WO2017005492A1 - Verfahren zum verbinden von zumindest zwei komponenten - Google Patents

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WO2017005492A1
WO2017005492A1 PCT/EP2016/064454 EP2016064454W WO2017005492A1 WO 2017005492 A1 WO2017005492 A1 WO 2017005492A1 EP 2016064454 W EP2016064454 W EP 2016064454W WO 2017005492 A1 WO2017005492 A1 WO 2017005492A1
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Mathias Wendt
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Osram Opto Semiconductors Gmbh
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    • H01L33/32—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table containing nitrogen

Definitions

  • the invention relates to a method for connecting at least two components.
  • bonding techniques such as silicon dioxide-silica direct bonding, bonding and metal bonding.
  • An object of the invention is to provide a method for
  • the object is achieved by a method for connecting at least two components according to the independent
  • the method for connecting at least two components comprises the steps:
  • Metal oxide layer wherein the metal oxide layer has a higher melting temperature than the metal layer, wherein at least the donor layer and the metal oxide layer interconnects the first component with the second component.
  • further steps may be present, for example, before step B), the oxygen can be introduced into the donor layer by means of an implantation process for the enrichment of the oxygen in the donor layer.
  • the method in step A) provides a first and a second component.
  • the first component and / or the second component may be selected from a different number of materials and elements.
  • the first and / or second components may each be selected from a group including sapphire, silicon nitride, a semiconductor material
  • the first and / or the second component may also be a pipe and / or a hose.
  • the tube is a vacuum tube.
  • one of the two components may be a semiconductor or ceramic wafer, for example, a shaped material of sapphire, silicon, germanium, silicon nitride, alumina, a luminescent ceramic such as YAG.
  • at least one component is formed as a printed circuit board (PCB), as a metallic lead frame or as another type of connection carrier.
  • PCB printed circuit board
  • an electronic chip For example, an electronic chip, a
  • Optoelectronic chip a light-emitting diode, a laser chip, a photodetector chip or a wafer or comprise a plurality of such chips.
  • the second component and / or the first component comprises a light-emitting LED, in short LED.
  • the second component comprises the
  • the component comprising a light-emitting LED is preferably adapted to emit blue light, red light, green light or white light.
  • the light-emitting light-emitting diode comprises at least one optoelectronic semiconductor chip.
  • the optoelectronic semiconductor chip may have a semiconductor layer sequence.
  • the semiconductor layer sequence of the semiconductor chip is preferably based on a III-V compound semiconductor material.
  • the semiconductor material is preferably a Nitride compound semiconductor material such as Al n In] __ n _ m Ga m N, or a phosphide compound semiconductor material such as Al n In] __ n _ m Ga m P, where in each case 0 ⁇ n 1, 0 ⁇ m 1 and n + m ⁇ 1.
  • the semiconductor material may be Al x Ga x __ x As with 0 ⁇ x ⁇ 1
  • the semiconductor layer sequence includes an active layer with at least one pn junction and / or with one or more quantum well structures. In the operation of the LED or the semiconductor chip becomes in the active layer a
  • a wavelength or a wavelength maximum of the radiation is preferably in the ultraviolet and / or visible and / or infrared
  • Spectral range in particular at wavelengths between 420 and 800 nm inclusive, for example between
  • the method comprises the step B) of applying at least one donor layer to the first and / or the second component.
  • the donor layer is an oxygen-enriched layer.
  • the donor layer comprises or consists of indium tin oxide, indium oxide, zinc oxide and / or tin oxide.
  • the indium tin oxide, Indium oxide, zinc oxide or tin oxide enriched with oxygen is particularly preferred.
  • the donor layer is enriched with oxygen here and in the following means that the donor layer has a greater than stoichiometric proportion of oxygen.
  • the oxygen may be covalently bound in the donor layer with the donor layer material.
  • the oxygen in the donor layer in particular in the interstices of the host lattice
  • Donor layer store.
  • the oxygen does not bind covalently to the donor layer.
  • the method comprises the step C), applying a metal layer on the
  • the donor layer comprises metal oxides such as zinc oxide, tin oxide, cadmium oxide, titanium oxide, indium oxide or mixed metal oxides such as indium-tin oxide (ITO).
  • metal oxides includes both binary metal oxygen compounds such as ZnO, SnC> 2 or In2 ⁇ 03 and ternary metal oxygen compounds such as Zn2SnC> 4, CdSnC> 3, ZnSnC> 3, Mgln2 ⁇ 04, GaInC> 3, Zn2ln2 ⁇ 05 or In4Sn30] _2 or mixtures of different oxides, in which case the metal oxides can not necessarily have a stoichiometric composition.
  • the donor layer is formed from indium tin oxide (ITO).
  • the metal layer comprises indium, tin, zinc or a combination of indium and tin.
  • the method comprises a step D) of heating at least one metal layer to a first temperature T 1 so that the metal layer is melted and the first component and the second component are connected to one another. In other words, the first temperature is increased so much that the
  • Melting temperature of the metal or the mixture of metals of the metal layer is exceeded, so that the metals melt the metal layer.
  • indium has a melting temperature of 156.6 ° C.
  • Tin has one
  • the metal layer may also comprise or consist of several metals.
  • the metal layer has a combination of indium and tin.
  • indium and tin form a eutectic mixture.
  • a mixture of indium with 52% by weight and tin with 48% by weight has a melting temperature of 117 ° C to 118 ° C. By melting the metal layer, the metal layer behaves like a metallic solder material.
  • the metal layer has a ductile behavior.
  • the metal layer connects the first and second components together.
  • the connection may be a mechanical connection of the first component and the second component.
  • an electrical connection of the first component with the second component can also take place via the metal layer.
  • Connecting element which is the first component with the second Component connects.
  • the connecting element is arranged in direct mechanical and / or electrical contact with the first component as well as with the second component.
  • the method includes a step E) of heating the assembly to a second temperature such that the oxygen from the donor layer transitions into the metal layer and the metal layer converts to a stable metal oxide layer.
  • the metal oxide layer has a higher melting temperature than the metal layer. At least that connects
  • the second one Components on the donor layer and the metal oxide layer generates a stable mechanical and optionally in addition an electrical connection.
  • the second one Components on the donor layer and the metal oxide layer generates a stable mechanical and optionally in addition an electrical connection.
  • step E Temperature in step E) greater than the first temperature in step D).
  • the first and the second temperature differ by at least a factor of 1.5; 1.8; 1.9; 2; 2.5 or 3 from each other.
  • the metal oxide layer mechanically stable.
  • the metal oxide layer has a higher melting temperature or higher Re-melting temperature as the metal layer.
  • Metal oxide layer is produced from the metal layer and the oxygen present in the donor layer. Thus, the supply of other external reactants to produce a stable connection is not required.
  • the metal layer comprises indium, zinc, tin or a combination of indium and tin.
  • indium oxide is formed as a metal oxide layer.
  • tin is formed as a metal oxide layer.
  • Metal layer tin oxide is formed as a metal oxide layer.
  • zinc oxide is zinc oxide as
  • Metal oxide layer formed In the case of a mixture of indium and tin as the metal layer, indium-tin oxide is used as the metal layer.
  • the donor layer may be made
  • Indium oxide, tin oxide or indium-tin oxide In particular, the donor layer is formed of indium tin oxide.
  • Indium tin oxide has the advantage that it is transparent and electrically conductive. This results in a low absorption of light in the visible wavelength range.
  • the metal oxide layer has a higher melting point compared to the metal layer and is optionally transparent.
  • the metal layer of indium has a melting point of 156, 9 ° C and the
  • Tin metal layer has a melting point of 231.9 ° C and the metal oxide layer of tin oxide has a higher melting point of 1630 ° C.
  • the metal layer of indium and tin has a melting point of 118 ° C and the
  • the method is similar to the bonding process commonly used in the semiconductor industry, where the bond is formed by an isothermal solidification reaction.
  • the main difference is that the bond is formed by an isothermal solidification reaction.
  • Metal oxide layer is not formed by mixing and reaction of multiple alloying elements, but by oxidation of the metal layer with the oxygen from the donor layer.
  • metallic non-transparent connecting elements can be converted by oxidation into a ceramic and optionally also a conductive and transparent layer.
  • This connecting element which in particular comprises the donor layer and the metal oxide layer, has a high bonding force or adhesive force to the first and second components.
  • the connecting element can have good optical properties, such as a high transparency of> 80% or 90% for visible light.
  • the connecting element can additionally electrical
  • Donor layer and the metal oxide layer after step D) same metal oxides.
  • the donor layer and the metal oxide layer may differ only in their content of oxygen. According to at least one embodiment, the
  • Metal oxide layer can be generated by oxidation of the metal layer.
  • thermal sputtering may be used instead of sputtering.
  • the donor layer is produced by sputtering in step B) of at least one metal and oxygen to form a metal oxide.
  • Metal layer is produced by sputtering, for example, in the same system of at least one metal.
  • the metal of the metal layer corresponds to the metal of the metal
  • the introduction of the oxygen takes place in step B).
  • a continuous or discontinuous Sauerstoffström at a speed kl and / or a proportion nl takes place in step B).
  • the oxygen in step C) has a
  • Words for example, a metal, such as tin, and
  • Oxygen is applied as tin oxide to produce the donor layer. There can be a constant stream of oxygen flow, so that the tin oxide forms.
  • the proportion of oxygen can be reduced so that tin is deposited metallically and no tin oxide is formed. It thus forms the
  • the metal layer can melt and the two components
  • Metal layer such as tin
  • a metal oxide such as tin oxide
  • Metal layer and the donor layer one each
  • the metal oxide layer may have a layer thickness of 10 nm to 200 nm, in particular between 40 nm and 120 nm, for example 60 nm.
  • the first one is a layer thickness of 10 nm to 200 nm, in particular between 40 nm and 120 nm, for example 60 nm.
  • the second temperature has a higher temperature than the first temperature.
  • the second temperature is greater than 200 ° C, for example 230 ° C.
  • the oxygen of the donor layer is introduced into the donor layer after step B) by means of an ion implantation method.
  • the oxygen of the donor layer may be injected into the atmosphere by means of an oxygen stream during step B)
  • Donor layer are introduced.
  • the oxygen can be in both processes in one
  • donor layer is formed from indium tin oxide, so that after introduction of oxygen there is indium tin oxide with a superstoichiometric proportion of oxygen.
  • the oxygen accumulates in particular in the interstices or pores of the host crystal.
  • connection of the first and the second component takes place under pressure.
  • the pressure is at least 1.8 bar, for example 2 bar.
  • optoelectronic semiconductor components can be connected directly to one another.
  • the method may, for example, the
  • the component comprises at least the two components which
  • the component has at least two components, the first and second components. Between the two components, a donor layer and a metal oxide layer are arranged. The metal oxide layer is produced by oxidation of a metal layer.
  • Donor layer is oxygenated.
  • the oxygen is used to oxidize the metal layer to produce the
  • Metal oxide layer introduced in the donor layer is Metal oxide layer introduced in the donor layer.
  • the donor layer and the
  • the donor layer and the metal layer are formed of indium tin oxide, tin oxide or indium oxide.
  • the component has an optoelectronic semiconductor component as first and / or second component.
  • the optoelectronic semiconductor device is at least one III-V
  • Compound semiconductor material and has a pn junction.
  • the component has at least two or exactly two semiconductor layer sequences, each adapted to emit radiation in the same or different wavelength range.
  • the at least two emit
  • Semiconductor layer sequence comprises at least one p-doped semiconductor layer, at least one n-doped
  • Semiconductor layer sequences are at least one donor layer, in particular one or two donor layers, and one
  • Metal oxide layer arranged.
  • the metal oxide layer is arranged, both directly to one and the other
  • Component of the structure semiconductor layer sequence - donor layer - metal oxide - donor layer - semiconductor layer sequence.
  • the device can thus generate radiation of any color.
  • Semiconductor layer sequences for example three, four or five, may be present in the component. neighboring
  • Donor layers and a metal oxide layer separated from each other are
  • Donor layers and the metal oxide layer are each formed of the same material, in particular of a transparent and / or conductive material, such as indium-tin oxide.
  • FIGS. 1A to 5C each show a schematic side view of a method for connecting at least two components according to an embodiment.
  • identical, identical or identically acting elements can each be provided with the same reference numerals.
  • the illustrated elements and their proportions with each other are not to be regarded as true to scale. Rather, individual elements such as layers, components, components and areas for exaggerated representability and / or for better understanding can be displayed exaggeratedly large.
  • FIGS. 1A and 1B show a method for joining or joining at least two components according to one
  • Figure 1A shows the provision
  • the donor layer 3 is in particular in direct mechanical and / or electrical contact
  • the donor layer 3 is in particular with Enriched oxygen 31.
  • the donor layer is formed of indium tin oxide.
  • the oxygen 31 in the indium-tin oxide is deposited in particular in the
  • the donor layer 3 is in particular directly downstream of a metal layer 4.
  • the donor layer 3 and the metal layer 4 are applied in particular by sputtering from the same system.
  • the metal layer 4 are applied in particular by sputtering from the same system.
  • Metal layer the same metal as the metal of the metal oxide or metal mixed oxide of the donor layer. 3
  • the first temperature Tl is so large that the metal layer 4 is melted and the first component 1 and the second component 2 connects to each other. In particular, this is a mechanical and / or electrical connection (step D)).
  • the arrangement can be heated to a second temperature T2, so that the oxygen 31 passes from the donor layer 3 into the metal layer 4. From the metal layer 4 comprising a metal, a metal oxide layer 5 is passed through
  • the metal oxide layer 5 is in particular mechanically stable and / or transparent. In this case, the
  • Metal oxide layer 5 has a higher re-melting temperature than the metal layer 4. This produces an excellent connection between the first and second components 1, 2.
  • FIG. 1B shows a schematic side view when both components are connected to one another.
  • the arrangement has a first component 1, hereinafter a Donor layer 3, followed by a metal oxide 5 and subsequently a second component 2.
  • the second component 2 the donor layer 3
  • the donor layer 3 is then the
  • Metal oxide layer 5 and in turn the first component 1 downstream.
  • FIGS. 2A and 2B show a connection of at least two components 1, 2 according to an embodiment.
  • the donor layer 3 can be applied.
  • the donor layer 3 is enriched in particular with oxygen 31 (not shown here).
  • the metal layer 4 can be applied. Subsequently, the method steps D) and E) can be carried out.
  • a device 100 which forms a first
  • Component 1 hereinafter a donor layer 3, hereinafter a metal oxide layer 5 and subsequently a second
  • Component 2 has. In other words, the
  • Metal layer 4 by oxidation with the oxygen 31 present in the donor layer to the metal oxide layer 5
  • FIGS. 3A to 3B show a method for connecting at least two components 1, 2.
  • FIG. 3A shows a component 1.
  • FIG. 3A shows a second one
  • Component 2 The components 1, 2 are in particular
  • the two components 1, 2 are each a tube.
  • Metal layer 4 are applied (Figure 3B). There is the joining or joining of at least two tubes to one solid connection between the two tubes to produce ( Figure 3C).
  • FIGS. 4A and 4B show a method for connecting at least two components 1, 2 according to an embodiment.
  • the second component 2 has a
  • FIGS. 4A and 4B differ from FIGS. 1A and 2B in that two second components 2 are applied to a first component 1. Alternatively or additionally, more than two second components 2 can be applied to a first component 1 or vice versa.
  • a donor layer 3 On a first component 1, a donor layer 3, with
  • Oxygen 31 is enriched to be applied.
  • Step D where there the metal layer 4 is heated to a first temperature Tl, so that the melting temperature is exceeded. As a result, the metal layer 4 is located
  • the metal layer can be in a metal oxide 5 with the
  • Oxygen 31 of the donor layer 3 are converted.
  • the result is a connecting element having a
  • III-V semiconductor layers can also be arranged on a first and / or second component 1, 2. In particular, then the first and / or second
  • Component 1, 2 formed as a growth substrate.
  • Metal oxide for example, indium-tin oxide can be applied.
  • the donor layer 3 of indium-tin oxide has in particular a superstoichiometric proportion of oxygen.
  • the donor layer 3 is deposited with a thickness of 60 nm.
  • the donor layer 3 is reactive, it is reactive, it is reactive, it is reactive, it is reactive, it is reactive, it is reactive, it is reactive, it is reactive, it is reactive, it is reactive, it is reactive, it is reactive, it is reactive, it is reactive, it is reactive, it is reactive, it is reactive, it is reactive, it is reactive, it is reactive, it is reactive, it is reactive, it is reactive, it is reactive, it is reactive, it is reactive, it is reactive, it is reactive, it is reactive, it is reactive, it is reactive, it is reactive, it is reactive, it is reactive, it is reactive, it is reactive, it is reactive, it is reactive, it is reactive, it is reactive, it is reactive, it is reactive, it is reactive, it is reactive, it is reactive, it is reactive, it is reactive, it is reactive, it is reactive, it is reactive, it is reactive, it is reactive, it is reactive, it is reactive, it is reactive, it is reactive, it is reactive,
  • react the metal particles for example, react the metal particles, for example, react the metal particles, for example, react the metal particles, for example.
  • Metal oxide such as indium tin oxide.
  • the applied donor layer 3 in particular the indium-tin layer, less and less oxygen is in it.
  • sputtering continues until a metal layer 4, in particular of indium and tin, is present on the surface.
  • the metal layer 4 has a thickness of 4 to 8 nm, for example 5 nm.
  • the first and second components 1, 2 can be connected to one another, in particular be connected.
  • the connection can be carried out in particular at a first temperature Tl of ⁇ 200 ° C, for example at 180 ° C.
  • Components 1, 2 are heated starting from room temperature, ie starting from 25 ° C., to the first temperature T 1 used for the connection.
  • the layers are pressed against one another, in particular at a pressure of> 1.8 bar, for example 2 bar.
  • Components 1, 2 can be in this state for about five
  • the temperature can continue to a second
  • Temperature T2 can be increased, for example up to 350 ° C. At this temperature, the two components 1, 2 can be baked for one hour. In particular, the oxygen 31 from the donor layer 3 diffuses into the metal layer 4, in particular from indium-tin
  • the metal oxide layer 5 is ceramic.
  • the metal oxide layer 5 is optically transparent.
  • the metal oxide layer 5 is optically transparent.
  • Metal oxide layer 5 electrically conductive.
  • the metal oxide layer consists of indium tin oxide.
  • the metal oxide layer 5 can be made transparent in comparison to the metal layer 4.
  • FIGS. 5A to 5C show a method for connecting or joining at least two semiconductor layer sequences H1, H2 according to one embodiment.
  • FIG. 1A shows this
  • FIG. 1A furthermore shows the provision of at least the second component 2, which has a semiconductor layer sequence H2 and a
  • Growth substrate W2 for example made of sapphire, has.
  • the donor layer 3 in particular in direct
  • Growth substrate Wl the first component 1 are removed and applied to the semiconductor layer sequence Hl a donor layer 3 and metal layer 4.
  • the steps of FIG. 5A can then be arbitrary with other components, for example the first, second or third ones
  • Component 3 are repeated, wherein a component
  • Donor layer 3 in particular two donor layers 3, and a metal oxide layer 5 are separated from each other.
  • the semiconductor layer sequences H1, H2, H3 emit radiation of different wavelengths, for example radiation from the red, yellow and blue
  • Device 100 may have any wavelength of the visible region, such as white mixed light.
  • the respective donor layers 3 and the metal oxide layers 5 are formed of indium tin oxide. This allows absorption losses of the emitted radiation

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden von zumindest zwei Komponenten (1, 2) mit den Schritten: A) Bereitstellen zumindest einer ersten Komponente (1) und einer zweiten Komponente (2), B) Aufbringen zumindest einer Spenderschicht (3) auf die erste und/oder die zweite Komponente (1, 2), wobei die Spenderschicht (3) mit Sauerstoff (31) angereichert ist, C) Aufbringen einer Metallschicht (4) auf die Spenderschicht (3), die erste oder die zweite Komponente (1, 2), D) Aufheizen zumindest der Metallschicht (4) auf eine erste Temperatur (T1), so dass die Metallschicht (4) aufgeschmolzen wird und die erste Komponente (1) und die zweite Komponente (2) miteinander verbunden werden, und E) Aufheizen der Anordnung auf eine zweite Temperatur (T2), so dass der Sauerstoff (31) aus der Spenderschicht (3) in die Metallschicht (4) übergeht und die Metallschicht (4) sich zu einer stabilen Metalloxidschicht (5) umwandelt, wobei die Metalloxidschicht (5) eine höhere Schmelztemperatur als die Metallschicht (4) aufweist, wobei zumindest die Spenderschicht (3) und die Metalloxidschicht (5) die erste Komponente (1) mit der zweiten Komponente (2) miteinander verbindet.

Description

Beschreibung
Verfahren zum Verbinden von zumindest zwei Komponenten
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden von zumindest zwei Komponenten.
Bisher werden Komponenten mit Verbindungstechniken, wie beispielsweise dem Siliziumdioxid-Siliziumdioxid- Direktbonden, dem Kleben und metallischem Bonden, miteinander verbunden .
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum
Verbinden von zumindest zwei Komponenten bereitzustellen, eine stabile Verbindung zwischen den zwei Komponenten
erzeugt .
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Verbinden von zumindest zwei Komponenten gemäß dem unabhängigen
Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche .
In zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren zum Verbinden von zumindest zwei Komponenten die Schritte:
A) Bereitstellen zumindest einer ersten Komponente und einer zweiten Komponente,
B) Aufbringen zumindest einer Spenderschicht auf die erste und/oder die zweite Komponente, wobei die Spenderschicht mit Sauerstoff angereichert ist, C) Aufbringen einer Metallschicht auf die Spenderschicht, die erste und/oder die zweite Komponente,
D) Aufheizen zumindest der Metallschicht auf eine erste
Temperatur, sodass die Metallschicht aufgeschmolzen wird und die erste Komponente und die zweite Komponente miteinander verbunden werden, und
E) Aufheizen der Anordnung auf eine zweite Temperatur, sodass der Sauerstoff aus der Spenderschicht in die Metallschicht übergeht und die Metallschicht zu einer stabilen
Metalloxidschicht umwandelt, wobei die Metalloxidschicht eine höhere Schmelztemperatur als die Metallschicht aufweist, wobei zumindest die Spenderschicht und die Metalloxidschicht die erste Komponente mit der zweiten Komponente miteinander verbindet .
Insbesondere erfolgt das Verfahren nach der alphabetischen Reihenfolge A) bis E) . Alternativ oder zusätzlich können weitere Schritte vorhanden sein, beispielsweise kann vor dem Schritt B) der Sauerstoff in die Spenderschicht mittels eines Implantationsverfahrens zur Anreicherung des Sauerstoffs in der Spenderschicht erfolgen. Gemäß zumindest einer Ausführungsform stellt das Verfahren im Schritt A) eine erste und eine zweite Komponente bereit.
Die erste Komponente und/oder die zweite Komponente können aus einer verschiedenen Anzahl von Materialien und Elementen ausgewählt sein. Die erste und/oder zweite Komponente können beispielsweise jeweils aus einer Gruppe ausgewählt sein, die Saphir, Siliziumnitrid, ein Halbleitermaterial, ein
keramisches Material, ein Metall und Glas umfasst. Alternativ oder zusätzlich können die erste und/oder die zweite Komponente auch ein Rohr und/oder ein Schlauch sein. Insbesondere ist das Rohr ein Vakuumrohr.
Zum Beispiel kann eine der beiden Komponenten ein Halbleiter oder Keramikwafer, zum Beispiel ein geformtes Material aus Saphir, Silikon, Germanium, Siliziumnitrid, Aluminiumoxid, einer lumineszierenden Keramik, wie zum Beispiel YAG, sein. Ferner ist es möglich, dass zumindest eine Komponente als Printed Circuit Board (PCB) , als metallischer Leiterrahmen oder als eine andere Art von Verbindungsträger ausgeformt ist. Ferner kann zumindest eine der Komponenten
beispielsweise einen elektronischen Chip, einen
optoelektronischen Chip, eine lichtemittierende Leuchtdiode, einen Laserchip, einen Fotodetektorchip oder einen Wafer umfassen oder eine Mehrzahl von solchen Chips aufweisen.
Insbesondere umfasst die zweite Komponente und/oder die erste Komponente eine lichtemittierende Leuchtdiode, kurz LED.
Insbesondere umfasst die zweite Komponente die
lichtemittierende Leuchtdiode und die erste Komponente zumindest eines der oben genannten Materialien.
Die eine lichtemittierende Leuchtdiode umfassende Komponente ist bevorzugt dazu eingerichtet, blaues Licht, rotes Licht, grünes Licht oder weißes Licht zu emittieren.
Die lichtemittierende Leuchtdiode umfasst zumindest einen optoelektronischen Halbleiterchip. Der optoelektronische Halbleiterchip kann eine Halbleiterschichtenfolge aufweisen. Die Halbleiterschichtenfolge des Halbleiterchips basiert bevorzugt auf einem III-V-Verbindungshalbleitermaterial . Bei dem Halbleitermaterial handelt es sich bevorzugt um ein Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial, wie AlnIn]__n_mGamN, oder auch um ein Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial , wie AlnIn]__n_mGamP, wobei jeweils 0 ^ n 1, 0 ^ m 1 und n + m < 1 ist. Ebenso kann es sich bei dem Halbleitermaterial um AlxGa]__xAs handeln mit 0 < x < 1. Dabei kann die
Halbleiterschichtenfolge Dotierstoffe sowie zusätzliche
Bestandteile aufweisen. Der Einfachheit halber sind jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters der Halbleiterschichtenfolge, also AI, As, Ga, In, N oder P, angegeben, auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt und/oder ergänzt sein können.
Die Halbleiterschichtenfolge beinhaltet eine aktive Schicht mit mindestens einem pn-Übergang und/oder mit einer oder mit mehreren Quantentopfstrukturen . Im Betrieb der LED oder des Halbleiterchips wird in der aktiven Schicht eine
elektromagnetische Strahlung erzeugt. Eine Wellenlänge oder ein Wellenlängenmaximum der Strahlung liegt bevorzugt im ultravioletten und/oder sichtbaren und/oder infraroten
Spektralbereich, insbesondere bei Wellenlängen zwischen einschließlich 420 und 800 nm, zum Beispiel zwischen
einschließlich 440 und 480 nm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Verfahren den Schritt B) auf, Aufbringen zumindest einer Spenderschicht auf die erste und/oder die zweite Komponente. Insbesondere ist die Spenderschicht eine mit Sauerstoff angereicherte Schicht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die
Spenderschicht ein Oxid zumindest eines Metalls auf oder besteht daraus. Insbesondere weist die Spenderschicht Indium- Zinnoxid, Indiumoxid, Zinkoxid und/oder Zinnoxid auf oder besteht daraus. Insbesondere ist das Indium-Zinnoxid, Indiumoxid, Zinkoxid oder Zinnoxid mit Sauerstoff angereichert .
Dass die Spenderschicht mit Sauerstoff angereichert ist, meint hier und im Folgenden, dass die Spenderschicht einen überstöchiometrischen Anteil an Sauerstoff aufweist. Der Sauerstoff kann in der Spenderschicht mit dem Material der Spenderschicht kovalent gebunden sein. Alternativ oder zusätzlich kann der Sauerstoff sich in der Spenderschicht, insbesondere in die Zwischenräume des Wirtsgitters der
Spenderschicht, einlagern. Mit anderen Worten bindet damit der Sauerstoff nicht kovalent an die Spenderschicht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Verfahren den Schritt C) auf, Aufbringen einer Metallschicht auf die
Spenderschicht. Alternativ oder zusätzlich wird die
Metallschicht auf die erste und/oder die zweite Komponente aufgebracht . Insbesondere weist die Spenderschicht Metalloxide, wie beispielsweise Zinkoxid, Zinnoxid, Kadmiumoxid, Titanoxid, Indiumoxid oder gemischte Metalloxide, wie Indium-Zinnoxid (ITO), auf. Der Begriff „Metalloxide" umfasst sowohl binäre MetallsauerstoffVerbindungen, wie beispielsweise ZnO, SnC>2 oder In2<03 als auch ternäre MetallsauerstoffVerbindungen, wie beispielsweise Zn2SnC>4, CdSnC>3, ZnSnC>3, Mgln2<04, GaInC>3, Zn2ln2<05 oder In4Sn30]_2 oder Mischungen unterschiedlicher Oxide. Dabei können die Metalloxide nicht zwingend eine stöchiometrische Zusammensetzung aufweisen. Insbesondere ist die Spenderschicht aus Indium-Zinnoxid (ITO) geformt. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Metallschicht Indium, Zinn, Zink oder eine Kombination aus Indium und Zinn auf . Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Verfahren einen Schritt D) auf, Aufheizen zumindest einer Metallschicht auf eine erste Temperatur Tl, sodass die Metallschicht aufgeschmolzen wird und die erste Komponente und die zweite Komponente miteinander verbunden werden. Mit anderen Worten wird die erste Temperatur so weit erhöht, dass die
Schmelztemperatur des Metalls oder des Gemisches der Metalle der Metallschicht überschritten wird, sodass die Metalle der Metallschicht aufschmelzen. Beispielsweise weist Indium eine Schmelztemperatur von 156,6 °C auf. Zinn weist eine
Schmelztemperatur von 231,9 °C auf. Die Metallschicht kann auch mehrere Metalle aufweisen oder daraus bestehen.
Insbesondere weist die Metallschicht eine Kombination aus Indium und Zinn auf. Insbesondere bilden Indium und Zinn ein eutektisches Gemisch. Ein Gemisch aus Indium mit 52 Gew% und Zinn mit 48 Gew% weist eine Schmelztemperatur von 117 °C bis 118 °C auf. Durch das Aufschmelzen der Metallschicht verhält sich die Metallschicht wie ein metallisches Lotmaterial.
Insbesondere weist die Metallschicht ein duktives Verhalten auf. Die Metallschicht verbindet die erste und die zweite Komponente miteinander. Beispielsweise kann die Verbindung eine mechanische Verbindung der ersten Komponente und der zweiten Komponente sein. Ferner kann auch eine elektrische Verbindung der ersten Komponente mit der zweiten Komponente über die Metallschicht erfolgen. Insbesondere bilden die Metallschicht und die Spenderschicht oder die
Metalloxidschicht und die Spenderschicht ein
Verbindungselement, das die erste Komponente mit der zweiten Komponente verbindet. Insbesondere ist das Verbindungselement in direktem mechanischem und/oder elektrischem Kontakt zur ersten Komponente als auch zur zweiten Komponente angeordnet. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Verfahren einen Schritt E) auf, Aufheizen der Anordnung auf eine zweite Temperatur, sodass der Sauerstoff aus der Spenderschicht in die Metallschicht übergeht und die Metallschicht sich zu einer stabilen Metalloxidschicht umwandelt. Insbesondere weist die Metalloxidschicht eine höhere Schmelztemperatur als die Metallschicht auf. Dabei verbindet zumindest die
Spenderschicht und die Metalloxidschicht die erste Komponente mit der zweiten Komponente oder umgekehrt. Mit anderen Worten wird durch die Verbindung der beiden
Komponenten über die Spenderschicht und die Metalloxidschicht eine stabile mechanische und gegebenenfalls zusätzlich eine elektrische Verbindung erzeugt. Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die zweite
Temperatur im Schritt E) größer als die erste Temperatur im Schritt D) . Insbesondere unterscheiden sich die erste und die zweite Temperatur um mindestens den Faktor 1,5; 1,8; 1,9; 2; 2,5 oder 3 voneinander. Durch das Aufheizen der Anordnung, die insbesondere die Metallschicht, die erste Komponente, die zweite Komponente und die Spenderschicht umfasst, auf eine zweite Temperatur, geht der überschüssige Sauerstoff aus der Spenderschicht in die Metallschicht über. Es erfolgt eine Oxidation oder Autooxidation der Metallschicht unter Bildung der Metalloxidschicht. Die Metallschicht wandelt sich in eine feste Metalloxidschicht um. Insbesondere ist die
Metalloxidschicht mechanisch stabil. Die Metalloxidschicht weist eine höhere Schmelztemperatur auf oder eine höhere WiederaufSchmelztemperatur als die Metallschicht. Die
Metalloxidschicht wird aus der Metallschicht und dem in der Spenderschicht vorhandenem Sauerstoff erzeugt. Damit ist die Zuführung anderer externer Reaktionspartner zur Erzeugung einer stabilen Verbindung nicht erforderlich.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Metallschicht Indium, Zink, Zinn oder eine Kombination aus Indium und Zinn auf. Im Falle des Indiums als Metallschicht wird Indiumoxid als Metalloxidschicht gebildet. Im Falle des Zinns als
Metallschicht wird Zinnoxid als Metalloxidschicht gebildet. Im Falle des Zinks als Metallschicht wird Zinkoxid als
Metalloxidschicht gebildet. Im Fall einer Mischung aus Indium und Zinn als Metallschicht wird Indium-Zinnoxid als
Metalloxidschicht gebildet.
Alternativ oder zusätzlich kann die Spenderschicht aus
Indiumoxid, Zinnoxid oder Indium-Zinnoxid sein. Insbesondere ist die Spenderschicht aus Indium-Zinnoxid geformt. Indium- Zinnoxid weist den Vorteil auf, dass es transparent und elektrisch leitfähig ist. Dadurch kommt es zu einer geringen Absorption von Licht im sichtbaren Wellenlängenbereich.
Außerdem ist eine ausreichende thermische und mechanische Stabilität zur Herstellung der Komponenten, insbesondere von optoelektronischen Halbleiterbauteilen, gegeben.
Die Metalloxidschicht weist im Vergleich zur Metallschicht einen höheren Schmelzpunkt auf und ist gegebenenfalls transparent. Beispielsweise weist die Metallschicht aus Indium einen Schmelzpunkt von 156, 9 °C und die
Metalloxidschicht aus Indiumoxid (111203) einen höheren
Schmelzpunkt von 1910 °C auf. Beispielsweise weist die
Metallschicht aus Zinn einen Schmelzpunkt von 231,9 °C und die Metalloxidschicht aus Zinnoxid einen höheren Schmelzpunkt von 1630 °C auf. Beispielsweise weist die Metallschicht aus Indium und Zinn einen Schmelzpunkt von 118 °C und die
Metalloxidschicht aus Indium-Zinnoxid (ITO) einen höheren Schmelzpunkt von zirka 1900 °C auf.
Das Verfahren kommt dem häufig in der Halbleiterindustrie verwendeten Bondprozess nahe, bei der sich die Verbindung durch eine isothermische Erstarrungsreaktion ausbildet. Der wesentliche Unterschied ist jedoch, dass sich die
Metalloxidschicht nicht durch Mischung und Reaktion von mehreren Legierungselementen bildet, sondern durch Oxidation der Metallschicht mit dem Sauerstoff aus der Spenderschicht. Somit wird ein Verbindungselement mit ausreichend hohem
Schmelzpunkt erzeugt, welche sich beispielsweise für die
Fertigung von optoelektronischen Halbleiterbauteilen eignet.
Der Erfinder hat erkannt, dass mit dem hier vorgeschlagenen Fügeverfahren insbesondere metallische nichttransparente Verbindungselemente durch Oxidation in eine keramische und gegebenenfalls auch leitfähige und transparente Schicht umgewandelt werden kann. Dieses Verbindungselement, das insbesondere die Spenderschicht und die Metalloxidschicht umfasst, weist eine hohe Verbindungskraft oder Adhäsionskraft zur ersten und zweiten Komponente auf. Das Verbindungselement kann gute optische Eigenschaften, wie eine hohe Transparenz von > 80% oder 90% für sichtbares Licht, aufweisen. Ferner kann das Verbindungselement zusätzlich elektrische
Eigenschaften, wie eine hohe elektrische Leitfähigkeit, aufweisen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die
Spenderschicht und die Metalloxidschicht nach Schritt D) die gleichen Metalloxide auf. Zusätzlich können sich Spenderschicht und Metalloxidschicht lediglich durch ihren Anteil an Sauerstoff unterscheiden. Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden die
Spenderschicht und die Metallschicht durch Sputtern
aufgebracht. Alternativ oder zusätzlich kann die
Metalloxidschicht durch Oxidation der Metallschicht erzeugt werden. Alternativ kann statt Sputtern thermisches Verdampfen verwendet werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird die Spenderschicht mittels Sputtern im Schritt B) zumindest eines Metalls und Sauerstoff unter Bildung eines Metalloxids erzeugt. Die
Metallschicht wird durch Sputtern beispielsweise in derselben Anlage zumindest eines Metalls erzeugt. Insbesondere
entspricht das Metall der Metallschicht dem Metall des
Metalloxids der Spenderschicht. Gemäß zumindest einer Ausführungsform erfolgt das Einbringen des Sauerstoffs im Schritt B) . Insbesondere erfolgt ein kontinuierlicher oder diskontinuierlicher Sauerstoffström mit einer Geschwindigkeit kl und/oder einem Anteil nl zur
Einbringung des Sauerstoffs in die Spenderschicht.
Insbesondere weist der Sauerstoff im Schritt C) eine
Geschwindigkeitsrate k2 < kl und/oder einen Anteil n2 < nl auf, sodass die Metallschicht erzeugt wird. Mit anderen
Worten wird beispielsweise ein Metall, wie Zinn, und
Sauerstoff als Zinnoxid zur Erzeugung der Spenderschicht aufgebracht. Es kann ein ständiger Sauerstoffstromfluss erfolgen, sodass sich das Zinnoxid bildet. Mit
fortschreitendem Verfahren kann der Anteil des Sauerstoffs reduziert werden, sodass Zinn metallisch abgeschieden wird und sich kein Zinnoxid bildet. Es bildet sich somit die
Metallschicht. Anschließend kann im Verfahrensschritt D) die Metallschicht aufschmelzen und die beiden Komponenten
verbunden werden. In einem anschließenden Aufheizschritt mit einer zweiten Temperatur kann dann der Sauerstoff aus der Sauerstoffreichen Spenderschicht in die Metallschicht
übergehen und somit beispielsweise aus dem Metall der
Metallschicht, wie Zinn, ein Metalloxid, wie Zinnoxid, als Metalloxidschicht bilden. Mit anderen Worten sind hier keine weiteren Reaktionspartner außer Sauerstoff zur Bildung eines stabilen Verbindungselements erforderlich.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die
Metallschicht und die Spenderschicht jeweils eine
Schichtdicke auf von 10 nm bis 200 nm, insbesondere zwischen 40 nm und 120 nm, beispielsweise 60 nm. Die Metalloxidschicht kann eine Schichtdicke von 10 nm bis 200 nm, insbesondere zwischen 40 nm und 120 nm, beispielsweise 60 nm aufweisen. Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die erste
Temperatur aus einem Temperaturbereich von 25 °C bis 250 °C, insbesondere zwischen 120 °C bis 240 °C, beispielsweise 170 °C, ausgewählt. Die zweite Temperatur weist insbesondere eine höhere Temperatur als die erste Temperatur auf. Insbesondere ist die zweite Temperatur größer als 200 °C, beispielsweise 230 °C.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird der Sauerstoff der Spenderschicht mittels eines Ionenimplantationsverfahrens in die Spenderschicht nach Schritt B) eingebracht. Das
Ionenimplantationsverfahren ist dem Fachmann bekannt und wird daher hier nicht näher erläutert. Alternativ kann der Sauerstoff der Spenderschicht mittels eines SauerstoffStroms während des Schritts B) in die
Spenderschicht eingebracht werden. Der Sauerstoff kann sich in beiden Verfahren in einem
überstöchiometrischen Verhältnis in der Spenderschicht einlagern. Insbesondere ist Spenderschicht aus Indium- Zinnoxid gebildet, so dass nach Einbringen von Sauerstoff Indium-Zinnoxid mit einem überstöchiometrischen Anteil an Sauerstoff vorliegt. Der Sauerstoff lagert sich insbesondere in die Zwischenräume oder Poren des Wirtskristalls ein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform erfolgt das Verbinden der ersten und der zweiten Komponente unter Druck.
Insbesondere ist der Druck mindestens 1,8 bar, beispielsweise 2 bar .
Bei dem hier vorgeschlagenen Verfahren können beispielsweise optoelektronische Halbleiterbauelemente direkt miteinander verbunden werden. Das Verfahren kann beispielsweise das
Direktbonden ersetzen. Die wesentliche Herausforderung beim Direktbonden sind die hohen Anforderungen an die Oberflächen. Diese müssen weitgehend frei von Partikeln und sehr glatt sein. Außerdem dürfen die Komponenten nur eine sehr geringe Durchbiegung und geringere Schwankung in der Gesamtdicke (total thickness Variation, TTV) aufweisen. So führt zum Beispiel ein Partikel mit einer Größe von 10 nm zu einem Hohlraum (Lunker) mit einer Größe von zirka 100 ym. Bei dem hier vorgeschlagenen Verfahren können Partikel mit einer Größe von 10 nm, in die beim Verbinden flüssige Metallschicht hineingedrückt und eingebettet werden, ohne dass Hohlräume erzeugt werden. Dies bietet große Vorteile in Bezug auf die geringen Anforderungen an die Oberflächenqualität der Komponenten, was zu höheren Ausbeuten führen und die Anzahl an Prozessschritten verringern kann.
Es wird weiterhin ein Bauelement angegeben. Das Bauelement umfasst insbesondere zumindest die zwei Komponenten, die
Spenderschicht und die Metalloxidschicht. Insbesondere wird das Bauelement aus dem oben beschriebenen Verfahren zum
Verbinden von zumindest zwei Komponenten hergestellt. Das heißt, sämtliche für das Verfahren offenbarten Merkmale sind auch für das Bauelement offenbart und umgekehrt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Bauelement zumindest zwei Komponenten, die erste und zweite Komponente, auf. Zwischen den zwei Komponenten sind eine Spenderschicht und eine Metalloxidschicht angeordnet. Die Metalloxidschicht ist durch Oxidation einer Metallschicht erzeugt. Die
Spenderschicht ist Sauerstoffangereichert . Der Sauerstoff ist zur Oxidation der Metallschicht zur Erzeugung der
Metalloxidschicht in der Spenderschicht eingebracht.
Insbesondere weisen die Spenderschicht und die
Metalloxidschicht die gleichen Materialien auf. Vorzugsweise sind die Spenderschicht und die Metallschicht aus Indium- Zinnoxid, Zinnoxid oder Indiumoxid geformt. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Bauelement ein optoelektronisches Halbleiterbauteil als erste und/oder zweite Komponente auf. Insbesondere ist das optoelektronische Halbleiterbauteil zumindest ein III-V-
Verbindungshalbleitermaterial und weist einen pn-Übergang auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Bauelement zumindest zwei oder genau zwei Halbleiterschichtenfolgen auf, die jeweils zur Emission von Strahlung im gleichen oder unterschiedlichen Wellenlängenbereich eingerichtet sind.
Insbesondere emittieren die zumindest zwei
Halbleiterschichtenfolgen unterschiedliche Strahlung in
Betrieb des Bauelements, die aus dem blauen, roten und grünen Wellenlängenbereich ausgewählt ist. Die
Halbleiterschichtfolge umfasst zumindest eine p-dotierte Halbleiterschicht, zumindest eine n-dotierte
Halbleiterschicht und eine aktive Schicht mit einem pn- Übergang. Zwischen den zumindest zwei
Halbleiterschichtenfolgen sind zumindest eine Spenderschicht, insbesondere eine oder zwei Spenderschichten, und eine
Metalloxidschicht angeordnet. Im Fall von 2 Spenderschichten ist die eine Spenderschicht an der einen
Halbleiterschichtenfolge und die andere Spenderschicht an der anderen Halbleiterschichtenfolge direkt, also in direktem mechanischem Kontakt, angeordnet. Zwischen den zwei
Spenderschichten ist die Metalloxidschicht angeordnet, die sowohl direkt an die eine und als auch an die andere
Spenderschicht angrenzt. Mit anderen Worten weist das
Bauelement den Aufbau auf: Halbleiterschichtenfolge - Spenderschicht - Metalloxidschicht - Spenderschicht - Halbleiterschichtenfolge. Das Bauelement kann damit Strahlung jeder möglichen Farbe erzeugen.
Zusätzlich können auch mehr als zwei
Halbleiterschichtenfolgen, beispielsweise drei, vier oder fünf, in dem Bauelement vorhanden sein. Benachbarte
Halbleiterschichtenfolgen sind dann durch zwei
Spenderschichten und eine Metalloxidschicht voneinander getrennt . Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die zwei
Spenderschichten und die Metalloxidschicht jeweils aus dem gleichen Material, insbesondere aus einem transparenten und/oder leitfähigen Material, wie Indium-Zinnoxid, geformt.
Weitere Vorteile, vorteilhafte Ausführungsformen und
Weiterbildungen ergeben sich aus den im Folgenden in
Verbindung mit den Figuren beschriebenen
Ausführungsbeispielen .
Die Figuren zeigen:
Die Figuren 1A bis 5C jeweils eine schematische Seitenansicht eines Verfahrens zum Verbinden von zumindest zwei Komponenten gemäß einer Ausführungsform.
In den Ausführungsbeispielen und Figuren können gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen. Vielmehr können einzelne Elemente wie zum Beispiel Schichten, Bauteile, Bauelemente und Bereiche zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt werden.
Die Figuren 1A und 1B zeigen ein Verfahren zum Verbinden oder Fügen von zumindest zwei Komponenten gemäß einer
Ausführungsform. Die Figur 1A zeigt das Bereitstellen
zumindest der ersten Komponente 1 und der zweiten Komponente 2 (Schritt A) ) . Auf die erste Komponente 1 und/oder zweite Komponente 2 wird die Spenderschicht 3 insbesondere in direktem mechanischem und/oder elektrischem Kontakt
aufgebracht. Die Spenderschicht 3 ist insbesondere mit Sauerstoff 31 angereichert. Beispielsweise ist die Spenderschicht aus Indium-Zinnoxid geformt. Der Sauerstoff 31 in dem Indium-Zinnoxid lagert sich insbesondere in die
Zwischenräume des Kristallgitters des Mischoxids Indium- Zinnoxid (ITO) an. Der Spenderschicht 3 ist insbesondere eine Metallschicht 4 direkt nachgeordnet. Die Spenderschicht 3 und die Metallschicht 4 werden insbesondere durch Sputtern aus derselben Anlage aufgebracht. Insbesondere weist die
Metallschicht das gleiche Metall auf, wie das Metall des Metalloxids oder Metallmischoxids der Spenderschicht 3
(Schritte B) und C) ) . Anschließend erfolgt das Aufheizen zumindest der Metallschicht 4 oder der gesamten Anordnung aufweisend die erste und/oder zweite Komponente, die
Spenderschicht 3 und die Metallschicht 4 auf eine erste
Temperatur Tl. Insbesondere ist die erste Temperatur Tl so groß, dass die Metallschicht 4 aufgeschmolzen wird und die erste Komponente 1 und die zweite Komponente 2 miteinander verbindet. Insbesondere ist dies eine mechanische und/oder elektrische Verbindung (Schritt D) ) . Anschließend kann die Anordnung auf eine zweite Temperatur T2 aufgeheizt werden, sodass der Sauerstoff 31 aus der Spenderschicht 3 in die Metallschicht 4 übergeht. Aus der Metallschicht 4, die ein Metall aufweist, wird eine Metalloxidschicht 5 durch
Oxidation gebildet. Die Metalloxidschicht 5 ist insbesondere mechanisch stabil und/oder transparent. Dabei weist die
Metalloxidschicht 5 eine höhere WiederaufSchmelztemperatur als die Metallschicht 4 auf. Dadurch wird eine hervorragende Verbindung zwischen erster und zweiter Komponente 1, 2 erzeugt .
Die Figur 1B zeigt eine schematische Seitenansicht, wenn beide Komponenten miteinander verbunden sind. Dabei weist die Anordnung eine erste Komponente 1, nachfolgend eine Spenderschicht 3, nachfolgend eine Metalloxidschicht 5 und nachfolgend eine zweite Komponente 2 auf. Alternativ kann auch der zweiten Komponente 2 die Spenderschicht 3
nachgeordnet sein. Der Spenderschicht 3 ist dann die
Metalloxidschicht 5 und der wiederum die erste Komponente 1 nachgeordnet .
Die Figuren 2A und 2B zeigen ein Verbinden von zumindest zwei Komponenten 1, 2 gemäß einer Ausführungsform. Auf die erste Komponente 1 kann die Spenderschicht 3 aufgebracht werden. Die Spenderschicht 3 ist insbesondere mit Sauerstoff 31 angereichert (hier nicht gezeigt) . Auf der zweiten Komponente 2 kann die Metallschicht 4 aufgebracht werden. Anschließend können die Verfahrensschritte D) und E) durchgeführt werden. Dabei bildet sich ein Bauelement 100, das eine erste
Komponente 1, nachfolgend eine Spenderschicht 3, nachfolgend eine Metalloxidschicht 5 und nachfolgend eine zweite
Komponente 2 aufweist. Mit anderen Worten wird die
Metallschicht 4 durch Oxidation mit dem in der Spenderschicht vorhandenen Sauerstoff 31 zur Metalloxidschicht 5
umgewandelt .
Die Figuren 3A bis 3B zeigen ein Verfahren zum Verbinden von zumindest zwei Komponenten 1, 2. Die Figur 3A zeigt eine Komponente 1. Alternativ zeigt die Figur 3A eine zweite
Komponente 2. Die Komponenten 1, 2 sind insbesondere
röhrenförmig ausgeformt. Insbesondere handelt es sich bei den beiden Komponenten 1, 2 jeweils um ein Rohr. Auf den
Querschnittsflächen der jeweiligen Komponente 1, 2 wird eine Spenderschicht 3 aufgebracht. Anschließend kann eine
Metallschicht 4 aufgebracht werden (Figur 3B) . Es erfolgt das Verbinden oder das Fügen von zumindest zwei Rohren, um eine feste Verbindung zwischen den zwei Rohren zu erzeugen (Figur 3C) .
Die Figuren 4A und 4B zeigen ein Verfahren zum Verbinden von zumindest zwei Komponenten 1, 2 gemäß einer Ausführungsform. Insbesondere weist die zweite Komponente 2 ein
optoelektronisches Halbleiterbauteil oder eine LED auf. Die Figuren 4A und 4B unterscheiden sich von den Figuren 1A und 2B dadurch, dass zwei zweite Komponenten 2 auf eine erste Komponente 1 aufgebracht werden. Alternativ oder zusätzlich können auch mehr als zwei zweite Komponenten 2 auf eine erste Komponente 1 aufgebracht werden oder umgekehrt. Auf eine erste Komponente 1 kann eine Spenderschicht 3, die mit
Sauerstoff 31 angereichert ist, aufgebracht werden.
Anschließend erfolgt das Aufbringen einer Metallschicht 4 und das Aufbringen der zweiten Komponenten 2. Die erste und zweiten Komponenten 1, 2 verbinden sich miteinander im
Schritt D) , wobei dort die Metallschicht 4 auf eine erste Temperatur Tl aufgeheizt wird, sodass die Schmelztemperatur überschritten ist. Dadurch liegt die Metallschicht 4
aufgeschmolzen vor und kann eine Verbindung zwischen erster und jeweiliger zweiter Komponente 2 erzeugen. Bei einem weiteren Aufheizschritt mit einer zweiten Temperatur T2 kann die Metallschicht in eine Metalloxidschicht 5 mit dem
Sauerstoff 31 der Spenderschicht 3 umgewandelt werden. Es resultiert ein Verbindungselement aufweisend eine
Spenderschicht 3 und eine Metalloxidschicht 5, die eine feste mechanische und/oder elektrische Verbindung zwischen den beiden Komponenten 1, 2 erzeugt. Anschließend können die zweiten Komponenten 2, die sich auf einer gemeinsamen ersten Komponente 1 befinden, vereinzelt 7 werden. Dies kann
beispielsweise mittels Sägen oder eines Lasertrennverfahrens erfolgen . Es können insbesondere auch III-V-Halbleiterschichten auf einer ersten und/oder zweiten Komponente 1, 2 angeordnet sein. Insbesondere ist dann die erste und/oder zweite
Komponente 1, 2 als Wachstumssubstrat ausgeformt. Zunächst kann auf die freiliegende Oberfläche der III-V- Halbleiterschichten eine Spenderschicht 3 aus einem
Metalloxid, beispielsweise Indium-Zinnoxid, aufgebracht werden .
Die Spenderschicht 3 aus Indium-Zinnoxid weist insbesondere einen überstöchiometrischen Anteil an Sauerstoff auf.
Insbesondere wird die Spenderschicht 3 mit einer Dicke von 60 nm abgeschieden. Die Spenderschicht 3 ist reaktiv, es
reagieren also beispielsweise die Metallteilchen, zum
Beispiel Indium und Zinn, mit dem Sauerstoff zu einem
Metalloxid, wie Indium-Zinnoxid.
Das Aufbringen der Spenderschicht 3 erfolgt durch Sputtern, wobei Sauerstoff zum Prozessgas hinzugefügt wird.
Insbesondere ist die Zusammensetzung des zum Sputtern
genutzten Targets 90 Gew% Indium und 10 Gew% Zinn. In einem weiteren Prozess wird die Beimengung von Sauerstoff zum
Prozessgas unterbrochen, sodass sich zumindest mit
zunehmender Dicke der aufgebrachten Spenderschicht 3, insbesondere der Indium-Zinnschicht, immer weniger Sauerstoff in ihr befindet. Es wird insbesondere weiter gesputtert, bis eine Metallschicht 4, insbesondere aus Indium und Zinn, auf der Oberfläche vorliegt.
Die Metallschicht 4 hat insbesondere eine Dicke von 4 bis 8 nm, beispielsweise 5 nm. Anschließend können die erste und die zweite Komponente 1, 2 miteinander verbunden, insbesondere verbunden werden. Das Verbinden kann insbesondere bei einer ersten Temperatur Tl von < 200 °C, beispielsweise bei 180 °C, durchgeführt werden. Die
Komponenten 1, 2 werden ausgehend von Raumtemperatur, also ausgehend von 25 °C, auf die zum Verbinden verwendete erste Temperatur Tl geheizt. Bei Erreichen der ersten Temperatur Tl werden die Schichten insbesondere mit einem Druck von > 1,8 bar, beispielsweise 2 bar, aufeinandergepresst . Die
Komponenten 1, 2 können in diesem Zustand für etwa fünf
Minuten gehalten werden.
Anschließend kann die Temperatur weiter auf eine zweite
Temperatur T2 gesteigert werden, beispielsweise auf bis zu 350 °C. Bei dieser Temperatur können die beiden Komponenten 1, 2 für eine Stunde ausgeheizt werden. Dabei diffundiert insbesondere der Sauerstoff 31 aus der Spenderschicht 3 in die Metallschicht 4, die insbesondere aus Indium-Zinn
besteht, und wandelt das Metall der Metallschicht 4 in eine Metalloxidschicht 5 um.
Insbesondere ist die Metalloxidschicht 5 keramisch.
Alternativ oder zusätzlich ist die Metalloxidschicht 5 optisch transparent. Alternativ oder zusätzlich ist die
Metalloxidschicht 5 elektrisch leitfähig. Vorzugsweise besteht die Metalloxidschicht aus Indium-Zinnoxid. Die
Verbindung zwischen der ersten und der zweiten Komponente 1, 2 über die Spenderschicht 3 und die Metalloxidschicht 5 weist nun einen drastisch höheren Schmelzpunkt als zuvor die
Metallschicht 4 auf. Zudem kann die Metalloxidschicht 5 im Vergleich zur Metallschicht 4 transparent ausgeformt sein.
Die Figuren 5A bis 5C zeigen ein Verfahren zum Verbinden oder Fügen von zumindest zwei Halbleiterschichtenfolgen Hl, H2 gemäß einer Ausführungsform. Die Figur 1A zeigt das
Bereitstellen zumindest der ersten Komponente 1, die eine Halbleiterschichtenfolge Hl und eine Wachstumssubstrat Wl, beispielsweise aus Saphir, aufweist. Die Figur 1A zeigt ferner das Bereitstellen zumindest der zweiten Komponente 2, die eine Halbleiterschichtenfolge H2 und eine
Wachstumssubstrat W2, beispielsweise aus Saphir, aufweist. Auf die erste Komponente 1 und zweite Komponente 2 wird jeweils die Spenderschicht 3 insbesondere in direktem
mechanischem und/oder elektrischem Kontakt und anschließend jeweils die Metallschicht 4 aufgebracht.
Anschließend erfolgt das Verbinden der beiden Komponenten 1, 2, wobei sich die Metallschicht 4 in eine Metalloxidschicht 5 umwandelt (Figur 5B) . Damit resultiert ein Schichtaufbau: Wachstumssubstrat W2 - Halbleiterschichtenfolge H2 - Spenderschicht 3 - Metalloxidschicht 5 - Spenderschicht 3 - Halbleiterschichtenfolge Hl - Wachstumssubstrat Wl . Die Halbleiterschichtenfolgen Hl, H2 grenzen insbesondere direkt an die jeweiligen Spenderschichten 3 an.
Anschließend kann , wie in Figur 5C gezeigt, das
Wachstumssubstrat Wl der ersten Komponente 1 entfernt werden und auf die Halbleiterschichtenfolge Hl eine Spenderschicht 3 und Metallschicht 4 aufgebracht werden. Die Schritte der Figur 5A können dann beliebig mit weiteren Komponenten, beispielsweise der ersten, zweiten oder einer dritten
Komponente 3 wiederholt werden, wobei ein Bauelement
resultiert, das beispielsweise drei Halbleiterschichtenfolgen Hl, H2, H3 aufweist, wobei benachbarte
Halbleiterschichtenfolgen jeweils durch mindestens eine
Spenderschicht 3, insbesondere zwei Spenderschichten 3, und eine Metalloxidschicht 5 voneinander getrennt sind.
Insbesondere emittieren die Halbleiterschichtenfolgen Hl, H2, H3 Strahlung unterschiedlicher Wellenlänge, beispielsweise Strahlung aus dem roten, gelben und blauen
Wellenlängenbereich, so dass die Gesamtemission des
Bauelements 100 jede Wellenlänge des sichtbaren Bereichs, beispielsweise weißes Mischlicht, aufweisen kann.
Insbesondere sind die jeweiligen Spenderschichten 3 und die Metalloxidschichten 5 aus Indium-Zinnoxid geformt. Damit können Absorptionsverluste der emittierten Strahlung
reduziert werden.
Die in Verbindung mit den Figuren beschriebenen
Ausführungsbeispiele und deren Merkmale können gemäß weiterer Ausführungsbeispiele auch miteinander kombiniert werden, auch wenn solche Kombinationen nicht explizit in den Figuren gezeigt sind. Weiterhin können die in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispiele zusätzliche oder alternative Merkmale gemäß der Beschreibung im allgemeinen Teil aufweisen.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den
Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist. Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2015 111 040.7, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird. Bezugs zeichenliste
1 erste Komponente
2 zweite Komponente
3 Spenderschicht
31 Sauerstoffangereicherte Spenderschicht
4 Metallschicht
5 Metalloxidschicht
6 Sauerstoffström
7 Vereinzeln
Tl erste Temperatur
T2 zweite Temperatur

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Verbinden von zumindest zwei Komponenten (1, 2) mit den Schritten:
A) Bereitstellen zumindest einer ersten Komponente (1) und einer zweiten Komponente (2),
B) Aufbringen zumindest einer Spenderschicht (3) auf die erste und/oder die zweite Komponente (1, 2), wobei die
Spenderschicht (3) mit Sauerstoff (31) angereichert ist, C) Aufbringen einer Metallschicht (4) auf die Spenderschicht (3), die erste oder die zweite Komponente (1, 2),
D) Aufheizen zumindest der Metallschicht (4) auf eine erste Temperatur (Tl), so dass die Metallschicht (4) aufgeschmolzen wird und die erste Komponente (1) und die zweite Komponente (2) miteinander verbunden werden, und
E) Aufheizen der Anordnung auf eine zweite Temperatur (T2), so dass der Sauerstoff (31) aus der Spenderschicht (3) in die Metallschicht (4) übergeht und die Metallschicht (4) sich zu einer stabilen Metalloxidschicht (5) umwandelt, wobei die Metalloxidschicht (5) eine höhere Schmelztemperatur als die Metallschicht (4) aufweist, wobei zumindest die
Spenderschicht (3) und die Metalloxidschicht (5) die erste Komponente (1) mit der zweiten Komponente (2) miteinander verbindet .
2. Verfahren nach Anspruch 1,
wobei die Spenderschicht (3) aus Indium-Zinnoxid, Indiumoxid, Zinkoxid oder Zinnoxid ist, wobei das Indium-Zinnoxid,
Indiumoxid oder Zinnoxid mit Sauerstoff (31) angereichert ist.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Metallschicht (4) Indium, Zinn, Zink oder eine Kombination aus Indium und Zinn aufweist, wobei im Fall des Indiums als Metallschicht (4) Indiumoxid als
Metalloxidschicht (5) gebildet wird,
wobei im Fall des Zinns als Metallschicht (4) Zinnoxid als Metalloxidschicht (5) gebildet wird, wobei im Fall des Zinks als Metallschicht (4) Zinkoxid als Metalloxidschicht (5) gebildet wird und wobei im Fall einer Mischung aus Indium und Zinn als Metallschicht (4) Indium-Zinnoxid als
Metalloxidschicht (5) gebildet wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Spenderschicht (3) ein Oxid zumindest eines Metalls aufweist .
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Spenderschicht (3) und die Metalloxidschicht (5) nach Schritt D) die gleichen Metalloxide aufweisen.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Spenderschicht (3) und die Metallschicht (4) durch Sputtern und die Metalloxidschicht (5) durch Oxidation der Metallschicht (4) erzeugt werden.
7. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch,
wobei die Spenderschicht (3) mittels Sputtern im Schritt B) zumindest eines Metalls und von Sauerstoff unter Bildung eines Metalloxids erzeugt wird, wobei die Metallschicht (4) durch Sputtern in derselben Anlage zumindest eines Metalls erzeugt wird, wobei das Metall der Metallschicht (4) dem Metall des Metalloxids der Spenderschicht (3) entspricht.
8. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei im Schritt B) ein kontinuierlicher Sauerstoffström (6) mit einer Geschwindigkeitsrate kl und einem Anteil nl zur Einbringung des Sauerstoffs (31) in die Spenderschicht (3) eingebracht wird, wobei der Sauerstoffström (6) im Schritt C) eine Geschwindigkeitsrate k2 < kl und einen Anteil n2 < nl aufweist, so dass die Metallschicht (4) erzeugt wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die zweite Komponente (2) eine lichtemittierende
Leuchtdiode umfasst, und wobei zumindest die erste Komponente
(1) aus einer Gruppe ausgewählt ist, die Saphir,
Siliziumnitrid, ein Halbleitermaterial, ein keramisches
Material, ein Metall und Glas umfasst.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Komponente (1) und/oder die zweite Komponente
(2) ein Rohr und/oder Schlauch ist.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Temperatur (T2) im Schritt E) größer als die erste Temperatur (Tl) im Schritt D) ist und sich die erste und die zweite Temperatur (Tl, T2) um mindestens den Faktor 1,5 voneinander unterscheiden.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Sauerstoff (31) der Spenderschicht (3) mittels eines Ionenimplantationsverfahrens in die Spenderschicht (3) nach Schritt B) eingebracht wird, oder wobei der Sauerstoff (31) der Spenderschicht (3) mittels eines SauerstoffStroms (6) während des Schritts B) in die Spenderschicht (3)
eingebracht wird.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verbinden der ersten und der zweiten Komponente (1, 2) unter Druck von mindestens 1,8 bar erfolgt.
14. Bauelement, das zumindest zwei Halbleiterschichtenfolgen (Hl, H2) aufweist, die jeweils zur Emission von Strahlung im gleichen oder unterschiedlichem Wellenlängenbereich
eingerichtet sind, wobei zwischen den zumindest zwei
Halbleiterschichtenfolgen (Hl, H2) zumindest eine oder zwei Spenderschichten (3) und eine Metalloxidschicht (5)
angeordnet sind, wobei im Fall von zwei Spenderschichten die eine Spenderschicht (3) an der einen Halbleiterschichtenfolge (Hl) und die andere Spenderschicht (3) an der anderen
Halbleiterschichtenfolge (H2) direkt angeordnet sind und wobei zwischen den zwei Spenderschichten (3) die
Metalloxidschicht (5) direkt angeordnet ist.
15. Bauelement nach Anspruch 14, wobei die zwei
Spenderschichten (3) und die Metalloxidschicht (5) jeweils aus einem gleichen transparenten leitfähigen Material geformt sind.
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