EP0905797A2

Semiconductor light source and method of fabrication

Abstract

Halbleiterlichtquelle mit geringer Photonenabsorption, die sowohl baulich einfach als auch einfach herzustellen ist. Sie besteht aus einem Schichtenstapel (1) mit einer Gesamtdicke (d) von höchstens 50 µm, der in dieser Dicke allein, d.h. ohne innige Verbindung mit einem Substrat, durch ein gesondertes Verbindungsmittel (3) an einem gesonderten Trägerkörper (2) befestigt und an Kontakte (21, 22) dieses Trägerkörpers (2) angeschlossen ist. Die Diode ist vorteilhaft zur Realisierung von IREDs und LEDs hoher optischer Leistung geeignet.

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28 claims: 14 independent, 14 dependent

  1. 1
    Halbleiterlichtquelle mit einem aus epitaktisch aufeinander gewachsenen Schichten (11, 12, 13) aus Halbleitermaterial bestehenden Schichtenstapel (1) zur Erzeugung und Abstrahlung von Photonen als optische Leistung der Lichtquelle, wobei der Schichtenstapel (1) von einem Wachstumssubstrat (5) frei und elektrisch kontaktiert ist dadurch gekennzeichnet, daß der Schichtenstapel (1) - eine Gesamtdicke (d) von höchstens 50 µm aufweist, - in dieser Gesamtdicke (d) allein an einem gesonderten Trägerkörper (2) angeordnet, - mittels eines gesonderten Verbindungsmittels (4) fest mit dem Trägerkörper (2) verbunden und - elektrisch am Trägerkörper (2) angeschlossen ist.
  2. 2
    Lichtquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an einer dem Trägerkörper (2) zugekehrten Oberfläche (14) des Schichtenstapels (1) eine Reflektoreinrichtung (4) zum Reflektieren von im Schichtenstapel (1) erzeugten und auf diese Fläche (14) treffenden Photonen zurück in den Schichtenstapel (1) ausgebildet ist.
  3. 3
    Lichtquelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflektoreinrichtung (4) einen auf der dem Trägerkörper (2) zugekehrten Oberfläche (14) des Schichtenstapels (1) angeordneten reflektierenden Kontakt (15) aufweist.
  4. 4
    Lichtquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schichtenstapel (1) eine Gesamtdicke (d) im Bereich von 3 µm bis 15 µm aufweist.
  5. 5
    Lichtquelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Schichtenstapel (1) einer Infrarotdiode.
  6. 6
    Lichtquelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Schichtenstapel (1) einer Leuchtdiode.
  7. 7
    Lichtquelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das gesonderte Verbindungsmittel (3) aus einem eine feste Verbindung zwischen dem Schichtenstapel (1) und dem davon getrennten Trägerkörper (2) herstellenden Haftmittel besteht.
  8. 8
    Lichtquelle nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindunsmittel (3) aus einem Klebstoff besteht.
  9. 9
    Lichtquelle nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsmittel (3) aus einem Lot besteht
  10. 10
    Lichtquelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß - der Schichtenstapel (1) Schichten (11, 12, 13) aus Halbleitermaterial voneinander verschiedenen Leitfähigkeitstyps (p, n) aufweist, zwischen denen ein optisch aktiver Übergang (10) von einem (p;n) zum anderen Leitfähigkeitstyp (n;p) zur Erzeugung der Photonen ausgebildet ist, und daß - Halbleitermaterial eines Leitfähigkeitstyps (p;n) des Schichtenstapels (1) und Halbleitermaterial des anderen Leitfähigkeitstyps (n;p) elektrisch voneinander getrennt am Trägerkörper (2) angeschlossen sind.
  11. 11
    Lichtquelle nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerkörper (2) - einen elektrischen Kontakt (21;22), an den Halbleitermaterial eines Leitfähigkeitstyps (p;n) des Schichtenstapels (1) angeschlossen ist, und - einen vom einen Kontakt (21;22) getrennten anderen elektrischen Kontakt (22;21) aufweist, an den Halbleitermaterial des anderen Leitfähigkeitstyps (n;p) des Schichtenstapels (1) angeschlossen ist.
  12. 12
    Lichtquelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Halbleitermaterial des Schichtenstapels (1) durch einen dieses Halbleitermaterial unmittelbar kontaktierenden Halbleiterkontakt (15, 16) elektrisch mit einem Kontakt (21, 22) des Trägerkörpers (2) verbunden ist.
  13. 13
    Lichtquelle nach Anspruch 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß - der Schichtenstapel (1) eine zu einer Ebene (100) der Schichten (11, 12, 13) im wesentlichen parallele Oberfläche (14) aufweist, in der eine Vertiefung (17) ausgebildet ist, die sich von dieser Oberfläche (14) in Richtung (r) senkrecht zur Ebene (100) der Schichten (11, 12, 13) in die Tiefe des Schichtenstapels (1) bis zu Halbleitermaterial erstreckt, das sich auf der von dieser Oberfläche (14) abgekehrten Seite des optisch aktiven Übergangs (10) befindet und eines anderen Leitfähigkeitstyps (n;p) ist als ein Leitfähigkeitstyp (p;n) von Halbleitermaterial des Schichtenstapels (1), das sich zwischen dieser Oberfläche (14) und dem Übergang (10) befindet, und daß - das Halbleitermaterial des einen Leitfähigkeitstyps (p;n) zwischen dieser Oberfläche (14) und dem Übergang (10) an einen Kontakt (21;22) des Trägerkörpers (2) und das Halbleitermaterial des anderen Leitfähigkeitstyps (n;p) auf der von dieser Oberfläche (14) abgekehrten Seite des Übergangs (10) in der Vertiefung (17) an einen elektrisch von diesem einen Kontakt (21;22) des Trägerkörpers (2) getrennten anderen Kontakt (22;21) des Trägerkörpers (2) angeschlossen ist.
  14. 14
    Lichtquelle nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche (14) des Schichtenstapels (1), in der die Vertiefung (17) ausgebildet ist, dem Trägerkörper (2) zugekehrt ist.
  15. 15
    Lichtquelle nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Schichtenstapel (1) voneinander abgekehrte und in einem Winkel zur Ebene (100) der Schichten (11, 12, 13) stehende Endflächen (19) aufweist, welche die Oberfläche (14) des Schichtenstapels (1), in der die Vertiefung (17) ausgebildet ist, auf zueinander entgegengesetzten Seiten begrenzen, und daß sich die Vertiefung (17) in dieser Oberfläche (14) von einer Endfläche (19) bis zur anderen (19) erstreckt.
  16. 16
    Lichtquelle nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß auf der vom Trägerkörper (2) abgekehrten Seite des optisch aktiven Übergangs (10) befindliches Halbleitermaterial des Schichtenstapels (1) eine hohe elektrische Leitfähigkeit senkrecht zur Ebene (100) der Schichten (11, 12, 13) des Schichtenstapels (1) aufweist.
  17. 17
    Lichtquelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten (11, 12, 13) des Schichtenstapels (1), allenfalls ausgenommen in einem Bereich (12) des optisch aktiven Übergangs (10), für in diesem Übergang (10) erzeugte Photonen transparent sind.
  18. 18
    Lichtquelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (6) zur Erleichterung eines Austritts von im Schichtenstapel (1) erzeugten Photonen aus dem Schichtenstapel (1) vorgesehen ist.
  19. 19
    Lichtquelle nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (6) zur Erleichterung des Austritts von Photonen schräg in einem Winkel relativ zueinander angeordnete Oberflächenabschnitte (18, 170;18, 171;18, 18;19, 19) aufweist.
  20. 20
    Lichtquelle nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (6) zur Erleichterung des Austritts von Photonen ein auf der Oberfläche (14, 14', 18, 19) des Schichtenstapels (1) ausgebildetes Relief (61) aufweist.
  21. 21
    Lichtquelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der optisch aktive Übergang (10) ein aktive Schicht (12) des Schichtenstapels (1) aufweist, in der Photonen erzeugbar sind.
  22. 22
    Lichtquelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schichtenstapel (1) III-V-Halbleitermaterial aufweist.
  23. 23
    Lichtquelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerkörper (2) aus einem Material besteht, das einen ähnlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten wie derSchichtenstapel (1) aufweist.
  24. 24
    Lichtquelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerkörper (2) aus einem gut wärmeleitenden Material (1) besteht.
  25. 25
    Lichtquelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß - der Trägerkörper (2) aus elektrisch leitendem Material besteht, - ein Kontakt (21;22) des Trägerkörpers (2) vom Trägerkörper (2) elektrisch isoliert ist und - ein elektrisch von diesem Kontakt (21;22) getrennter anderer Kontakt (22;21) des Trägerkörpers (2) vom den Trägerkörper (2) selbst gebildet ist.
  26. 26
    Lichtquelle nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß der vom Trägerkörper (2) elektrisch isolierte Kontakt (21;22) und eine vom Schichtenstapel (1) abgekehrte Oberfläche (25) des Trägerkörpers (2) von außen kontaktiert ist.
  27. 27
    Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterlichtquelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf einem Wachstumssubstrat (5) epitaktisch der für die Lichtquelle bestimmte Schichtenstapel (1) gewachsen wird, der mit dem Wachstumssubstrat (5) verbundene Schichtenstapel (1) auf dem Trägerkörper (2), der die elektrisch voneinander getrennten Kontakte (21, 22) aufweist, angeordnet und mit dem Verbindungsmittel (3) befestigt wird, und danach der derart auf dem Trägerkörper (2) befestigte Schichtenstapel (1) vom Wachstumssubstrat (5) getrennt wird.
  28. 28
    Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Wachstumssubstrat (5) epitaktisch eine Zwischenschicht (51) aus einem Material gewachsen wird, das mit einem selektiv wirkenden Ätzmittel ätzbar ist, welches das Material jeder epitaktisch zu wachsenden Schicht (11, 12, 13) des Schichtenstapels (1) nicht oder weniger stark angreift, als das Material der Zwischenschicht (51), daß auf der Zwischenschicht (51) epitaktisch die Schichten (11, 12, 13) des Schichtenstapels (1) gewachsen werden, und daß zum Trennen des Schichtenstapels vom Wachstumssubstrat (5) die Zwischenschicht (51) mit dem selektiv wirkenden Ätzmittel geätzt wird.
Independent claims28