DE10006738C2 - Lichtemittierendes Bauelement mit verbesserter Lichtauskopplung und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Lichtemittierendes Bauelement mit verbesserter Lichtauskopplung und Verfahren zu seiner Herstellung

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Description

Die Erfindung betrifft ein lichtemittierendes Halbleiterbau­ element gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Die Er­ findung betrifft weiter ein lichtemittierendes optisches Bau­ element mit einem lichtemittierenden Halbleiterbauelement so­ wie ein Verfahren zur Herstellung des lichtemittierenden Halbleiterbauelements.
Ein lichtemittierendes Halbleiterbauelement der genannten Art ist aus der EP 0 405 757 A2 bekannt. Sie schlägt einen trans­ parenten lichtemittierenden Halbleiterdiodenchip vor, bei dem die Rückseite, in dessen unmittelbarer Nähe sich der strah­ lungserzeugende Bereich befindet, und die Vorderseite paral­ lel zueinander liegen, und der senkrecht zur Rückseite ste­ hende Seitenflächen aufweist und bei dem zur Verbesserung der Lichtauskopplung diagonale Flächen vorgesehen sind, die jede Seitenfläche mit der Vorderseite verbinden und so einen Pyra­ midenstumpf ausbilden.
Ein weiteres lichtemittierendes Halb­ leiterbauelement mit transparentem Fenster auf einer Seite einer Mehrschichtstruktur zeigt die DE 198 07 758 A1. Zusammen­ gefaßt bewirken die unterschiedlichen optischen Brechungsin­ dices von Halbleitermaterialien optischer Halbleiterbauele­ mente wie zum Beispiel von LEDs oder Halbleiterlasern, daß das in der aktiven Schicht des Bauelements erzeugte Licht aufgrund des hohen Brechungsindex' der Halbleitermaterialien nur zu einigen Prozent in den Außenraum, typischerweise Luft, mit niedrigerem Brechungsindex ausgekoppelt wird. Bei vorge­ gebenem elektrischen Strom, der das Halbleiter-Bauelement zur Erzeugung des Lichts durchfließt, ist damit die Helligkeit des Bauelements begrenzt. Typischerweise werden für licht­ emittierende optische Bauelemente quaderförmige Halbleiter­ bauelemente eingesetzt.
Die Lichtauskopplung kann gesteigert werden, wenn gemäß der DE 198 07 758 A1 ein transparentes Fenster auf die obere Seite des Halbleiterbauelements aufgebracht wird, dessen durchgehende Seitenoberfläche einen stumpfen Winkel bezüglich der mehrschichtigen Heterostruktur aufweist. Darüber hinaus ist es vorgesehen, zusätzlich zu dem Fenster auf der Ober­ seite des Halbleiterbauelements eventuell ein weiteres Fen­ ster auf der Unterseite des Halbleiterbauelements anzubrin­ gen. Beide Fenster wirken an ihren Grenzflächen als Reflek­ tor, der die an senkrechten Seitenflächen vermehrt auftre­ tende Totalreflexion reduziert. Dadurch wird die direkte Lichtauskopplung erhöht und die Absorption durch lange opti­ sche Wege und viele Reflexionen gemindert.
Üblicherweise wird ein derartiges Halbleiterbauelement jedoch in ein Gehäuse eingebaut. Bei dem bekannten Bauelement be­ steht durch den Aufbau die Gefahr, daß bei einer automati­ schen Montage des Bauelements in ein Gehäuse eine Verkippung auftreten kann, da die untere Fläche die kleinste Fläche ist, über der der weitausladende obere Fensterbereich angeordnet ist. Dies unterbleibt, wenn nur ein oberes Fenster, nicht je­ doch das untere Fenster vorhanden sind. Andererseits besteht bei der Dicke eines eventuell vorhandenen unteren Fensters von maximal 250 µm die Gefahr, daß dieses Fenster bei der Mon­ tage des Bauelements in das Gehäuse teilweise von Klebstoff abgedeckt wird, der für die Montage notwendig ist. Anderer­ seits koppeln optische Halbleiterbauelemente vorwärts, d. h. in Richtung senkrecht zur aktiven Schicht, nach oben Licht aus. Die bekannte Anordnung eignet sich jedoch nur für Mate­ rialsysteme, z. B. GaP, das insbesondere für das nach oben ge­ richtete Fenster verwendet wird, die stromleitend sind. Im System Gallium-Nitrid sind nur dünne Schichten stromleitend, so dass die bekannte Anordnung nur begrenzt einsetzbar ist.
Zur Verbesserung der Lichtauskopplung ist andererseits vorge­ schlagen worden, Halbleiterbauelemente mit schrägen. Seiten­ flächen beispielsweise in Dreiecksform oder in rhomboedrischer Form zu erzeugen, siehe hierzu die Veröffentlichung Song Jae Lee, Seog Won Song: "Efficiency Improvement in Light-Emitting Diodes Based an Geometrically Deformed Chips", SPIE Conference an Light-Emitting Diodes, San Jose, Califor­ nia, January 1999, Seiten 237 bis 248. In diesen Anordnungen wird die Auskopplung aus dem Chip erhöht, weil die Refle­ xionswinkel sich häufig ändern. Gleichzeitig müssen jedoch die lichterzeugende Schicht, die Kontakte oder anderen Schichten des Halbleiterbauelements so vorgesehen sein, daß sie möglichst wenig Licht absorbieren.
Aus der DE 43 05 296 A1 ist eine strahlungsemittierende Diode bekannt, bei der zur Verbesserung der Strahlungsleistung in die epitaktische Schichtenfolge eine Mesastruktur eingeätzt ist.
In der deutschen Offenlegungsschrift 24 16 098 ist eine opti­ sche Halbleiterstrahlungsquelle beschrieben, die zur Vermin­ derung der Totalreflexion an deren Oberfläche pyramiden- oder kegelförmige Dome aufweist.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein für die Massenproduktion geeignetes lichtemittierendes Halbleiterbauelement für unter­ schiedliche Materialsysteme, das in der Lage ist, möglichst viel Licht auszukoppeln, ein lichtemittierendes optisches Bauelement und ein Verfahren zur Herstellung des lichtemit­ tierenden Halbleiterbauelements anzugeben.
Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen der Pa­ tentansprüche 1, 8 bzw. 12.
Bei einem lichtemittierenden Halbleiterbauelement der ein­ gangs genannten Art ist das Fenster ausschließlich auf einer Seite der Mehrschichtstruktur angeordnet und die schräg zur Mehrschichtstruktur verlaufenden Seitenwände des Fensters ge­ hen in einen senkrecht zur Mehrschichtstruktur verlaufenden Seitenwandteil mit insbesondere würfelförmiger Struktur über.
Dies hat den Vorteil, daß die Fläche des Halbleiterbauele­ ments auf seiner Unterseite nicht stark verkleinert wird, so daß bei einer automatisierten Montage in ein Gehäuse die Kippmomente des Chips reduziert sind und deshalb ein Verkip­ pen des Bauelements verringert wird. Dies hat andererseits den Vorteil, daß genau der würfelförmige untere Bauelement­ teil, der wenig Licht extrahiert, in ein Gehäuse eingeklebt werden kann. Weiterhin ergibt sich der Vorteil, daß die obere Bauelementfläche groß genug ist, um möglichst viel Licht di­ rekt nach oben auskoppeln zu können, ohne daß weitere Verlu­ ste in einem zusätzlichen oberen Fenster entstehen. Darüber hinaus eignet sich das erfindungsgemäße Halbleiter--Bauelement für Materialsysteme wie (In)(Al)(Ga)N, in denen nur dünne Schichten stromleitend sind. Das erfindungsgemäße Halbleiter­ bauelement ist in der Lage, Licht bereits beim ersten Chip­ durchlauf auszukoppeln und reduziert deshalb an seinen Sei­ tenflächen die Totalreflexionen, erhöht die direkte Lichtaus­ kopplung und verringert die Absorption durch lange optische Wege und viele Reflexionen im Bauelement bzw. angrenzenden Fensterbereichen.
In besonders vorteilhaften Ausgestaltungen der Erfindung ist vorgesehen, daß die schrägen Seitenwände des Fensters alter­ nativ über eine oder mehrere Kanten in den senkrechten Sei­ tenwandteil übergehen oder daß ein fließender Übergang in den senkrechten Seitenwandteil erfolgt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, daß mindestens der Bereich des Fensters mit schräger Seiten­ wand aufgerauht ist.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Fenster das Substrat ist, wie zum Beispiel bei Bauelementen mit Siliziumcarbidsub­ strat.
In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Brechungsindex des Fensters höher ist, als der Bre­ chungsindex der Licht erzeugenden aktiven Schicht.
Bei einem lichtemittierenden optischen Bauelement, das ein erfindungsgemäßes Halbleiterbauelement aufnimmt, ist vorgese­ hen, daß das Halbleiterbauelement in einer Ausnehmung eines Grundkörpers montiert ist und dessen Metallkontakte mit elek­ trischen Anschlüssen des Grundkörpers verbunden sind.
In einer bevorzugten Ausgestaltung dieses optischen Bauele­ ments ist vorgesehen, daß die Seitenwände der Ausnehmung als Reflektor ausgebildet sind.
Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der die Seitenwände der Ausnehmung so ausgebildet sind, daß die über die schrägen Seitenwände des Fensters des Halbleiterbauele­ ments ausgekoppelten Lichtstrahlen in eine vorgegebene Rich­ tung zur aktiven Schicht nach oben reflektiert werden.
Bei einem Verfahren zur Herstellung eines lichtemittierenden Bauelements gemäß der Erfindung ist Vorgesehen, daß nach dem Aufbringen der Mehrschichtstruktur auf einen großflächigen Wafer bzw. Fenster in die so erzeugte Struktur von der Rück­ seite, d. h. der der aktiven Schicht gegenüberliegenden Ober­ fläche mit einem Sägeblatt mit Formrand bis zu einer vorgege­ benen Tiefe eingesägt wird, in der der blattförmige Teil des Sägeblattes in das Substrat sägt, daß danach das Vereinzeln der großflächigen Waferanordnung mit der aufgebrachten Mehr­ schichtstruktur an den eingesägten Schnitten erfolgt und daß danach die vereinzelten Bauelemente fertiggestellt werden.
In einem bevorzugten Ausführungsverfahren ist vorgesehen, daß die Metallkontakte bereits vor dem Einsägen der Waferrück­ seite hergestellt werden.
Bevorzugte Verfahrensschritte für das Vereinzeln der Bauele­ mente aus dem großflächigem Substrat sind das Brechen an den Schnittkanten oder das Einsägen mit einem zweiten Sägeschnitt an den ersten Einschnitten.
In weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, daß das Einsägen von der Waferrückseite mit einem Sägeblatt er­ folgt, dessen Rand V-förmig ist oder eine andere vorgegebene Kurvenform hat.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von in den Figuren der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläu­ tert. Es zeigen:
Fig. 1 bis 3 schematische Querschnitte durch alterna­ tive Ausführungsformen des erfindungsgemäßen lichtemit­ tierenden Halbleiterbauelements
Fig. 4 einen Vergleich des Abstrahlsverhaltens zwischen einem herkömmlichen lichtemittierenden Halbleiterbauele­ ment und einem erfindungsgemäßen lichtemittierenden Halbleiterbauelement,
Fig. 5 eine schematische Querschnittsdarstellung eines er­ findungsgemäßen lichtemittierenden optischen Bauelements und
Fig. 6 bis 9 Ausführungsschritte für ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen lichtemittierenden Halbleiterbauelements.
Fig. 1 zeigt rein schematisch einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes lichtemittierendes Halbleiterbauelement. Die das Licht erzeugende aktive Schicht 10 liegt innerhalb einer Mehrschichtstruktur mit der oberhalb der aktiven Schicht angeordneten Schicht bzw. den Schichten 11 und der unterhalb der aktiven Schicht angeordneten Schicht bzw. den Schichten 12. Der genaue Aufbau dieser Mehrschichtstruktur ist abhängig vom Materialsystem und den gewünschten Eigen­ schaften des Bauelements. Einzelheiten sind aus dem Stand der Technikwohl bekannt, so daß in diesem Zusammenhang hierauf nicht näher eingegangen wird.
Die Mehrschichtstruktur ist zum Beispiel durch Epitaxiever­ fahren auf einem Substrat 20 hergestellt, das an seiner Un­ terseite einen elektrischen Kontakt 40 aufweist. Oberhalb der Mehrschichtstruktur 10 bis 12 befindet sich ein zweiter elek­ trischer Kontakt 30, der im Ausführungsbeispiel großflächig die obere Oberfläche der Mehrschichtstruktur bedeckt. Der elektrische Kontakt 30 ist so dünn ausgeführt, daß er für das aus der aktiven Schicht nach oben abgestrahlte Licht weitge­ hendst durchlässig ist. Dies ist bei einer GaN-Struktur bei­ spielsweise durch eine Platinschicht von wenigen nm Dicke, z. B. 6 nm möglich. Aus diesem Grund kann der Kontakt großflä­ chig die Oberseite der Mehrschichtstruktur abdecken. Auf dem Kontakt 30 kann ein undurchsichtiger kleinflächiger Bondpad vorgesehen sein. In Ausführungsformen, in denen diese Voraus­ setzung nicht gegeben ist, das heißt der Kontakt dicker ist bzw. Licht undurchlässig, wird der Kontakt kleiner ausge­ führt, so daß er nur einen Teil der Oberfläche der Mehr­ schichtstruktur bedeckt, so dass das Licht seitlich vom Kon­ takt austreten kann.
Der untere elektrische Kontakt 40 ist schematisch gezeichnet und kann einerseits zum direkten Anschluß von Bonddrähten, andererseits als Kontaktschicht ausgeführt sein, wenn das Halbleiterbauelement z. B. mit einem leitfähigen Kleber in ein Gehäuse einmontiert wird.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Fenster 20 vorzugsweise aus Siliziumcarbid, während die Mehrschicht­ struktur auf Galiumnitridbasis ausgebildet ist. Das bedeutet, daß die Mehrschichtstruktur die Elemente Indium, Aluminium, Gallium und Stickstoff enthält. Dieses Materialsystem ist nur dann elektrisch leitend, wenn die Schichten dünn sind. Aus diesem Grund ist die Mehrschichtstruktur aus dünnen Schichten gebildet, damit ein Stromfluß zwischen den Elektroden 30 und 40 zustände kommt. Bekannt ist dabei, daß Siliziumcarbid lei­ tend ist. Deshalb kann der Metallkontakt 40 als Gitternetz ausgeführt sein.
In einem anderen Materialsystem können die Schichten 10 bis 12 und das Substrat anders ausgebildet sein. Beispielsweise ist im Materialsystem GaP mit den Elementen Indium, Alumi­ nium, Gallium und Phosphor auch eine Leitfähigkeit bei dicken Schichten möglich. Das Substrat kann Saphir oder SiC sein. Während deshalb im diesem Materialsystem auch oberhalb der Mehrschichtstruktur 10 bis 12 noch ein transparentes Fenster angeordnet sein könnte, kann ein derartiges Fenster im Mate­ rialsystem von Galliumnitrid nicht angebracht werden.
Gemäß der Erfindung ist nun vorgesehen, daß das in diesem Ausführungsbeispiel z. B. als Substrat gebildete transparente Fenster 20 an seiner Oberseite an der Mehrschichtstruktur an­ liegt und daß die Seitenoberfläche des transparenten Fensters im Übergangsbereich zur Mehrschichtstruktur einen spitzen Winkel α mit der Mehrschichtstruktur einschließt. Die zu­ nächst schräg unter dem Winkel α zur Mehrschichtstruktur bzw. zur aktiven Schicht 10 verlaufenden Seitenwände 20a ge­ hen in Richtung des Metallkontakts 40 in eine senkrecht zur Mehrschichtstruktur verlaufende Seitenwand 20b über, so daß der untere Teil des Fensters unmittelbar oberhalb des kontakts 4 für sich betrachtet einen würfelförmigen Aufbau hat. α kann in einem Bereich von z. B. 20° bis 80° liegen, je nach gewünschtem Abstrahlverhalten. Besonders günstig ist ein Winkel von 60°.
Im Ausführungsbeispiel ist das Fenster aus Siliziumcarbid und die Mehrschichtstruktur auf Galliumnitridbasis aufgebaut und die von der aktiven Schicht erzeugte. Lichtstrahlung kann nach oben in Richtung des Metallkontakts 30 unmittelbar aus der aktiven Schicht ausgekoppelt werden. Nach unten und zur Seite ausgesandte Lichtstrahlen werden jedoch zunächst an der Grenzfläche zwischen der untersten Schicht der Mehrschicht­ struktur 10 bis 12 in das Fenster 20 gebrochen. Aufgrund der Tatsache, daß diese Lichtstrahlen, die nach außen in Richtung auf den Aussenraum des Halbleiter-Bauelements gerichtet sind, auf die unter dem Winkel α zur Mehrschichtstruktur verlau­ fende Seitenoberfläche des Substrats treffen, können diese Lichtstrahlen aus dem Fenster bzw. dem Substrat 20 ausgekop­ pelt werden, wie die Strahlen 1 bis 4 andeuten sollen.
Bei senkrecht zur aktiven Schicht verlaufender Seitenoberflä­ che wird dagegen fast kein Licht ausgekoppelt. Dies führt dazu, daß im oberen Teil des Fensters 20 mit den abgeschräg­ ten Seitenoberflächen Licht nach außen ausgekoppelt werden kann, während im unteren Teil des Substrats mit der Würfel­ struktur nahezu kein Licht nach außen ausgekoppelt wird und dieses damit dunkel bleibt. Bei der Betrachtung eines licht­ aussendenden erfindungsgemäßen Halbleiterbauelement erschei­ nen deshalb die Oberflächen der Mehrschichtstruktur und die schrägen Seitenoberflächen des Substrats leuchtend, während der untere Teil mit würfelförmiger Struktur dunkel bleibt. Auf diese Weise ist es möglich, bis zu 80% mehr Licht aus dem lichtemittierenden Halbleiterbauelement auszukoppeln als bei würfelförmigem Substrat.
Das Ausführungsbeispiel der Fig. 2 unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 im wesentlichen dadurch, daß die Seitenoberflächen 20c des Fensters 20 zusätzlich auf­ gerauht sind und deshalb eine nochmals verbesserte Lichtaus­ kopplung ermöglichen. In diesem Fall wird auch in dem unteren würfelförmigen Teil des Substrats Licht ausgekoppelt.
Gemäß Fig. 3, in der gleiche Elemente wie in Fig. 1 oder 2 mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, schließt das Sub­ strat 23 zunächst einen spitzen Winkel β der Seitenoberfläche gegen die aktive Schicht 10 ein. Im weiteren Verlauf in Richtung auf den Metallkontakt 40 ist die Seitenoberfläche ver­ laufend in Richtung auf den würfelförmigen Substratteil aus­ gebildet. Auf diese Weise ergibt sich ausgehend von den Ecken des Substrats bzw. dem Anschluß des Substrats an die Mehr­ schichtstruktur ein fließender Übergang der Seitenoberflächen vom zunächst spitzen Winkel β bis zur senkrecht zur aktiven Schicht verlaufenden Seitenoberfläche des kubischen Teils. Wie schematisch angedeutet ist, ändert sich dadurch das Aus­ koppelverhalten insbesondere gegenüber der Fig. 1 deutlich, jedoch werden auch bei dieser Anordnung im Bereich des Sub­ strats mit Seitenoberflächen, die unter einem spitzen Winkel zur aktiven Schicht verlaufen, deutlich mehr Lichtstrahlen 31 bis 33 ausgekoppelt als bei einer Würfelform. In den Fig. 1 bis 3 hat das Substrat 20 bzw. 23 einen höheren Brechungs­ index als die Licht erzeugende Schicht der Mehrschichtstruk­ tur.
Die Dicke des Fensters 20 in allen Ausführungen der Fig. 1 bis 3 beträgt vorzugsweise zwischen 50 µm und 250 µm. Ein Kle­ bekontakt an der Unterseite des Fensters in einem Gehäuse sollte dabei eine Höhe von 50 µm nicht überschreiten. Vorteil einer derartigen Konstruktion ist dabei eine größere Stand­ fläche durch den an den Seiten der Unterseite des Fensters herausquellenden Klebers, die zusätzlich eine größere Wär­ meabfuhr neben größerer Stabilität erlaubt.
Gemäß Fig. 4 ist eine Simulation des Abstrahlverhaltens von herkömmlichen kubischen Chips und erfindungsgemäßen Halblei­ terbauelementen dargestellt. Das Diagramm gibt dabei den Ab­ strahlwinkel in 360°-Darstellung sowie die Abstrahlintensität in die jeweiligen Richtungen anhand von konzentrischen Krei­ sen an. Gemäß Fig. 4a ist erkennbar, daß ein bekannter Licht emittierender Chip nach oben in Richtung 0° und im wesentli­ chen mit zwei weiteren schmalen Keulen in Richtung 125° und 235° abstrahlt. Demgegenüber zeigt das erfindungsgemäße Halb­ leiterbauelement gemäß Fig. 4b eine gegenüber Fig. 4a deut­ lich erhöhte Strahlintensität zwischen den Winkeln 330 und 30°. Darüber hinaus sind die zwischen 90° und 270° ausgekop­ pelten Lichtkeulen sowohl in ihrem Winkelbereich deutlich verbreitert als auch in ihrer Intensität erheblich erhöht ge­ genüber den Keulen der Fig. 4a. Das bedeutet insbesondere, daß eine Keule zwischen etwa 95° und 130° abstrahlt in einer Hauptrichtung, die nahezu waagerecht aus dem Chip herausgeht. Zwischen 180° und 270° wird eine spiegelbildliche Keule aus­ gekoppelt. Insgesamt ergibt sich mit einer Anordnung gemäß den Fig. 1 bis 3 entsprechend Fig. 4b ein deutlich, d. h. um 80% oder mehr verbessertes Lichtauskoppelverhalten im Ver­ gleich zu einem bekannten lichtemittierenden Halbleiterbau­ element.
Gemäß Fig. 5 ist vorgesehen, daß ein erfindungsgemäßes Halb­ leiterbauelement gemäß z. B. den Fig. 1 bis 3 in die Aus­ nehmung 71 eines Grundkörpers 70 montiert ist. Der Grundkör­ per kann beispielsweise wie in Fig. 5 dargestellt, ein Lei­ terteil einer Radial-LED sein, der elektrisch mit den Metall­ kontakt 40 des Halbleiterbauelements kontaktiert ist, während der Metallkontakt 30 mit einem Bonddraht mit dem zweiten An­ schluß 72 der LED verbunden ist. Die Gesamtanordnung ist mit einem transparenten Material 73 umhüllt.
Ebenso gut kann das erfindungsgemäße lichtemittierende Halb­ leiterbauelement in das Gehäuse bzw. den Grundkörper einer nach oben abstrahlenden oberflächenmontierbaren LED angeord­ net sein. Auch dort ist ein Grundkörper gebildet, der eine Ausnehmung aufweist, in der das Halbleiterbauelement montiert wird.
Die Seitenwände 74 der Ausnehmung 71 des Grundkörpers 70 sind als Reflektor ausgebildet, was entweder durch die Wahl des Materials des Grundkörpers oder durch eine Beschichtung der Ausnehmung erfolgen kann. Der Reflektor ist zweckmäßig, um das gemäß Fig. 4b seitwärts nach unten abgestrahlte Licht nutzbar nach vorne in Richtung des Metallkontakts 30 des Halbleiterbauelements abzustrahlen. Die Form des Reflektors 74 ist dabei so gewählt, daß sich die gewünschte Abstrahlcha­ rakteristik ergibt. Für stark nach oben bzw. nach vorn ge­ richtete Strahlung ist eine Reflektorform zweckmäßig, deren Seitenneigung nach außen hin zunimmt, beispielsweise in Form einer Halbparabel.
Gemäß den Fig. 6 bis 9 wird die Herstellung eines erfin­ dungsgemäßen lichtemittierenden Halbleiterbauelements skiz­ ziert. In Fig. 6 sind schematisch mit den Bezugszeichen ge­ mäß Fig. 1 die lichtemittierende Schicht 10 sowie das Fen­ ster 20 gekennzeichnet. Im Ausführungsbeispiel ist die licht­ emittierende Schicht dabei an Stellen vorgesehen, an denen das spätere lichtemittierende Bauelement erzeugt werden soll. Mit ansich bekannten Methoden wird dabei gemäß Fig. 6 zu­ nächst auf dem Substrat 20 die nicht näher dargestellte Mehr­ schichtstruktur mit den jeweiligen aktiven Schichten 10 er­ zeugt. Die Herstellungsmethoden umfassen dabei insbesondere Maskierungs- und Beschichtungstechniken, z. B. Epitaxiever­ fahren.
Gemäß der Erfindung wird nach der Erzeugung der Mehrschicht­ struktur die Anordnung von der Rückseite, d. h. von der Fen­ sterseite mit einem Profilsägeblatt eingesägt, dessen Rand R eine vorgegebene Form aufweist. Im Ausführungsbeispiel ist der Rand v-förmig ausgebildet. Das Einsägen erfolgt nun so, daß das Substrat nicht nur mit der Spitze des v-förmigen Sä­ geblattes 80 angeritzt wird, sondern daß der Schnitt so tief ausgeführt wird, daß auch der blattförmige Teil des Sägeblat­ tes in das Substrat einsägt. Es ergibt sich damit ein Säge­ schnitt 51, der zunächst mit senkrechten Wänden in das Sub­ strat hineingeht, um danach entsprechend der Randform R des Sägeblattes, in diesem Fall v-förmig zuzulaufen. Möglich ist auch ein runder oder anders geformter Profilrand.
Die nach dem Sägen zwischen der Einkerbung im Substrat und der lichtemittierenden Schicht verbleibende Resthöhe H be­ trägt typisch 10 µm bis 100 µm. Fig. 7 zeigt noch einmal bezogen auf Fig. 1, wie zwischen dem v-förmigen Einschnitt und der lichtemittierenden Schicht 10 der Winkel α gemäß Fig. 1 gebildet wird.
Nach dem Ansägen gemäß Fig. 6 werden die Bauelemente, abhän­ gig von der Resthöhe H, entweder durch ein Keilbrechverfahren gemäß Fig. 8 oder durch einen zweiten Sägeschnitt verein­ zelt. Dazu wird die eingeschnittene Anordnung gemäß Fig. 6 auf einen Träger T aufgeklebt. Gemäß Fig. 8 erfolgt dann von der freien Unterseite des Trägers ein Aufbrechen der Resthöhe H mit Hilfe eines Brechkeils. Gemäß Fig. 9 ist es alternativ möglich, mit einem zweiten Sägeschnitt 52 den Wafer zu zer­ teilen, so daß die einzelnen Halbleiterbauelemente vereinzelt werden.
Die Auswahl der Randform R des Profilsägeblattes richtet sich nach den gewünschten Seitenoberflächen des Substrats und diese wiederum danach, wie eine maximale Lichtauskopplung er­ reicht werden kann. Abhängig von den Brechungsindices des Halbleitermaterials und der Umgebung bzw. des Substrats lie­ gen typische Winkel α bei einem v-förmigen Sägeschnitt zwi­ schen 20° und 80°.

Claims (15)

1. Lichtemittierendes Halbleiterbauelement mit
  • - einer Mehrschichtstruktur,
  • - einer aktiven Schicht (10) innerhalb der Mehrschichtstruk­ tur,
  • - elektrischen Kontakten (30, 40), die mit der aktiven Schicht (10) elektrisch verbunden sind und
  • - einem transparenten Fenster (20), das an einer Seite der Mehrschichtstruktur (10) anliegt, wobei
  • - das transparente Fenster (20) ausschließlich auf einer Seite der Mehrschichtstruktur (10, 11, 12) angeordnet ist und mindestens eine Seitenfläche (20a) aufweist, die rela­ tiv zur Mehrschichtstruktur derart schräg oder konkav ver­ läuft oder gestuft ist, dass sich das Fenster (20) in Richtung von der Mehrschichtstruktur (10, 11, 12) weg ver­ engt,
dadurch gekennzeichnet,
daß das transparente Fenster (20)
  • - einen senkrecht zur Mehrschichtstruktur verlaufenden Sei­ tenwandteil (20b) aufweist, der, gesehen von der Mehr­ schichtstruktur, der schräg oder konkav verlaufenden oder gestuften Seitenfläche (20a) nachgeordnet ist und sich an diese anschließt.
2. Lichtemittierendes Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die schräg oder konkav verlaufende oder gestuf­ te Seitenfläche (20a) aufgerauht ist.
3. Lichtemittierendes Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Fenster (20) von dem zur Epitaxie der Mehrschicht­ struktur verwendeten Substrat gebildet ist.
4. Lichtemittierendes Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Brechungsindex des Fensters (20) größer als der Bre­ chungsindex des Halbleitermaterials der Mehrschichtstruktur, insbesondere der aktiven Schicht ist.
5. Lichtemittierendes Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Fenster (20) aus Siliciumcarbid besteht.
6. Lichtemittierendes Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die der Mehrschichtstruktur gegenüberliegende Seite des Fensters (20) die Montageseite des Halbleiterbauelements ist, mit der dieses in ein Gehäuse eines optischen Bauelements eingeklebt oder eingelötet wird.
7. Lichtemittierendes Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Fenster (20) im Bereich des senkrecht zur Mehr­ schichtstruktur verlaufenden Seitenwandteils (20b) eine wür­ felförmige Struktur aufweist.
8. Lichtemittierendes optisches Bauelement mit einem lich­ temittierenden Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, das in einer Ausnehmung (71) eines Grundkörpers (70) montiert ist und dessen Metallkontakte (30, 40) mit elektri­ schen Anschlüssen (71, 75) des Grundkörpers verbunden sind.
9. Lichtemittierendes optisches Bauelement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenwände der Ausnehmung (71) als Reflektor (74) ausgebildet sind.
10. Lichtemittierendes optisches Bauelement nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Fenster (20) der Ausnehmung (71) zugewandt ist.
11. Lichtemittierendes optisches Bauelement nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenwände der Ausnehmung (71) so ausgebildet sind, daß über die schrägen Seitenwände des Fensters des Halblei­ terbauelements abgestrahltes Licht in einer vorgegebenen Richtung zur aktiven Schicht nach oben reflektiert wird.
12. Verfahren zur Herstellung eines lichtemittierenden Halb­ leiterbauelements nach einem der Patentansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
  • - Aufbringen der Mehrschichtstruktur (10, 11, 12) auf ein großflächiges Substrat (20) bzw. Wafer,
  • - Einsägen in die so erzeugte Struktur von der Substratrück­ seite mit einem Sägeblatt (80) mit Formrand (R) bis zu ei­ ner vorgegebenen Tiefe, in der der blattförmige Teil des Sägeblattes in das Substrat sägt,
  • - Vereinzeln der eingesägten Struktur an den eingesägten Schnitten und
  • - Fertigstellen des vereinzelten Bauelements.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Vereinzeln durch ein Brechverfahren oder einen zwei­ ten Sägeschnitt erfolgt.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallkontakte vor dem Einsägen der Substratseite auf den freien Oberflächen des Substrats bzw. der Mehrschicht­ struktur hergestellt werden.
15. Verfahren nach Anspruch 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Einsägen mit einem Sägeblatt mit v-förmigen Rand er­ folgt.
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