專利名稱：用于制造光電子器件的方法以及光電子器件的制作方法
用于制造光電子器件的方法以及光電子器件本專利申請要求德國專利申請102008030584. 7的優(yōu)先權(quán)，其公開內(nèi)容通過引用
結(jié)合于此。本發(fā)明涉及一種用于制造光電子器件的方法以及一種光電子器件。光電子器件(通常也簡化地稱作發(fā)光二極管或發(fā)光二極管芯片)具有數(shù)目越來越 多的不同應(yīng)用可能性，這些可能性最近使對這種器件的需求上升。這樣，發(fā)光二極管尤其越 來越多地用作汽車領(lǐng)域中的發(fā)光裝置，但也越來越多地用于工業(yè)和家庭應(yīng)用中。因此，這除 了取決于技術(shù)特性譬如低耗電或者長使用壽命之外，也取決于以大件數(shù)盡可能成本低廉地 制造。目前，在可見光的綠色或者藍(lán)色光譜中發(fā)光的高效光電子器件、尤其是發(fā)光二極 管的制造與高的制造開銷相聯(lián)系。例如，為了制造基于氮化鎵/氮化鎵銦的光電子器件，使 用由藍(lán)寶石構(gòu)成的生長襯底，該生長襯底在隨后的工藝步驟中例如通過激光剝離工藝又被 去除。除了線狀生長襯底的低可伸縮性之外，另外的工藝步驟也會在光電子器件內(nèi)產(chǎn)生應(yīng) 力，這些應(yīng)力會降低器件的效率以及制造產(chǎn)量。因此，要求提出一種方法，該方法能夠?qū)崿F(xiàn) 以大件數(shù)制造具有良好的可伸縮性和低技術(shù)要求的光電子器件。此外，這種器件應(yīng)在實(shí)現(xiàn) 良好電特性的同時還實(shí)現(xiàn)高效的光耦合輸出。這些任務(wù)通過獨(dú)立權(quán)利要求的主題來解決。本發(fā)明的改進(jìn)方案和擴(kuò)展方案是從屬 權(quán)利要求的主題。本發(fā)明提出了一種解決方案，其能夠?qū)崿F(xiàn)在其他領(lǐng)域中已知的用于制造高效的光 電子器件的硅制造技術(shù)。在該方法中，提供生長襯底，該生長襯底包含硅或者甚至在一個實(shí) 施形式中由硅構(gòu)成。含有硅的材料作為生長襯底具有第一熱膨脹系數(shù)。接著將多層緩沖層 序列施加到生長襯底上。接著，將具有與第一熱膨脹系數(shù)不同的第二熱膨脹系數(shù)的層序列 外延地沉積在多層緩沖層序列上。此外，該層序列包括適于發(fā)射電磁輻射的有源層。通過多層緩沖層序列，減少了在層序列中由于生長襯底和層序列的不同熱膨脹引 起的應(yīng)力。多層緩沖層序列由此用作補(bǔ)償不同的熱膨脹的緩沖層。接著，將支承襯底施加在外延生長的層序列上并且去除生長襯底。然而在此情況 下，僅僅剝離生長襯底，而多層緩沖層序列保留在外延沉積的層序列上。該緩沖層序列現(xiàn)在 被結(jié)構(gòu)化，以便提高在工作中產(chǎn)生的電磁輻射從外延沉積的層序列的耦合輸出。最后，層序 列從后側(cè)電接觸并且形成接合接觸部。在本發(fā)明中，因此利用多層緩沖層序列來進(jìn)行光耦合輸出。而外延沉積的層序列 的接觸通過緩沖層進(jìn)行或者在外延沉積的層序列的背離多層緩沖層序列的側(cè)上進(jìn)行。在后 一方案中，導(dǎo)電差的多層緩沖層序列不必分開。更確切地說，可以通過接觸孔或者引線直接 接觸外延沉積的層序列。這能夠在必要時通過外延沉積的層序列的部分層實(shí)現(xiàn)良好電流擴(kuò) 展以及高效的光耦合輸出的同時實(shí)現(xiàn)光電子器件的低的正向電壓。為了制造層序列可以使用薄膜技術(shù)。 在本上下文中，術(shù)語薄膜技術(shù)表示一種用于制造薄膜發(fā)光二極管芯片的技術(shù)。薄 膜發(fā)光二極管芯片的特征在于至少以下典型的特征的至少一個
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-在產(chǎn)生輻射的半導(dǎo)體層序列(尤其為產(chǎn)生輻射的外延層序列)的朝向支承元件、 尤其是朝向支承襯底的主面上施加或者構(gòu)建有反射層，該反射層將在半導(dǎo)體層序列中產(chǎn)生 的電磁輻射的至少一部分反射回該半導(dǎo)體層序列中；-薄膜發(fā)光二極管芯片具有支承元件，該支承元件不是其上外延生長了半導(dǎo)體層 序列的生長襯底，而是單獨(dú)的支承元件，其事后固定在半導(dǎo)體層序列上；-半導(dǎo)體層序列具有范圍為20μ m或更小的、尤其是10 μ m或更小的厚度；-半導(dǎo)體層序列沒有生長襯底。在此，“沒有生長襯底”意味著必要時用于生長的 生長襯底被從半導(dǎo)體層序列去除或者至少強(qiáng)烈薄化。尤其是，生長襯底薄化到使得其本身 或者僅僅與外延層序列一起單獨(dú)不是自支承的(freitragend)；以及-半導(dǎo)體層序列包含至少一個半導(dǎo)體層，所述半導(dǎo)體層具有至少一個具有混勻結(jié) 構(gòu)的面，其在理想情況下引起光在半導(dǎo)體層序列中的近似各態(tài)歷經(jīng)的分布，也就是說，所述 面具有盡可能各態(tài)歷經(jīng)的隨機(jī)散射特性。薄膜發(fā)光二極管芯片的基本原理例如在I. Schnitzer等人所著App 1. Phys. Lett. 63 (16) (1993年10月18日第2174-2176頁)的出版物中進(jìn)行了描述，其公開內(nèi)容通 過引用結(jié)合于此。薄膜發(fā)光二極管芯片的例子在出版物EP 0905797 A2和WO 02/13281 Al 中進(jìn)行了描述，其公開內(nèi)容同樣通過引用結(jié)合于此。薄膜發(fā)光二極管芯片良好地近似為朗 伯表面輻射器并且因此例如良好地適于應(yīng)用在大燈、例如車輛大燈中。在一個實(shí)施例中，外延沉積的層序列的材料基于氮化物化合物半導(dǎo)體。通常，外延沉積的層序列的材料具有如下熱膨脹系數(shù)其明顯不同于含硅的生長 襯底的熱膨脹系數(shù)。在將層序列直接沉積在含硅的生長襯底上時，由于制造工藝期間的高 的溫度梯度而出現(xiàn)熱應(yīng)力，該應(yīng)力會導(dǎo)致外延沉積的薄層序列損傷，并且在最差的情況下 會導(dǎo)致外延沉積的薄層序列折斷。由于該原因，根據(jù)本發(fā)明在生長襯底和外延沉積的層序列之間施加多層緩沖層序 列。優(yōu)選地，多層緩沖層序列包括由氮化鎵和氮化鋁構(gòu)成的部分層。部分層用于降低由于 不同的膨脹系數(shù)引起的、通過制造過程誘發(fā)的應(yīng)力(Verspanrumg)。為此，在一個實(shí)施例中緩沖層序列可以包括第一部分緩沖層和至少一個第二部分 緩沖層。合乎目的地，該緩沖層序列包含多個第一部分緩沖層和第二部分緩沖層，它們在形 成多層層序列的情況下相疊設(shè)置。在此，部分緩沖層的材料同樣可以具有不同熱膨脹系數(shù)。 此外，可以設(shè)計的是，使用第一部分緩沖層的材料，其在施加到第二部分緩沖層上時被略微 張緊。在合適選擇材料的情況下，這樣可以防止在外延沉積的層序列中的熱應(yīng)力，因?yàn)?部分緩沖層用作這種應(yīng)力的緩沖器或犧牲層。在外延層序列中出現(xiàn)的應(yīng)力延伸到已略微張 緊的部分緩沖層中。在那里，部分緩沖層可以撕裂或者折斷，由此消除應(yīng)力，而外延層序列 在結(jié)構(gòu)上基本不改變?？梢院虾跄康牡氖?，兩個部分緩沖層的至少一個以如下材料構(gòu)建該材料也被利 用來制造外延沉積的層序列。在使用例如基于氮化物的III-V半導(dǎo)體時，同樣可以將基于 氮化物的化合物半導(dǎo)體例如氮化鎵用作在部分緩沖層中的多層緩沖層序列的材料。例如氮 化鋁適于作為第二部分緩沖層的材料。此外，多層緩沖層序列具有如下優(yōu)點(diǎn)現(xiàn)在可以使用不同的技術(shù)來去除生長襯底。例如，為了去除可以將生長襯底刻蝕掉，其中多層緩沖層序列可以用作刻蝕停止層。由此， 與傳統(tǒng)上基于藍(lán)寶石或碳化硅的技術(shù)的機(jī)械去除方法相比，實(shí)現(xiàn)明顯更平緩地去除生長襯 底。在一個實(shí)施中，基于硅的生長襯底借助濕化學(xué)刻蝕來去除。多層緩沖層序列的結(jié)構(gòu)化同樣可以通過刻蝕來進(jìn)行。在此情況下可能的是，對緩 沖層序列設(shè)置準(zhǔn)確限定的結(jié)構(gòu)?？商孢x地，例如也可以通過以厚度為Ομπι到3μπι(典型 為1 μ m到2 μ m)的粗化進(jìn)行隨機(jī)結(jié)構(gòu)化。在多層緩沖層序列的厚度為1 μ m到5 μ m(典型 2 μ m到4 μ m)的情況下，還可能的是，將緩沖層序列在部分區(qū)域中完全剝蝕并且還將其下 的外延生長的層序列結(jié)構(gòu)化到這些部分區(qū)域中。在一個實(shí)施例中，在施加支承襯底之前在外延生長的層序列上沉積鏡層。鏡層例 如可以包括反射金屬如銀，但也可以包含鋁或者其他高反射性的材料。在另一擴(kuò)展方案中， 鏡層在沉積在外延生長的層序列之后被封裝，即用絕緣材料包圍。這防止了鏡層例如由于 氧化而提早老化。為了接觸外延生長的層序列，尤其是外延生長的層序列的兩個不同摻雜的部分層 以輸送相應(yīng)的載流子，可以設(shè)計的是，在部分區(qū)域中完全去除多層緩沖層。由此，位于其下 的外延生長的層序列被暴露。接著，在其中去除多層緩沖層的部分區(qū)域中構(gòu)建接觸部，該接 觸部電接觸生長的層序列。接觸因此并不通過多層緩沖層來進(jìn)行，而是直接借助層序列經(jīng) 由對多層緩沖層的相應(yīng)結(jié)構(gòu)化來進(jìn)行。這尤其是在多層緩沖層具有明顯更差的導(dǎo)電性使得對緩沖層的接觸導(dǎo)致器件的 正向電壓提高并且由此導(dǎo)致效率降低時才是適宜的。相應(yīng)地，這樣例如借助有目的地刻蝕 通過緩沖層實(shí)現(xiàn)連接到外延生長的層序列上。這種刻蝕工藝?yán)缈梢园≧IE (反應(yīng)離子 刻蝕)、ICP、以及例如通過磷酸(H3PO4)的化學(xué)刻蝕方法。導(dǎo)電差的多層緩沖層這樣被分開 并且接觸部直接構(gòu)建在外延生長的層序列的高導(dǎo)電性的電流擴(kuò)展層上。然而，化學(xué)去除是 困難的，因?yàn)榫彌_層序列的不同的部分層非常薄并且刻蝕工藝相應(yīng)地復(fù)雜。外延的層序列、 由此總體上的刻蝕工藝也難以控制，因?yàn)榭涛g過程應(yīng)盡可能精確地在電流擴(kuò)展層或連接到 緩沖層序列的第一層上停止。在一個可替選的實(shí)施形式中，從背側(cè)引入接觸部。根據(jù)本發(fā)明，因此提出了將對于 產(chǎn)生的光的層的耦合輸出功能與電流耦合輸入層分離。對此，提出了借助在外延生長的層 序列的與多層緩沖層背離的側(cè)上的開口形成孔。在孔的側(cè)壁上的絕緣層防止了不希望的短 路。接著，該孔通過導(dǎo)電材料填充，使得至少在孔的底部區(qū)域中建立外延生長的層序列的電 接觸。在此，合乎目的的是，孔穿過部分層并且尤其是外延生長的層序列的有源層。當(dāng)在要 接觸的層中的孔結(jié)束并且孔的側(cè)壁設(shè)置有絕緣材料來防止短路時，相應(yīng)地可以借助這種孔 接觸外延生長的層序列的每個部分層。最后，構(gòu)建接合接觸部，其與孔的導(dǎo)電材料相連。在此情況下，可以設(shè)計的是，在外延生長的層序列從生長襯底去除并且施加到支 承襯底上之前，在外延生長的層序列上構(gòu)建孔、導(dǎo)電材料以及至接合線和接合接觸部的引 線。在另一擴(kuò)展形式中，產(chǎn)生通過支承襯底的穿通的孔，其中穿通的孔的側(cè)壁設(shè)置有 絕緣材料。支承襯底中的孔構(gòu)建為使得暴露在外延生長的層序列和支承襯底之間的導(dǎo)電 層。接著，用導(dǎo)電材料填充該孔。由此，可以接觸在外延生長的層序列和支承襯底之間的導(dǎo) 電層。這些層又用于接觸外延生長的層序列的各個部分層。
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當(dāng)生長襯底包括半導(dǎo)體材料、尤其是硅時，該方法特別適合。恰好硅是一種可良好 延展的技術(shù)，使得光電子器件也可以以大的件數(shù)制造。由于硅和具有用于發(fā)射光的光電子 器件的層序列的熱膨脹系數(shù)，在外延生長的層序列和包含硅的支承襯底之間附加地施加多 層緩沖層序列是合乎目的的，以便避免熱應(yīng)力。然而與此相對，可以特別簡單地通過濕化學(xué) 方法去除由硅構(gòu)成的生長襯底，使得在此減少光電子器件的機(jī)械負(fù)荷。本發(fā)明的另一方面涉及一種光電子器件，其包括外延生長的層序列，該層序列具 有適于發(fā)射電磁輻射的有源區(qū)。在此情況下，設(shè)計的是，在工作中朝著外延生長的層序列的 表面方向發(fā)出電磁輻射。此外，光電子器件包括在外延生長的層序列的表面上的多層的結(jié) 構(gòu)化的緩沖層序列。多層緩沖層序列用于提高在器件工作中的光耦合輸出效率。此外，設(shè) 置有接觸元件，其可以設(shè)置在器件的背離光發(fā)射的側(cè)上。對此可替選地，在部分區(qū)域中去除 多層緩沖層序列并且在那里設(shè)置接觸墊，該接合墊直接接觸外延生長的層序列或者外延生 長的層序列的電流擴(kuò)展層。與目前的光電子器件的不同在于，已在制造外延沉積的層序列之前產(chǎn)生了用于光 耦合輸出的多層緩沖層序列。在一個實(shí)施形式中設(shè)計的是，多層緩沖層序列具有與外延生長的層序列的部分層 相同的材料。由此，在制造過程期間可以降低在外延生長的層序列內(nèi)由制造過程引起的熱 應(yīng)力。以下借助實(shí)施例參照附圖詳細(xì)地闡述了本發(fā)明。其中

圖1示出了在制造過程期間在生長襯底上外延生長的層序列的實(shí)施例，圖2示出了光電子器件的制造過程的另一步驟，圖3示出了在去除生長襯底之后的光電子器件的制造過程的第三步驟，圖4示出了帶有在器件的表面上的接觸部的光電子器件的制造過程的第四步驟，圖5示出了用于制造光電子器件的方法的第二實(shí)施形式，圖6示出了根據(jù)所提出的制造方法產(chǎn)生的光電子器件的第一實(shí)施形式，圖7示出了根據(jù)所提出的制造方法產(chǎn)生的光電子器件的第二實(shí)施形式，圖8示出了根據(jù)所提出的制造方法產(chǎn)生的光電子器件的第三實(shí)施形式，圖9示出了在制造過程期間的光電子器件的部分，用于闡述多層緩沖結(jié)構(gòu)。在實(shí)施例和附圖中，相同或作用相同的組成部分設(shè)置有相同的附圖標(biāo)記。附圖和 附圖中所示的元件的大小關(guān)系基本上不應(yīng)視為合乎比例的。更確切地說，各個元件例如層 為了更好的理解和/或更好的可示出性而可以夸大或夸厚地示出。不同的實(shí)施的各個方面 可以容易地彼此組合并且在所使用的技術(shù)的領(lǐng)域中進(jìn)行替換。圖1示出了根據(jù)所提出的原理的在制造過程期間的光電子器件。在該實(shí)施形式 中，由硅構(gòu)成的晶片設(shè)置為生長襯底10。而光電子器件應(yīng)由III-V化合物半導(dǎo)體制造。 該光電子器件具有與硅不同的熱膨脹系數(shù)。在所使用的借助MOVPE( “Metal Organic Vapour Phase Epitaxy”金屬有機(jī)氣相外延)的制造方法中，使用在數(shù)百攝氏度直到大約 70(TC-80(TC的溫度。由此在制造過程期間會產(chǎn)生大的溫度梯度。此外，存在其他制造方 法，例如MBE或HVPE，它們以在1100°C左右的溫度工作。例如，由硅構(gòu)成的生長襯底10會由于其較大的質(zhì)量而比沉積到其上的層明顯更冷。出于此原因，將用于發(fā)射電磁輻射的層序列直接外延沉積到硅上是非常困難的，因?yàn)椴?同的熱膨脹系數(shù)會導(dǎo)致在所沉積的層序列中的應(yīng)力。應(yīng)力大到使得層斷裂或者撕裂并且于 是在原子水平上損傷器件。由此，器件的效率降低并且視損傷也會完全故障。根據(jù)本發(fā)明提出的是，在生長襯底10和以后要沉積的外延層序列2之間生長多層 緩沖結(jié)構(gòu)11。其用于使不同的熱膨脹系數(shù)彼此匹配并且于是減小在以后要沉積的外延層序 列2中的可能的應(yīng)力。由硅構(gòu)成的生長襯底10在此在(111)方向上取向，然而生長襯底的其他空間取向 也是可能的。這樣，例如(100)或(110)以及更高的空間取向也是適合的。在襯底10上現(xiàn) 在尤其是施加有由AlN和GaN構(gòu)成的多層緩沖結(jié)構(gòu)11。該過程在圖9中詳細(xì)地示出。從生長襯底10開始沉積由氮化鋁AlN構(gòu)成的多層 緩沖層11的第一層11A。氮化鋁是絕緣體，其還具有良好的熱學(xué)導(dǎo)熱性。在第一氮化鋁層 IlA上現(xiàn)在交替地將由氮化鎵構(gòu)成的層IlF至IlI與氮化鋁構(gòu)成的另外的層IlB至IlD交 替地一起施加。氮化鎵壓縮地生長到氮化鋁上，也就是說，氮化鎵沉積到氮化鋁上導(dǎo)致氮化 鎵層的略微張緊。由此，各個氮化鎵層1IF至111形成犧牲層，其由于AlN和GaN的不同的 晶格常數(shù)而略微張緊。固有的應(yīng)力補(bǔ)償了由于不同的膨脹系數(shù)引起的另外的熱應(yīng)力(伸展 或者收縮)，其中犧牲層吸收附加的熱誘發(fā)的應(yīng)力。在本實(shí)施例中，作為最后的層IlE又沉積由氮化鋁構(gòu)成的層。多層緩沖結(jié)構(gòu)11的 部分層的厚度可以是不同的。例如，由氮化鋁構(gòu)成的、首先沉積到硅上的部分層IlA可以比 另外的部分緩沖層明顯更厚。多層緩沖結(jié)構(gòu)除了降低在后續(xù)制造工藝步驟期間的熱膨脹之 外也可以用于補(bǔ)償生長襯底10的表面上的不平坦性。由此，為發(fā)射光的層序列的以后的外 延沉積的工藝步驟提供了盡可能均勻的表面。最后，在多層緩沖層的最后的部分層IlE的上側(cè)上施加有高導(dǎo)電性的電流擴(kuò)展層 12A。例如，其可以是金屬或也可以是由高摻雜的氮化鎵構(gòu)成的薄層。其具有小的橫向電阻 并且用于在以后接觸時能夠?qū)㈦娏鞅M可能均勻地分配到層序列12的要沉積的部分層中。在施加多層緩沖層11之后現(xiàn)在沉積層序列，其包括在光電子器件工作中適于發(fā) 射光的有源層。對此，可以使用III/V化合物半導(dǎo)體材料。尤其是，適于此的是基于氮化鎵 的化合物半導(dǎo)體，其也用于多層緩沖層序列。III/V化合物半導(dǎo)體材料具有來自第三主族的至少一種元素，譬如B、Al、Ga、L·!和 來自第五主族的元素，譬如N、P、As。尤其是，術(shù)語“III/V化合物半導(dǎo)體材料”包括二元、三 元或四元化合物的組，它們包含來自第三主族的至少一種元素和來自第五主組的至少一種 元素，例如氮化物化合物半導(dǎo)體和磷化物化合物半導(dǎo)體。此外，這種二元、三元或四元化合 物例如可以具有一種或多種摻雜材料以及附加的組成成分?！盎诘锘衔锇雽?dǎo)體材料”在本上下文中意味著半導(dǎo)體層序列或者其至 少一部分、特別優(yōu)選的是至少有源區(qū)具有氮化物化合物半導(dǎo)體材料，例如GaN、AlnGai_nN、 InnGa1^nN或ΑΙΑε^Ιη^Ν或者由其構(gòu)成，其中0彡η彡1，0彡m彡1且n+m彡1。在此，該材 料并不必一定具有根據(jù)上式的數(shù)學(xué)上精確的組分。更確切地說，其例如可以具有一種或多 種摻雜材料以及附加的組成部分。而為了簡明起見，上式只包含晶格的主要組成部分(Al、 Ga、In、N)，即使其可以部分地通過少量的其他材料替代和/或補(bǔ)充。而氮化物化合物半導(dǎo) 體材料始終包含氮或氮化合物。
同樣可能的是，也使用其他半導(dǎo)體材料。屬于此的例如是II/VI化合物半導(dǎo)體材 料，其具有來自第二主族的至少一種元素，譬如De、Mg、Ca、Sr和來自第六主族的材料，譬如 0、S、k。尤其是，II/VI化合物半導(dǎo)體材料包括二元、三元或四元化合物，它們包含來自第 二主族的至少一種元素和來自第六主族的至少一種元素。此外，這種化合物可以包括摻雜 材料。屬于II/VI化合物半導(dǎo)體材料的例如是aiO、ZnMgO, CdS、CnCdS和MgBeO。在本實(shí)施例中，半導(dǎo)體層序列2具有η摻雜的第一部分層，其在電流擴(kuò)展層上與多 層緩沖層相鄰地生長。在η摻雜的層上沉積有另一現(xiàn)在更多P摻雜的部分層。在兩個不同 摻雜的部分層之間形成貧載流子的區(qū)域，其稱作ρη結(jié)。在該區(qū)域(其膨脹基本上取決于兩 個部分層的摻雜濃度)中，在光電子器件的工作中進(jìn)行載流子復(fù)合。在載流子復(fù)合時在所 有方向上發(fā)射電磁輻射。在所提出的光電子器件中，還設(shè)計的是，電磁輻射通過以后還要結(jié)構(gòu)化的緩沖層 序列11來耦合輸出。為此目的，在外延層序列2上安置有附加的鏡層22，其具有高的反射 系數(shù)。由此，在光電子器件的工作中朝著鏡層22的方向的電磁輻射被該鏡層反射，并且于 是朝著緩沖層序列11的方向偏轉(zhuǎn)。鏡層22經(jīng)歷老化過程，該老化過程例如通過氧化、由于氧或者也借助濕氣而引 起。為了能夠盡可能減少老化過程，鏡層22被絕緣材料23完全包圍并且于是被封裝?，F(xiàn)在將支承襯底15施加到鏡層的封裝部23上。圖2示出了在處理階段中的光電 子器件的示意圖。接著，去除由硅構(gòu)成的生長襯底10。這例如可以通過刻蝕方法、例如通過濕化學(xué)刻 蝕來進(jìn)行?；瘜W(xué)方法與機(jī)械剝離方法相比具有如下優(yōu)點(diǎn)生長襯底10的剝離在對于層序列 2的機(jī)械負(fù)荷方面明顯更平緩地進(jìn)行。此外，多層緩沖層11在刻蝕方法中用作自然的刻蝕 停止層，該刻蝕方法選擇性地刻蝕生長襯底10的材料。在根據(jù)圖3去除生長襯底10之后，現(xiàn)在在部分區(qū)域17中進(jìn)行緩沖層11的結(jié)構(gòu) 化。對此，可以使用不同的方法。例如，緩沖層可以隨機(jī)地結(jié)構(gòu)化，其中該緩沖層部分被刻 蝕。可替選地，也可以在部分區(qū)域17中設(shè)置緩沖層11的棱錐體、小丘等等形式的周期性結(jié) 構(gòu)。刻蝕導(dǎo)致不平坦的表面，由此使光耦合輸出變得容易。在緩沖層的總厚度為1 μ m到5 μ m(典型為2 μ m到4 μ m)和外延生長的層序列的 厚度總體上為1 μ m到7 μ m(典型為4 μ m到6 μ m)的情況下，可以將部分區(qū)域17中的緩沖 層11有目的地或無目的地粗化。例如，通過選擇性地去除多層緩沖層可以產(chǎn)生1 μ m高的 棱錐體。在緩沖層11中的粗化和這些棱錐體用于在光電子器件以后的工作中將光耦合輸 出。換言之，在剝離生長襯底10時并不去除緩沖層11，而是作為光耦合輸出層保留在層序 列上，這節(jié)約了在制造方法中的工藝步驟以及將附加的光耦合輸出層構(gòu)建在外延生長的層 序列2的上側(cè)上。在根據(jù)圖3的實(shí)施例中，強(qiáng)烈夸張地示出了粗化。然而可能的是，去除在部分區(qū)域 中的緩沖層并且在此外還將其下的外延生長的層序列2的一部分結(jié)構(gòu)化。除了結(jié)構(gòu)化的部分區(qū)域17之外，設(shè)置有多層緩沖層序列的附加的部分區(qū)域11’， 在這些部分區(qū)域中以后構(gòu)建接觸元件。對此根據(jù)圖4將多層緩沖序列的部分區(qū)域11’刻蝕， 以便形成溝。該溝完全穿過多層緩沖層序列11并且因此接觸外延層序列2’的在其下的部 分層。接著，溝填充以一種材料并且形成接觸墊18。該接觸墊18電接觸外延的層序列2，其方式是其將導(dǎo)電差的多層緩沖層序列11’完全分開。在圖4的實(shí)施例中，接觸墊4接觸 高摻雜的氮化鎵層，其用作層序列2’的電流擴(kuò)展層并且在圖9中作為層12A示出。圖5示出了根據(jù)所提出的原理的光電子器件的制造的另一實(shí)施例。在該實(shí)施例中同樣將硅晶片用作生長襯底10。在該生長襯底上沉積有多層緩沖 層序列11，以便平衡生長襯底10的不同的熱膨脹特性和外延層序列2的以后的部分層12 至14。簡化示出的是，外延層序列2包括η摻雜的第一部分層12，例如由η摻雜的氮化鎵 構(gòu)成，以及P摻雜的第二部分層14。在兩個部分層12和14之間形成ρη結(jié)13。在該實(shí)施例中，光電子器件通過各個層序列來實(shí)現(xiàn)。然而，除了單個ρη結(jié)之外，多 個相疊設(shè)置的ρη結(jié)也是可能的。此外，不同的材料可以用于制造各個ρη結(jié)，以便產(chǎn)生不同 波長的光。此外，各個部分層12和14可以包括另外的電流擴(kuò)展層和載流子輸送層或載流 子阻擋層。在外延沉積層序列2之后，根據(jù)圖6將多個孔50引入外延生長的層序列2。這些 孔如所示地穿過部分層14和13并且在η摻雜的第一部分層12中結(jié)束。它們用于部分層 12的電接觸。為此目的，其側(cè)壁設(shè)置有絕緣材料52，以便防止部分層14或13中的短路。接著， 得到的絕緣孔填充以導(dǎo)電材料45。第一接觸層60被施加到表面上，以便接觸部分層14。第 一接觸層60可以包括反射性材料并且于是同時用作反射層?？商孢x地，其可以通過透明導(dǎo) 電氧化物例如ITO形成。在第一接觸層60的下側(cè)上的絕緣部53防止在導(dǎo)電材料45和第一接觸層60之間 的短路。第二接觸層40施加到絕緣層53上，第二接觸層與在孔50中的材料45導(dǎo)電連接。 因此，形成第二接觸層40，其可以在光電子器件之下向外引導(dǎo)至相應(yīng)的接觸元件。如果第一 接觸層60通過透明導(dǎo)電氧化物形成，則第二接觸層40可以通過反射性材料構(gòu)建。接著，支承襯底15被施加到第二接觸層40上并且以濕化學(xué)方式去除生長襯底10。 緩沖層11的粗化改進(jìn)了從光電子器件和層序列2的光耦合輸出。最后，在部分區(qū)域中，外 延層序列2被去除并且設(shè)置有接觸墊61，其接觸第一接觸層60。用于接觸第二接觸層40 的第二接觸墊出于清楚原因而不再示出。圖7示出了一種可替選的實(shí)施形式。在產(chǎn)生外延層序列2之后，在最后的部分層 14上平面地沉積第一接觸層60。接著，在接觸層60中設(shè)置有大面積的結(jié)構(gòu)，其具有多個孔 50。這些孔穿過第一接觸層60以及兩個部分層14和13并且在部分層12或者在層序列2 的部分層12的電流擴(kuò)展層中結(jié)束?？?0的側(cè)壁52又設(shè)置有絕緣材料。此外，在各個孔50 之間的區(qū)域中施加有另一絕緣層53。接著，孔填充以導(dǎo)電材料45并且形成另外的第二接觸 層65。第二接觸層接觸導(dǎo)電材料45并且設(shè)置在電絕緣層53上。第二接觸層65向外引導(dǎo)用于形成相應(yīng)的接觸墊。另一絕緣層M施加到第二接觸 層65以及第一接觸層60上。該另一絕緣層用于平衡相應(yīng)的高度差以及用于使光電子器件 平面化。接著，支承襯底15固定在第二絕緣層M上并且去除生長襯底10。在將多層緩沖 層序列11粗化和結(jié)構(gòu)化之后，得到圖7中所示的實(shí)施形式。第一接觸層60通過另一接觸 墊向外電引導(dǎo)并且接觸P摻雜的部分層14。第二接觸層65通過孔50中的材料45接觸外 延生長的層序列2的第一部分層12。在根據(jù)圖6和圖7的兩個實(shí)施形式中，接觸墊設(shè)置在與光電子器件相同的側(cè)上。圖8示出了具有背側(cè)接觸部的可替選的實(shí)施形式。在該實(shí)施形式中，第一接觸層60’平面地沉 積在外延層序列2上。在部分區(qū)域中，接觸層60’被中斷，使得在部分區(qū)域中形成孔50，其 穿過層序列2的部分層14和13并且在部分層12中結(jié)束。側(cè)壁又設(shè)置有絕緣材料52。此 外，絕緣材料53在部分區(qū)域60’上與孔50相鄰地設(shè)置。由此，防止了第二接觸層65和第 一接觸層60’之間的短路。第一接觸層60’又可被鏡面化。接著，第一接觸層60’和第二接觸層65被平面化，例如通過化學(xué)/機(jī)械拋光來平 面化。在平面化的表面上現(xiàn)在施加絕緣的支承襯底15。在支承體襯底15中在另外的步驟 中設(shè)置有多個孔62 ’和65 ’，其接著填充以導(dǎo)電材料62或66。它們因此形成后面的接觸部 用于對接觸層60’和65進(jìn)行接觸。接著，又借助化學(xué)方法去除由硅構(gòu)成的生長襯底，而多 層緩沖層11并未被一同去除。在最后的步驟中，可以將多層緩沖層11結(jié)構(gòu)化或粗化，以便 改進(jìn)從光電子器件的光耦合輸出。通過將生長在硅襯底上的外延層序列2與通過反射的第一接觸層60’的穿通接觸 部結(jié)合，在同時良好的歐姆性連接的情況下一方面實(shí)現(xiàn)了通過另外存在的多層緩沖層序列 的良好的光耦合輸出。通過該方案不必將導(dǎo)電差的緩沖結(jié)構(gòu)11分開。更確切地說，外延層 序列的各個部分層可以直接從背側(cè)或者通過接觸孔電連接。由此，在同時良好的光耦合輸 出和在各個部分層中的良好電流擴(kuò)展的情況下實(shí)現(xiàn)了低的正向電壓。多層緩沖層序列11因此在制造過程期間用于減小熱應(yīng)力，該熱應(yīng)力在制造過 程期間會導(dǎo)致層序列2的損傷。然而同時，多層緩沖層序列在所謂的“圍繞接合工藝 (Umbondprozess) ”中并未被去除，而是保留在外延生長的層序列2的第一部分層12的表面 上。所提出的制造方法能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模地制造針對不同的應(yīng)用領(lǐng)域的光電子器件，其 中難以控制的工藝、尤其是在硅生長襯底上制造氮化鎵和其他III/V化合物半導(dǎo)體也是可 能的。
1權(quán)利要求
1.一種用于制造光電子器件的方法，包括-提供基于硅的生長襯底(10)，該生長襯底具有第一熱膨脹系數(shù)； -施加含氮化物的多層緩沖層序列(11)；-外延沉積層序列O)，其具有不同于第一熱膨脹系數(shù)的第二熱膨脹系數(shù)，并且還包括 適于發(fā)射電磁輻射的有源層；-在外延沉積的層序列中構(gòu)建接觸部；-將支承襯底(15)施加在接觸的外延沉積的層序列(2)上；-去除生長襯底(10)；-將多層緩沖層序列(11)結(jié)構(gòu)化，用于提高電磁輻射的耦合輸出； -接觸外延沉積的層序列(2)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中多層緩沖層序列(11)包括第一部分緩沖層(11a， lib)和至少一個第二部分緩沖層(llf，Ilg)，并且實(shí)施為使得降低由于不同的第一熱膨脹 系數(shù)和第二熱膨脹系數(shù)而通過制造過程誘發(fā)的熱應(yīng)力。
3.根據(jù)權(quán)利要求1至2之一所述的方法，其中生長襯底(10)被刻蝕以去除，并且多層 緩沖層序列(11)用作刻蝕停止部。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3之一所述的方法，其中層序列( 包括摻雜的第一部分層(12) 和沉積在其上的不同摻雜的第二部分層(14)，其中兩個部分層的邊界區(qū)域形成有源層 (13)并且在器件工作中進(jìn)行載流子復(fù)合。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4之一所述的方法，其中層序列( 包括至少一個電流擴(kuò)展層。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5之一所述的方法，還包括將鏡層02，60)沉積在外延層序列 ⑵的背離含氮化物的緩沖層序列(11)的側(cè)上。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中鏡層形成電流擴(kuò)展層02，60)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中在多層的含氮化物的緩沖層序列(11)和外延層序 列的另外的部分層之間形成電流擴(kuò)展層。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8之一所述的方法，其中多層含氮化物的緩沖層序列(11)的部分 緩沖層(llf，Ilg)具有與外延生長的層序列⑵的部分層相同的材料、尤其是GaN。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9之一所述的方法，還包括結(jié)構(gòu)化、尤其是通過刻蝕多層緩沖層 序列的表面來產(chǎn)生光耦合輸出層(17)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10之一所述的方法，其中接觸包括-借助在層序列⑵的背離多層緩沖層序列(11)的側(cè)上的開口構(gòu)建至少一個孔(50)； -在孔的側(cè)壁上構(gòu)建絕緣層(52)；-通過導(dǎo)電材料G5)填充所述至少一個孔(50)，使得至少在所述至少一個孔(50)的 底部區(qū)域中產(chǎn)生對層序列的電接觸部；以及 -構(gòu)建與導(dǎo)電材料電連接的接合接觸部。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至11之一所述的方法，其中接觸包括-借助開口在支承襯底(15)中構(gòu)建至少一個穿通的孔(62’，65’)，其中穿通的孔的側(cè) 壁設(shè)置有絕緣材料；以及-通過導(dǎo)電材料填充所述至少一個孔，用于接觸層序列(2)。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至12之一所述的方法，其中生長襯底主要包括硅，并且具有如下空間方向的至少一個 -(111)取向， "(100)取向， -(110)取向， -(kkO)取向，以及 -(_取向， 其中k是大于1的整數(shù)。
全文摘要
在用于制造光電子器件的方法中，提供具有第一熱膨脹系數(shù)的生長襯底(10)。將多層緩沖層序列(11)施加到生長襯底上。接著，外延沉積層序列(2)，其具有不同于第一熱膨脹系數(shù)的第二熱膨脹系數(shù)。此外，該層序列還包括用于發(fā)射電磁輻射的有源層。接著，在外延沉積的層序列(2)上施加支承襯底(15)。去除生長襯底(10)并且將多層緩沖層序列(11)結(jié)構(gòu)化，用于提高電磁輻射的耦合輸出。最后，接觸外延沉積的層序列(2)。
文檔編號H01L33/22GK102067343SQ200980123973
公開日2011年5月18日 申請日期2009年6月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月27日
發(fā)明者卡爾·英格爾, 盧茨·赫佩爾, 帕特里克·羅德, 馬丁·斯特拉斯伯格 申請人:奧斯蘭姆奧普托半導(dǎo)體有限責(zé)任公司