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WO2012116978A1 - Verfahren zur herstellung eines dünnfilm-halbleiterkörpers und dünnfilm-halbleiterkörper - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines dünnfilm-halbleiterkörpers und dünnfilm-halbleiterkörper Download PDF

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WO2012116978A1
WO2012116978A1 PCT/EP2012/053348 EP2012053348W WO2012116978A1 WO 2012116978 A1 WO2012116978 A1 WO 2012116978A1 EP 2012053348 W EP2012053348 W EP 2012053348W WO 2012116978 A1 WO2012116978 A1 WO 2012116978A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
semiconductor layer
thin
semiconductor body
growth substrate
film semiconductor
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/EP2012/053348
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Christian LEIRER
Anton Vogl
Andreas Biebersdorf
Rainer Butendeich
Christian Rumbolz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ams Osram International GmbH
Original Assignee
Osram Opto Semiconductors GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Osram Opto Semiconductors GmbH filed Critical Osram Opto Semiconductors GmbH
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Priority to US14/002,487 priority patent/US9202967B2/en
Publication of WO2012116978A1 publication Critical patent/WO2012116978A1/de
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Priority to US14/927,325 priority patent/US9972748B2/en
Ceased legal-status Critical Current

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    • H10H20/882—Scattering means

Definitions

  • Radiation-emitting semiconductor bodies are specified, for example, in the publications DE 10 2005 056 604 A1 and DE 10 2005 013 580 A1. However, these semiconductor bodies are not thin-film semiconductor bodies.
  • the object of the present invention is to provide a process for producing a thin-film semiconductor body with good
  • Specify radiation exit surface Furthermore, a corresponding thin-film semiconductor body is to be specified.
  • a method for producing a thin-film semiconductor body includes, in particular, the following
  • Radiation exit surface of the thin-film semiconductor body can be formed.
  • the inverse pyramidal or funnel-shaped depressions produced by means of an epitaxial growth process serve as a matrix for forming the coupling-out structures.
  • the depressions and, correspondingly, the later projections have the shape of a straight pyramid or a straight truncated pyramid with one, preferably
  • the coupling-out structures are advantageously produced by means of an epitaxy process, whereby the shape of the coupling-out structures during the Manufacturing process is given controlled. In this way, particularly well reproducible and defined decoupling structures can be produced.
  • the term "on” in the present case does not necessarily mean that two elements are arranged in direct contact with each other. Rather, it is possible that between two elements - for example layers - further elements are arranged.
  • Semiconductor body refers to the one usually
  • the semiconductor layer sequence of the thin-film semiconductor body is therefore preferably arranged on a carrier which mechanically stabilizes the semiconductor body, and particularly preferably from the growth substrate for the semiconductor layer sequence of the semiconductor body
  • Radiation-generating semiconductor layer sequence preferably arranged a reflective layer, which has the task to direct the radiation of the active layer to the radiation exit surface of the thin-film semiconductor body.
  • the semiconductor layer sequence furthermore preferably has a thickness of twenty micrometers or less, in particular in the range of five micrometers.
  • the basic principle of a thin-film semiconductor body is
  • the growth substrate may include, for example, any of the following materials or any of the following
  • Materials may be formed: sapphire, silicon, silicon carbide, gallium nitride.
  • Wax substrate before detaching the semiconductor layer with the funnel-shaped and / or inverse pyramidal recesses removed in a separate process step.
  • the temperature during the epitaxial growth of the layer with the funnel-shaped and / or inverse pyramidal depressions has a value less than or equal to 850.degree.
  • the filling of the recesses and / or the application of the semiconductor layer sequence also takes place by means of an epitaxial growth process.
  • the embodiment of the method offers the advantage that the production of the thin-film semiconductor body takes place predominantly or completely by means of an epitaxy process.
  • the production of the thin-film semiconductor body is advantageously simplified.
  • a surface which is as flat as possible is created when the depressions are filled.
  • the base surfaces contact at least 10% of adjacent projections, preferably of 80% of adjacent projections, particularly preferably of 90% adjacent ones
  • a base area with a diameter between 100 nm inclusive and 10 ⁇ , preferably between 0.5 ⁇ and 1.5 ⁇ on.
  • the height of the coupling-out structures preferably has a value of between 100 nm and 10 ⁇ inclusive, more preferably between 0.5 ⁇ and 1.5 ⁇ on.
  • Refractive index matching preferably has a refractive index between 1 and 2.3 inclusive.
  • the material for refractive index matching may be
  • high-refractive glass or silicone for example, high-refractive glass or silicone
  • the coupling-out structures can consist of a
  • Nitride compound semiconductor material are formed. nitride Compound semiconductor materials are
  • Compound semiconductor materials containing nitrogen such as materials from the system In x Al y Gai x - y N with 0 ⁇ x ⁇ 1, 0 ⁇ y ⁇ 1 and x + y ⁇ 1.
  • a stop layer is applied to the wells, which is intended to at least slow the etching process when removing the semiconductor layer with the recesses by means of an etching process.
  • the stop layer is adapted to slow the etch rate to 1/5 of the original value, more preferably to 1/20 of the original value.
  • the stop layer is applied in direct contact with the depressions.
  • Stop layer can be deposited, for example by means of an epitaxial processes. As an etching process can be used.
  • a dry etching process can be used.
  • the semiconductor layer with the recesses preferably gallium nitride or consists of gallium nitride, while the stop layer, for example
  • Aluminum gallium nitride exists.
  • the stop layer can be removed by a further separate method step.
  • a stop layer based on aluminum gallium nitride can be removed by means of a generally nonselective sputtering process.
  • the growth substrate is at this time
  • Execution form removed before the dry etching process with a separate process step Indicates the growth substrate For example, sapphire, it is preferably removed by means of a laser lift-off process before the dry etching process. For example, if the growth substrate has silicon, it may be removed by etching before the dry etching process.
  • a growth medium is formed between the growth substrate and the depressions
  • Sacrificial layer applied which is adapted to be removed by means of a laser lift-off process.
  • the sacrificial layer is in direct contact with the sacrificial layer
  • the semiconductor layer with the depressions can be replaced by a laser beam.
  • a sacrificial layer that can be removed by a laser lift-off process comprises or consists of indium gallium nitride
  • a thin film semiconductor body suitable for the first thin film semiconductor body suitable for the second thin film semiconductor body.
  • Emitting radiation exit surface includes in particular:
  • a semiconductor layer sequence with an active layer which is suitable for generating electromagnetic radiation
  • FIG. 1A to II show schematic
  • FIG. II shows a schematic sectional illustration of a thin-film semiconductor body according to one exemplary embodiment.
  • FIGS. 2A and 2B show schematic
  • FIG. 3 shows an example
  • a growth substrate 1 is provided in a first step (FIG. 1A).
  • the growth substrate 1 may, for example, sapphire, silicon, gallium nitride or
  • Contain silicon carbide or be formed from one of these materials.
  • an attachment layer 2 is epitaxially applied to the growth substrate 1 (FIG. 1B).
  • the growth layer 2 is in the present case formed from gallium nitride.
  • a buffer layer 3 is epitaxially applied to the growth layer 2, which is also formed here from gallium nitride.
  • Form recesses 4 which have the shape of inverted straight pyramids with a regular hexagon as a base ( Figure IC).
  • the temperature during the epitaxial deposition present 850 ° C.
  • a continuous stop layer 5 is applied in direct contact with the depressions 4 (FIG. 1D).
  • the shape of the depressions 4 is transferred into the stop layer 5, that is to say that the stop layer 5 also has inverse pyramidal depressions 4.
  • the depressions 4 are then treated with an epitaxial
  • the semiconductor layer sequence 7 is designed as an LED structure.
  • the semiconductor layer sequence 7 comprises an n-doped semiconductor layer 9.
  • the n-doped semiconductor layer 9 is designed as an LED structure.
  • Semiconductor layer 9 is applied in direct contact with the planar surface of the filled depressions 4 and comprises gallium nitride monolayers.
  • the active layer 8 is arranged, which is adapted to generate electromagnetic radiation.
  • the active layer 8 comprises alternating gallium nitride monolayers and indium gallium nitride monolayers.
  • On the active layer 8 is further a p-doped
  • Semiconductor layer 10 is arranged.
  • Semiconductor layer 10 includes gallium nitride monolayers and aluminum gallium nitride monolayers.
  • a carrier 11 is further arranged, for example, by means of gluing, soldering or direct bonding to the semiconductor layer sequence. 7
  • Gallium nitride material 3 to the stop layer 5 detached for example by a chemically assisted
  • the stop layer 5 is in this case suitable for at least slowing down the etching process.
  • the stop layer 5 preferably has aluminum gallium nitride or consists of this material.
  • the stop layer 5 can be removed in a next step, for example by means of a selective sputtering step (FIG. II).
  • a silicon substrate may be removed by etching.
  • the finished thin-film semiconductor body has a semiconductor layer sequence 7 with an active layer 8 which is suitable for this purpose
  • the epitaxially grown semiconductor layer sequence 7 is mechanically stabilized by a carrier 11, which is different from the growth substrate 1.
  • Thin-film semiconductor body has epitaxially grown
  • the pyramidal protrusions 14 are formed of a gallium nitride material in the present embodiment.
  • a selective laser lift-off process is used to expose the radiation exit surface 12 of the thin-film semiconductor body.
  • the method stage according to the exemplary embodiment of FIG. 2A essentially corresponds to the method stage according to FIG. 1F.
  • the recesses 4 also form in the sacrificial layer 15.
  • Sacrificial layer 15 comprises, for example, indium gallium nitride or consists of indium gallium nitride.
  • Radiation exit surface 12 of the thin-film semiconductor body is applied another material for refractive index matching.
  • This material may be, for example, a high refractive glass or silicone.
  • the recesses 4 are formed such that the edges directly adjacent
  • the depressions 4 have openings with a diameter of between 100 nm and 10 ⁇ inclusive.
  • the depth of the recesses 4 is also between 100 nm and 10 ⁇ .

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines Dünnfilm-Halbleiterkörpers angegeben, das die folgenden Schritte aufweist: Bereitstellen eines Aufwachssubstrates (1); Epitaktisches Aufwachsen einer Halbleiterschicht (3) mit trichterförmigen und/oder inversen pyramidenförmigen Vertiefungen (4) auf das Aufwachssubstrat (1); Verfüllen der Vertiefungen (4) mit einem Halbleitermaterial (6) derart, dass pyramidenförmige Auskoppelstrukturen (13) entstehen; Aufbringen einer Halbleiterschichtenfolge (7) mit einer aktiven Schicht (8), die zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung geeignet ist, auf den Auskoppelstrukturen (13); Aufbringen eines Trägers (11) auf die Halbleiterschichtenfolge (7), und Ablösen zumindest der Halbleiterschicht (3) mit den trichterförmigen und/oder inversen pyramidenförmigen Vertiefungen (4), so dass die pyramidenförmigen Auskoppelstrukturen (13) als Vorsprünge (14) auf einer Strahlungsaustrittsfläche (12) des Dünnfilm-Halbleiterkörpers ausgebildet werden. Weiterhin wird ein Dünnfilm-Halbleiterkörper angegeben.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Herstellung eines Dünnfilm-Halbleiterkörpers und Dünnfilm-Halbleiterkörper
Es werden ein Verfahren zur Herstellung eines Dünnfilm- Halbleiterkörpers und ein Dünnfilm-Halbleiterkörper
angegeben . Strahlungsemittierende Halbleiterkörper sind beispielsweise in den Druckschriften DE 10 2005 056 604 AI und DE 10 2005 013 580 AI angegeben. Bei diesen Halbleiterkörpern handelt es sich jedoch nicht um Dünnfilm-Halbleiterkörper. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines Dünnfilm-Halbleiterkörpers mit gut
definierten Auskoppelstrukturen auf dessen
Strahlungsaustrittsfläche anzugeben. Weiterhin soll ein entsprechender Dünnfilm-Halbleiterkörper angegeben werden.
Diese Aufgaben werden durch ein Verfahren mit den Schritten des Patentanspruches 1 und durch einen Dünnfilm- Halbleiterkörper mit den Merkmalen des Patentanspruches 14 gelöst. Vorteilhafte Aus führungs formen sowie Weiterbildungen des Verfahrens und des Dünnfilm-Halbleiterkörpers sind jeweils in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Ein Verfahren zur Herstellung eines Dünnfilm- Halbleiterkörpers umfasst insbesondere die folgenden
Schritte:
- Bereitstellen eines Aufwachssubstrates, - epitaktisches Aufwachsen einer Halbleiterschicht mit trichterförmigen und/oder inversen pyramidenförmigen
Vertiefungen auf das Aufwachssubstrat,
- Verfüllen der Vertiefungen mit einem Halbleitermaterial derart, dass pyramidenförmige Auskoppelstrukturen entstehen,
- Aufbringen einer Halbleiterschichtenfolge mit einer aktiven Schicht, die zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung geeignet ist, auf den Auskoppelstrukturen,
- Aufbringen eines Trägers auf die Halbleiterschichtenfolge, und
- Ablösen zumindest der Halbleiterschicht mit den
trichterförmigen und/oder inversen pyramidenförmigen
Vertiefungen, so dass die pyramidenförmigen
Auskoppelstrukturen als Vorsprünge auf einer
Strahlungsaustrittsfläche des Dünnfilm-Halbleiterkörpers ausgebildet werden.
Bei diesem Verfahren dienen die mittels eines epitaktischen Aufwachsprozesses erzeugten inversen pyramidenförmigen bzw. trichterförmigen Vertiefungen als Matrix zur Ausbildung der Auskoppelstrukturen. Bei den durch den epitaktischen
Aufwachsprozess erzeugten inversen pyramidenförmigen bzw. trichterförmigen Vertiefungen handelt es sich insbesondere um V-Defekte oder V-pits.
Besonders bevorzugt weisen die Vertiefungen und entsprechend die späteren Vorsprünge die Form einer geraden Pyramide oder eines geraden Pyramidenstumpfes mit einem, bevorzugt
regelmäßig ausgebildeten, Sechseck als Grundfläche auf.
Die Herstellung der Auskoppelstrukturen erfolgt hierbei vorteilhafterweise mittels eines Epitaxieverfahrens, wodurch die Form der Auskoppelstrukturen während des Herstellungsprozesses kontrolliert vorgegeben wird. Auf diese Art und Weise können insbesondere gut reproduzierbare und definierte Auskoppelstrukturen erzeugt werden. Mit dem Begriff "auf" ist vorliegend nicht notwendigerweise gemeint, dass zwei Elemente in direktem Kontakt miteinander angeordnet sind. Vielmehr ist es möglich, dass zwischen zwei Elementen - beispielsweise Schichten - weitere Elemente angeordnet sind.
Als Dünnfilm-Halbleiterkörper wird vorliegend ein
Halbleiterkörper bezeichnet, der eine in der Regel
epitaktisch gewachsene Halbleiterschichtenfolge mit einer aktiven Strahlungserzeugenden Schicht aufweist, wobei ein Aufwachssubstrat entfernt oder derart gedünnt ist, dass es den Dünnfilm-Halbleiterkörper alleine nicht mehr ausreichend mechanisch stabilisiert. Die Halbleiterschichtenfolge des Dünnfilm-Halbleiterkörpers ist daher bevorzugt auf einem Träger angeordnet, der den Halbleiterkörper mechanisch stabilisiert und besonders bevorzugt vom Aufwachssubstrat für die Halbleiterschichtenfolge des Halbleiterkörpers
verschieden ist.
Weiterhin ist zwischen dem Träger und der
Strahlungserzeugenden Halbleiterschichtenfolge bevorzugt eine reflektierende Schicht angeordnet, die die Aufgabe hat, die Strahlung der aktiven Schicht zur Strahlungsaustrittsfläche des Dünnfilm-Halbleiterkörpers zu lenken. Die
Halbleiterschichtenfolge weist weiterhin bevorzugt eine Dicke von zwanzig Mikrometer oder weniger, insbesondere im Bereich von fünf Mikrometer auf. Das Grundprinzip eines Dünnfilm-Halbleiterkörpers 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.
Das Aufwachssubstrat kann beispielsweise eines der folgenden Materialien enthalten oder aus einem der folgenden
Materialien gebildet sein: Saphir, Silizium, Siliziumcarbid, Galliumnitrid.
Gemäß einer Aus führungs form des Verfahrens wird das
Aufwachssubstrat vor dem Ablösen der Halbleiterschicht mit den trichterförmigen und/oder inversen pyramidenförmigen Vertiefungen in einem separaten Verfahrensschritt entfernt.
Gemäß einer weiteren Aus führungs form des Verfahrens weist die Temperatur während des epitaktischen Aufwachsens der Schicht mit den trichterförmigen und/oder inversen pyramidenförmigen Vertiefungen einen Wert kleiner oder gleich 850°C auf.
Bevorzugt erfolgt das Verfüllen der Vertiefungen und/oder das Aufbringen der Halbleiterschichtenfolge ebenfalls mittels eines epitaktischen Wachstumsprozesses. Besonders bevorzugt erfolgen beide Schritte, das heißt das Verfüllen der
Vertiefungen und das Aufbringen der Halbleiterschichtenfolge, mittels eines epitaktischen Wachstumsprozesses. Diese
Aus führungs form des Verfahrens bietet den Vorteil, dass die Herstellung des Dünnfilm-Halbleiterkörpers überwiegend oder vollständig mittels eines Epitaxieprozesses erfolgt.
Hierdurch wird die Herstellung des Dünnfilm-Halbleiterkörpers vorteilhafterweise vereinfacht. Besonders bevorzugt wird bei dem Verfüllen der Vertiefungen eine möglichst ebene Oberfläche geschaffen.
Besonders bevorzugt ist zumindest ein Großteil der
Auskoppelstrukturen derart ausgebildet, dass sich die
Grundflächen benachbarter Vorsprünge berühren. Gemäß einer Aus führungs form berühren sich die Grundflächen von mindestens 10% benachbarter Vorsprünge, bevorzugt von 80% benachbarter Vorsprünge, besonders bevorzugt von 90% benachbarter
Vorsprünge .
Gemäß einer Aus führungs form des Verfahrens weisen die
Auskoppelstrukturen eine Grundfläche mit einem Durchmesser zwischen einschließlich 100 nm und einschließlich 10 μπι, bevorzugt zwischen 0,5 μπι und 1,5 μπι auf.
Die Höhe der Auskoppelstrukturen weist bevorzugt einen Wert zwischen einschließlich 100 nm und einschließlich 10 μπι auf, besonders bevorzugt zwischen 0,5 μπι und 1,5 μπι auf.
Gemäß einer weiteren Aus führungs form des Verfahrens wird auf die Auskoppelstrukturen ein weiteres Material zur
Brechungsindexanpassung zwischen dem Halbleitermaterial des Dünnfilm-Halbleiterkörpers und dem umgebenden Medium, in der Regel Luft, aufgebracht. Das Material zur
Brechungsindexanpassung weist bevorzugt einen Brechungsindex zwischen einschließlich 1 und einschließlich 2,3 auf. Bei dem Material zur Brechungsindexanpassung kann es sich
beispielsweise um hochbrechendes Glas oder um Silikon
handeln.
Beispielsweise können die Auskoppelstrukturen aus einem
Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial gebildet werden. Nitrid- Verbindungshalbleitermaterialien sind
Verbindungshalbleitermaterialien, die Stickstoff enthalten, wie etwa Materialien aus dem System InxAlyGai-x-yN mit 0 < x < 1, 0 < y < 1 und x+y < 1.
Gemäß einer weiteren Aus führungs form des Verfahrens wird auf die Vertiefungen eine Stoppschicht aufgebracht, die dazu vorgesehen ist, beim Ablösen der Halbleiterschicht mit den Vertiefungen mittels eines Ätzprozesses den Ätzprozess zumindest zu verlangsamen. Bevorzugt ist die Stoppschicht dazu geeignet, die Ätzrate auf 1/5 des ursprünglichen Werts, besonders bevorzugt auf 1/20 des ursprünglichen Werts zu verlangsamen. Besonders bevorzugt wird die Stoppschicht in direkten Kontakt auf die Vertiefungen aufgebracht. Die
Stoppschicht kann beispielsweise mittels eines epitaktischen Prozesse abgeschieden werden. Als Ätzprozess kann
beispielsweise ein Trockenätzprozess eingesetzt werden.
Hierbei weist die Halbleiterschicht mit den Vertiefungen bevorzugt Galliumnitrid auf oder besteht aus Galliumnitrid, während die Stoppschicht beispielsweise
Aluminiumgalliumnitrid enthält oder aus
Aluminiumgalliumnitrid besteht.
Nach dem Entfernen der Halbleiterschicht mit den Vertiefungen durch einen Ätzprozess kann die Stoppschicht durch einen weiteren separaten Verfahrensschritt entfernt werden. Eine Stoppschicht, die auf Aluminiumgalliumnitrid basiert, kann beispielsweise mittels eines in der Regel nicht selektiven Sputterverfahrens entfernt werden.
Bevorzugt wird das Aufwachssubstrat bei dieser
Aus führungs form vor dem Trockenätzprozess mit einem separaten Verfahrensschritt entfernt. Weist das Aufwachssubstrat beispielsweise Saphir auf, wird es bevorzugt mittels eines Laser-Lift-Off-Prozesses vor dem Trockenätzprozess entfernt. Weist das Aufwachssubstrat beispielsweise Silizium auf, so kann es vor dem Trockenätzprozess mittels Ätzen entfernt werden.
Gemäß einer weiteren Aus führungs form des Verfahrens wird zwischen dem Aufwachssubstrat und den Vertiefungen eine
Opferschicht aufgebracht, die dazu geeignet ist, mittels eines Laser-Lift-Off-Prozesses entfernt zu werden. Bevorzugt wird die Opferschicht in direktem Kontakt auf die
Vertiefungen aufgebracht. Auch die Opferschicht kann
beispielsweise mittels eines epitaktischen Prozesse
abgeschieden werden. Mit Hilfe der Opferschicht kann die Halbleiterschicht mit den Vertiefungen durch einen Laser-
Lift-Off-Prozess entfernt werden. Eine Opferschicht, die mit einem Laser-Lift-Off-Prozess entfernt werden kann, weist beispielsweise Indiumgalliumnitrid auf oder besteht aus
Indiumgalliumnitrid .
Ein Dünnfilm-Halbleiterkörper, der dazu geeignet ist,
elektromagnetische Strahlung von einer
Strahlungsaustrittsfläche auszusenden, umfasst insbesondere:
- eine Halbleiterschichtenfolge mit einer aktiven Schicht, die dazu geeignet ist, elektromagnetische Strahlung zu erzeugen, und
- epitaktisch gebildete pyramidenförmige Auskoppelstrukturen, die auf der Strahlungsaustrittsfläche angeordnet sind. Die Auskoppelstrukturen sind dazu vorgesehen, die Auskopplung von elektromagnetischer Strahlung, die in der aktiven Schicht erzeugt wird, aus dem Dünnfilm-Halbleiterkörper zu erhöhen. Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass die oben in Verbindung mit dem Verfahren beschriebenen Merkmale ebenso bei dem Dünnfilm-Halbleiterkörper selber ausgebildet sein können. Weiterhin können auch Merkmale, die in Verbindung mit dem Dünnfilm-Halbleiterkörper offenbart sind, in Kombination mit dem Verfahren Verwendung finden.
Weitere vorteilhafte Aus führungs formen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen.
Die Figuren 1A bis II zeigen schematische
Schnittdarstellungen eines Dünnfilm-Halbleiterkörpers während verschiedener Verfahrensstadien gemäß einem
Ausführungsbeispiel.
Die Figur II zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines Dünnfilm-Halbleiterkörpers gemäß einem Ausführungsbeispiel.
Die Figuren 2A und 2B zeigen schematische
Schnittdarstellungen eines Dünnfilm-Halbleiterkörpers bei verschiedenen Verfahrensstadien gemäß einem weiteren
Ausführungsbeispiel . Figur 3 zeigt beispielhaft eine
rasterelektronenmikroskopische Aufnahme einer
Halbleiterschicht mit trichterförmigen und/oder inversen pyramidenförmigen Vertiefungen.
Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente, insbesondere Schichtdicken zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein. Bei dem Verfahren gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figuren 1A bis II wird in einem ersten Schritt ein Aufwachssubstrat 1 bereitgestellt (Figur 1A) . Das Aufwachssubstrat 1 kann beispielsweise Saphir, Silizium, Galliumnitrid oder
Siliziumcarbid enthalten oder aus einem dieser Materialien gebildet sein.
In einem nächsten Schritt wird auf das Aufwachssubstrat 1 eine Anwachsschicht 2 epitaktisch aufgebracht (Figur 1B) . Die Anwachsschicht 2 ist vorliegend aus Galliumnitrid gebildet.
In einem nächsten Schritt wird auf die Anwachsschicht 2 eine Pufferschicht 3 epitaktisch aufgebracht, die vorliegend ebenfalls aus Galliumnitrid gebildet wird. Bei dem
epitaktischen Aufbringen der Pufferschicht 3 werden die
Wachstumsbedingungen derart eingestellt, dass sich
Vertiefungen 4 ausbilden, die die Form invertierter gerader Pyramiden mit einem regelmäßigen Sechseck als Grundfläche aufweisen (Figur IC) . Hierzu betragen die Temperatur während des epitaktischen Abscheidens vorliegend 850 °C.
In einem nächsten Verfahrensschritt wird eine durchgängige Stoppschicht 5 in direktem Kontakt auf die Vertiefungen 4 aufgebracht (Figur 1D) . Die Form der Vertiefungen 4 überträgt sich hierbei in die Stoppschicht 5, das heißt, dass auch die Stoppschicht 5 inverse pyramidenförmige Vertiefungen 4 aufweist . Die Vertiefungen 4 werden dann mit einem epitaktischen
Verfahren mit einem Halbleitermaterial 6, vorliegend einem n- dotierten Galliumnitridmaterial, aufgefüllt und planarisiert , so dass eine ebene Oberfläche entsteht (Figur IE) .
Auf die plane Oberfläche wird epitaktische eine
Halbleiterschichtenfolge 7 mit einer aktiven Schicht 8 gewachsen, wobei die aktive Schicht 8 dazu geeignet ist, elektromagnetische Strahlung zu erzeugen (Figur 1F) .
Die Halbleiterschichtenfolge 7 ist vorliegend als LED- Struktur ausgebildet. Die Halbleiterschichtenfolge 7 umfasst eine n-dotierte Halbleiterschicht 9. Die n-dotierte
Halbleiterschicht 9 ist in direktem Kontakt auf die plane Oberfläche der verfüllten Vertiefungen 4 aufgebracht und umfasst Galliumnitrid-Einzelschichten. Auf der n-dotierten Halbleiterschicht 9 ist die aktive Schicht 8 angeordnet, die dazu geeignet ist, elektromagnetische Strahlung zu erzeugen. Die aktive Schicht 8 weist alternierende Galliumnitrid- Einzelschichten und Indiumgalliumnitrid-Einzelschichten auf. Auf der aktiven Schicht 8 ist weiterhin eine p-dotierte
Halbleiterschicht 10 angeordnet ist. Die p-dotierte
Halbleiterschicht 10 weist Galliumnitrid-Einzelschichten und Aluminiumgalliumnitrid-Einzelschichten auf .
Auf der Halbleiterschichtenfolge 7 ist weiterhin ein Träger 11 angeordnet, der beispielsweise mittels Kleben, Löten oder direktem Bonden auf die Halbleiterschichtenfolge 7
aufgebracht wird.
Wie in Figur IG schematisch dargestellt, wird nun das
Aufwachssubstrat 1 mittels eines Laser-Lift-Off-Prozesses entfernt . In einem nächsten Schritt wird das verbleibende
Galliumnitridmaterial 3 bis zur Stoppschicht 5 abgelöst, beispielsweise durch einen chemisch unterstützten
Trockenätzprozess (Figur 1H) . Die Stoppschicht 5 ist hierbei dazu geeignet, den Ätzprozess zumindest zu verlangsamen. Die Stoppschicht 5 weist hierbei bevorzugt Aluminiumgalliumnitrid auf oder besteht aus diesem Material. Die Stoppschicht 5 kann in einem nächsten Schritt beispielsweise mittels eines selektiven Sputterschritts entfernt werden (Figur II) .
Ist das Aufwachssubstrat 1 aus einem anderen Material
gebildet als Saphir, beispielsweise aus Silizium, so ist kein Laser-Lift-Off-Prozess zur Entfernung des Aufwachssubstrates 1 notwendig. Ein Siliziumsubstrat kann beispielsweise durch Ätzen entfernt werden.
Wie in Figur II schematisch dargestellt, weist der fertige Dünnfilm-Halbleiterkörper eine Halbleiterschichtenfolge 7 mit einer aktiven Schicht 8 auf, die dazu geeignet ist
elektromagnetische Strahlung zu erzeugen. Die epitaktisch gewachsene Halbleiterschichtenfolge 7 wird durch einen Träger 11 mechanisch stabilisiert, der von dem Aufwachssubstrat 1 verschieden ist. Eine Strahlungsaustrittsfläche 12 des
Dünnfilm-Halbleiterkörpers weist epitaktisch gewachsene
Auskoppelstrukturen 13 auf, die durch Vorsprünge 14 gebildet werden, wobei die Vorsprünge 14 die Form einer geraden
Pyramide mit einer sechseckigen Grundfläche aufweisen. Die pyramidenförmigen Vorsprünge 14 sind bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel aus einem Galliumnitridmaterial gebildet.
Bei dem Verfahren gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figuren 2A und 2B wird im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel gemäß der Figuren 1A bis IE ein selektiver Laser-Lift-Off- Prozess verwendet, um die Strahlungsaustrittsfläche 12 des Dünnfilm-Halbleiterkörpers freizulegen . Das Verfahrensstadium gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 2A entspricht im Wesentlichen dem Verfahrensstadium gemäß Figur 1F.
Im Unterschied zu dem Verfahrensstadium der Figur 1F ist in direktem Kontakt auf die Vertiefungen 4 eine durchgängige Opferschicht 15 aufgebracht, die dazu geeignet ist, Licht eines Lasers selektiv zu absorbieren. Die Vertiefungen 4 bilden sich ebenfalls in der Opferschicht 15 aus. Die
Opferschicht 15 weist beispielsweise Indiumgalliumnitrid auf oder besteht aus Indiumgalliumnitrid. Durch selektives
Entfernen der Opferschicht 15 durch einen Laser-Lift-Off- Prozess werden die Auskoppelstrukturen 13 freigelegt und die Halbleiterschichtenfolge 7 mit der aktiven
Strahlungserzeugenden Schicht 8 abgetrennt (Figur 2A) .
Auf diese Art und Weise entsteht ein fertiger Dünnfilm- Halbleiterkörper, wie er beispielsweise in Figur 2B
dargestellt ist und anhand von Figur II bereits im Detail beschrieben wurde. Weiterhin ist es möglich, dass auf die
Strahlungsaustrittsfläche 12 des Dünnfilm-Halbleiterkörpers ein weiteres Material zur Brechungsindexanpassung aufgebracht wird. Bei diesem Material kann es sich beispielsweise um ein hochbrechendes Glas oder Silikon handeln.
Wie die exemplarische rasterelektronenmikroskopische Aufnahme einer Halbleiterschicht mit epitaktisch gewachsenen
trichterförmigen und/oder pyramidenförmigen Vertiefungen 4 der Figur 3 zeigt, sind die Vertiefungen 4 derart ausgebildet, dass sich die Ränder direkt benachbarter
Vertiefungen 4 berühren. Die Vertiefungen 4 weisen Öffnungen mit einem Durchmesser zwischen einschließlich 100 nm und einschließlich 10 μπι auf. Die Tiefe der Vertiefungen 4 liegt ebenfalls zwischen einschließlich 100 nm und 10 μπι.
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Anmeldung DE 10 2011 012 928.6, deren
Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
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.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines Dünnfilm-Halbleiterkörpers mit den Schritten:
- Bereitstellen eines Aufwachssubstrates (1),
- Epitaktisches Aufwachsen einer Halbleiterschicht (3) mit trichterförmigen und/oder inversen pyramidenförmigen
Vertiefungen (4) auf das Aufwachssubstrat (1),
- Verfüllen der Vertiefungen (4) mit einem Halbleitermaterial (6) derart, dass pyramidenförmige Auskoppelstrukturen (13) entstehen,
- Aufbringen einer Halbleiterschichtenfolge (7) mit einer aktiven Schicht (8), die zur Erzeugung von
elektromagnetischer Strahlung geeignet ist, auf den
Auskoppelstrukturen (13),
- Aufbringen eines Trägers (11) auf die
Halbleiterschichtenfolge (7), und
- Ablösen zumindest der Halbleiterschicht (3) mit den
trichterförmigen und/oder inversen pyramidenförmigen
Vertiefungen (4), so dass die pyramidenförmigen
Auskoppelstrukturen (13) als Vorsprünge (14) auf einer
Strahlungsaustrittsfläche (12) des Dünnfilm-Halbleiterkörpers ausgebildet werden.
2. Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, bei dem die
Temperatur während des epitaktischen Aufwachsens der
Halbleiterschicht (3) mit den trichterförmigen und/oder inversen pyramidenförmigen Vertiefungen (4) kleiner oder gleich 850°C ist.
3. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, bei dem das Verfüllen der Vertiefungen (4) und/oder das Aufbringen der Halbleiterschichtenfolge (7) mittels eines epitaktischen Wachstumsprozesses erfolgt.
4. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, bei dem sich die Grundflächen benachbarter Vorsprünge (14) berühren.
5. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, bei dem die Vorsprünge (14) eine Grundfläche mit einem Durchmesser zwischen einschließlich 100 nm und einschließlich 10 μπι aufweisen.
6. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, bei dem auf die Auskoppelstrukturen (13) ein weiteres Material zur
Brechungsindexanpassung zwischen dem Halbleitermaterial des Dünnfilm-Halbleiterkörpers und dem umgebenden Medium
aufgebracht wird.
7. Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, bei dem der
Brechungsindex des Materials zur Brechungsindexanpassung zwischen einschließlich 1 und einschließlich 2,3 liegt.
8. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, bei dem die Auskoppelstrukturen (13) aus einem Nitrid- Verbindungshalbleitermaterial gebildet werden.
9. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, bei dem auf die Vertiefungen (4) eine Stoppschicht (5) aufgebracht wird, die dazu vorgesehen ist, beim Ablösen der Halbleiterschicht (3) mit den Vertiefungen (4) mittels eines Ätzprozesses den
Ätzprozess zu verlangsamen.
10. Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, bei dem - die Vertiefungen (4) in einer Halbleiterschicht (3) gebildet werden, die Galliumnitrid umfasst,
- die Stoppschicht (5) Aluminiumgalliumnitrid umfasst, und
- die Halbleiterschicht (3) mit den Vertiefungen (4) mittels einem Trockenätzprozess entfernt wird.
11. Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, bei dem das Aufwachssubstrat (1) Saphir aufweist und mittels eines Laser- Lift-Off-Prozesses entfernt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem das Aufwachssubstrat (1) Silizium aufweist und das Aufwachssubstrat (1) mittels
Ätzen entfernt wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem zwischen dem Aufwachssubstrat (1) und den Auskoppelstrukturen (13) eine Opferschicht (15) aufgebracht wird, die dazu geeignet ist, mittels eines Laser-Lift-Off-Prozesses entfernt zu werden.
14. Dünnfilm-Halbleiterkörper, der dazu geeignet ist, elektromagnetische Strahlung von einer
Strahlungsaustrittsfläche (12) auszusenden, mit:
- einer Halbleiterschichtenfolge (7) mit einer aktiven Zone (8), die dazu geeignet ist, elektromagnetische Strahlung zu erzeugen, und
- epitaktisch gebildeten pyramidenförmigen
Auskoppelstrukturen (13), die auf der
Strahlungsaustrittsfläche angeordnet sind.
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