DE102008038852A1

DE102008038852A1 - Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelementes und optoelektronisches Bauelement

Info

Publication number: DE102008038852A1
Application number: DE102008038852A
Authority: DE
Inventors: Andreas Dr. Plößl
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2008-06-03
Filing date: 2008-08-13
Publication date: 2009-12-17
Anticipated expiration: 2028-08-14
Also published as: DE102008038852B4

Abstract

In einem Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelementes wird eine epitaktisch auf einem Aufwachssubstrat gewachsene Schichtenfolge bereitgestellt. Diese umfasst eine zur Lichtemission geeignete Schicht, eine erste Hauptseite und eine der Hauptabstrahlrichtung abgewandte zweite Hauptseite. Auf der zweiten Hauptseite wird eine erste im Wesentlichen glatte leitfähige Schicht aufgebracht. Des Weiteren wird ein Substratträger mit einer ersten Hauptseite bereitgestellt, wobei auf der ersten Hauptseite eine zweite im Wesentlichen glatte leitfähige Schicht angeordnet ist. Erste und zweite Schichten werden aneinander angefügt, so dass sich zwischen den beiden im Wesentlichen glatten leitfähigen Schichten eine ausgedehnte kovalente oder metallische Bindung ausbildet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelementes sowie ein optoelektronisches Bauelement.
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. 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.
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 Beschä digungen des Bauelementes während der Fertigung führen, wodurch sich die Ausbeute verringert.
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.
Diese Aufgaben werden mit den Gegenständen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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.
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. Auf der zweiten Hauptseite wird nun eine erste im Wesentlichen glatte leitfähige Schicht, insbesondere eine metallische Schicht aufgebracht. Anschließend wird ein Substratträger bereitgestellt, welches 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 direkt aneinander angefügt, so dass sich zwischen den beiden im Wesentlichen glatten leitfähigen Schichten eine ausgedehnte kovalente oder metallische. Bindung ausbildet.
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.
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.
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 Anspreng- beziehungsweise 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.
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.
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.
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.
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.
Erste und zweite leitfähige Schicht kann durch chemisch-mechanisches Polieren geglättet und auf die gewünschte Oberflächenrauheit gebracht werden.
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 wäh rend des Ansprengvorgangs. Die edlen Metalle verringern das Oxidationsrisiko, wodurch die Ausbildung der metallischen Bindung über die Fügegrenzfläche hinweg nur wenig gehemmt wird.
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.
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 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 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 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.
Darüber hinaus ist es auch möglich, erste und zweite leitfähige Schicht als Kontaktschicht für eine Teilschicht der epitaktisch gewachsenen Schichtenfolge zu verwenden.
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. 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 leitfähige Schicht vorgesehen, die einerseits innig mit der epitaktisch gewachsenen Schichtenfolge und andererseits mit dem Trägersubstrat verbunden ist und hierbei kovalente beziehungsweise metallische Bindungen aufweist. Innerhalb der leitfähigen Schicht existiert ein flächiger Bereich, der eine gegenüber anderen Bereichen der leitfähigen Schicht unterschiedliche Defektdichte aufweist.
Ebenso kann dieser flächige Bereich auch eine größere Dichte an Material aufweisen, welches gegenüber dem Material der leitfähigen Schicht unterschiedlich ist.
Im Weiteren wird die Erfindung anhand verschiedener Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im Detail erläutert.
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 bis 3F eine Ausführungsform des vorgeschlagenen Verfahrens,
4A bis 4F eine zweite Ausführungsform des vorgeschlagenen Verfahrens,
5 eine weitere Ausführungsform eines optoelektronischen Bauelementes nach dem vorgeschlagenen Prinzip.
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.
1 zeigt ein optoelektronisches Bauelement während des Herstellungsprozesses nach dem vorgeschlagenen Prinzip. Bei dieser Ausführungsform ist das Aufwachssubstrat 14 beispielsweise als ein Wafer aus Saphir ausgebildet. Auf diesem wurde in vorangegangenen Prozessschritten eine Schichtenfolge 10 aus mehreren Teilschichten epitaktisch aufgewachsen. Beispielsweise kann dies über ein MOVPE „Metal-Organic Vapor Phase Epitaxy” mit Temperaturen im Bereich von mehreren 100 Grad Celsius erfolgen. Alternativ hierzu können auch chemische Abscheidungsverfahren oder allgemein Gasphasenepitaxieverfahren eingesetzt werden.
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.
Die einzelnen Teilschichten 11 und 13 können darüber hinaus auch weitere zusätzliche Teilschichten umfassen. Beispielsweise dienen diese zusätzlichen Teilschichten zur Stromaufweitungsschicht, Ladungsträgertransport beziehungsweise Blockierschicht.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens kann für die Herstellung der Schichtenfolge 10 eine Dünnfilmtechnologie verwendet werden.
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.

Ein Grundprinzip eines Dünnfilm-Leuchtdiodenchips ist beispielsweise in der Druckschrift I. Schnitzer et al., Appl. Phys. Lett. 63 (16) 18. Oktober 1993, Seiten 2174–2176 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt insofern hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird. Beispiele für Dünnfilm-Leuchtdiodenchips sind in den Druckschriften EP 0905797 A2 und WO 02/13281 A1 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt insofern hiermit ebenfalls durch Rückbezug aufgenommen wird. Ein Dünnfilm-Leuchtdiodenchip ist in guter Näherung ein Lambert'scher Oberflächenstrahler und eignet sich von daher beispielsweise gut für die Anwendung in einem Scheinwerfer, etwa einem Kraftfahrzeugscheinwerfer.
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.
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 wenigs tens 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.
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.
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.
Auf der Oberfläche 15a der Stromverteilungsschicht 15 wird nun eine reflektierende Spiegelschicht 16 abgeschieden. Die Spiegelschicht 16 ist aus einem isolierenden Material gebil det 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.
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.
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.
Die Edelmetallschicht 18 kann in elektrisch leitenden Kontakt mit der Kontaktschicht 17 stehen, oder aber durch diese von einer isolierenden Zwischenschicht getrennt sein.
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.
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.
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.
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.
2 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung des fertigen Bauelementes. Nach dem Ansprengen der beiden Edelmetallschichten 18 und 32 bilden diese eine feste Einheit 19, welche den Substratträger 31 mit den weiteren Schichten des optoelektronischen Bauelementes verbindet. Nach dem Ansprengen wird in einem weiteren Schritt das Aufwachssubstrat 14 beispielsweise durch einen Laser-Liftoff entfernt, so dass die darunter liegende epitaktische Schichtenfolge 10 freiliegt. Diese wird nun an ihrer Oberfläche 11a der Teilschicht 11 strukturiert, um eine bessere Lichtauskopplung zu ermöglichen. Darüber hinaus wird auf der strukturierten Oberfläche 11a der Teilschicht 11 eine Stromaufweitungsschicht 14a aufgebracht. Diese dient ebenso wie die Stromaufweitungsschicht 15 zur lateralen Stromverteilung und Injektion der Ladungsträger in die p-dotierte Teilschicht 11. Dazu ist sie mit dem Durchbruch 40 elektrisch verbunden. Zusätzlich kann mit der aufgebrachten Schicht 14a die Lichtauskopplung verbessert werden.
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.
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.
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.
Ein derartiges Beispiel für eine Kontaktierung mittels Kontaktlöcher durch den Substratträger zeigt das Verfahren gemäß den 3A bis 3F. Bei dieser Ausführungsform ist vorgesehen, die Anschlusskontakte für die einzelnen Teilschichten der epitaktisch gewachsenen Schichtenfolge rückseitig, das heißt auf der rückwärtigen Seite des Substratträgers und damit des Trägersubstrates anzuordnen. Dies verringert eventuell vorhandene Abschatteffekte auf der Vorderseite und resultiert in der größtmöglichsten Lichtausbeute.
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.
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.
Auf der der Hauptabstrahlrichtung und dem Aufwachssubstrat 14 abgewandten Seite der zweiten Teilschicht 13 wird eine Stromaufweitungsschicht 51 angeordnet, die einen möglichst gerin gen 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.
Gemäß 3B wird nun flächig eine isolierende Schicht 182 auf die einzelnen Kontakte der Durchbrüche 45 beziehungsweise 50 abgeschieden. Die Isolationsschicht 18B dient zur elektrischen Isolierung der späteren Verbindungsschicht und den Kontaktschichten 102. Auf die Isolationsschicht 182 wird eine Edelmetallschicht 18 aufgetragen. Die Edelmetallschicht 18 kann aus Silber, Gold, Platin oder einem anderen Edelmetall gebildet sein.
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.
In gleicher Weise wird ein Trägersubstrat gemäß 3C beispielsweise aus Silizium oder Aluminiumnitrid AlN vorbereitet. Darüber hinaus eignet sich als Trägersubstrat auch Aluminiumoxyd Al₂O₃, Siliziumnitrid SiN oder andere nicht lei tende Verbindungen. Auf die Vorderseite des Trägersubstrats wird eine dünne Haftschicht 33 aus Titan aufgebracht. Auf diese wird eine zweite Edelmetallschicht 32 abgeschieden, und deren Oberfläche gereinigt, geglättet und poliert. Die Edelmetallschicht 32 und die Edelmetallschicht 18 umfassen zweckmäßigerweise das gleiche Material. Dies ist jedoch nicht zwingend, vielmehr können auch unterschiedliche Materialien für die beiden Schichten vorgesehen sein, solange in ihrem Oberflächenbereich die dortigen Atome untereinander kovalente oder metallische Bindungen großflächig eingehen können. Die Haftschicht 33 dient zu Verbesserung der Haftung der Metallschicht 32 an dem Substratträger 31. Sie kann in ihrer Dicke im Bereich von wenigen Angström bis einigen Nanometer beispielsweise bis maximal 150 Nanometer betragen.
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.
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 3D dargestellt. Die entstandene Verbindungsschicht 19 verbindet beide Elemente innig miteinander.
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 3C nicht in einem Ultrahoch- oder einem Hochvakuum sondern bei höheren Gasdrücken erfolgt. Beispielsweise kann die Grenzfläche in diesem Bereich eine höhere Dichte an Kohlenstoff, Wasser oder Sauerstoff aufweisen.
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 3E dargestellt. Dies kann je nach verwendetem Material mittels mehrerer Ätzprozesse unter Verwendung entsprechender Lithographiemasken erfolgen. Alternativ sind auch Laserbohrungen oder eine Kombination zwischen Laserbohrung und Ätzprozesse möglich. Der Durchmesser der Durchkontaktierungen 60 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel geringfügig größer als der entsprechende Durchmesser der Kontaktlöcher 50 beziehungsweise der Durchbrüche 45. Dadurch liegt jeweils im Bereich der Sei tenwände der Kontaktlöcher 60 in einem Teilbereich die isolierende Schicht 43a frei.
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.
4A bis 4H veranschaulichen die Fertigung eines optoelektronischen Bauelementes nach einer weiteren Ausführungsform des vorgeschlagenen Prinzips. Bei dieser wird ausgenutzt, dass aufgrund der großen Haftung wegen der metallischen Bindungen bereits ein Ansprengen von Metallflächen im Bereich der Durchkontaktierungen für eine Verbindung des Bauelementes auf einem Substratträger ausreichend ist.
Hierzu wird gemäß 4A auf einem Aufwachssubstrat 14 eine n-dotierte erste Epitaxieschicht aufgebracht. Beispielsweise umfasst diese einen Verbindungshalbleiter auf Galliumbasis, so zum Beispiel Galliumindiumnitrid GaInN.
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 nleitenden 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.
In einer alternativen Ausgestaltung gemäß 4C wird auf die zweite Epitaxieschicht 12c ein spiegelnder Kontakt 12e aufgebracht, und anschließend dieser von der Isolationsschicht 18c umschlossen. Dadurch wird der spiegelnde Kontakt 12e auch von späteren Kontaktierungen der ersten Epitaxieschicht 11 isoliert.
Gemäß 4D werden nun in weiteren Herstellungsprozessen in die elektrische Isolationsschicht 18c mehrere Durchkontaktierungen eingebracht. Im Einzelnen werden erste Durchkontaktierungen 402 in die freiliegenden Bereiche zwischen der zweiten Epitaxieschicht 12c angeordnet, sodass diese Durchkontaktierungen die Oberfläche der ersten Epitaxieschicht 11 freilegen. Zweite Durchkontaktierungen 403 führen zu den Bereichen der zweiten Epitaxieschicht 12c.
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.
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.
Anschließend wird wie in 4D noch dargestellt, die Isolationsschicht 18c zum Teil geätzt, sodass freiliegende Stäbe aus dem später für das Ansprengen verwendete Material stehen bleiben.
In einem nächsten Verfahrensschritt gemäß 4E werden durch chemisch-mechanisches Polieren die über die Oberfläche der Isolationsschicht 18c hinausragenden Stäbe geglättet und insbesondere im Bereich der Durchkontaktierungen eine möglichst glatte Gesamtoberfläche erzeugt. Das chemisch-mechanische Polieren kann diesbezüglich auf der Oberfläche der Isolationsschicht 18c gestoppt werden, wenn die Isolationsschicht beispielsweise eine geringere Polierabtragsrate aufweist. In diesem Fall ist es zweckmäßig, durch ein leichtes Ätzen der Isolationsschicht 18c die Anschlussflächen der Durchkontaktierungen 400, 401 gegenüber der Oberfläche der Isolationsschicht leicht überstehen zu lassen. Das Ätzen der Isolationsschicht stellt somit sicher, dass die Anschlussflächen nicht zurückgesetzt sind gegenüber der restlichen Oberfläche.
In einer alternativen Ausführungsform kann bei einer Verwendung eines Dielektrikums mit einer größeren Polierabtragsrate eine ausreichend glatte Oberfläche an den Durchkontaktierungen 400, 401 erreicht werden bei gleichzeitiger Sicherstellung, dass die Anschlussflächen gegenüber der Gesamtoberfläche nicht zurückgesetzt sind. Im Ergebnis sind nach 4E die Oberflächen der Kontaktierungen 400 und 401 sehr glatt und stehen evtl. wenige Atomlagen über das Isolationsmaterial heraus.
Wie in 4F dargestellt, umfasst der Substratträger 30a das Trägersubstrat 31, in den bereits mehrere Durchkontaktierungen 404, 405 eingebracht sind. Diese sind so angeordnet, dass sie bei einem späteren Ansprengen des Substratträgers 30a an das optoelektronische Bauelement das leitende Material in den Durchkontaktierungen 400 beziehungsweise 401 kontaktieren. In dem Substratträger 30a sind somit die Durchkontaktierungen in gleicher Weise wie auf der Epitaxieseite des optoelektronischen Bauelementes vorgesehen. Die Durchkontaktierungen sind ebenfalls im Bereich der Oberfläche 31b geglättet und für das Ansprengen vorbereitet.
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.
Anschließend wird nach 4G der Substratträger 30a mit dem optoelektronischen Bauelement zusammengebracht. Durch die glatten Oberflächen im Bereich der Durchkontaktierungen bilden sich an der Grenzfläche der Durchkontaktierungen aufgrund des verwendeten Materials kovalente beziehungsweise metallische Bindungen 450 aus. Diese sind bereits ausreichend stark, sodass das optoelektronische Bauelement innig mit dem Substratträger 30a verbunden ist.
Sodann kann das Aufwachssubstrat 14 entfernt werden. In letzten Verfahrensschritten, dargestellt in 4H, wird die Oberseite 11a der ersten Epitaxieschicht 11 strukturiert und mittels Laserbohrung die epitaktischen Schichten 11 und 12c sowie die Isolationsschicht 18c durch Gräben 11b unterbrochen. An diesen können die hergestellten optoelektronischen Bauelemente vereinzelt werden.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem Kontaktelemente auf der Oberseite sowie der Rückseite angeschlossen sind, zeigt 5. Auch in diesem Ausführungsbeispiel ist der Substratträger 30b durch direktes Ansprengen mit dem optoelektronischen Bauelement und der epitaktisch gewachsenen Schichtenfolge verbunden. Die epitaktisch gewachsene Schichtenfolge 10 ist an ihrer Oberseite mit mehreren Kontaktelementen 10e zur Kontaktierung verbunden. Auf ihrer Rückseite enthält sie eine leitende Spiegelschicht 16, die gleichzeitig eine weitere hier nicht dargestellte Teilschicht der Schichtenfolge 10 elektrisch kontaktiert.
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 kovalen ten 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.
Das optoelektronische Bauelement kann wiederum durch Mesaätzen beziehungsweise Laserbohren im Bereich 90 in einzelne Leuchtdioden unterteilt werden. Die in 5 dargstellte Ausführungsform ist besonders einfach zu realisieren und erlaubt eine schnelle Herstellung von Leuchtdioden in großen Stückzahlen.
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.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- EP 0905797 A2 [0039]
- WO 02/13281 A1 [0039]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- I. Schnitzer et al., Appl. Phys. Lett. 63 (16) 18. Oktober 1993, Seiten 2174–2176 [0039]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements, umfassend: – Bereitstellen einer auf einem Aufwachssubstrat epitaktisch gewachsenen Schichtenfolge, die eine zur Lichtemission geeignete Schicht umfasst, die Schichtenfolge aufweisend eine erste Hauptseite, die der Hauptabstrahlrichtung emittierten Lichts zugewandt ist und eine der Hauptabstrahlrichtung abgewandten zweiten Hauptseite; – Aufbringen einer ersten im Wesentlichen glatten leitfähigen Schicht, insbesondere einer metallischen Schicht auf der zweiten Hauptseite; – Bereitstellen eines Substratträgers mit einer ersten Hauptseite, die eine zweite im Wesentlichen glatte leitfähige Schicht, insbesondere eine metallische Schicht aufweist; – Anfügen der ersten und zweiten, im wesentlichen glatten leitfähigen Schichten aneinander, so dass sich zwischen den beiden im wesentlichen glatten leitfähigen Schichten eine ausgedehnte kovalente oder metallische Bindung ausbildet; – Entfernen des Aufwachssubstrats.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Aufbringen der ersten leitfähigen Schicht ein Reinigen und/oder ein Polieren der Oberfläche der leitfähigen Schicht umfasst, bis eine Oberflächenrauheit der leitfähigen Schicht kleiner als 50 nm, insbesondere kleiner als 2 nm, bezogen auf eine Fläche von 5 μm² ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, bei dem das Bereitstellen eines Substratträgers umfasst: – Bereitstellen des Trägersubstrats; – Aufbringen einer Haftschicht auf der ersten Hauptseite; – Aufbringen der zweiten leitfähigen Schicht auf der Haftschicht; – Glätten der leitfähigen Schicht, bis eine Oberflächenrauheit einen vorbestimmten Schwellwert unterschreitet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, umfassend ein Glätten der ersten und zweiten leitfähigen Schicht durch Chemisch-Mechanisches Polieren.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem das Anfügen der ersten und zweiten, im Wesentlichen glatten leitfähigen Schichten aneinander bei Raumtemperatur, insbesondere aber bei einer Temperatur kleiner als 300°C erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem zumindest das Anfügen der ersten und zweiten, im Wesentlichen glatten leitfähigen Schichten aneinander in einem Vakuum mit einem Restdruck kleiner als 100 hPa, insbesondere kleiner als 10^–4 Pa durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die erste und zweite leitfähige Schicht wenigstens eines der folgenden Materialien umfasst: Ag, Au, Cu, GaAs, Ge, Ir, Pd, Pt, Rh, Ru, Si, Ge, GaAs.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem das Bereitstellen der Schichtenfolge umfasst: – Ausbilden von Kontaktlöchern auf der zweiten Hauptseite, welche einen Teilbereich wenigstens eine der Teilschichten der Schichtenfolge freilegt; – gegebenenfalls Ausbilden einer isolierenden Schicht auf / an den Seitenwänden des Kontaktlöcher; – Auffüllen der Kontaktlöcher mit einem elektrisch leitfähigen Material zur Kontaktierung der Schichtenfolge.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem das Aufbringen der ersten leitfähigen Schicht umfasst: – Aufbringen einer isolierenden Schicht auf der zweiten Hauptseite; – Aufbringen der ersten leitfähigen Schicht; – Glätten der ersten leitfähigen Schicht zur Erzeugung einer glatten Oberfläche.
Verfahren nach einem Anspruch 9, bei dem das Entfernen des Aufwachssubstrats umfasst: – Einbringen von Durchkontaktierungen in den Substratträger; – Einbringen von Kontaktlöchern über den Durchkontaktierungen in die ersten leitfähigen Schicht und die isolierenden Schicht zum Freilegen einer zur isolierenden Schicht benachbarten Schicht, insbesondere einem aufgefüllten Kontaktloch; – Auffüllen der Durchkontaktierungen mit einem leitfähigen Material.
Verfahren nach einem Anspruch 8, weiter umfassend: – Glätten einer Oberfläche der aufgefüllten Kontaktlöcher, wobei die Oberfläche der Kontaktlöcher die erste leitfähige Schicht bilden; und der Substratträger gefüllte Durchkontaktierungen in der gleichen örtlichen Ausgestaltung aufweist wie die Kontaktlöcher, wobei eine Oberfläche der gefüllten Durchkontaktierungen an der ersten Hauptseite die zweite leitfähige Schicht bilden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem das Entfernen des Aufwachssubstrats umfasst: – Ausbilden von Kontakten an der ersten Hauptseite zur Kontaktierung wenigstens einer der Teilschichten der epitaktischen Schichtenfolge.
Optoelektronisches Bauelement, umfassend: – eine epitaktisch gewachsene Schichtenfolge, die eine zur Lichtemission geeignete Schicht umfasst, wobei die Schichtenfolge eine erste Hauptseite, die der Hauptabstrahlrichtung emittierten Lichts zugewandt ist und eine der Hauptabstrahlrichtung abgewandten zweiten Hauptseite aufweist; – ein Substratträger angeordnet auf der zweiten Hauptseite der Schichtenfolge und umfassend ein Trägersubstrat und eine darauf angeordnete Verbindungsschicht, welche die epitaktisch gewachsene Schichtenfolge mit dem Trägersubstrat verbindet und einen im Wesentlichen flächigen Teilbereich aufweist, der eine höhere Defektdichte oder eine höhere Anzahl an Fremdstoffen als das umgebende Material der Verbindungsschicht aufweist.
Optoelektronisches Bauelement nach Anspruch 13, bei dem im Substratträger Durchkontaktierungen angeordnet und mit einem leitfähigen Material zur Kontaktierung wenigstens einer Teilschicht der epitaktisch gewachsene Schichtenfolge gefüllt sind.
Optoelektronisches Bauelement nach einem der Ansprüche 13 bis 14, bei dem die Verbindungsschicht wenigstens eines der folgenden Materialien umfasst: Ag, Au, Cu, GaAs, Ge, Ir, Pd, Pt, Rh, Ru, Si, Ge, GaAs und/oder mit dem Trägersubstrat über eine Haftschicht, insbesondere eine Haftschicht aus Titan verbunden ist.