconductor layer sequence, that is, it has the most ergodic, stochastic scattering behavior possible.
Ein Grundprinzip eines Dünnfilm-Leuchtdiodenchips ist beispielsweise in der Druckschrift
Als Material für die Schichtenfolge 10 und die einzelnen Teilschichten 11 und 13 eignen sich beispielsweise ein III/V-Verbindungs-Halbleitermaterial oder auch ein II/VI-Verbindungs-Halbleitermaterial.A suitable material for the
Ein III/V-Verbindungs-Halbleitermaterial weist wenigstens ein Element aus der dritten Hauptgruppe, wie beispielsweise Al, Ga, In, und ein Element aus der fünften Hauptgruppe, wie beispielsweise B, N, P, As, auf. Insbesondere umfasst der Begriff „III/V-Verbindungs-Halbleitermaterial“ die Gruppe der binären, ternären oder quaternären Verbindungen, die wenigstens ein Element aus der dritten Hauptgruppe und wenigstens ein Element aus der fünften Hauptgruppe enthalten, beispielsweise Nitrid- und Phosphid-Verbindungshalbleiter. Eine solche binäre, ternäre oder quaternäre Verbindung kann zudem zum Beispiel ein oder mehrere Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen.A III/V compound semiconductor material has at least one element from the third main group, such as Al, Ga, In, and one element from the fifth main group, such as B, N, P, As. In particular, the term “III/V compound semiconductor material” includes the group of binary, ternary or quaternary compounds that contain at least one element from the third main group and at least one element from the fifth main group, for example nitride and phosphide compound semiconductors. Such a binary, ternary or quaternary compound can also have, for example, one or more dopants and additional components.
Ebenso ist es jedoch möglich, auch weitere Halbleitermaterialien zu verwenden. Hierzu gehören beispielsweise II/VI-Verbindungs-Halbleitermaterialien, die wenigstens ein Element aus der zweiten Hauptgruppe, wie beispielsweise De, Mg, Ca, Sr und ein Material aus der sechsten Hauptgruppe, beispielsweise O, S, Se aufweisen. Insbesondere umfasst ein II/VI-Verbindungs-Halbleitermaterial eine binäre, ternäre oder quaternäre Verbindung, die wenigstens ein Element aus der zweiten Hauptgruppe und wenigstens ein Element aus der sechsten Hauptgruppe umfasst. Zusätzlich können solche Verbindungen Dotierstoffe umfassen. Zu den II/VI-Verbindungs-Halbleitermaterialien gehören zum Beispiel ZnO, ZnMgO, CdS, CnCdS und MgBeO.However, it is also possible to use other semiconductor materials. These include, for example, II/VI compound semiconductor materials that have at least one element from the second main group, such as De, Mg, Ca, Sr and a material from the sixth main group, for example O, S, Se. In particular, a II/VI compound semiconductor material includes a binary, ternary or quaternary compound that includes at least one element from the second main group and at least one element from the sixth main group. Additionally, such compounds may include dopants. The II/VI compound semiconductor materials include, for example, ZnO, ZnMgO, CdS, CnCdS and MgBeO.
Auf die Schichtenfolge 10 und die n-dotierte Teilschicht 13 wird nun eine Stromverteilungsschicht 15 aufgebracht. Diese besitzt einen besonders geringen lateralen Widerstand, und dient dazu, Ladungsträger möglichst gleichmäßig in die n-dotierte Teilschicht 13 zu injizieren. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Stromverteilungsschicht transparent und enthält beispielsweise Indiumzinnoxid (ITO) oder ein anderes transparentes leitendes Oxid.A
Auf der Oberfläche 15a der Stromverteilungsschicht 15 wird nun eine reflektierende Spiegelschicht 16 abgeschieden. Die Spiegelschicht 16 ist aus einem isolierenden Material gebildet beziehungsweise von diesem umgeben, so dass ein Kurzschluss mit einem später abgeschiedenen Kontaktmaterial 41 vermieden wird. In einem Teilbereich 16a der Spiegelschicht sind Öffnungen 21 eingebracht, welche die darunter liegende Stromaufweitungsschicht 15 kontaktieren. Diese Öffnungen 21 sind mit einem leitenden Material 17 gefüllt, welches gleichzeitig eine Kontaktschicht zur Kontaktierung der n-dotierten Teilschicht 13 der Schichtenfolge 10 bildet.A
Weiterhin ist ein Durchbruch 40 durch die Halbleiterschichtenfolge 10, die einzelnen Teilschichten der Halbleiterschichtenfolge, die Stromaufweitungsschicht 15 sowie die Spiegelschicht 16 vorgesehen. Der Durchbruch 40 ist an den Seitenwänden mit einem isolierenden Material 43 umgeben, um einen Kurzschluss in der Halbleiterschichtenfolge 10 zu vermeiden. Weiterhin ist er mit einem gut leitenden Material 41 gefüllt. Dieses steht in einem elektrischen Kontakt mit der zweiten Kontaktschicht 41a, welche über der isolierenden Spiegelschicht 16 abgeschieden ist.Furthermore, a
Auf dem so gefertigten optoelektronischen Bauelement wird nun eine Edelmetallschicht 18 aufgebracht. Diese wird gegebenenfalls unter zusätzlichen Haftschichten auf die Kontaktschicht 17 aufgedampft, gesputtert oder aus der Gasphase physikalisch beziehungsweise chemisch abgeschieden. Eine galvanische oder autokatalytische Abscheidung aus einer Lösung heraus ist ebenfalls möglich. Die Oberfläche 18a der so abgeschiedenen Edelmetallschicht 18 wird anschließend gereinigt und poliert, so dass Oberflächenrauigkeiten stark reduziert werden. Damit ist die Oberfläche sehr stark geglättet und zudem nicht oder kaum durch Fremdatome verunreinigt. Wasser oder andere Gase, die sich an der Oberfläche ablagern sind nur gering gebunden (evtl. über Wasserstoffbrücken) und können demnach leicht wieder gelöst werden.A
Die Edelmetallschicht 18 kann in elektrisch leitenden Kontakt mit der Kontaktschicht 17 stehen, oder aber durch diese von einer isolierenden Zwischenschicht getrennt sein.The
Im Anschluss daran wird nun das der Substratträger 30 an die Edelmetallschicht 18 und die Oberfläche 18A angefügt. Der Substratträger 30 umfasst ein Trägersubstrat 31 beispielsweise aus Silizium, Aluminiumnitrid oder anderen Materialien. Auf der Oberseite des Trägersubstrats 31 ist ebenfalls eine Edelmetallschicht 32 aufgebracht. Das Material ist bevorzugt das gleiche wie das Material der Schicht 18. Die Oberfläche 32a ist beispielsweise durch chemomechanisches Polieren ebenso gereinigt und geglättet, so dass auch hier die Oberflächenrauheit möglichst gering ist. Durch das aneinander Anfügen der beiden Oberflächen 18a und 32a bei Raumtemperatur, eventuell im Vakuum zur Vermeidung von Lufteinschlüssen führt zu einer metallischen Verbindung der Epitaxieschicht 18, des Bauelementes und der Schicht 32 des Substratträgers 30. Dabei bilden die freien Bindungselektronen an der Oberfläche 18a beziehungsweise 32a eine metallische Bindung miteinander aus. Diese gewährleistet eine innige Verbindung zwischen dem Träger 30 und dem optoelektronischen Bauelement.Following this, the
Zur Verwendung der Schichten 18 beziehungsweise 32 eignen sich unter anderem Edelmetalle, beispielsweise Silber oder Gold, da diese auf ihrer Oberfläche nur eine geringe Verunreinigung mit Fremdatomen aufweisen. Bei dem Ansprengen, das heißt dem Aneinanderfügen der beiden gereinigten und polierten Oberflächen kann so besonders einfach eine großflächige metallische Bindung zwischen den beiden Oberflächen 18a und 32a ausgebildet werden.Precious metals, such as silver or gold, are suitable for using the
Alternativ zu den edleren Metallen oder Metallen aus den seltenen Erden können auch unedlere Metalle beispielsweise Kupfer verwendet werden. Dies ist dann zweckmäßig, wenn das Glätten der beiden Oberflächen 18 beziehungsweise 32 und auch das spätere Ansprengen im Hochvakuum oder Ultrahochvakuum zur Vermeidung einer Oxidation der beiden Oberflächen oder einer Verunreinigung durch Fremdatome erfolgt. Ebenso ist es möglich, unterschiedliche Metalle oder Materialien für die Ausbildung der beiden Schichten 18 beziehungsweise 32 zu verwenden, solange hierbei gewährleistet ist, dass die Atome entlang der Oberflächenbereiche 18a beziehungsweise 32a kovalente Bindungen oder metallische Bindungen miteinander eingehen.As an alternative to the more noble metals or metals from rare earths, less noble metals, such as copper, can also be used. This is useful when the two
Durch das Ansprengen bei Raumtemperatur oder nur wenig höheren Temperaturen wird eine mechanische Verspannung aufgrund der unterschiedlichen thermischen Ausdehnungen des Substratträgers 31 beziehungsweise des Aufwachssubstrates 14 vermieden. Die Rauheit der beiden Oberflächen 18A beziehungsweise 32A sollte möglichst gering sein. Werte unterhalb von 50 nm, insbesondere unterhalb von 10 nm sind abhängig von verwendeten Materialien notwendig, um eine ausreichende Bindungskraft zu erreichen. Andernfalls besteht die Möglichkeit, dass Unebenheiten auf der Oberfläche die Ausbildung großflächiger metallischer oder kovalenter Bindungen behindern. Zweckmäßig sind Werte für eine Rauheit unter 2 nm bezogen auf 5 µm2 Fläche beziehungsweise Werte unter 0,5 nm zu empfehlen.By blasting at room temperature or only slightly higher temperatures, mechanical distortion due to the different thermal expansions of the
Ebenso wird in einem rechten Teilbereich des optoelektronischen Bauelementes die epitaktisch gewachsene Schichtenfolge 10 teilweise entfernt und die erste Kontaktschicht 41 zur Ausbildung eines Kontaktes 42 freigelegt.Likewise, in a right-hand portion of the optoelectronic component, the epitaxially grown
In einem Betrieb der Anordnung werden über den Kontakt 42 sowie die Kontaktschicht 17 Ladungsträger in die beiden Teilschichten 11 beziehungsweise 13 der epitaktischen Schichtenfolge 10 injiziert. Diese diffundieren zu dem gemeinsamen pn-Übergang 12 und rekombinieren dort unter Lichtemission. Licht, welches in Richtung der Spiegelschicht 16 emittiert wird, wird von dieser in die Hauptabstrahlrichtung reflektiert.When the arrangement is in operation, charge carriers are injected into the two
In diesem Ausführungsbeispiel kann die Verbindungsschicht 19 zusätzlich als Zuführung für die Ladungsträger in die Kontaktschicht 17 verwendet werden. Natürlich ist es jedoch auch möglich, die Kontaktschicht 17 beispielsweise durch Ausbilden eines rückwärtigen Kontaktloches elektrisch zu kontaktieren.In this exemplary embodiment, the connecting
Ein derartiges Beispiel für eine Kontaktierung mittels Kontaktlöcher durch den Substratträger zeigt das Verfahren gemäß den
Die epitaktische Schichtenfolge 10 ist mit ihren einzelnen Teilschichten 11, 12 und 13 auf dem Aufwachssubstrat 14 epitaktisch abgeschieden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist ein einzelner pn-Übergang 12 eingezeichnet. Darüber hinaus kann die Schichtenfolge jedoch auch mehrere pn-Schichten aufweisen, die zudem einzeln kontaktiert und angesteuert werden können.The
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind mehrere Durchbrüche 45 vorgesehen, welche durch die Teilschicht 13, den pn-Übergang 12 bis in die dem Aufwachssubstrat 14 benachbarte Teilschicht 11 ragen. Die Durchbrüche 45 dienen zur Kontaktierung der Teilschicht 12, die beispielsweise p-dotiert sein kann. Zur Vermeidung eines Kurzschlusses sind die Seitenwände der Durchbrüche 45 mit einem isolierenden Material 43 umgeben.In the present exemplary embodiment,
Auf der der Hauptabstrahlrichtung und dem Aufwachssubstrat 14 abgewandten Seite der zweiten Teilschicht 13 wird eine Stromaufweitungsschicht 51 angeordnet, die einen möglichst geringen lateralen Widerstand aufweist und zur Ladungsträgerinjektion in die n-dotierte Teilschicht 13 dient. Die Stomaufweitungsschicht dient auch als Spiegelschicht. Auf der Stromaufweitungsschicht wird nun eine zweite isolierende Teilschicht 43a flächig aufgebracht, so dass diese mit den isolierenden Seitenwänden 43 in Verbindung steht und die Stromaufweitungsschicht 51 von den Durchbrüchen 45 elektrisch isoliert. In der Isolationsschicht 43A werden nun einzelne weitere Durchbrüche 50 angeordnet, um die Stromaufweitungsschicht 51 zu kontaktieren. Gleichzeitig werden die Durchbrüche 45 durch Teilschichten 12 und 13 freigelegt und mit einem elektrisch leitenden Material 46 gefüllt.On the side of the second
Gemäß
Anschließend wird die Edelmetallschicht 18 an ihrer Oberfläche 18A gereinigt, geglättet und poliert, so dass sich eine möglichst gleichmäßige ebene Oberfläche ergibt. Die mittlere Rauheit dieser Oberfläche ist gering und beträgt nur wenige Nanometer, beispielsweise weniger als 10 nm oder bevorzugt im Bereich von 0,5 nm bis 2 nm.The
In gleicher Weise wird ein Trägersubstrat gemäß
In einem Ausführungsbeispiel umfasst das Trägersubstrat 31 Aluminiumnitrid, auf dem eine Haftschicht aus zirka 100 nm Titan aufgebracht ist. Eine Goldschicht mit einer Dicke im Bereich von einem bis 0,5 µm maximal zwei bis 3 µm ist auf der Haftschicht aus Titan abgeschieden. Diese Goldschicht wird durch Polieren geglättet, bis eine Oberflächenrauheit einen vorbestimmten Schwellwert unterschreitet. Die drei Schichten bilden zusammen den Substratträger 30.In one exemplary embodiment, the
Anschließend werden bei Raumtemperatur oder einer leicht erhöhten Temperatur das Trägersubstrat mit seiner Metallschicht 32 auf die Schicht 18 aufgebracht und durch leichten Druck angefügt. Dadurch bildet sich an den Grenzflächen der beiden Schichten aufgrund der nur geringen Rauheit eine großflächige metallische Bindung aus, die zu einer innigen Haftung des Bauelementes auf dem Trägersubstrat 31 führt. Das Ergebnis dieses Vorgangs ist in
Abhängig von der Rauheit, dem verwendeten Material sowie eventuell vorhandenen Verschmutzungen beziehungsweise Fremdatomen auf den beiden Oberflächen enthält die Verbindungsschicht 19 eine flächige Grenze, mit deren Hilfe auf den Ansprengvorgang zurück geschlossen werden kann. Diese Grenzfläche besitzt beispielsweise eine größere Fehlstellendichte aufgrund eines Versatzes beziehungsweise eine größere Dichte an eingeschlossenen Fremdatomen. Dies kann beispielsweise dann der Fall sein, wenn das Ansprengen der beiden Metallschichten 32 und 18 gemäß
Nach dem Ansprengen und dem Zusammenfügen der beiden Schichten 18 und 32 wird das Aufwachssubstrat beispielsweise mittels eines Liftoff-Prozesses entfernt. In den Substratträger 30, die verschiedenen Schichten 33, 19 und 18b werden nun im Bereich der Durchbrüche 45 beziehungsweise 50 mehrere durchgehende Kontaktlöcher 60 eingebracht, wie in
Auf den Seitenwänden der Kontaktlöcher 60 wird nun eine Isolationsschicht 62 aufgebracht. Dadurch wird ein Kurzschluss zwischen dem leitenden Material 46 beziehungsweise 52 in den Kontaktlöchern und Durchbrüchen und der Metallschicht 19 vermieden. Anschließend werden die Durchkontaktierungen 60 mit einem elektrisch leitenden Material 63 gefüllt und somit das in den Kontaktlöchern 50 und den Durchbrüchen 45 befindliche elektrisch leitende Material 46 beziehungsweise 52 kontaktiert.An
Hierzu wird gemäß
Auf der n-dotierten ersten Epitaxieschicht wird eine zweite Epitaxieschicht 12c abgeschieden und strukturiert, sodass einzelne Bereiche der ersten Epitaxieschicht 11 freiliegen. Im Übergang zwischen der p-leitenden Schicht 12c und der n-leitenden Schicht 11 bildet sich ein hier nicht mehr dargestellter pn-Übergang aus, in dem eine spätere Rekombination von Ladungsträgern unter Lichtemission stattfindet.
Anschließend wird ein niederbrechendes Dielektrikum 18c in die Zwischenräume sowie auf die p-leitende Epitaxieschicht 12c aufgebracht. Das niederbrechende Dielektrikum 18c dient einerseits als elektrische Isolationsschicht und andererseits als Spiegel.A
A low-
In einer alternativen Ausgestaltung gemäß
Gemäß
Die einzelnen Durchkontaktierungen 402 und 403 werden anschließend mit einer Anschlussmetallisierung gefüllt. Das Öffnen der Durchkontaktierungen beziehungsweise das Füllen muss hierbei nicht gleichzeitig erfolgen. Vielmehr können verschiedene Materialien verwendet werden, sodass jeweils optimierte Metall/Halbleiterkontakte für die Durchkontaktierungen 402 und 403 separat abgeschieden werden. Dies kann auch selbstjustierend mit einer entsprechenden Öffnungsfotomaske sowie Abhebetechnik erfolgen.The individual plated-through
Als Füllmaterial für die Durchkontaktierungen 402, 403 können unter anderem verschiedene Metalle, aber auch Polysilizium eingesetzt werden. Zudem ist es möglich, die einzelnen Durchkontaktierungen mit verschiedenen Materialien zu füllen. Hierbei ist es zweckmäßig, nahe der freiliegenden Oberfläche des Dielektrikums 18c in die Durchkontaktierungen ein edleres Material einzubringen. Insofern werden daher die Durchkontaktierungen 402 und 403 im Bereich 410 mit einem Material gefüllt, welches später in einem weiteren Prozessschritt für das Ansprengen beziehungsweise direktes Bonden verwendet wird. Beispielsweise werden die Durchkontaktierungen in den Bereichen 410 mit Gold beziehungsweise Silber gefüllt.Various metals, but also polysilicon, can be used as filler material for the through-
Anschließend wird wie in
In einem nächsten Verfahrensschritt gemäß
Wie in
Vorzugsweise, jedoch nicht zwingend notwendig ist das jeweils eingefüllte Material in den Durchkontaktierungen 400, 401 beziehungsweise 404, 405 im Bereich der jeweiligen Oberflächen gleich, sodass sich bei dem Ansprengen eine ausreichend feste metallische bzw. kovalente Bindung ausbildet. Auf der rückwärtigen Seite des Trägersubstrates 31 sind die Durchkontaktierungen mit elektrischen Rückseitenkontaktschichten verbunden. Diese dienen zur Montage des Chips in einem Gehäuse oder auf einer Platine.Preferably, but not necessarily necessarily, the material filled in the plated-through
Anschließend wird nach
Sodann kann das Aufwachssubstrat 14 entfernt werden. In letzten Verfahrensschritten, dargestellt in
Ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem Kontaktelemente auf der Oberseite sowie der Rückseite angeschlossen sind, zeigt
Eine metallische Anschlussschicht 18 ist an ihrer Grenzfläche 18d glatt poliert und direkt mit einer korrespondierenden Grenzfläche einer weiteren Metallschicht 32 durch Ansprengen unter Bildung einer metallischen oder großflächigen kovalenten Bindung verbunden. Beide bilden die Verbindungsschicht 19. Die Grenzfläche 18d ist im Querschnitt dennoch beispielsweise aufgrund einer größeren Defektdichte beziehungsweise größeren Dichte an Fremdatomen erkennbar. Die zweite metallische Schicht 32 bildet einen Teil eines Substratträgers 30b, und ist auf einer leitenden Haftschicht 33a aufgebracht. Die Haftschicht 33a dient zur innigen Verbindung der metallischen Schicht 32 auf dem Trägersubstrat 31, welches beispielsweise aus dotiertem Silizium 31 gebildet ist. Schließlich sind mehrere Rückseitenkontakte 10f vorgesehen. In einem Betrieb des Bauelementes werden somit von der Rückseite über den Kontakt 10f und von der Vorderseite über den transparenten Kontakt 10e Ladungsträger initiiert.A
Das optoelektronische Bauelement kann wiederum durch Mesaätzen beziehungsweise Laserbohren im Bereich 90 in einzelne Leuchtdioden unterteilt werden. Die in
Insgesamt kann so nach dem vorgeschlagenen Prinzip bei Raumtemperatur beziehungsweise relativ niedrigen Temperaturen eine epitaktisch gewachsene Schichtenfolge auf einem Aufwachssubstrat mit einem entsprechend präparierten Trägersubstrat verbunden werden. Die Verbindung bei Raumtemperatur durch direktes Ansprengen glatter leitfähiger Schichten, insbesondere von Metallschichten, reduziert thermische Verspannungen aufgrund der unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten. Voraussetzung hierfür ist ein ausreichend großer flächiger Kontakt, sodass sich an den Grenzflächen der zu verbindenden leitfähigen Schichten kovalente beziehungsweise metallische Bindungen ausbilden können.Overall, according to the proposed principle, an epitaxially grown layer sequence can be grown on a growth at room temperature or relatively low temperatures substrate must be connected to an appropriately prepared carrier substrate. The connection at room temperature by directly blasting smooth conductive layers, especially metal layers, reduces thermal stress due to the different expansion coefficients. The prerequisite for this is a sufficiently large surface contact so that covalent or metallic bonds can form at the interfaces of the conductive layers to be connected.
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