DE112005003476T5

DE112005003476T5 - Substratentfernungsprozess für LEDs mit hoher Lichtausbeute

Info

Publication number: DE112005003476T5
Application number: DE112005003476T
Authority: DE
Inventors: John Edmond
Original assignee: Cree Inc
Current assignee: Wolfspeed Inc
Priority date: 2005-02-23
Filing date: 2005-09-15
Publication date: 2008-01-17
Also published as: TW200631200A; US20110198626A1; US20060189098A1; JP5676396B2; JP2011223049A; US9559252B2; JP2008532281A; WO2006091242A1; US7932111B2

Abstract

Verfahren zum Herstellen von lichtemittierenden Vorrichtungen auf Halbleiterbasis, das umfasst:
Vorsehen mehrerer Halbleiterschichten auf einem Siliciumcarbid(SiC)-Substrat-Wafer, wobei die mehreren Halbleiterschichten für mehrere lichtemittierende Vorrichtungen vorgesehen sind, wovon jede lichtemittierende Vorrichtung epitaxische Schichten enthält;
Vorsehen eines Trägers;
Flip-Chip-Montieren der emittierenden Vorrichtungen auf dem Träger, derart, dass die emittierenden Vorrichtungen zwischen dem Träger und dem Substrat-Wafer eingebettet sind;
Entfernen des SiC-Substrat-Wafers von den emittierenden Vorrichtungen;
Trennen des Trägers in Abschnitte, derart, dass jede emittierende Vorrichtung von den anderen getrennt ist, wobei jede emittierende Vorrichtung an einem entsprechenden Abschnitt des Trägers montiert ist.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung und insbesondere auf ein Verfahren zum Herstellen einer lichtemittierenden Halbleitervorrichtung auf einem leitenden Träger.
Beschreibung des Standes der Technik
Verbesserungen bei der Herstellung von Halbleitermaterialien in dem Gruppe-III-Nitridmaterial-System haben zu einem Fortschritt bei der Entwicklung von optoelektronischen GaN/AlGaN-Vorrichtungen wie etwa von hocheffizienten blauen, grünen und ultravioletten (UV) lichtemittierenden Dioden (LED oder LEDs) und Lasern sowie von elektronischen Vorrichtungen wie etwa Hochleistungs-Mikrowellentransistoren beigetragen. Einige der Vorteile von GaN sind der direkte Bandabstand mit einer Breite von 3,4 eV, die hohe Elektronengeschwindigkeit (2·10⁷ cm/s), das hohe Durchbruchfeld (2·10⁶ V/cm) und die Verfügbarkeit von Heterostrukturen.
Typische LEDs können eine p-dotierte Schicht und eine n-dotierte Schicht haben, derart, dass bei Anlegen einer Vorspannung über die dotierten Schichten die LED Licht emittiert. Andere LEDs können einen aktiven Bereich umfassen, der zwischen die n-dotierte Schicht und die p-dotierte Schicht eingebettet ist, so dass bei Anlegen einer Vorspannung über die dotierte Schicht Elektronen und Löcher in den aktiven Bereich injiziert werden, wo sie rekombinieren und Licht erzeugen. Das LED-Licht wird typischerweise omnidirektional in einer "Emissionssphäre" erzeugt, wobei das Licht in dem Material, aus dem die LED-Struktur aufgebaut ist, in alle Richtungen strahlt. Die LEDs sind bei der Erzeugung von Licht effizient, aufgrund der unterschiedlichen Brechungsindizes zwischen dem LED-Material und der Umgebung kann das Licht jedoch nur schwer aus der LED in die Umgebungen emittieren. In einer LED, die Schichten und Bereiche mit einer typischen Dicke besitzt, verlassen nur jene Photonen die Struktur, die in einem Kegel mit einer Öffnung von etwa 20° in Richtung einer Oberfläche gebildet werden. Der Rest des Lichts wird in der Struktur der LED eingefangen und kann schließlich in dem Halbleitermaterial absorbiert werden, wodurch der gesamte Emissionswirkungsgrad der LED verringert wird.
Es sind unterschiedliche Verfahren entwickelt worden, um den Lichtemissionswirkungsgrad typischer LEDs zu verbessern, wobei einige von ihnen die Verwendung nicht eben geformter LEDs und das Aufrauen der Emissionsoberfläche einer LED umfassen. Diese beiden Lösungswege verbessern den Emissionswirkungsgrad durch die Schaffung einer LED-Oberfläche, die unterschiedliche Winkel hat, so dass das Licht von dem aktiven Bereich der LED die Oberfläche mit unterschiedlichen Winkeln zwischen den Lichtstrahlen und der Oberfläche erreicht. Dadurch wird die Möglichkeit erweitert, dass sich das Licht innerhalb des 20°-Kegels befindet, wenn es die Oberfläche erreicht, so dass es von der LED emittiert wird. Wenn es sich nicht in dem 20° Winkel befindet, wird das Licht unter verschiedenen Winkeln reflektiert, wodurch die Wahrscheinlichkeit erhöht wird, dass das Licht dann, wenn es das nächste Mal die Oberfläche erreicht, sich in dem Kegel befindet.
LEDs können auf einem Substrat wie etwa SiC gefertigt werden und dann flip-chip-montiert werden, so dass das Substrat die primäre Emissionsoberfläche der LED wird. Das Licht vom aktiven Bereich der LEDs wird großenteils in das SiC-Substrat mit höherem Brechungsindex eingekoppelt, von dem es dann extrahiert werden muss. In dem Substrat kann Licht durch interne Totalreflexion (TIR) eingefangen werden, wodurch der Gesamtemissionswirkungsgrad der Vorrichtung verringert wird.
Die Lichtextraktion kann durch Formen des SiC-Substrats verbessert werden, etwa durch Verjüngen der Substratseitenwände. Ein Nachteil dieses Lösungswegs besteht darin, dass das Formen des Substrats eine lokale Verringerung der Querschnittsfläche erfordert, was zu einem höheren Reihenwiderstand führt. Außerdem muss die Formung des Substrats in allen Abmessungen skaliert werden, wenn die seitliche Abmessung des Chips erhöht wird. Dies erfordert eine dickere Ausbildung des SiC-Substrats, wenn die seitlichen Abmessungen des Chips erhöht werden, um einen proportional längeren sich verjüngenden Verlauf der Seitenwand unterzubringen. Bei der Verwendung eines SiC-Substrats bestehen weitere Nachteile, etwa Schwierigkeiten bei der Kontaktierung der n-Schicht. Weiterhin ist bei einigen Ausführungsformen mit einem SiC-Substrat eine leitende Pufferschicht zwischen dem Substrat und der n-Schicht vorhanden, um Strom zu der n-Schicht zu streuen. Diese Pufferschicht kann jedoch während des LED-Betriebs Leistung absorbieren.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zum Herstellen einer Festkörper-Lichtemissionsvorrichtung wie etwa einer LED, bei dem das Substrat entfernt wird, wodurch zahlreiche Vorteile geschaffen werden, wie im Folgenden vollständig beschrieben wird. Eine Ausführungsform eines Verfahrens zum Herstellen von lichtemittierenden Vorrichtungen auf Halbleiterbasis gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst das Vorsehen mehrerer Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtungen auf einem Substrat-Wafer, wobei jede der Emissionsvorrichtungen epitaxische Schichten enthält. Es wird ein Träger bereitgestellt, und die Emissionsvorrichtungen werden auf dem Träger flip-chipmontiert, so dass die Emissionsvorrichtungen zwischen dem Träger und dem Substrat-Wafer eingebettet sind. Der Substrat-Wafer wird von den Emissionsvorrichtungen entfernt, und der Träger wird in Abschnitte getrennt, so dass jede der Emissionsvorrichtungen von den anderen getrennt ist, wobei jede der Emissionsvorrichtungen auf einem entsprechenden Abschnitt des Trägers montiert ist.
Die Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung können verwendet werden, um LEDs herzustellen, wobei eines dieser Verfahren das Vorsehen mehrerer LEDs auf einem SiC-Substrat-Wafer umfasst, wobei jede LED eine n-Schicht und eine p-Schicht besitzt, wobei die n-Schicht zwischen dem Substrat-Wafer und der p-Schicht eingebettet ist. Es wird ein Träger bereitgestellt, der eine seitliche Oberfläche besitzt, um die LEDs zu halten. Die LEDs sind an der seitlichen Oberfläche des Trägers flip-chip-montiert, so dass die LEDs zwischen dem Substrat-Wafer und dem Träger eingebettet sind. Das SiC-Substrat wird von den LEDs entfernt, so dass die n-Schicht die oberste Schicht ist, und es wird ein entsprechender Kontakt auf die n-Schicht jeder LED aufgebracht. Der Träger wird in Abschnitte getrennt, so dass jede LED von den anderen getrennt ist, wobei jede der LEDs an einem entsprechenden Abschnitt des Trägers montiert ist.
Nach der Herstellung durch die Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung werden die LEDs (und andere Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtungen) typischerweise von einem Verkapselungsmaterial umschlossen. Das Halbleitermaterial, das die LED enthält, hat im Vergleich zu SiC eine bessere Indexübereinstimmung mit dem Verkapselungsmaterial, was schon an sich eine verbesserte Lichtextraktion aus der LED in das Verkapselungsmaterial zur Folge hat. Die Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung sind auf die Herstellung von Gruppe-III-Nitrid-LEDs und insbesondere von GaN-LEDs anwendbar. Das Entfernen des Substrats ermöglicht die Herstellung eines guten ohmschen Kontakts direkt mit dem n-GaN. Dadurch wird der Bedarf an einer leitenden Pufferschicht an der SiC-GaN-Grenzfläche beseitigt, was die Verlustleistung an dieser Grenzfläche beseitigt und den Konversionsgrad (wall-plug efficiency) der LED verbessern kann. Das Entfernen des Substrats beseitigt außerdem den Bedarf an einer dickeren Ausbildung des Substrats, wenn die seitlichen Abmessungen des Chips für LEDs, die einen sich verjüngenden Verlauf der Seitenwände haben, erhöht werden.
Diese und andere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden für den Fachmann anhand der folgenden genauen Beschreibung ersichtlich unter Einbeziehung der beigefügten Zeichnungen. In den Zeichnungen zeigen:
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 einen Ablaufplan für eine Ausführungsform eines Herstellungsverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 eine Schnittansicht einer Ausführungsform von LEDs, die auf einem Substrat-Wafer gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildet sind;
3 eine Schnittansicht der LEDs und des Substrat-Wafers von 2 und eines Trägers, wobei die LEDs und das Substrat in Vorbereitung auf die Montage an dem Träger umgedreht sind;
4 eine Schnittansicht der LEDs, des Substrat-Wafers und des Trägers von 3, wobei die LEDs an dem Träger flip-chip-montiert sind;
5 eine Schnittansicht der Struktur von 4, wobei der Substrat-Wafer von den LEDs entfernt ist;
6 eine Schnittansicht der Struktur von 5, wobei auf die LEDs ein Kontakt aufgebracht ist;
7 eine Schnittansicht der Struktur von 6, nachdem der Träger durchgeschnitten worden ist, um die LEDs zu trennen;
8 eine Schnittansicht einer der LEDs in 7, die in einer LED-Baugruppe montiert ist;
9 eine Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung von LEDs, die an einem Halbleiterträger flip-chip-montiert sind;
10 eine Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung von LEDs, die an einem leitenden Träger flip-chip-montiert sind, wobei die LEDs eine texturierte Oberfläche haben;
11 eine Schnittansicht einer nochmals weiteren Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung von LEDs, die an einem leitenden Träger flip-chip-montiert sind, wobei der Träger eine Flächendiode zum Schutz vor elektrostatischer Entladung besitzt; und
12 eine Schnittansicht einer Ausführungsform der Spiegelschichten gemäß der vorliegenden Erfindung, wie sie in einigen der LED-Strukturen vorhanden sind.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
1 zeigt eine Ausführungsform eines Verfahrens 10 gemäß der vorliegenden Erfindung zum Herstellen von lichtemittierenden Halbleitervorrichtungen, wobei das Verfahren 10 insbesondere geeignet ist, um vereinzelte lichtemittierende Dioden (LEDs) mit vertikaler Geometrie auf einem Submount/Träger ("Träger") herzustellen, wobei das Substrat auf jeder LED entfernt ist. In einer Ausführungsform des Verfahrens 10 sind die LEDs aus dem Gruppe-III-Nitrid-Material-System wie etwa AlGaN/GaN hergestellt und auf einem leitenden Träger gefertigt. Im Schritt 12 wird ein leitender Träger bereitgestellt, der so bemessen ist, dass mehrere LEDs auf einer seiner seitlichen Oberflächen montiert werden können. Wünschenswerte Eigenschaften des Trägers sind niedrige Kosten, niedriger spezifischer elektrischer Widerstand, eine gute Wärmeleitfähigkeit sowie ein guter Wärmeausdehnungskoeffizient relativ zu den gebondeten Vorrichtungen.
Es können viele verschiedene Arten von Trägern mit unterschiedlichen Strukturen verwendet werden. In einer Ausführungsform kann der Träger ein Halbleitermaterial wie etwa SiC oder Si enthalten und einen niedrigen spezifischen elektrischen Widerstand haben. Die seitlichen Oberflächen des Trägers, an die LED-Vorrichtungen durch Löten gebondet werden sollen, sollten mit einem Material mit niedrigem spezifischem elektrischen Widerstand metallisiert sein. Die Metallisierung der seitlichen Oberflächen des Halbleiterträgers sollte ohmsche Kontakte mit jeder Seite bilden. Die seitlichen Oberflächen des Trägers, die gebondet werden sollen, sollten außerdem so bearbeitet sein, dass ein Bonden mit einem Lötmittel den ohmschen Kontakt mit den seitlichen Oberflächen nicht verschlechtert. Beispielsweise könnte das Metall auf der Lötoberfläche einen ohmschen Kontakt aufweisen, etwa Titan, gefolgt von einer Lötbarriere wie etwa Ni, TiW oder W, gefolgt von einer lötbaren Schicht wie etwa Ni, Ni/Au, Ni/AuSn, Ni/Sn. Der Halbleiterträger kann unter Verwendung bekannter Verfahren wie etwa einer Katodenzerstäubung metallisiert werden.
In anderen Ausführungsformen kann der Träger ein metallisches Material umfassen, z.B. Cu, Cu-W oder Cu-Mo-Cu, ohne jedoch darauf eingeschränkt zu sein. Diese metallischen Materialien besitzen einen niedrigen spezifischen elektrischen Widerstand, so dass demzufolge eine Metallisierung der seitlichen Oberflächen nicht notwendig ist. Der Träger kann auch ein Einzelkonstruktions-Träger sein, oder er kann zahlreiche verschiedene Strukturelemente enthalten, und der Träger kann passive und aktive elektronische Komponenten enthalten, um die LEDs, die an ihm montiert sind, anzusteuern.
Im Schritt 14 sind LEDs vorgesehen, die an einem Wafer/Substrat montiert werden. Die LEDs können aus unterschiedlichen Materialsystemen hergestellt sein, die mit einem Wachstum auf SiC kompatibel sind, wobei, wie oben erwähnt, das bevorzugte Materialsystem das Gruppe-III-Nitrid-Material-System ist. SiC hat eine bessere Kristallgitter-Übereinstimmung mit Gruppe-III-Nitriden, was im Allgemeinen Gruppe-III-Nitridschichten mit hoher Qualität zur Folge hat. SiC besitzt außerdem eine hohe Wärmeleitfähigkeit, so dass die Gesamtausgangsleistung von Gruppe-III-Nitrid-Vorrichtungen auf SiC nicht durch die Wärmeabfuhr des Substrats begrenzt ist (wie dies bei einigen Vorrichtungen der Fall ist, die aus Saphir gebildet sind). SiC-Substrate sind von Cree Research, Inc., Durham, North Carolina, verfügbar, und Verfahren zu ihrer Herstellung sind in der wissenschaftlichen Literatur sowie in den US-Patenten Re. 34.861 ; 4.946.547 ; und 5.200.022 angegeben sind. Einige Beispiele von Gruppe-III-Nitrid-Materialien, die für LEDs verwendet werden können, umfassen: Galliumnitrid (GaN), Indiumgalliumnitrid (InGaN) und Aluminiumgalliumnitrid (AlGaN).
Einige Beispiele von im Handel erhältlichen Vorrichtungen, die für die LEDs in dem Verfahren 10 verwendet werden können, umfassen den X6900^TM-Power Chip, die XBright^®-LED und die XBright^®Plus-LED, die alle von Cree Research, Inc., Durham, North Carolina, erhältlich sind, ohne jedoch darauf eingeschränkt zu sein. Typische LEDs, die in dem Verfahren 10 verwendet werden, werden mit einer n-Schicht auf dem SiC-Substrat, einer p-Schicht auf der n-Schicht und einem aktiven Bereich hergestellt, der zwischen der n- und der p-Schicht eingebettet ist. Es können auch Spiegelschichten vorgesehen werden, die so angeordnet sind, dass sie die Lichtausbeute der am Ende hergestellten Vorrichtungen weiter verbessern.
Die einzelnen LEDs können gebildet werden, indem zunächst die n- und die p-Schicht (und die Spiegelschichten) auf dem SiC-Substrat abgelagert werden. Die Schichten können dann vorzugsweise durch bekannte Verfahren wie Mesa-Ätzen oder durch mechanisches Sägen, Laserschneiden oder Wasserstrahlschneiden, die alle die n- und p-Schichten durchschneiden, während sie das SiC-Substrat nicht durchschneiden, in einzelne Vorrichtungen auf dem SiC geteilt werden. Die einzelnen Vorrichtungen können unterschiedliche Größen haben, wobei der geeignete Größenbereich 250-300 Quadratmikrometer beträgt, wobei abhängig von der Größe des Substrats mehr als 20000 Vorrichtungen auf dem Wafer vorgesehen werden können. In alternativen Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung können die n- und p-Schichten auf dem Substrat als ununterbrochene Schichten verbleiben und dann nach der Flip-Chip-Montage in einzelne Vorrichtungen geteilt werden, wie später beschrieben wird.
Im Schritt 16 wird das Substrat mit seinen LEDs umgedreht und auf einer seitlichen Oberfläche des Trägers flip-chip-montiert, wobei in einer bevorzugten Ausführungsform die LEDs an die vorgesehene Stelle gebondet werden. Die LEDs sollten so positioniert werden, dass zwischen benachbarten LEDs ein Raum vorhanden ist, der das Schneiden des Trägers zwischen den LEDs ermöglicht. Dies ermöglicht, dass jede LED von den anderen getrennt wird, wobei jede LED ihren eigenen Abschnitt auf dem Träger hat.
In einer Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung werden die LEDs an den Träger durch ein Lötmittel gebondet. Das Lötmaterial kann im Voraus auf die LEDs (wie im Fall der XBright^®- und XBright^®Plus-LEDs) aufgebracht werden, oder es kann auf die Oberfläche des Trägers aufgebracht werden, bevor die LEDs auf dem Träger montiert werden. Wie oben beschrieben, sollte der Träger im Fall eines Halbleiterträgers mit metallisierten Schichten außerdem so bearbeitet sein, dass die Lötverbindung die ohmschen Kontakte nicht verschlechtert.
Nach der Flip-Chip-Montage bildet das SiC-Substrat die oberste Schicht, und im Schritt 18 wird das Substrat von allen LEDs entfernt. Es können viele verschiedene Verfahren zum Entfernen verwendet werden, wobei in einer Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung die LEDs mechanisch geschliffen werden können, um das gesamte SiC-Substrat oder den größten Teil davon zu entfernen. Ein selektives Ätzen etwa mit einem Plasma auf Fluor-Basis kann verwendet werden, um jegliches SiC zu entfernen, das auf den LEDs zurückbleibt, nachdem sie mechanisch geschliffen worden sind. Aufgrund der Nicht-Flüchtigkeit von Al-F-Verbindungen kann in die n-Schicht jeder LED oder an der SiC-Substrat-Grenzfläche mit der n-Schicht eine verhältnismäßig niedrige Al-Zusammensetzungsschicht eingefügt werden. Die Al-Zusammensetzung ermöglicht, dass das Plasmaätzen selektiv bei der n-Al_xGa_1-xN-Schicht oder bei dem Al an der SiC-Substrat-Grenzfläche endet.
Alternativ können die LEDs eine Lift-Off-Schicht enthalten, die zwischen dem SiC-Substrat und dem Rest der n-Schicht angeordnet sein kann. Die Lift-Off-Schicht kann einer photo-elektrochemischen Ätzung (PEC) ausgesetzt werden, die die Lift-Off-Schicht ätzt, ohne die epitaxische(n) Schicht(en) wesentlich zu ätzen. In einer Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst das PEC-Ätzen das Eintauchen der Halbleitervorrichtung in eine Lösung und das Beleuchten der Lösung mit Licht, wobei die Zusammensetzung der Lösung und die Wellenlänge des Lichts bewirken, dass die Lift-Off-Schicht geätzt wird, ohne dass die epitaxischen Schichten geätzt werden. In dieser Ausführungsform kann die Lift-Off-Schicht ein Material wie etwa InGaN, AlInGaN und AlInGaAs umfassen, und die bevorzugte Eintauchlösung kann (1:3)-KOH und Wasser umfassen, die alleine die Lift-Off-Schicht oder die epitaxischen Gruppe-III-Nitrid-Schichten nicht wesentlich ätzt. Falls jedoch die Lösung mit einem Licht beleuchtet wird, kann die Lösung die Lift-Off-Schicht und nicht die epitaxischen Schichten ätzen. Verschiedene Wellenlängen des Lichts können verwendet werden, wobei eine geeignete Wellenlänge ungefähr 400 Nanometer (nm) beträgt. Es wird angenommen, dass das Licht mit 400 nm das Material in der Lift-Off-Schicht dazu veranlasst, Elektron-Loch-Paare zu bilden, wobei die Lochposition, die sich an dem In-Atom befindet, die Bindung eines Hydroxid-Ions ermöglicht. Dies ergibt In₂O₃ und ein H₂-Gas als Nebenprodukt, und das Entfernen von In beginnt, die Lift-Off-Schicht-Struktur schnell aufzulösen. Um das Ätzen der InGaN-Lift-Off-Schicht weiter zu fördern, kann die KOH- und Wasserlösung durch Anordnen einer Sonde auf dem Substrat und einer weiteren Sonde in der Lösung beeinflußt werden. Nachdem die Lift-Off-Schicht PEC-geätzt worden ist, ist das SiC-Substrat bei allen LEDs von dem Rest seiner LED getrennt.
In einer weiteren Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung basieren alle LEDs auf GaN und umfassen ebenfalls eine Lift-Off-Schicht zwischen ihrer n-Schicht und dem SiC-Substrat, wobei die Lift-Off-Schicht aus einem Material wie etwa InGaN hergestellt ist. Die Lift-Off-Schicht wird statt einer PEC-Ätzung einer Laser-Beleuchtung ausgesetzt, um die Lift-Off-Schicht zu ätzen. Der Laser sollte eine Lichtwellenlänge erzeugen, die von dem SiC-Substrat oder den epitaxischen GaN-Schichten nicht absorbiert wird, jedoch von der InGaN-Lift-Off-Schicht absorbiert wird. SiC absorbiert Lichtwellenlängen von ungefähr 390 nm und weniger, GaN absorbiert Lichtwellenlängen von ungefähr 360 nm oder weniger, und InGaN absorbiert Lichtwellenlängen von ungefähr 450 nm oder weniger. Die Laserbestrahlung gemäß der vorliegenden Erfindung sollte eine Wellenlänge im Bereich von etwa 390 bis etwa 450 nm haben, wobei eine geeignete Wellenlänge etwa 400 nm beträgt. Das SiC-Substrat und die GaN-Schichten sind für die Laserbestrahlung dieser Wellenlänge durchlässig, wobei das Licht dann, wenn die Strahlung auf die Lift-Off-Schicht auftrifft, absorbiert wird. Dies bewirkt ein Aufheizen der Lift-Off-Schicht und eine Wärmeabfuhr, was ein Trennen der epitaxischen Schichten von dem Submount ermöglicht. Selbstverständlich können viele andere Wellenlängen bei der Laserbestrahlung im Bereich von etwa 390 bis 450 nm verwendet werden.
In einer nochmals weiteren Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung können die LEDs einer Stickstoff-Trifluorid-Ätzung unterworfen werden, die Siliciumcarbid mit einer Rate ätzt, die um ein Vielfaches schneller als Ätzungen von epitaxischen Gruppe-III-Nitrid-Schichten ist. Ionen von Stickstoff-Trifluorid entfernen ohne weiteres Siliciumcarbid hinab bis zu dessen Grenzfläche mit den Gruppe-III-Nitrid-Materialien. Sobald das Siliciumcarbid entfernt ist, endet das Ätzen im Wesentlichen, da die Ätzrate der epitaxischen Schichten sehr langsam ist.
In den oben beschriebenen Ausführungsformen, in denen n- und p-Schichten auf dem Substrat ununterbrochen verbleiben, können die ununterbrochenen Schichten geschnitten oder geätzt werden, nachdem das Substrat entfernt worden ist, um die Schichten in einzelne Emissionsvorrichtungen zu teilen. Es können bekannte Mesa-Ätzverfahren oder ein mechanisches Sägen, ein Laserschneiden oder ein Wasserstrahlschneiden verwendet werden, um die Schichten in einzelne Vorrichtungen zu teilen.
Nach der Entfernung des SiC wird im Schritt 20 ein ohmscher Kontakt oder eine Drahtverbindung auf die nun freiliegende n-GaN-Oberfläche aufgebracht. Die Fähigkeit, einen guten ohmschen Kontakt direkt mit den n-Gruppe-III-Nitriden herzustellen, ist nachgewiesen, und durch Entfernen des SiC-Substrats kann ein guter Kontakt direkt mit der n-Schicht hergestellt werden. Das Entfernen des SiC-Substrats beseitigt auch den Bedarf an einem leitenden Puffer an der SiC-Grenzfläche mit der n-Gruppe-III-Nitrid-Schicht, und außerdem wird dadurch die Verlustleistung durch den Puffer beseitigt. Die Beseitigung dieser Verlustleistung bei dem Puffer und bei dem Substrat erhöht den Wirkungsgrad der LEDs und schafft eine bessere Lichtausbeute, so dass der Konversionsgrad der LED verbessert ist.
Auf die Oberseite des Kontakts kann auch eine Anschlussfläche aufgebracht werden. Ein Beispiel eines Stapels zu diesem Zweck könnte Ti oder Al für den Kontakt, gefolgt von Pt/Au bzw. Ti/Pt/Au für die Kontaktfläche enthalten. In einer bevorzugten Ausführungsform enthält der Kontakt Al aufgrund des hohen Reflexionsvermögens. Die Kontakte und Anschlussflächen können unter Verwendung bekannter Techniken wie etwa einer Katodenzerstäubung aufgebracht werden.
Im Schritt 22 werden die Vorrichtungen vereinzelt oder getrennt, wobei viele verschiedene Trennverfahren und Trennvorrichtungen verwendet werden können. In einer Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung werden die LEDs unter Verwendung einer Diamantsäge getrennt, die den Träger zwischen den montierten LEDs schneidet. In einer weiteren Ausführungsform wird der Träger zwischen den Vorrichtungen geritzt oder gekerbt, woraufhin die Vorrichtungen abgebrochen werden.
Im Schritt 24 können dann die einzelnen LED-Vorrichtungen in gewöhnlichen Gehäusen (Packages) unter Verwendung von Silberepoxid oder durch Löten montiert werden. Falls ein Lötmittel verwendet wird, muss die Vorrichtungsträger-Lötverbindung die gleiche oder eine höhere Schmelztemperatur haben. Einige Beispiele für ein Lötmittel zum Bonden im Hinblick auf die Erhöhung der Schmelztemperatur sind Pb_0,37Sn_0,63, gefolgt von Sn_0,965Ag_0,035, Sn, Sn_0,8Au_0,2. Das Lötmittel zum Bonden der LED auf ihrem Träger an das Gehäuse kann auf den Träger aufgebracht oder auf dem Leiterrahmen, an dem die LED und ihr Träger befestigt werden sollen, verteilt werden. Außerdem sind Drahtverbindungen mit der LED und/oder ihrem Träger zum Anlegen einer Vorspannung an die LED vorgesehen.
Nachdem alle LED- und Träger-Kombinationen in ihrem Gehäuse montiert worden sind, können sie von einem Verkapselungsmaterial umschlossen werden. Ein weiterer Vorteil des Entfernens des SiC-Substrats von der LED gemäß dem Verfahren 10 besteht darin, dass der Brechungsindex zwischen dem LED-Material und dem Verkapselungsmaterial wie etwa einem Epoxid besser übereinstimmt als im Vergleich mit dem SiC-Substrat, was eine verbesserte Lichtausbeute schafft, indem ein größerer Prozentsatz des Lichts die Grenzfläche zwischen der LED und dem Verkapselungsmaterial erreichen kann, um auszutreten.
Das Verfahren 10 kann bei der Herstellung vieler verschiedener Halbleitervorrichtungen mit epitaxischen Schichten, die aus vielen verschiedenen Materialien mit vielen verschiedenen Dicken hergestellt sind, verwendet werden. Wie oben diskutiert, ist das Verfahren 10 jedoch für die Herstellung von LEDs besonders geeignet.
2 zeigt eine Ausführungsform von LEDs 40, die auf einem Substrat-Wafer 42 in einem Zwischenschritt in dem obigen Verfahren 10 gebildet werden. Die LEDs 40 sind vorzugsweise aus dem Gruppe-III-Nitrid-Material-System hergestellt, und das Substrat 42 ist vorzugsweise aus SiC hergestellt, obwohl beide auch aus anderen Materialien hergestellt sein können. Jede LED 40 enthält ihre eigene n-Schicht 46 und eine p-Schicht 48, wobei sich die n-Schicht 46 zwischen dem Substrat 44 und der p-Schicht 48 befindet. Andere Ausführungsformen der LEDs 40 können einen (nicht gezeigten) aktiven Bereich umfassen, der zwischen der n-Schicht 46 und der p-Schicht 48 eingebettet ist. Auf der p-Schicht 48 können eine erste und eine zweite Metallschicht 43 bzw. 44 ausgebildet sein und aus jenen Metallen (oder Legierungen oder Schichtkombinationen von Metallen) ausgewählt sein, die im Hinblick auf die Lichtreflexion und den ohmschen Kontakt in Verbindung mit der p-Gruppe-III-Nitrid-Schicht am besten sind. Obwohl zwei Metallschichten 43, 44 dargestellt sind, kann die Anzahl von Schichten gemäß der vorliegenden Erfindung selbstverständlich höher sein.
In einer Ausführungsform können die LEDs zunächst auf dem Substrat-Wafern 42 als ununterbrochene n-, p- und Metallschichten 46, 48, 43, 44 gebildet werden, die die oberste Oberfläche des Substrat-Wafers 42 im Wesentlichen bedecken. Die Schichten können dann in einzelne Vorrichtungen auf dem Substrat 42 unter Verwendung eines Mesa-Ätzens oder eines der anderen oben beschriebenen Verfahren getrennt werden. Obwohl der Substrat-Wafer 42 mit nur drei LEDs 40 gezeigt ist, kann in der Praxis ein Substrat-Wafer selbstverständlich tausende von LEDs 40 halten. Auf den Metallschichten 43, 44 kann eine Bond-Schicht 50 vorhanden sein, die die LEDs 40 mit dem leitenden Träger verbindet. In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Bond-Schicht ein Trägerlötmittel sein.
In einer alternativen Ausführungsform können die n-, p- und Metallschichten 46, 48, 43, 44 auf dem Substrat 42 ununterbrochen verbleiben, um sie später in dem Herstellungsprozess zu schneiden. Für diese Ausführungsformen verbleiben die Abschnitte der Schichten zwischen den Vorrichtungen (in Strichpunktlinien gezeigt) bis zu diesem späteren Schritt. In einer Ausführungsform werden die Schichten 46, 48, 43, 44 durchgeschnitten, nachdem die Flip-Chip-Montage erfolgt ist und das Substrat 42 entfernt worden ist, obwohl sie auch in anderen Stadien des Herstellungsprozesses durchgeschnitten werden könnten.
In 3 sind ein Träger 45 und der Substrat-Wafer 42 und die LEDs 40 von 2 in einer umgedrehten Orientierung in Vorbereitung auf die Montage an einem Träger 45 in einem weiteren Zwischenschritt im Verfahren 10 gezeigt. Der Träger 45 kann aus einem leitenden Material hergestellt sein, wobei wie oben beschrieben geeignete Materialien Cu, Cu-W, Cu-Mo-Cu, SiC oder Si enthalten können, ohne jedoch darauf eingeschränkt zu sein. Der Träger 45, der in 3 gezeigt ist, ist so bemessen, dass drei LEDs 40 auf ihm montiert werden können, obwohl er wie der Substrat-Wafer 42 auch so bemessen sein kann, dass er tausende von montierten LEDs aufnehmen kann, die auf einem Substrat-Wafer montiert sind.
4 zeigt die LEDs 40, das Substrat 42 und den Träger 45 von 3 in einem weiteren Zwischenschritt in dem Verfahren 10, wobei die LEDs 40 an dem Träger 45 flip-chip-montiert sind. In der gezeigten Ausführungsform ist jede LED 40 an dem Träger durch ein Lötmittel 50 montiert, obwohl selbstverständlich andere Montageverfahren und Materialien verwendet werden können. Als Folge des Mesa-Ätzens sind die LEDs 40 so positioniert, dass zwischen benachbarten LED 40 ein Raum vorhanden ist, der ein Durchschneiden des Trägers 45 zwischen den LEDs erlaubt. Dies ermöglicht die Trennung jeder LED 40 von den anderen, ohne die LEDs 40 zu beschädigen, wobei jede LED 40 dann auf ihrem eigenen Abschnitt des Trägers 45 montiert ist.
5 zeigt die Struktur der LED 40 und des Trägers 45 von 4, nachdem das SiC-Substrat 42 von den LEDs 40 entfernt worden ist. Es können viele verschiedene Verfahren zum Entfernen verwendet werden, einschließlich der Verfahren, die oben in Verbindung mit dem Schritt 18 des Verfahrens 10 in 1 beschrieben worden sind. Bei einigen der beschriebenen Verfahren kann eine (nicht gezeigte) Lift-Off-Schicht zwischen dem Substrat 42 und der n-Schicht 46 vorgesehen werden, während bei anderen Verfahren eine Al-Zusammensetzung in der n-Schicht 46 am Übergang zu dem Substrat vorgesehen sein kann. Nachdem das Substrat entfernt worden ist, ist die n-Schicht 46 jeder LED 40 die oberste Schicht, wobei die Oberfläche der n-Schichten offengelegt ist. In den Ausführungsformen, bei denen die Schichten 46, 48, 43, 44 ununterbrochen verbleiben, können sie in getrennte Vorrichtungen geschnitten werden, nachdem das Substrat 42 entfernt worden ist.
6 zeigt die Struktur der LEDs 40 und des Trägers 45 von 5 mit einem auf die n-Schicht 46 jeder LED aufgebrachten Kontakt 52, wobei der Kontakt ein wie oben in Verbindung mit dem Schritt 20 des Verfahrens 10 beschriebenes Material enthält. Auf der Oberseite des Kontakts kann außerdem wie oben beschrieben eine Anschlussfläche aufgebracht werden.
7 zeigt die Struktur der LEDs 40 und des Trägers 45 von 6, nachdem der Träger 45 zwischen jeder der LEDs 40 unter Verwendung eines der oben im Schritt 22 des Verfahrens 10 beschriebenen Verfahren einschließlich der Verwendung einer Diamantsäge oder eines Ritzens/Einkerbens zwischen den Vorrichtungen und des Abbrechens der Vorrichtungen geschnitten worden ist. Jede LED 40 wird von den anderen getrennt, wobei jede ihren eigenen Abschnitt auf dem Träger 45 hat.
8 ist eine schematische Darstellung, die zeigt, wie jede LED 40 anschließend in einem LED-Gehäuse 54 angeordnet werden kann, wobei die LED in einem Leiterrahmen 45 montiert ist, der eine erste Leitung 56 zu dem Kontakt 52 hat. Der Träger 45 kann entweder über den Leiterrahmen 55 oder über einen zweiten Leiter 58 mit dem Träger 45 leitend verbunden werden. Eine an die Leitungen 56, 58 angelegte Vorspannung veranlasst die LED 40 zum Aussenden von Licht. Jede der LEDs 40 kann an ihr Gehäuse unter Verwendung von Silberepoxid oder durch Löten gebondet werden, und die Vorrichtung kann dann in ihr Gehäuse unter Verwendung eines Materials wie etwa eines klaren Epoxids eingebaut werden. Die Spiegel tragen dazu bei, dass das aus den n- und p-Schichten 46, 48 emittierte Licht zurück zur obersten Oberfläche der LED 40 reflektiert wird, so dass es zu der Gesamtemission beitragen kann. Die Oberflächen des Leiterrahmens 55 können ebenfalls das Licht reflektieren, so dass es zu der gesamten Lichtemission des Gehäuses 54 beiträgt.
9 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Struktur 60 gemäß der vorliegenden Erfindung, die LEDs 62 umfasst, die auf einem Träger gemäß dem Verfahren 10 flip-chip-montiert sind. Der (nicht gezeigte) Substrat-Wafer wird entfernt, und ein entsprechender Kontakt 72 wird auf jede n-Schicht 66 aufgebracht und schafft einen guten ohmschen Kontakt mit jeder n-Schicht 66. Jede LED 62 umfasst außerdem eine p-Schicht 68, eine erste und eine zweite Spiegelschicht 69 bzw. 70 und ein Lötmittel 72 zum Bonden der LEDs an den Träger 64.
Der Träger 64 ist aus einem Halbleitermaterial wie etwa SiC oder Si hergestellt, obwohl auch andere Halbleitermaterialien verwendet werden können. Wie oben im Schritt 12 des Verfahrens 10 beschrieben, kann für die Schaffung eines niedrigen spezifischen elektrischen Widerstands der Träger 64 auf beiden Seiten eine erste bzw. eine zweite metallisierte Schicht 65a, 65b haben, wobei beide Schichten 65a, 65b ein Material mit niedrigem spezifischem Widerstand enthalten. Die Metallisierung auf beiden Seiten eines Halbleiterträgers sollte mit beiden Seiten ohmsche Kontakte bilden. Wie ebenfalls im Schritt 12 des Verfahrens 10 beschrieben, sollten die Seiten des Halbleiterträgers, die an die LED-Vorrichtung oder an das Gehäuse durch Löten gebondet werden sollen, ebenfalls in der Weise bearbeitet werden, dass die Lötverbindung den ohmschen Kontakt an der Fläche nicht verschlechtert. Der Träger 64 kann zwischen den LEDs 62 geschnitten werden, um einzelne LEDs auf einem Abschnitt des Trägers 64 zu bilden, wobei die einzelnen LEDs in einem Leiterrahmen montiert werden können.
10 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Struktur 80 gemäß der vorliegenden Erfindung, die LEDs 82 umfasst, die an einem Träger 84 flip-chip-montiert und an den Träger etwa durch ein Lötmittel 86 gebondet sind. Das (nicht gezeigte) Substrat ist von den LEDs 84 entfernt worden. Der gezeigte Träger 84 ist ein elektrischer Leiter, obwohl der Träger 84 selbstverständlich auch ein Halbleitermaterial mit Metallisierungsschichten enthalten kann. Jede der LEDs 82 enthält wiederum eine n-Schicht 88, eine p-Schicht 90, einen auf die n-Schicht 88 aufgebrachten Kontakt 92 und Spiegelschichten 94, 96. Um die Lichtausbeute von jeder LED 82 weiter zu erhöhen, kann die Oberfläche 83 der LEDs um den und/oder unter dem Kontakt 82 texturiert sein. Es können viele verschiedene Prozesse verwendet werden, um die Oberfläche zu texturieren, einschließlich bekannter Prozesse wie etwa Plasmaätzen, chemisches Ätzen oder elektrochemisches Ätzen, ohne jedoch darauf eingeschränkt zu sein. Die texturierte Oberfläche schafft unterschiedliche Oberflächenwinkel in Bezug auf das Licht, das von der LED zu der texturierten Oberfläche emittiert wird. Die unterschiedlichen Winkel erhöhen die Wahrscheinlichkeit, dass das Licht die Oberfläche innerhalb seines Emissionskegels erreicht, so dass es aus der LED austritt, anstatt durch interne Totalreflexion (TIR) reflektiert zu werden. In anderen Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung können andere Oberflächen der LEDs 82 texturiert sein, wobei die Oberflächen entweder vor oder nach dem Schneiden des Trägers 84 zur Bildung einzelner LEDs texturiert werden können.
11 zeigt eine nochmals weitere Ausführungsform einer Struktur 100 gemäß der vorliegenden Erfindung mit LEDs 102, die an einem Träger 104 flip-chip-montiert sind und durch ein Lötmittel 106 an die vorgesehene Stelle gebondet sind. Jede der LEDs 102 umfasst eine erste n-Schicht 108, eine erste p-Schicht 110, einen Kontakt 112 und einen ersten und einen zweiten Spiegel 114 bzw. 116. Der Träger 104 umfasst ferner eine auf ihm gebildete p-n-Sperrschicht-Diode 118, wobei die Diode 118 eine zweite Schicht aus n-Material 120 enthält, die zu der zweiten Schicht aus p-Material 122 benachbart ist. Jede LED 102 wird mit der Sperrschicht-Diode 118 entweder vor oder nach dem Schneiden des Trägers 104 und dem Trennen der LEDs 102 gekoppelt. Bei einer Ausführungsform wird die Anode jeder LED 102 mit der zweiten n-Schicht 120 der Diode 118 gekoppelt, und die Katode jeder LED wird mit der zweiten p-Schicht 122 gekoppelt. Diese Anordnung schaltet jede Sperrschicht-Diode 118 parallel zu jeder LED 102, jedoch mit entgegengesetzter Polarität. Die Diode 118 schafft einen Schutz vor elektrostatischer Entladung (ESD), indem die Diode 118 vor Zuständen mit Sperrvorspannungen schützt. Der Träger 104 kann (nicht gezeigte) Metallisierungsschichten aufweisen, um leitende Eigenschaften zu schaffen.
Die Diode 118 kann aus dem gleichen oder aus einem anderen Materialsystem wie jenes der LEDs 102 hergestellt sein. Wenn die LEDs 102 getrennt werden, besitzt jede von ihnen ihren eigenen Abschnitt der Diode 118 als Teil ihres Trägers. Die LEDs 102 können ebenfalls texturierte Oberflächen besitzen, um die Lichtausbeute zu erhöhen, und die Diode 118 kann als Teil eines leitenden Trägers oder eines Halbleiterträgers vorgesehen sein.
12 zeigt Einzelheiten der Metallschichten 43 und 44 wie in den 2-8 und den 9-11 mit unterschiedlichen Bezugszeichen gezeigt. 15 zeigt allgemein die Schichten 43 und 44 unter Verwendung von Strichlinien und die Position der Halbleiterschicht 48 durch die gekrümmte Linie. Bei bevorzugten Ausführungsformen ist die Metallschicht 43 eine dreilagige Struktur, die durch eine Lage aus Platin (Pt) gebildet ist, die einen ohmschen Kontakt 130 herstellt. Die Platinlage 130 für den ohmschen Kontakt ist vorzugsweise dünn genug, um transparent zu sein, d. h. sie lässt wenigstens fünfzig Prozent (50%) von auftreffendem Licht durch. Auf dem ohmschen Kontakt 130 befindet sich eine Silberspiegelschicht (Ag-Spiegelschicht) 132 zur Lichtreflexion, und eine Sperrschicht 134 deckt die ohmsche Kontaktschicht 130 und die Spiegelschicht 132 nicht nur ab, sondern umgibt sie auch. Wie der Fachmann auf dem Gebiet der Metallurgie und der Halbleiter weiß, ist Silber bestrebt, in und zwischen bestimmte andere Metalle und Halbleitermaterialien zu migrieren und dann verhältnismäßig schnell zu reagieren. In der vorliegenden Erfindung ist eine solche Migration höchst unerwünscht, weshalb die Sperrlage 134 vorgesehen ist, um zu verhindern, dass Silber über die Spiegelschicht 132 hinaus migriert, und um ebenso zu verhindern, dass die Metallschicht 44 mit der Silberspiegellage 132 reagiert.
In diesem Abschnitt der Struktur können andere Metalle enthalten sein, entweder anstelle der bereits beschriebenen Metalle oder zusätzlich hierzu. Beispielsweise kann die Sperrschicht 134 aus mehreren Lagen gebildet sein, wovon jede ein einziges Metall oder eine Kombination oder eine Legierung aus zwei oder mehr Metallen sein kann. In bevorzugten Ausführungsformen ist die Sperrlage 134 aus solchen Kombinationen oder Legierungen aus Titan, Wolfram und Platin gebildet. Die mit Bezug auf 12 beschriebenen Metalle sind daher eher beispielhaft, als dass sie die Erfindung beschränken.
12 zeigt nicht nur die ohmsche Kontaktschicht 130 und die Spiegelschicht 132 an der vorgesehenen Stelle und durch die Sperrschicht 134 verkapselt, sondern ferner, dass auf der Sperrschicht 134 die andere Metallschicht 44 vorhanden ist. In bevorzugten Ausführungsformen ist die Metallschicht 44 eine Legierung aus Gold (Au) und Zinn (Sn), um sowohl eine ausgezeichnete spezifische elektrische Leitfähigkeit als auch eine sichere Verbindung mit anderen Strukturschichten zu schaffen.
Obwohl die vorliegende Erfindung sehr detailliert mit Bezug auf bestimmte ihrer bevorzugten Konfigurationen beschrieben worden ist, sind andere Ausführungen möglich. In anderen Ausführungsformen werden die LEDs nicht voneinander getrennt, sondern verbleiben auf einem einzigen Träger. Die LEDs können gleichzeitig an eine Vorspannung angelegt werden, um Licht zu emittieren. Die Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung können verwendet werden, um viele verschiedene Vorrichtungen herzustellen, und die oben beschriebenen Vorrichtungen können unterschiedliche Schichtanordnungen haben. Daher sollte der Erfindungsgedanke und der Umfang der beigefügten Ansprüche nicht auf die bevorzugten Ausführungen in der Beschreibung eingeschränkt werden.
Zusammenfassung der Offenbarung
Ein Verfahren zum Herstellen einer lichtemittierenden Diode (LEDs) umfasst das Vorsehen mehrerer LEDs auf einem Substrat-Wafer, wovon jede eine n- und eine p-Schicht aus einem Gruppe-III-Nitrid-Material besitzt, die auf einem SiC-Substrat so ausgebildet sind, dass die n-Schicht zwischen dem Substrat und der p-Schicht eingebettet ist. Es wird ein leitender Träger vorgesehen, der eine seitliche Oberfläche besitzt, um die LEDs zu halten. Die LEDs werden an der seitlichen Oberfläche des leitenden Trägers flip-chip-montiert. Das SiC-Substrat wird von den LEDs entfernt, so dass die n-Schicht die oberste Schicht ist. Auf die n-Schicht jeder der LEDs wird ein entsprechender Kontakt aufgebracht, und der Träger wird in Abschnitte getrennt, so dass jede LED von den anderen getrennt ist, wobei jede LED an einem entsprechenden Abschnitt des Trägers montiert ist.

Claims

Verfahren zum Herstellen von lichtemittierenden Vorrichtungen auf Halbleiterbasis, das umfasst: Vorsehen mehrerer Halbleiterschichten auf einem Siliciumcarbid(SiC)-Substrat-Wafer, wobei die mehreren Halbleiterschichten für mehrere lichtemittierende Vorrichtungen vorgesehen sind, wovon jede lichtemittierende Vorrichtung epitaxische Schichten enthält; Vorsehen eines Trägers; Flip-Chip-Montieren der emittierenden Vorrichtungen auf dem Träger, derart, dass die emittierenden Vorrichtungen zwischen dem Träger und dem Substrat-Wafer eingebettet sind; Entfernen des SiC-Substrat-Wafers von den emittierenden Vorrichtungen; Trennen des Trägers in Abschnitte, derart, dass jede emittierende Vorrichtung von den anderen getrennt ist, wobei jede emittierende Vorrichtung an einem entsprechenden Abschnitt des Trägers montiert ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die mehreren Halbleiterschichten vor der Flip-Chip-Montage in einzelne emittierende Vorrichtungen auf dem SiC-Substrat getrennt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die mehreren Halbleiterschichten nach der Flip-Chip-Montage und nach dem Entfernen des SiC-Substrats in einzelne emittierende Vorrichtungen auf dem Träger getrennt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem jede emittierende Vorrichtung an dem Träger durch Lötmittel montiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, das den weiteren Schritt des Montierens jeder getrennten Vorrichtung und ihres leitenden Trägers an ein Vorrichtungsgehäuse umfasst.
Verfahren nach Anspruch 5, bei dem jede getrennte Vorrichtung an einem Gehäuse unter Verwendung von Silberepoxid oder einem Lötmittel montiert wird.
Verfahren nach Anspruch 5, bei dem die Vorrichtung von einem Verkapselungsmaterial umschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 7, bei dem das Verkapselungsmaterial ein Epoxid umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Entfernen des Substrat-Wafers von den Vorrichtungen ein mechanisches Abschleifen des Substrat-Wafers umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Entfernen des Substrat-Wafers von den Vorrichtungen das mechanische Abschleifen eines Teils des Substrat-Wafers und das Beaufschlagen des restlichen Substrat-Wafers mit einem Ätzen des restlichen Substrat-Wafers umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Entfernen des Substrat-Wafers von den Vorrichtungen das Beaufschlagen des Substrat-Wafers mit einem Ätzen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem jede Halbleitervorrichtung ferner zwischen dem Substrat und den epitaxischen Schichten eine Lift-Off-Schicht umfasst.
Verfahren nach Anspruch 10, bei dem das Entfernen des Substrats von jeder Vorrichtung das Beaufschlagen der Lift-Off-Schicht mit einem photo-elektrochemischen Ätzen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 12, bei dem das Entfernen des Substrats von jeder Vorrichtung das Beaufschlagen der Lift-Off-Schicht mit einer Lösung und das Anwenden einer Lichtquelle umfasst, wobei die Kombination aus der Lösung und der Lichtquelle bewirkt, dass die Lift-Off-Schicht geätzt wird, ohne die umgebenden Materialien zu ätzen.
Verfahren nach Anspruch 12, bei dem die Lift-Off-Schicht ein Material aus der Gruppe InGaN, AlInGaN und AlInGaAs enthält und bei dem die Lösung KOH und Wasser enthält und die Lichtquelle eine Wellenlänge von etwa 400 Nanometer (nm) hat.
Verfahren nach Anspruch 12, bei dem das Entfernen des Substrats von jeder Vorrichtung das Anwenden einer Laserlichtquelle auf die Vorrichtung umfaßt, die von dem Substrat und der epitaxischen Struktur durchgelassen, jedoch von der Lift-Off-Schicht absorbiert wird.
Verfahren nach Anspruch 12, bei dem das Substrat SiC enthält, die epitaxische Struktur GaN enthält und die Lift-Off-Schicht ein Material aus der Gruppe InGaN, AlInGaN und AlInGaAs enthält, wobei das Entfernen der Lift-Off-Schicht das Beleuchten der Vorrichtung mit Laserlicht mit einer Wellenlänge im Bereich von etwa 390 bis 450 nm umfasst.
Verfahren nach Anspruch 17, bei dem das Laserlicht eine Wellenlänge von etwa 400 nm hat.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Substrat Siliciumcarbid ist und die epitaxischen Schichten Gruppe-III-Nitride sind und das Entfernen jedes Substrats von jeder Vorrichtungen das Beaufschlagen der Vorrichtungen mit einem Stickstoff-Trifluorid-Ätzen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Trennen des Trägers in Abschnitte das Auseinanderschneiden des Trägers umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Trennen des Trägers in Abschnitte das Einkerben des Trägers und dann das Abbrechen des Trägers entlang der Einkerbungen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem jede der mehreren Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtungen eine lichtemittierende Diode (LED) enthält, die epitaxische Gruppe-III-Nitrid-Schichten enthält, die auf einem Siliciumcarbid-Substrat (SiC-Substrat) gebildet sind.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Träger ferner eine reflektierende Schicht aufweist, um Licht von jeder der Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtungen zu reflektieren, das zu dem Träger emittiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem jede Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung ferner eine oder mehrere texturierte Oberflächen aufweist, um die Lichtausbeute zu steigern.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Träger ferner eine Sperrschicht-Diode enthält, wobei jede getrennte Vorrichtung einen Abschnitt der Diode besitzt und jede Vorrichtung mit dem Diodenabschnitt gekoppelt ist, um die Vorrichtung vor einer Beschädigung durch elektrostatische Entladung zu schützen.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Träger aus einem leitenden Material hergestellt ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Träger aus einem Halbleitermaterial hergestellt ist, wobei der Träger ferner eine oder mehrere Schichten aus leitendem Material enthält.
Verfahren zum Herstellen von lichtemittierenden Dioden (LEDs), das umfasst: Vorsehen mehrerer Halbleiterschichten auf einem SiC-Substrat-Wafer, wobei die Halbleiterschichten mehrere LEDs bilden, wovon jede eine n-Schicht und eine p-Schicht hat, wobei die n-Schicht zwischen dem Substrat-Wafer und der p-Schicht eingebettet ist; Vorsehen eines Trägers, der eine seitliche Oberfläche besitzt, um die LEDs zu halten; Flip-Chip-Montieren der LEDs auf der seitlichen Oberfläche des Trägers, derart, dass die LEDs zwischen dem Substrat-Wafer und dem Träger eingebettet sind; Entfernen des SiC-Substrats von den LEDs, derart, dass die n-Schicht die oberste Schicht ist; Aufbringen eines entsprechenden Kontakts auf die n-Schicht jeder LED; und Trennen des Trägers in Abschnitte, derart, dass jede LED von den anderen getrennt ist, wobei jede LED an einem entsprechenden Abschnitt des Trägers montiert ist.
Verfahren nach Anspruch 28, bei dem jede LED ferner mehrere Metallschichten enthält, um Licht zu reflektieren.
Verfahren nach Anspruch 29, bei dem sich die Metallschichten für jede LED zwischen der p-Schicht und dem Träger befinden.
Verfahren nach Anspruch 28, bei dem das Entfernen jedes Substrats von jeder LED ein mechanisches Abschleifen jedes Substrats umfasst.
Verfahren nach Anspruch 31, das ferner das Beaufschlagen jeder Vorrichtung mit einem Plasmaätzen auf Fluor-Basis umfasst, um jegliches Substrat, das auf den Vorrichtungen nach dem mechanischen Schleifen zurückgeblieben ist, zu entfernen.
Verfahren nach Anspruch 28, bei dem jede LED ferner eine Lift-Off-Schicht zwischen dem Substrat und der n-Schicht umfasst, wobei das Entfernen des Substrats von jeder LED das Entfernen der Lift-Off-Schicht umfasst.
Verfahren nach Anspruch 28, bei dem die Lift-Off-Schicht durch eines der Verfahren aus der Gruppe entfernt wird, die aus dem Beaufschlagen der Lift-Off-Schicht mit einem photo-elektrochemischen Ätzen, dem Beaufschlagen der Lift-Off-Schicht mit einer Ätzlösung sowie dem Anwenden einer Lichtquelle und dem Anwenden einer Laserlichtquelle auf die Lift-Off-Schicht besteht.
Verfahren nach Anspruch 28, bei dem das Entfernen jedes Substrats von jeder LED das Beaufschlagen der Substrate mit einem Stickstoff-Trifluorid-Ätzen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 28, bei dem das Trennen des Trägers in Abschnitte das Zerschneiden oder das Einkerben des Trägers und dann das Abbrechen des Trägers entlang der Einkerbungen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 28, bei dem der Träger ferner eine reflektierende Schicht umfasst, um Licht von jeder LED zu reflektieren, das zu dem Träger emittiert wird.
Verfahren nach Anspruch 28, bei dem jede LED ferner eine oder mehrere texturierte Oberflächen aufweist, um die Lichtausbeute zu steigern.
Verfahren nach Anspruch 28, bei dem der Träger ferner eine Flächendiode enthält, wobei jede getrennte LED einen Abschnitt der Flächendiode besitzt, wobei jede der LEDs mit dem Flächendiodenabschnitt gekoppelt ist, um die Vorrichtung vor einer Beschädigung durch elektrostatische Entladung zu schützen.