EP4214763A1 - Optoelektronisches halbleiterbauelement und verfahren zur herstellung - Google Patents

Optoelektronisches halbleiterbauelement und verfahren zur herstellung

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EP4214763A1
EP4214763A1 EP21773576.0A EP21773576A EP4214763A1 EP 4214763 A1 EP4214763 A1 EP 4214763A1 EP 21773576 A EP21773576 A EP 21773576A EP 4214763 A1 EP4214763 A1 EP 4214763A1
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EP
European Patent Office
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layer
main surface
semiconductor component
contact means
optoelectronic semiconductor
Prior art date
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Pending
Application number
EP21773576.0A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Alexander Pfeuffer
Korbinian Perzlmaier
Christoph Klemp
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ams Osram International GmbH
Original Assignee
Ams Osram International GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Ams Osram International GmbH filed Critical Ams Osram International GmbH
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    • H01L33/60—Reflective elements

Definitions

  • an optoelectronic semiconductor component and a method for its production are specified.
  • the optoelectronic semiconductor component is a flip chip.
  • charge carriers of a first and second conductivity type are typically supplied and distributed underneath a semiconductor layer, ie not on an outer surface of the flip chip. Contacting the semiconductor layer above an active zone requires rewiring in the component.
  • Flip chips are known that use etched blind holes to make the semiconductor layer electrically accessible. However, this leads to a reduced surface efficiency of the flip chip.
  • one problem to be solved is to specify an area-optimized optoelectronic semiconductor component.
  • a further problem to be solved is to specify a method for producing an area-optimized optoelectronic semiconductor component.
  • an optoelectronic semiconductor component and a method for producing an optoelectronic semiconductor component having the features of the independent claims.
  • the latter comprises a layer stack which has a first semiconductor region of a first conductivity type, a second semiconductor region of a second conductivity type and an active zone arranged between the first and second semiconductor region.
  • the first semiconductor region is a p-doped region and the second semiconductor region is an n-doped region.
  • the active zone is preferably intended to generate electromagnetic radiation.
  • the layer stack comprises at least one side surface, which laterally delimits the layer stack, as well as a first main surface and a second main surface opposite the first main surface, the first and second main surfaces each being arranged transversely, preferably neither parallel nor perpendicular, to the side surface.
  • the first main area is a surface of the layer stack arranged on the side of the first semiconductor region
  • the second main area is a surface of the layer stack arranged on the side of the second semiconductor region.
  • a large part of the generated radiation preferably emerges from the semiconductor component on the side of the second main surface.
  • the layer stack can be the thickest layer of the optoelectronic semiconductor component.
  • the layer stack can make up 50% of the thickness of the optoelectronic semiconductor component.
  • the thickness approximately denotes an extension perpendicular to a main extension plane of the semiconductor component.
  • the optoelectronic semiconductor component comprises a first contact means arranged on the first main surface, which is provided for electrically contacting the first semiconductor region, and a second contact means arranged on the second main surface, which is provided for electrically contacting the second semiconductor region and is radiation-transmissive, and a electrically conductive edge layer arranged on the layer stack, which edge layer extends from the second contact means via the side surface to the first main surface.
  • the edge layer can be arranged at least in regions downstream of the layer stack laterally, that is to say on the at least one side surface.
  • the edge layer can have an end region which is arranged on the second main area and has a lateral extent which corresponds to a thickness of the electrically conductive edge layer.
  • a lateral expansion corresponding to the thickness both an equal or identical value and up to 2 times, in particular up to 1. 5 times the value understood .
  • the same or identical value is achieved in the case of a right angle between the surface layer and the second main surface, while the higher values are assumed for smaller angles, in particular for angles greater than 30° and less than 90°.
  • the edge layer on the second main surface can be formed without kinks or without curvature.
  • the edge layer can therefore be arranged conformally on the at least one side surface.
  • the edge layer enables electrical contacting of the second semiconductor region on the side of the first main area.
  • the second semiconductor region is preferably arranged on a front side provided for the emission of radiation and the first semiconductor region is arranged on a rear side of the optoelectronic semiconductor component opposite the front side.
  • the optoelectronic semiconductor component comprises a first dielectric layer arranged between the edge layer and the layer stack, the second main area being uncovered by the first dielectric layer.
  • the first dielectric layer ensures, in particular, electrical insulation of a p-n junction of the active zone.
  • the first dielectric layer may consist of a single layer.
  • the first dielectric layer can have a plurality of layers, in particular with an alternating refractive index. In this case, the first dielectric layer can additionally have a mirror function.
  • the materials used for the first dielectric layer are oxidic and nitridic compounds such as AlxOy, SiOx, SixNy, NbOx, TiOx, HfOx, TaOx, AlxNy and TixNy as well as organic polymers such as Parylene , BCB, silicones , siloxanes , photoresists , spin-on glasses , organic-inorganic hybrid materials, epoxides and acrylic in question.
  • the first dielectric layer can be arranged at least in regions downstream of the layer stack laterally, that is to say on the at least one side surface.
  • the first dielectric layer can have an end region which is arranged on the second main surface and has a lateral extent which corresponds to a thickness of the first dielectric layer.
  • an equal or identical value is reached in the case of a right angle between the first dielectric layer and the second main surface, while the higher values are assumed for smaller angles, in particular for angles greater than 30° and less than 90°.
  • the first dielectric layer can be formed on the second main surface without kinks or without curvature.
  • the first dielectric layer can therefore be arranged conformally on the at least one side surface.
  • the second contact means touches the first dielectric layer.
  • the active zone can contain a sequence of individual layers, by means of which a quantum well structure, in particular a single quantum well structure (SQW, single quantum well) or multiple quantum well structure (MQW, multiple quantum well), is formed.
  • a quantum well structure in particular a single quantum well structure (SQW, single quantum well) or multiple quantum well structure (MQW, multiple quantum well) is formed.
  • the first and second semiconductor regions can have one or more semiconductor layers.
  • the Semiconductor layers of the semiconductor regions can be based on materials based on nitride, phosphide or arsenide compound semiconductors. "Based on nitride, phosphide or arsenide compound semiconductors" means in the present context that the semiconductor layers contain Al n Ga m Inin nm N, Al n Ga m Inin nm P or Al n Ga m Inin nm As, where 0 ⁇ n ⁇ 1, 0 ⁇ m ⁇ 1 and n+m ⁇ 1 applies. This material does not necessarily have to have a mathematically exact composition according to the above formula.
  • the above formula contains only the essential components of the crystal lattice (Al, Ga, In, P or As), even if these can be partially replaced by small amounts of other substances.
  • the second main surface is essentially uncovered by the edge layer, ie within the scope of normal manufacturing tolerances.
  • the edge layer preferably does not protrude beyond the second main surface on a side of the second main surface facing away from the layer stack. In other words, the edge layer preferably does not project beyond the second main surface in a vertical direction.
  • the edge layer is particularly preferably flush with the second main surface. This can be the case for manufacturing reasons if the edge layer is applied to the stack of layers before the second main surface is exposed and is also removed when it is exposed.
  • the second semiconductor region comprises a contact layer which is arranged on the second main surface and is formed from semiconductor material and on which the second contact means is at least partially arranged directly.
  • the contact layer is a highly doped semiconductor layer.
  • the second contact means contains or consists of at least one of the following materials: TCO, metal, semiconductor, graphene.
  • TCO means a transparent conductive oxide (“TCO” for short).
  • TCOs are transparent, conductive materials, usually metal oxides such as zinc oxide, tin oxide, cadmium oxide, titanium oxide, indium oxide, or indium tin oxide (ITO).
  • metal oxides such as zinc oxide, tin oxide, cadmium oxide, titanium oxide, indium oxide, or indium tin oxide (ITO).
  • the group of TCOs also includes ternary metal oxygen compounds such as ZngSnO4, CdSnO3, ZnSnOg, MgIngO4, GalnOg, Zng lngOg or I ⁇ SngOgg or mixtures of different transparent conductive oxides.
  • the TCOs do not necessarily correspond to a stoichiometric composition and can also be p- or n-doped.
  • the second contact means is preferably a layer applied to the second main surface.
  • the second contact means can be a homogeneous layer, in particular if it is formed from a TCO, or a structured layer, for example if it is formed from metal.
  • the second contact means can be in the form of a metal grid or an inverted metal grid.
  • the second main surface is covered by the second contact means to an extent of at least 20%, preferably at least 50%, particularly preferably at least 80%.
  • the one or more side face(s) of the layer stack is/are at least largely covered by the edge layer. All side surfaces of the layer stack are preferably completely covered by the edge layer.
  • the edge layer forms a mirror coating of the layer stack.
  • the radiation generated by the active zone can advantageously be deflected to the second main area.
  • the surface layer can contain or consist of a metal, Rh, Al, Cr, Ti, Pt, W, Au and Ni being particularly suitable as metals.
  • the edge layer contains or consists of at least one of the following materials: TCO, metal, graphene.
  • the optoelectronic semiconductor component can be electrically connected from the outside on one side of the first main area by means of the first contact means and the edge layer.
  • the first main area is partially covered by the edge layer, with the edge layer serving as a contact pad of the second conductivity type.
  • the edge layer and the second contact means can be formed from different materials.
  • the first contact means contains or consists of a metal or a metal compound.
  • the optoelectronic semiconductor component can have a third contact means arranged on the first main area.
  • the third contact means preferably serves as a contact pad of the second conductivity type and is electrically conductively connected to the edge layer.
  • the edge layer and the third contact means can be formed from different materials.
  • the third contact means contains or consists of a metal or a metal compound.
  • the optoelectronic semiconductor component can be electrically connected from the outside on one side of the first main area by means of the first contact means and the third contact means.
  • the means for making electrical contact with the first and second semiconductor regions are arranged outside of the stack of layers, so that no surface is “consumed” for the contact and the surface efficiency can thus be improved free of vias.
  • the semiconductor component can be free of a carrier.
  • the optoelectronic semiconductor component has a second dielectric layer which is arranged on the edge layer and electrically insulates the edge layer on the first main area from the outside. Furthermore, the edge layer can be electrically insulated from the outside on the at least one side surface by the second dielectric layer.
  • the materials mentioned for the first dielectric layer are particularly suitable.
  • the optoelectronic semiconductor component can be electrically connected from the outside by means of the first and second contact means on two opposite sides.
  • the second contact means serves as a contact pad of a second conductivity type.
  • the stack of layers is mesa-shaped, with the second main area being larger than the first main area.
  • the radiation emission takes place in particular on the side of the larger main area.
  • the second main surface can be flat.
  • the second semiconductor region can have structural elements or be roughened on the second main area, for example to increase the coupling out of radiation.
  • the semiconductor component can have a coupling-out structure arranged on the second main area, in particular to increase the coupling-out of radiation.
  • first contact means which serves as a contact pad of a first conductivity
  • edge layer or the third contact means which serve as a contact pad of a second conductivity type.
  • the first contact means arranged centrally on the first main surface and on all sides of the Edge layer or the third contact means be surrounded. It is also possible that the first contact means is arranged at the edge and is only partially surrounded on the peripheral side by the edge layer or the third contact means. Furthermore, it is possible for the first and third contact means to be arranged next to one another on the first main surface. At least the first dielectric layer is located between them for electrical insulation. Furthermore, the first and second dielectric layers can also be located in between for electrical insulation.
  • the method described below is suitable for producing an optoelectronic semiconductor component or a plurality of optoelectronic semiconductor components of the type mentioned above.
  • Features described in connection with the semiconductor component can therefore also be used for the method and vice versa.
  • the process steps are preferably carried out in the order given.
  • areas of the edge layer are removed when the second main area is uncovered.
  • areas of the edge layer can be removed in such a way that the edge layer on a side of the second main surface facing away from the layer stack does not protrude beyond the second main surface or is flush with it.
  • the carrier is preferably a growth substrate on which the semiconductor layer sequence is grown epitaxially.
  • the second semiconductor region is grown on the carrier and the first semiconductor region is grown on the second semiconductor region.
  • the second main area is uncovered, in particular areas of the second semiconductor area are removed.
  • a plurality of layer stacks are separated by the step of exposing the second main area. This is done in particular by the fact that the semiconductor wafer starting from the carrier side is thinned up to the at least one depression.
  • the second main surface is preferably exposed by means of polishing and/or etching and/or a laser lift-off method.
  • the method and the structure of the semiconductor component allow contacting of the second semiconductor region to be produced without the use of conventional photolithographic process steps.
  • the optoelectronic semiconductor component is particularly suitable for video walls, projectors and high-performance components.
  • FIGS. 1 to 4 and 7 to 11A show schematic cross-sectional views of various steps in a method for producing an optoelectronic semiconductor component according to a first exemplary embodiment
  • FIG. 11B shows a schematic cross-sectional view of an optoelectronic semiconductor component according to a first exemplary embodiment
  • FIG. 5 shows a schematic cross-sectional view of a step of a method for producing an optoelectronic device Semiconductor device according to a second exemplary embodiment
  • FIG. 6 shows a schematic cross-sectional view of a step of a method for producing an optoelectronic semiconductor component according to a third exemplary embodiment
  • FIG. 12 shows a schematic cross-sectional view of a step of a method for producing an optoelectronic semiconductor component and a schematic cross-sectional view of an optoelectronic semiconductor component according to a fourth exemplary embodiment
  • FIG. 13 shows a schematic cross-sectional view of a step of a method for producing an optoelectronic semiconductor component and a schematic cross-sectional view of an optoelectronic semiconductor component according to a fifth exemplary embodiment
  • FIGS. 14 to 16 schematic plan views of rear sides of optoelectronic semiconductor components according to various exemplary embodiments
  • FIG. 17A shows a schematic cross-sectional view of a step of a method for producing an optoelectronic semiconductor component and a schematic cross-sectional view of an optoelectronic semiconductor component according to a sixth exemplary embodiment
  • FIG. 17B shows a schematic top view a rear side of the optoelectronic semiconductor component according to the sixth exemplary embodiment
  • FIG. 18A shows a schematic cross-sectional view of a step in a method for producing an optoelectronic semiconductor component and a schematic cross-sectional view of an optoelectronic semiconductor component according to a seventh exemplary embodiment
  • FIG. 18B shows a schematic plan view of an underside of the optoelectronic semiconductor component according to the seventh exemplary embodiment.
  • FIG. 1 shows an initial step of a method for producing an optoelectronic semiconductor component according to a first exemplary embodiment, a semiconductor wafer 1 being provided which has a semiconductor layer sequence 2 and a carrier 3 on which the semiconductor layer sequence 2 is applied.
  • the semiconductor layer sequence 2 comprises a first semiconductor region 4 of a first conductivity type, a second semiconductor region 5 of a second conductivity type and an active zone 6 arranged between the first and second semiconductor regions 4 , 5 .
  • the first semiconductor region 4 is the second semiconductor region 5 in a vertical Downstream towards V .
  • the first semiconductor region 4 is a p-doped region and the second semiconductor region 5 is an n-doped region.
  • the carrier 3 is preferably a growth substrate on which the semiconductor layer sequence 2 has grown epitaxially.
  • the semiconductor wafer 1 comprises a contact layer 7 for making electrical contact with the first semiconductor region 4 , which is arranged on the first semiconductor region 4 .
  • the contact layer 7 can be formed from a TCO and/or a metal.
  • materials based on nitride, phosphide or arsenide compound semiconductors can be considered for the semiconductor regions 4, 5 and the active zone 6 as well as the semiconductor layers contained therein.
  • "Based on nitride, phosphide or arsenide compound semiconductors” means in the present context that the semiconductor regions 4, 5 and the active zone 6 or the semiconductor layers contained therein Al n Ga m Inin- nm N, Al n Ga m Inin- nm P or Al n Ga m Inin nm As, where 0 ⁇ n ⁇ 1, 0 ⁇ m ⁇ 1 and n+m ⁇ 1.
  • FIG. 2 shows a subsequent method step in which the semiconductor wafer 1 is structured to produce layer stacks 9 .
  • a depression 8 is introduced into the semiconductor wafer 1 .
  • the depression 8 can be formed in the shape of a frame in a plan view of the semiconductor layer sequence 2 .
  • the depression 8 can have a cross section that tapers in the direction of the carrier 3 .
  • the stack of layers 9 advantageously has a mesa-like shape on .
  • the depression 8 preferably extends at least into a contact layer 5A of the second semiconductor region 5 .
  • FIG. 3 shows a next method step, in which a first dielectric layer 10 is applied to the semiconductor wafer 1 on a side of the semiconductor layer sequence 2 facing away from the carrier 3 , the layer stack 9 being covered by the first dielectric layer 10 .
  • the first dielectric layer 10 is preferably applied over the entire surface area to a surface of the semiconductor wafer 1 which outwardly delimits the semiconductor wafer 1 on a side of the semiconductor layer sequence 2 which is remote from the carrier 3 .
  • first dielectric layer 10 side surfaces 9A of the layer stack 9 that laterally delimit the layer stack 9 are completely covered by the first dielectric layer 10 .
  • “Lateral” in this case refers to lateral directions L arranged transversely, in particular perpendicularly, to the vertical direction V.
  • a first main surface 9B of the layer stack 9 arranged transversely to the side surfaces 9A is completely covered by the first dielectric layer 10.
  • the dielectric layer 10 is arranged on a bottom surface 8A of the recess 8 .
  • FIG. 4A shows a further method step in which an electrically conductive layer 11A is applied to the first, dielectric layer 10 .
  • the electrically conductive layer 11A is applied to the entire surface of the dielectric layer 10 and then opened, creating a surface on the side surfaces 9A and partially surface layer 11 arranged on the first main surface 9B is formed.
  • the dielectric layer 10 is also opened, so that the first main surface 9B has an uncovered area.
  • a first contact means 12 is arranged in the uncovered area and is provided for making electrical contact with the first semiconductor area 4 .
  • the first contact means 12 is formed from a metal or a metal compound and serves as a contact pad of the first conductivity type.
  • FIG. 5 shows a method step of a method according to a second exemplary embodiment, in which the dielectric layer 10 is opened before the electrically conductive layer 11A is applied.
  • the electrically conductive layer 11A is applied to the entire area of the semiconductor wafer 1 and is arranged directly on the first main area 9B in the opened area.
  • the electrically conductive layer 11A is then structured in such a way that an edge layer 11 arranged on the side surfaces 9A of the layer stack 9 and a first contact means 12 arranged on the first main surface 9B emerge from it.
  • the electrically conductive layer 11A can be formed in one layer or in multiple layers and can contain a TCO and/or metal and/or graphene.
  • the edge layer 11 and the first contact means 12 can be formed in one layer or in multiple layers and contain a TCO and/or metal and/or graphene.
  • Figure 6 shows a step of a method according to a third exemplary embodiment, in which in the Depressions 8 after the production of the edge layer 11, a filling 13 is arranged to stabilize the semiconductor wafer 1.
  • a plastic material can be used for the filling 13 .
  • FIG. 7 shows a further method step in which an intermediate carrier 14, for example a plastic carrier, is arranged on a side of a composite comprising the semiconductor wafer 1 and the additionally applied layers 10, 11, 12 which is opposite the carrier side and which is connected by means of a connecting layer 15, such as a film that can be detached by UV radiation or heat, adheres to the composite.
  • an intermediate carrier 14 for example a plastic carrier
  • the carrier 3 can be removed.
  • FIG. 8 shows a subsequent method step, in which a second main surface 9C of the layer stack 9 opposite the first main surface 9B is uncovered.
  • regions of the second semiconductor region 5 are removed up to the contact layer 5A.
  • the regions of the first dielectric layer 10 and the edge layer 11 arranged in the depression 8 are also removed, so that in particular the first dielectric layer 10 and the edge layer 11 end flush with the second main surface 9C or so that the edge layer 11 rests on a layer stack 9 Facing away from the second main surface 9C does not protrude beyond the second main surface 9C.
  • the semiconductor wafer 1 is thinned at least up to the bottom surface 8A (cf. FIG. 3 in this regard) of the recess 8, so that the layer stack 9 connected to the second semiconductor region 5 can be separated or isolated from one another.
  • the second main area 9C is preferably exposed by means of polishing and/or etching and/or a laser lift-off method.
  • FIG. 9 shows a further method step, in which a second contact means 17, which is provided for electrically contacting the second semiconductor region 5, is applied to the second main surface 9C.
  • the second contact means 17 protrudes laterally beyond the second main area 9C, so that the second contact means 17 touches the first dielectric layer 10 and the edge layer 11 .
  • the second contact means 17 can contain at least one of the following materials or consists of: TCO, metal, semiconductor, graphene.
  • the second contact means 17 is preferably a homogeneous or structured layer applied to the second main surface 9C.
  • the second main surface is covered by the second contact means 9C to an extent of at least 20%, preferably at least 50%, particularly preferably at least 80%.
  • FIG. 10 shows a further method step in which the intermediate carrier 14, for example by the action of UV radiation or heat (indicated by arrows), is partially or completely detached, so that at least part of the optoelectronic semiconductor components 16 are no longer or only weakly adheres to the intermediate carrier 14 .
  • FIG. 11A shows a further method step in which the optoelectronic semiconductor components 16 are transferred by means of a transfer device 18, for example a suction nozzle or a stamp.
  • FIG. 11B shows an optoelectronic semiconductor component 16 which can be produced by means of a method according to the first or third exemplary embodiment. Features described in connection with the method can therefore also be used for the optoelectronic semiconductor component 16 and vice versa.
  • the optoelectronic semiconductor component 16 comprises a layer stack 9, which has a first semiconductor region 4 of a first conductivity type, a second semiconductor region 5 of a second conductivity type, and an active zone 6 arranged between the first and second semiconductor regions, which is used in particular to emit electromagnetic radiation is provided in the visible, ultraviolet or infrared spectral range. Furthermore, the layer stack 9 comprises a plurality of side surfaces 9A, which laterally delimit the layer stack 9, as well as a first main surface 9B and a second main surface 9C lying opposite the first main surface 9B, the first and second main surfaces 9B, 9C each being transverse, in particular not perpendicular, to are arranged on the side surface 9A.
  • the optoelectronic semiconductor component 16 further comprises a first contact means 12 arranged on or on the first main surface 9B, which is provided for making electrical contact with the first semiconductor region 4, and a second contact means 17 arranged on or on the second main surface 9C, which is used for electrical contacting of the second semiconductor region 5 is provided and is radiation-transmissive.
  • the optoelectronic semiconductor component 16 comprises an electrically conductive edge layer 11 which is arranged on the layer stack 9 and which extends from the second contact means 17 via the side surfaces 9A to the first main surface 9B.
  • the edge layer 11 has an end region 11B which is arranged on the second main surface 9C and has a lateral extent b1 which corresponds to a thickness d1 of the electrically conductive edge layer 11 .
  • a lateral extension bl corresponding to the thickness dl both an equal or identical value and one to two times, in particular up to 1. 5 times the value understood .
  • the same or identical value is achieved in the case of a right angle between the edge layer 11 and the second main surface 9C, while the higher values are assumed for smaller angles, in particular for angles greater than 30° and less than 90°.
  • the edge layer 11 can be formed on the second main surface 9C without kinks or without any curvature.
  • the edge layer 11 can therefore be arranged conformingly on the side surfaces 9A.
  • the edge layer 11 preferably forms a mirror coating of the layer stack 9 .
  • the radiation generated by the active zone 6 can advantageously be deflected to the second main area 9C.
  • the edge layer 11 can advantageously contain or consist of a metal, Rh, Al, Cr, Ti, Pt, W, Au and Ni in particular coming into consideration as metals.
  • the optoelectronic semiconductor component 16 has a first dielectric layer 10 arranged between the edge layer 11 and the layer stack 9 , the second main area 9C being uncovered by the first dielectric layer 10 .
  • All side surfaces 9A of the layer stack 9 are preferably completely covered by the dielectric layer 10 and the edge layer 11 .
  • the first dielectric layer 10 has an end region 10A which is arranged on the second main surface 9C and has a lateral extent b2 which corresponds to a thickness d2 of the first dielectric layer 10 .
  • a lateral extension b2 corresponding to the thickness d2
  • an equal or identical value is obtained in the case of a right angle between the dielectric layer and the second main surface 9C, while the higher values are assumed for smaller angles, in particular for angles greater than 30° and less than 90°.
  • the first dielectric layer 10 can be formed on the second main surface 9C without kinks or without any curvature.
  • the first dielectric layer 10 can thus be arranged conformally on the at least one side surface 9C.
  • the edge layer 11 enables electrical contacting of the second semiconductor region 5 or of the semiconductor component 16 on its rear side 16A, albeit the second contact means 17 is arranged on a front side 16B of the semiconductor component 16 .
  • the first contact means 12 is also arranged on the rear side 16A, so that the optoelectronic semiconductor component 16 can be electrically connected from the outside on one side of the first main area 9B or on its rear side 16A by means of the first contact means 12 and the edge layer 11 . This is because the first main area 9B is partially covered by the edge layer 11 , the edge layer 11 serving as a contact pad of the second conductivity type.
  • the optoelectronic semiconductor component 16 illustrated in FIG. 11B is a flip chip.
  • the means 11, 12 for making electrical contact with the first and second semiconductor regions 4, 5 are arranged outside of the layer stack 9, so that no area is "consumed” for the contacting and the area efficiency can thus be improved compared to conventional flip chips
  • the semiconductor component 16 becomes scalable as a result of the contacting on the outside.
  • FIG. 12 shows a method step or an optoelectronic semiconductor component 16 according to a fourth exemplary embodiment.
  • the second main surface 9C is not flat. Rather, the second semiconductor region 5 has structural elements 19, in particular to increase the coupling out of radiation.
  • the recess 8 is formed so deep that it extends into a region of the second semiconductor region 5 arranged between the contact layer 5A and the carrier 3 (cf FIG. 2) so that the area to be structured has a sufficient thickness for the structuring.
  • FIG. 13 shows a method step or an optoelectronic semiconductor component 16 according to a fifth exemplary embodiment.
  • the optoelectronic semiconductor component 16 has a coupling-out structure 20 arranged on the second main surface 9C, in particular to increase the coupling-out of radiation.
  • the decoupling structure 20 can be produced, for example, in that a radiation-transmissive layer, which in particular consists of a dielectric, refractive index-matched material, for example Nb2O5, and has a thickness of 0.5 ⁇ m to 1.5 ⁇ m, is applied to the second main surface 9C or the second contact means 17 is applied and structured so that it has a multiplicity of structural elements 19 .
  • a radiation-transmissive layer which in particular consists of a dielectric, refractive index-matched material, for example Nb2O5, and has a thickness of 0.5 ⁇ m to 1.5 ⁇ m
  • a filling 13 can be arranged in the recess 8, which is also removed when the semiconductor wafer 1 is thinned.
  • the first contact means 12 can be arranged centrally on the first main surface and surrounded on all sides by the edge layer 11, with the dielectric layer 10 being arranged in between as electrical insulation (cf. FIG. 14).
  • the first contact means 12 for example be circular.
  • the dielectric layer 10 can have an annular shape.
  • the first contact means 12 can be arranged at the edge and thus eccentrically and only partially surrounded by the edge layer 11 on the peripheral side (cf. FIG. 15).
  • the first contact means 12 can be embodied, for example, elliptically.
  • the dielectric layer 10 can have a parabola-like shape.
  • the first contact means 12 of two adjacent components 16 can be arranged in each case on a side edge 16C which faces the adjacent component 16 during production in the composite.
  • the electrically conductive layers of two adjacent components 16 can thus be opened in one step when the first contact means 12 is produced.
  • the arrangement of the contact means 12 at the edge also makes it easier to connect two semiconductor components 16 in series.
  • FIG. 16 shows, an opening in the electrically conductive layer does not have to end at the side edge 16C of the component 16, as in the embodiment shown in FIG Edge layer 11 of a component 16 is withdrawn from two opposite side edges 16C.
  • an optoelectronic semiconductor component 16 is described in connection with FIG can be electrically connected from the outside by means of the first and second contact means 12 , 17 on two opposite sides.
  • the second contact means 17 serves as a contact pad of a second conductivity type.
  • the optoelectronic semiconductor component 16 has a second dielectric layer 22 arranged on the edge layer 11, which electrically insulates the edge layer 11 on the first main surface 9B or rear side 16A from the outside, so that the edge layer 11 on the rear side 16A is not exposed. Furthermore, the edge layer 11 is electrically insulated from the outside at the side faces 9A by the second dielectric layer 22 .
  • the first contact means 12 covers a large part of the first main surface 9B and advantageously forms a mirror coating on the rear side 16A.
  • FIG. 18 shows a further exemplary embodiment in which the optoelectronic semiconductor component 16 also (cf.
  • FIG. 17 has a second dielectric layer 22 which is arranged on the edge layer 11 and which electrically insulates the edge layer 11 from the outside on the first main surface 9B or rear side 16A. Furthermore, the edge layer 11 is electrically insulated from the outside at the side faces 9A by the second dielectric layer 22 .
  • the optoelectronic semiconductor component 16 is a flip chip.
  • the second dielectric layer 22 has an opening in which a third contact means 21 for making electrical contact with the edge layer 11 on the rear side 16A is arranged.
  • the edge layer 11 and the third contact means 21 are preferably produced in two separate steps and can therefore be formed from different materials.
  • the first contact means 12 and the third contact means 21 are arranged next to one another on the first main surface 9B.
  • the optoelectronic semiconductor component 16 can thus be electrically connected from the outside on the side of the first main surface 9B or rear side 16A by means of the first contact means 12 and the third contact means 21 .

Abstract

Es wird ein optoelektronisches Halbleiterbauelement (16) angegeben umfassend einen Schichtenstapel (9) umfassend zumindest eine Seitenfläche (9A), eine erste Hauptfläche (9B) und eine zweite Hauptfläche (90), ein erstes, an der ersten Hauptfläche (9B) angeordnetes Kontaktmittel (12), das zur elektrischen Kontaktierung eines ersten Halbleiterbereichs (4) des Schichtenstapels (9) vorgesehen ist, - ein zweites, an der zweiten Hauptfläche (90) angeordnete Kontaktmittel (17), das zur elektrischen Kontaktierung eines zweiten Halbleiterbereichs (5) des Schichtenstapel (9) vorgesehen und strahlungsdurchlässig ist, und eine auf dem Schichtenstapel (9) angeordnete, elektrisch leitfähige Randschicht (11), die sich von dem zweiten Kontaktmittel (17) über die Seitenfläche (9A) bis an die erste Hauptfläche (9B) erstreckt, und - eine erste, zwischen der Randschicht (11) und dem Schichtenstapel (9) angeordnete dielektrische Schicht (10), wobei die zweite Hauptfläche (90) von der ersten dielektrischen Schicht (10) unbedeckt ist. Ferner wird ein Verfahren zur Herstellung zumindest eines optoelektronischen Halbleiterbauelements angegeben.

Description

OPTOELEKTRONISCHES HALBLEITERBAUELEMENT UND VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG
Es werden ein optoelektronisches Halbleiterbauelement und ein Verfahren zu dessen Herstellung angegeben . Beispielsweise handelt es sich bei dem optoelektronischen Halbleiterbauelement um einen Flip-Chip .
Bei Flip-Chips werden Ladungsträger eines ersten und zweiten Leit f ähigkeitstyps typischerweise unterhalb einer Halbleiterschicht , das heißt nicht an einer Außenfläche , des Flip-Chips zugeführt und verteilt . Eine Kontaktierung der Halbleiterschicht oberhalb einer aktiven Zone erfordert dabei eine Umverdrahtung im Bauteil . Es sind Flip-Chips bekannt , die geätzte Sacklöcher verwenden, um die Halbleiterschicht elektrisch zugänglich zu machen . Dies führt j edoch zu einer verminderten Flächenef fi zienz des Flip-Chips .
Eine zu lösende Aufgabe besteht vorliegend darin, ein flächenoptimiertes optoelektronisches Halbleiterbauelement anzugeben . Eine weitere zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines flächenoptimierten optoelektronischen Halbleiterbauelements anzugeben .
Diese Aufgaben werden unter anderem durch ein optoelektronisches Halbleiterbauelement und ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst . Gemäß zumindest einer Aus führungs form eines optoelektronischen Halbleiterbauelements umfasst dieses einen Schichtenstapel , der einen ersten Halbleiterbereich eines ersten Leit f ähigkeitstyps , einen zweiten Halbleiterbereich eines zweiten Leit f ähigkeitstyps und eine zwischen dem ersten und zweiten Halbleiterbereich angeordnete aktive Zone aufweist . Beispielsweise handelt es sich bei dem ersten Halbleiterbereich um einen p-dotierten Bereich und bei dem zweiten Halbleiterbereich um einen n-dotierten Bereich . Weiterhin ist die aktive Zone vorzugsweise dazu vorgesehen, elektromagnetische Strahlung zu erzeugen .
Weiterhin umfasst der Schichtenstapel zumindest eine Seitenfläche , die den Schichtenstapel lateral begrenzt , sowie eine erste Hauptfläche und eine der ersten Hauptfläche gegenüber liegende zweite Hauptfläche , wobei die erste und zweite Hauptfläche j eweils quer, vorzugsweise weder parallel noch senkrecht , zu der Seitenfläche angeordnet sind . Insbesondere handelt es sich bei der ersten Hauptfläche um eine auf der Seite des ersten Halbleiterbereichs angeordnete Oberfläche des Schichtenstapels und bei der zweiten Hauptfläche um eine auf der Seite des zweiten Halbleiterbereichs angeordnete Oberfläche des Schichtenstapels . Vorzugsweise tritt ein Großteil der erzeugten Strahlung auf der Seite der zweiten Hauptfläche aus dem Halbleiterbauelement aus .
Bei dem Schichtenstapel kann es sich um die dickste Schicht des optoelektronischen Halbleiterbauelements handeln . Beispielsweise kann der Schichtenstapel 50% der Dicke des optoelektronischen Halbleiterbauelements ausmachen . Dabei bezeichnet die Dicke etwa eine Ausdehnung senkrecht zu einer Haupterstreckungsebene des Halbleiterbauelements . Ferner umfasst das optoelektronische Halbleiterbauelement ein erstes , an der ersten Hauptfläche angeordnetes Kontaktmittel , das zur elektrischen Kontaktierung des ersten Halbleiterbereichs vorgesehen ist , und ein zweites , an der zweiten Hauptfläche angeordnetes Kontaktmittel , das zur elektrischen Kontaktierung des zweiten Halbleiterbereichs vorgesehen und strahlungsdurchlässig ist , sowie eine auf dem Schichtenstapel angeordnete , elektrisch leitfähige Randschicht , die sich von dem zweiten Kontaktmittel über die Seitenfläche bis an die erste Hauptfläche erstreckt .
Die Randschicht kann dem Schichtenstapel lateral , das heißt an der zumindest einen Seitenfläche , zumindest bereichsweise nachgeordnet sein .
Weiterhin kann die Randschicht einen an der zweiten Hauptfläche angeordneten Endbereich aufweisen, der eine laterale Ausdehnung aufweist , die einer Dicke der elektrisch leitfähigen Randschicht entspricht . Dabei wird unter einer der Dicke entsprechenden lateralen Ausdehnung sowohl ein gleicher oder identischer Wert als auch ein bis zu 2 Mal , insbesondere bis zu 1 . 5 Mal so großer Wert verstanden . Beispielsweise wird ein gleicher oder identischer Wert im Falle eines rechten Winkels zwischen der Randschicht und der zweiten Hauptfläche erreicht , während die höheren Werte bei kleineren Winkeln, insbesondere bei Winkeln größer als 30 ° und kleiner als 90 ° , angenommen werden .
Beispielsweise kann die Randschicht an der zweiten Hauptfläche knickfrei beziehungsweise ohne Krümmung ausgebildet sein . Die Randschicht kann also konform auf der zumindest einen Seitenfläche angeordnet sein . Insbesondere ermöglicht die Randschicht eine elektrische Kontaktierung des zweiten Halbleiterbereichs auf der Seite der ersten Hauptf lache .
Vorzugsweise ist der zweite Halbleiterbereich auf einer zur Strahlungsemission vorgesehenen Vorderseite und der erste Halbleiterbereich auf einer der Vorderseite gegenüberliegenden Rückseite des optoelektronischen Halbleiterbauelements angeordnet .
Darüber hinaus umfasst das optoelektronische Halbleiterbauelement eine erste , zwischen der Randschicht und dem Schichtenstapel angeordnete dielektrische Schicht , wobei die zweite Hauptfläche von der ersten dielektrischen Schicht unbedeckt ist . Die erste dielektrische Schicht sorgt insbesondere für eine elektrische I solierung eines p-n- Übergangs der aktiven Zone . Die erste dielektrische Schicht kann aus einer einzigen Schicht bestehen . Alternativ kann die erste dielektrische Schicht mehrere Schichten, insbesondere mit alternierendem Brechungsindex, aufweisen . In diesem Fall kann die erste dielektrische Schicht zusätzlich eine Spiegel funktion aufweisen .
Als Materialien kommen für die erste dielektrische Schicht oxidische und nitridische Verbindungen wie etwa AlxOy, SiOx, SixNy, NbOx, TiOx, HfOx, TaOx, AlxNy und TixNy sowie organische Polymere wie etwa Parylene , BCB, Silikone , Siloxane , Photolacke , Spin-On Gläser, organisch-anorganische Hybridmaterialien, Epoxide sowie Acryl in Frage . Die erste dielektrische Schicht kann dem Schichtenstapel lateral , das heißt an der zumindest einen Seitenfläche , zumindest bereichsweise nachgeordnet sein .
Weiterhin kann die erste dielektrische Schicht einen an der zweiten Hauptfläche angeordneten Endbereich aufweisen, der eine laterale Ausdehnung aufweist , die einer Dicke der ersten dielektrischen Schicht entspricht . Dabei wird unter einer der Dicke entsprechenden lateralen Ausdehnung sowohl ein gleicher oder identischer Wert als auch ein bis zu 2 Mal , insbesondere bis zu 1 . 5 Mal so großer Wert verstanden . Beispielsweise wird ein gleicher oder identischer Wert im Falle eines rechten Winkels zwischen der ersten dielektrischen Schicht und der zweiten Hauptfläche erreicht , während die höheren Werte bei kleineren Winkeln, insbesondere bei Winkeln größer als 30 ° und kleiner als 90 ° , angenommen werden .
Beispielsweise kann die erste dielektrische Schicht an der zweiten Hauptfläche knickfrei beziehungsweise ohne Krümmung ausgebildet sein . Die erste dielektrische Schicht kann also konform auf der zumindest einen Seitenfläche angeordnet sein .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form berührt das zweite Kontaktmittel die erste dielektrische Schicht .
Die aktive Zone kann eine Folge von Einzelschichten enthalten, mittels welchen eine Quantentopfstruktur, insbesondere eine Einfach-Quantentopfstruktur ( SQW, single quantum well ) oder Mehrfach-Quantentopfstruktur (MQW, multiple quantum well ) , ausgebildet ist .
Weiterhin können der erste und zweite Halbleiterbereich eine oder mehrere Halbleiterschichten aufweisen . Für die Halbleiterschichten der Halbleiterbereiche kommen auf Nitrid- , Phosphid- oder Arsenid-Verbindungshalbleitern basierende Materialien in Betracht . „Auf Nitrid- , Phosphid- oder Arsenid-Verbindungshalbleitern basierend" bedeutet im vorliegenden Zusammenhang, dass die Halbleiterschichten AlnGamIni-n-mN, AlnGamIni-n-mP oder AlnGamIni-n-mAs enthalten, wobei 0 < n < 1 , 0 < m < 1 und n+m < 1 gi lt . Dabei muss dieses Material nicht zwingend eine mathematisch exakte Zusammensetzung nach obiger Formel aufweisen . Vielmehr kann es einen oder mehrere Dotierstof fe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen, die die charakteristischen physikalischen Eigenschaften des AlnGamIni-n-mN- , AlnGamIni-n_ mP- oder AlnGamIni-n-mAs-Materials im Wesentlichen nicht ändern . Der Einfachheit halber beinhaltet obige Formel j edoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters (Al , Ga, In, P bzw . As ) , auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stof fe ersetzt sein können .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form ist die zweite Hauptfläche von der Randschicht im Wesentlichen, das heißt im Rahmen üblicher Herstellungstoleranzen, unbedeckt . Bevorzugt ragt die Randschicht auf einer dem Schichtenstapel abgewandten Seite der zweiten Hauptfläche nicht über die zweite Hauptfläche hinaus . In anderen Worten ragt die Randschicht in einer vertikalen Richtung vorzugsweise nicht über die zweite Hauptfläche hinaus . Besonders bevorzugt schließt die Randschicht bündig mit der zweiten Hauptfläche ab . Dies kann herstellungsbedingt der Fall sein, wenn die Randschicht vor einem Freilegen der zweiten Hauptfläche auf den Schichtenstapel aufgebracht und beim Freilegen mitentfernt wird . Gemäß zumindest einer Aus führungs form umfasst der zweite Halbleiterbereich eine an der zweiten Hauptfläche angeordnete , aus Halbleitermaterial gebildete Kontaktschicht , auf der das zweite Kontaktmittel zumindest teilweise direkt angeordnet ist . Insbesondere handelt es sich bei der Kontaktschicht um eine hoch-dotierte Halbleiterschicht .
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung enthält das zweite Kontaktmittel zumindest eines der folgenden Materialien oder besteht daraus : TCO, Metall , Halbleiter, Graphen .
Unter „TCO" versteht man ein transparentes leitendes Oxid ( transparent conductive oxide , kurz „TCO" ) . TCOs sind transparente , leitende Materialien, in der Regel Metalloxide , wie beispielsweise Zinkoxid, Zinnoxid, Cadmiumoxid, Titanoxid, Indiumoxid oder Indiumzinnoxid ( ITO) . Neben binären Metallsauerstof fverbindungen, wie beispielsweise ZnO, SnOg oder IngOg gehören auch ternäre Metallsauerstof fverbindungen, wie beispielsweise ZngSnO4 , CdSnO3 , ZnSnOg , MgIngO4 , GalnOg , Zng lngOg oder I^SngOgg oder Mischungen unterschiedlicher transparenter leitender Oxide zu der Gruppe der TCOs . Weiterhin entsprechen die TCOs nicht zwingend einer stöchiometrischen Zusammensetzung und können auch p- oder n-dotiert sein .
Vorzugsweise handelt es sich bei dem zweiten Kontaktmittel um eine auf die zweite Hauptfläche aufgebrachte Schicht . Das zweite Kontaktmittel kann eine homogene Schicht , insbesondere wenn es aus einem TCO gebildet ist , oder eine strukturierte Schicht , beispielsweise wenn es aus Metall gebildet ist , sein . Beispielsweise kann das zweite Kontaktmittel als Metallgitter oder als invertiertes Metallgitter ausgestaltet sein . Insbesondere wird die zweite Hauptfläche durch das zweite Kontaktmittel zu mindestens 20% , bevorzugt zu mindestens 50% , besonders bevorzugt zu mindestens 80% bedeckt .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form ist/ sind die eine oder mehrere (n) Seitenfläche (n) des Schichtenstapels zumindest größtenteils von der Randschicht bedeckt . Vorzugsweise sind alle Seitenflächen des Schichtenstapels vollständig von der Randschicht bedeckt .
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung bildet die Randschicht eine Verspiegelung des Schichtenstapels . Dadurch kann die von der aktiven Zone erzeugte Strahlung vorteilhafterweise zur zweiten Hauptfläche umgelenkt werden . Hierbei kann die Randschicht ein Metall enthalten oder daraus bestehen, wobei als Metalle insbesondere Rh, Al , Cr, Ti , Pt , W, Au und Ni in Frage kommen .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form enthält die Randschicht zumindest eines der folgenden Materialien oder besteht daraus : TCO, Metall , Graphen .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form ist das optoelektronische Halbleiterbauelement auf einer Seite der ersten Hauptfläche mittels des ersten Kontaktmittels und der Randschicht von außen elektrisch anschließbar . Hierbei wird die erste Hauptfläche teilweise von der Randschicht bedeckt , wobei die Randschicht als Kontaktpad des zweiten Leit f ähigkeitstyps dient . Die Randschicht und das zweite Kontaktmittel können dabei aus verschiedenen Materialien gebildet sein . Insbesondere enthält das erste Kontaktmittel ein Metall oder eine Metallverbindung oder besteht daraus . Ferner kann das optoelektronische Halbleiterbauelement ein drittes , an der ersten Hauptfläche angeordnetes Kontaktmittel aufweisen . Das dritte Kontaktmittel dient vorzugsweise als Kontaktpad des zweiten Leit f ähigkeitstyps und ist mit der Randschicht elektrisch leitend verbunden . Die Randschicht und das dritte Kontaktmittel können aus verschiedenen Materialien gebildet sein . Insbesondere enthält das dritte Kontaktmittel ein Metall oder eine Metallverbindung oder besteht daraus . Mittels des ersten Kontaktmittels und des dritten Kontaktmittels ist das optoelektronische Halbleiterbauelement auf einer Seite der ersten Hauptfläche von außen elektrisch anschließbar .
Die Mittel zur elektrischen Kontaktierung des ersten und zweiten Halbleiterbereichs sind außerhalb des Schichtenstapels angeordnet , so dass für die Kontaktierung keine Fläche „verbraucht" und damit die Flächenef fi zienz verbessert werden kann . Außerdem wird das Halbleiterbauelement durch die außenseitige Kontaktierung skalierbar . Insbesondere ist das Halbleiterbauelement frei von Durchkontaktierungen .
Weiterhin ist es möglich, dass das Halbleiterbauelement frei ist von einem Träger .
Bei einer möglichen Variante weist das optoelektronische Halbleiterbauelement eine zweite , auf der Randschicht angeordnete dielektrische Schicht auf , welche die Randschicht an der ersten Hauptfläche nach außen elektrisch isoliert . Weiterhin kann die Randschicht an der zumindest einen Seitenfläche durch die zweite dielektrische Schicht nach außen elektrisch isoliert werden . Für die zweite dielektrische Schicht kommen insbesondere die für die erste dielektrische Schicht genannten Materialien in Betracht .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form ist das optoelektronische Halbleiterbauelement mittels des ersten und zweiten Kontaktmittels auf zwei einander gegenüberliegenden Seiten von außen elektrisch anschließbar . Hierbei dient das zweite Kontaktmittel als Kontaktpad eines zweiten Leit f ähigkeitstyps .
Gemäß einer bevorzugten Aus führungs form ist der Schichtenstapel mesaförmig ausgebildet , wobei die zweite Hauptfläche größer als die erste Hauptfläche ist . Die Strahlungsemission findet dabei insbesondere auf der Seite der größeren Hauptfläche statt .
Die zweite Hauptfläche kann eben ausgebildet sein . Alternativ kann der zweite Halbleiterbereich, beispielsweise zur Erhöhung der Strahlungsauskopplung, an der zweiten Hauptfläche Strukturelemente aufweisen beziehungsweise aufgeraut sein . Des Weiteren kann das Halbleiterbauelement , insbesondere zur Erhöhung der Strahlungsauskopplung, eine auf der zweiten Hauptfläche angeordnete Auskoppelstruktur aufweisen .
Für das erste Kontaktmittel , das als Kontaktpad einer ersten Leitfähigkeit dient , und für die Randschicht beziehungsweise das dritte Kontaktmittel , die als Kontaktpad eines zweiten Leit f ähigkeitstyps dienen, kommen verschiedene Ausgestaltungen in Betracht .
Beispielsweise kann das erste Kontaktmittel mittig auf der ersten Hauptfläche angeordnet und allseitig von der Randschicht beziehungsweise dem dritten Kontaktmittel umgeben sein . Ferner ist es möglich, dass das erste Kontaktmittel randseitig angeordnet und umfangseitig nur teilweise von der Randschicht beziehungsweise dem dritten Kontaktmittel umgeben ist . Weiterhin ist es möglich, dass das erste und dritte Kontaktmittel nebeneinander auf der ersten Hauptfläche angeordnet sind . Dazwischen befindet sich zur elektrischen I solierung zumindest die erste dielektrische Schicht . Ferner können sich zur elektrischen I solierung auch die erste und zweite dielektrische Schicht dazwischen befinden .
Das nachfolgend beschriebene Verfahren ist für die Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements oder einer Mehrzahl von optoelektronischen Halbleiterbauelementen der oben genannten Art geeignet . Im Zusammenhang mit dem Halbleiterbauelement beschriebene Merkmale können daher auch für das Verfahren herangezogen werden und umgekehrt .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form eines Verfahrens zur Herstellung von zumindest einem optoelektronischen Halbleiterbauelement der oben genannten Art weist dieses folgende Schritte auf :
- Bereitstellen eines Halbleiterwafers umfassend einen Träger und eine Halbleiterschichtenfolge , die auf dem Träger angeordnet ist ,
- Herstellen zumindest eines Schichtenstapels durch Erzeugen zumindest einer Vertiefung in dem Halbleiterwafer ausgehend von einer dem Träger abgewandten Seite der
Haiblei ter schicht enf olge ,
- Aufbringen einer ersten dielektrischen Schicht auf den Halbleiterwafer derart , dass der Schichtenstapel von der ersten dielektrischen Schicht bedeckt ist , - Aufbringen einer elektrisch leitfähigen Schicht , die zum Ausbilden einer Randschicht vorgesehen ist , auf die erste dielektrische Schicht ,
- Freilegen einer zweiten Hauptfläche des Schichtenstapels , wobei Bereiche der ersten dielektrischen Schicht und des zweiten Halbleiterbereichs in einem gemeinsamen Schritt entfernt werden .
Vorzugsweise werden die Verfahrensschritte in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt . Dies bedeutet insbesondere , dass die Randschicht vor dem Freilegen der zweiten Hauptfläche auf die erste dielektrische Schicht aufgebracht wird . Weiterhin werden beim Freilegen der zweiten Hauptfläche Bereiche der Randschicht entfernt . Insbesondere können beim Freilegen der zweiten Hauptfläche Bereiche der Randschicht derart entfernt werden, dass die Randschicht auf einer dem Schichtenstapel abgewandten Seite der zweiten Hauptfläche nicht über die zweite Hauptfläche hinausragt beziehungsweise bündig mit dieser abschließt .
Vorzugsweise handelt es sich bei dem Träger um ein Aufwachssubstrat , auf welchem die Halbleiterschichtenfolge epitaktisch aufgewachsen wird . Dabei wird insbesondere der zweite Halbleiterbereich auf dem Träger und der erste Halbleiterbereich auf dem zweiten Halbleiterbereich auf gewachsen . Beim Freilegen der zweiten Hauptfläche werden insbesondere Bereiche des zweiten Halbleiterbereichs entfernt .
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens werden durch den Schritt des Freilegens der zweiten Hauptfläche eine Mehrzahl von Schichtenstapeln vereinzelt . Dies geschieht insbesondere dadurch, dass der Halbleiterwafer ausgehend von der Trägerseite bis zu der zumindest einen Vertiefung gedünnt wird .
Vorzugsweise wird das Freilegen der zweiten Hauptfläche mittels Polieren und/oder Ätzen und/oder eines Laser Li ft Of f- Verfahrens durchgeführt .
Das Verfahren beziehungsweise die Struktur des Halbleiterbauelements erlauben die Herstellung einer Kontaktierung des zweiten Halbleiterbereichs ohne den Einsatz üblicher fotolithografischer Prozessschritte .
Das optoelektronische Halbleiterbauelement eignet sich besonders für Videowände , Proj ektoren und Hochleistungsbauteile .
Weitere Vorteile , vorteilhafte Aus führungs formen und Weiterbildungen ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Aus führungsbeispielen .
Es zeigen :
Figuren 1 bis 4 und 7 bis 11A schematische Querschnittsansichten verschiedener Schritte eines Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß einem ersten Aus führungsbeispiel und Figur 11B eine schematische Querschnittsansicht eines optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß einem ersten Aus führungsbeispiel ,
Figur 5 eine schematische Querschnittsansicht eines Schrittes eines Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß einem zweiten Aus führungsbeispiel ,
Figur 6 eine schematische Querschnittsansicht eines Schrittes eines Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß einem dritten Aus führungsbeispiel ,
Figur 12 eine schematische Querschnittsansicht eines Schrittes eines Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements sowie eine schematische Querschnittsansicht eines optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß einem vierten Aus führungsbeispiel ,
Figur 13 eine schematische Querschnittsansicht eines Schrittes eines Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements sowie eine schematische Querschnittsansicht eines optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß einem fünften Aus führungsbeispiel ,
Figuren 14 bis 16 schematische Draufsichten auf Rückseiten von optoelektronischen Halbleiterbauelementen gemäß verschiedenen Aus führungsbeispielen,
Figur 17A eine schematische Querschnittsansicht eines Schrittes eines Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements sowie eine schematische Querschnittsansicht eines optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß einem sechsten Aus führungsbeispiel und 17B eine schematische Draufsicht auf eine Rückseite des optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß dem sechsten Aus führungsbeispiel ,
Figur 18A eine schematische Querschnittsansicht eines Schrittes eines Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements sowie eine schematische Querschnittsansicht eines optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß einem siebten Aus führungsbeispiel und 18B eine schematische Draufsicht auf eine Unterseite des optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß dem siebten Aus führungsbeispiel .
In den Aus führungsbeispielen und Figuren können gleiche , gleichartige oder gleich wirkende Elemente j eweils mit denselben Bezugs zeichen versehen sein . Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind nicht notwendigerweise als maßstabsgerecht anzusehen; vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein .
Figur 1 zeigt einen anfänglichen Schritt eines Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß einem ersten Aus führungsbeispiel , wobei ein Halbleiterwafer 1 bereitgestellt wird, der eine Halbleiterschichtenfolge 2 und einen Träger 3 aufweist , auf dem die Halbleiterschichtenfolge 2 aufgebracht ist . Die Halbleiterschichtenfolge 2 umfasst einen ersten Halbleiterbereich 4 eines ersten Leit f ähigkeitstyps , einen zweiten Halbleiterbereich 5 eines zweiten Leit f ähigkeitstyps und eine zwischen dem ersten und zweiten Halbleiterbereich 4 , 5 angeordnete aktive Zone 6 . Der erste Halbleiterbereich 4 ist dem zweiten Halbleiterbereich 5 in einer vertikalen Richtung V nachgeordnet . Beispielsweise handelt es sich bei dem ersten Halbleiterbereich 4 um einen p-dotierten und bei dem zweiten Halbleiterbereich 5 um einen n-dotierten Bereich . Weiterhin handelt es sich bei dem Träger 3 vorzugsweise um ein Aufwachssubstrat , auf dem die Halbleiterschichtenfolge 2 epitaktisch auf gewachsen ist . Ferner umfasst der Halbleiterwafer 1 eine Kontaktschicht 7 zur elektrischen Kontaktierung des ersten Halbleiterbereichs 4 , die auf dem ersten Halbleiterbereich 4 angeordnet ist . Die Kontaktschicht 7 kann aus einem TCO und/oder einem Metall gebildet sein .
Für die Halbleiterbereiche 4 , 5 und die aktive Zone 6 sowie darin enthaltene Halbleiterschichten kommen, wie bereits weiter oben erwähnt , auf Nitrid- , Phosphid- oder Arsenid- Verbindungshalbleitern basierende Materialien in Betracht . „Auf Nitrid- , Phosphid- oder Arsenid-Verbindungshalbleitern basierend" bedeutet im vorliegenden Zusammenhang, dass die Halbleiterbereiche 4 , 5 und die aktive Zone 6 beziehungsweise die darin enthaltenen Halbleiterschichten AlnGamIni-n-mN, AlnGamIni-n-mP oder AlnGamIni-n-mAs enthalten, wobei 0 < n < 1 , 0 < m < 1 und n+m < 1 gilt .
Figur 2 zeigt einen nachfolgenden Verfahrensschritt , bei dem der Halbleiterwafer 1 zur Erzeugung von Schichtenstapeln 9 strukturiert wird . Insbesondere wird zur Herstellung eines Schichtenstapels 9 ausgehend von einer dem Träger 3 abgewandten Seite der Halbleiterschichtenfolge 2 eine Vertiefung 8 in den Halbleiterwafer 1 eingebracht . Die Vertiefung 8 kann in Draufsicht auf die Halbleiterschichtenfolge 2 rahmenförmig ausgebildet werden . Ferner kann die Vertiefung 8 einen sich in Richtung des Trägers 3 verj üngenden Querschnitt aufweisen . Dadurch weist der Schichtenstapel 9 mit Vorteil eine mesaförmige Gestalt auf . Die Vertiefung 8 reicht vorzugsweise zumindest bis in eine Kontaktschicht 5A des zweiten Halbleiterbereichs 5 .
Figur 3 zeigt einen nächsten Verfahrensschritt , bei dem eine erste dielektrische Schicht 10 auf einer dem Träger 3 abgewandten Seite der Halbleiterschichtenfolge 2 auf den Halbleiterwafer 1 aufgebracht wird, wobei der Schichtenstapel 9 von der ersten dielektrischen Schicht 10 bedeckt wird .
Vorzugsweise wird die erste dielektrische Schicht 10 voll flächig auf eine Oberfläche des Halbleiterwafers 1 aufgebracht , die den Halbleiterwafer 1 auf einer dem Träger 3 abgewandten Seite der Halbleiterschichtenfolge 2 nach außen begrenzt .
Insbesondere werden Seitenflächen 9A des Schichtenstapels 9 , die den Schichtenstapel 9 lateral begrenzen, vollständig von der ersten dielektrischen Schicht 10 bedeckt . „Lateral" bezeichnet hierbei quer, insbesondere senkrecht , zur vertikalen Richtung V angeordnete laterale Richtungen L . Weiterhin wird eine quer zu den Seitenflächen 9A angeordnete , erste Hauptfläche 9B des Schichtenstapels 9 vollständig von der ersten dielektrischen Schicht 10 bedeckt .
Darüber hinaus ist die dielektrische Schicht 10 auf einer Bodenfläche 8A der Vertiefung 8 angeordnet .
Figur 4A zeigt einen weiteren Verfahrensschritt , bei dem eine elektrisch leitfähige Schicht 11A auf die erste , dielektrische Schicht 10 aufgebracht wird . Insbesondere wird die elektrisch leitfähige Schicht 11A voll flächig auf die dielektrische Schicht 10 aufgebracht und anschließend geöf fnet , wodurch eine auf den Seitenflächen 9A und teilweise auf der ersten Hauptfläche 9B angeordnete Randschicht 11 ausgebildet wird .
Wie in Figur 4B dargestellt ist , wird auch die dielektrische Schicht 10 geöf fnet , so dass die erste Hauptfläche 9B einen unbedeckten Bereich aufweist . In dem unbedeckten Bereich wird ein erstes Kontaktmittel 12 angeordnet , das zur elektrischen Kontaktierung des ersten Halbleiterbereichs 4 vorgesehen ist . Insbesondere ist das erste Kontaktmittel 12 aus einem Metall oder einer Metallverbindung gebildet und dient als Kontaktpad des ersten Leit f ähigkeitstyps .
Figur 5 zeigt einen Verfahrensschritt eines Verfahrens gemäß einem zweiten Aus führungsbeispiel , bei dem die dielektrische Schicht 10 vor dem Aufbringen der elektrisch leitfähigen Schicht 11A geöf fnet wird . Die elektrisch leitfähige Schicht 11A wird voll flächig auf den Halbleiterwafer 1 aufgebracht und ist in dem geöf fneten Bereich direkt auf der ersten Hauptfläche 9B angeordnet . Anschließend wird die elektrisch leitfähige Schicht 11A derart strukturiert , dass aus ihr eine auf den Seitenflächen 9A des Schichtenstapels 9 angeordnete Randschicht 11 und ein auf der ersten Hauptfläche 9B angeordnetes erstes Kontaktmittel 12 hervorgehen .
Die elektrisch leitfähige Schicht 11A kann einschichtig oder mehrschichtig ausgebildet werden und ein TCO und/oder Metall und/oder Graphen enthalten . Entsprechend können die Randschicht 11 und das erste Kontaktmittel 12 einschichtig oder mehrschichtig ausgebildet sein und ein TCO und/oder Metall und/oder Graphen enthalten .
Figur 6 zeigt einen Verfahrensschritt eines Verfahrens gemäß einem dritten Aus führungsbeispiel , bei dem in den Vertiefungen 8 nach dem Herstellen der Randschicht 11 eine Füllung 13 zur Stabilisierung des Halbleiterwafers 1 angeordnet wird . Für die Füllung 13 kommt beispielsweise ein Kunststof fmaterial in Frage .
Figur 7 zeigt einen weiteren Verfahrensschritt , bei dem auf einer der Trägerseite gegenüberliegenden Seite eines Verbundes umfassend den Halbleiterwafer 1 und die zusätzlich aufgebrachten Schichten 10 , 11 , 12 ein Zwischenträger 14 , etwa ein Kunststof f träger, angeordnet wird, der mittels einer Verbindungsschicht 15 , etwa einer durch UV-Strahlung oder Wärme ablösbaren Folie , an dem Verbund hält . Nach dem Bereitstellen des Zwischenträgers 14 kann der Träger 3 entfernt werden .
Figur 8 zeigt einen nachfolgenden Verfahrensschritt , bei dem eine der ersten Hauptfläche 9B gegenüberliegende zweite Hauptfläche 9C des Schichtenstapels 9 freigelegt wird . Insbesondere werden dabei Bereiche des zweiten Halbleiterbereichs 5 bis zu der Kontaktschicht 5A entfernt . Dabei werden die in der Vertiefung 8 angeordneten Bereiche der ersten dielektrischen Schicht 10 und der Randschicht 11 mitentfernt , so dass insbesondere die erste dielektrische Schicht 10 und die Randschicht 11 bündig mit der zweiten Hauptfläche 9C abschließen beziehungsweise so dass die Randschicht 11 auf einer dem Schichtenstapel 9 abgewandten Seite der zweiten Hauptfläche 9C nicht über die zweite Hauptfläche 9C hinausragt .
In der vertikalen Richtung V wird der Halbleiterwafer 1 mindestens bis zu der Bodenfläche 8A (vgl . diesbezüglich Figur 3 ) der Vertiefung 8 gedünnt , so dass die durch den zweiten Halbleiterbereich 5 verbundenen Schichtenstapel 9 voneinander getrennt beziehungsweise vereinzelt werden .
Vorzugsweise wird das Freilegen der zweiten Hauptfläche 9C mittels Polieren und/oder Ätzen und/oder eines Laser Li ft Of f- Verfahrens durchgeführt .
Figur 9 zeigt einen weiteren Verfahrensschritt , bei dem auf die zweite Hauptfläche 9C ein zweites Kontaktmittel 17 , das zur elektrischen Kontaktierung des zweiten Halbleiterbereichs 5 vorgesehen ist , aufgebracht wird . Dabei ragt das zweite Kontaktmittel 17 lateral über die zweite Hauptfläche 9C hinaus , so dass das zweite Kontaktmittel 17 die erste dielektrische Schicht 10 und die Randschicht 11 berührt .
Das zweite Kontaktmittel 17 kann zumindest eines der folgenden Materialien enthalten oder besteht daraus : TCO, Metall , Halbleiter, Graphen . Vorzugsweise handelt es sich bei dem zweiten Kontaktmittel 17 um eine auf die zweite Hauptfläche 9C aufgebrachte homogene oder strukturierte Schicht . Insbesondere wird die zweite Hauptfläche durch das zweite Kontaktmittel 9C zu mindestens 20% , bevorzugt zu mindestens 50% , besonders bevorzugt zu mindestens 80% bedeckt .
Figur 10 zeigt einen weiteren Verfahrensschritt , bei dem der Zwischenträger 14 , beispielsweise durch die Einwirkung von UV-Strahlung oder Wärme ( angedeutet durch Pfeile ) , teilweise oder vollständig abgelöst wird, so dass zumindest ein Teil der optoelektronischen Halbleiterbauelemente 16 nicht mehr oder nur noch schwach an dem Zwischenträger 14 haftet . Figur 11A zeigt einen weiteren Verfahrensschritt , bei dem die optoelektronischen Halbleiterbauelemente 16 mittels einer Trans fervorrichtung 18 , beispielsweise einer Ansaugdüse oder eines Stempels , trans feriert werden .
Figur 11B zeigt ein optoelektronisches Halbleiterbauelement 16 , das mittels eines Verfahrens gemäß dem ersten oder dritten Aus führungsbeispiel hergestellt werden kann . Im Zusammenhang mit den Verfahren beschriebene Merkmale können daher auch für das optoelektronisches Halbleiterbauelement 16 herangezogen werden und umgekehrt .
Das optoelektronische Halbleiterbauelement 16 umfasst einen Schichtenstapel 9 , der einen ersten Halbleiterbereich 4 eines ersten Leit f ähigkeitstyps , einen zweiten Halbleiterbereich 5 eines zweiten Leit f ähigkeitstyps und eine zwischen dem ersten und zweiten Halbleiterbereich angeordnete aktive Zone 6 aufweist , die insbesondere zur Emission von elektromagnetischer Strahlung im sichtbaren, ultravioletten oder infraroten Spektralbereich vorgesehen ist . Weiterhin umfasst der Schichtenstapel 9 mehrere Seitenflächen 9A, die den Schichtenstapel 9 lateral begrenzen sowie eine erste Hauptfläche 9B und eine der ersten Hauptfläche 9B gegenüber liegende zweite Hauptfläche 9C, wobei die erste und zweite Hauptfläche 9B, 9C j eweils quer, insbesondere nicht senkrecht , zu der Seitenfläche 9A angeordnet sind .
Das optoelektronische Halbleiterbauelement 16 umfasst ferner ein erstes , an beziehungsweise auf der ersten Hauptfläche 9B angeordnetes Kontaktmittel 12 , das zur elektrischen Kontaktierung des ersten Halbleiterbereichs 4 vorgesehen ist , sowie ein zweites , an beziehungsweise auf der zweiten Hauptfläche 9C angeordnetes Kontaktmittel 17 , das zur elektrischen Kontaktierung des zweiten Halbleiterbereichs 5 vorgesehen und strahlungsdurchlässig ist .
Weiterhin umfasst das optoelektronische Halbleiterbauelement 16 eine auf dem Schichtenstapel 9 angeordnete , elektrisch leitfähige Randschicht 11 , die sich von dem zweiten Kontaktmittel 17 über die Seitenflächen 9A bis an die erste Hauptfläche 9B erstreckt . Die Randschicht 11 weist einen an der zweiten Hauptfläche 9C angeordneten Endbereich 11B auf , der eine laterale Ausdehnung bl aufweist , die einer Dicke dl der elektrisch leitfähigen Randschicht 11 entspricht . Dabei wird unter einer der Dicke dl entsprechenden lateralen Ausdehnung bl sowohl ein gleicher oder identischer Wert als auch ein bis zu 2 Mal , insbesondere bis zu 1 . 5 Mal so großer Wert verstanden . Beispielsweise wird ein gleicher oder identischer Wert im Falle eines rechten Winkels zwischen der Randschicht 11 und der zweiten Hauptfläche 9C erreicht , während die höheren Werte bei kleineren Winkeln, insbesondere bei Winkeln größer als 30 ° und kleiner als 90 ° , angenommen werden .
Beispielsweise kann die Randschicht 11 an der zweiten Hauptfläche 9C knickfrei beziehungsweise ohne Krümmung ausgebildet sein . Die Randschicht 11 kann also konform auf den Seitenflächen 9A angeordnet sein .
Vorzugsweise bildet die Randschicht 11 eine Verspiegelung des Schichtenstapels 9 . Dadurch kann die von der aktiven Zone 6 erzeugte Strahlung vorteilhafterweise zur zweiten Hauptfläche 9C umgelenkt werden . Hierbei kann die Randschicht 11 mit Vorteil ein Metall enthalten oder daraus bestehen, wobei als Metalle insbesondere Rh, Al , Cr, Ti , Pt , W, Au und Ni in Frage kommen . Darüber hinaus weist das optoelektronische Halbleiterbauelement 16 eine erste , zwischen der Randschicht 11 und dem Schichtenstapel 9 angeordnete erste dielektrische Schicht 10 auf , wobei die zweite Hauptfläche 9C von der ersten dielektrischen Schicht 10 unbedeckt ist .
Vorzugsweise werden alle Seitenflächen 9A des Schichtenstapels 9 vollständig von der dielektrischen Schicht 10 und der Randschicht 11 bedeckt .
Die erste dielektrische Schicht 10 weist einen an der zweiten Hauptfläche 9C angeordneten Endbereich 10A auf , der eine laterale Ausdehnung b2 aufweist , die einer Dicke d2 der ersten dielektrischen Schicht 10 entspricht . Dabei wird unter einer der Dicke d2 entsprechenden lateralen Ausdehnung b2 sowohl ein gleicher oder identischer Wert als auch ein bis zu 2 Mal , insbesondere bis zu 1 . 5 Mal so großer Wert verstanden . Beispielsweise wird ein gleicher oder identischer Wert im Falle eines rechten Winkels zwischen der dielektrischen Schicht und der zweiten Hauptfläche 9C erreicht , während die höheren Werte bei kleineren Winkeln, insbesondere bei Winkeln größer als 30 ° und kleiner als 90 ° , angenommen werden .
Beispielsweise kann die erste dielektrische Schicht 10 an der zweiten Hauptfläche 9C knickfrei beziehungsweise ohne Krümmung ausgebildet sein . Die erste dielektrische Schicht 10 kann also konform auf der zumindest einen Seitenfläche 9C angeordnet sein .
Die Randschicht 11 ermöglicht eine elektrische Kontaktierung des zweiten Halbleiterbereichs 5 beziehungsweise des Halbleiterbauelements 16 auf seiner Rückseite 16A, obgleich das zweite Kontaktmittel 17 auf einer Vorderseite 16B des Halbleiterbauelements 16 angeordnet ist . Auch das erste Kontaktmittel 12 ist auf der Rückseite 16A angeordnet , so dass das optoelektronische Halbleiterbauelement 16 auf einer Seite der ersten Hauptfläche 9B beziehungsweise auf seiner Rückseite 16A mittels des ersten Kontaktmittels 12 und der Randschicht 11 von außen elektrisch anschließbar ist . Denn die erste Hauptfläche 9B wird teilweise von der Randschicht 11 bedeckt , wobei die Randschicht 11 als Kontaktpad des zweiten Leit f ähigkeitstyps dient .
Bei dem in Figur 11B dargestellten optoelektronischen Halbleiterbauelement 16 handelt es sich um einen Flip-Chip . Dabei sind die Mittel 11 , 12 zur elektrischen Kontaktierung des ersten und zweiten Halbleiterbereichs 4 , 5 außerhalb des Schichtenstapels 9 angeordnet , so dass für die Kontaktierung keine Fläche „verbraucht" und damit die Flächenef fi zienz im Vergleich zu herkömmlichen Flip-Chips verbessert werden kann . Außerdem wird das Halbleiterbauelement 16 durch die außenseitige Kontaktierung skalierbar .
Figur 12 zeigt einen Verfahrensschritt beziehungsweise ein optoelektronisches Halbleiterbauelement 16 gemäß einem vierten Aus führungsbeispiel . Im Unterschied zu dem in Figur 11B dargestellten Aus führungsbeispiel wird die zweite Hauptfläche 9C nicht eben ausgebildet . Vielmehr weist der zweite Halbleiterbereich 5 , insbesondere zur Erhöhung der Strahlungsauskopplung, Strukturelemente 19 auf . Um die Erzeugung der Strukturelemente 19 zu ermöglichen, wird die Vertiefung 8 so tief ausgebildet , dass sie bis in einen zwischen der Kontaktschicht 5A und dem Träger 3 angeordneten Bereich des zweiten Halbleiterbereichs 5 reicht (vgl . hierzu Figur 2 ) , so dass der zu strukturierende Bereich eine ausreichende Dicke für die Strukturierung aufweist .
Figur 13 zeigt einen Verfahrensschritt beziehungsweise ein optoelektronisches Halbleiterbauelement 16 gemäß einem fünften Aus führungsbeispiel . Hierbei weist das optoelektronische Halbleiterbauelement 16 , insbesondere zur Erhöhung der Strahlungsauskopplung, eine auf der zweiten Hauptfläche 9C angeordnete Auskoppelstruktur 20 auf .
Die Auskoppelstruktur 20 kann beispielsweise dadurch hergestellt werden, dass eine strahlungsdurchlässige Schicht , die insbesondere aus einem dielektrischen, brechungsindexangepassten Material , beispielsweise aus Nb2O5 , besteht und eine Dicke von 0 , 5 pm bis 1 , 5 pm aufweist , auf die zweite Hauptfläche 9C beziehungsweise das zweite Kontaktmittel 17 aufgebracht und strukturiert wird, so dass sie eine Viel zahl von Strukturelementen 19 aufweist .
Beispielsweise kann zur Stabilisierung des Halbleiterwafers 1 eine Füllung 13 in der Vertiefung 8 angeordnet werden, die beim Dünnen des Halbleiterwafers 1 ebenfalls abgetragen wird .
Anhand der Figuren 14 bis 16 werden verschiedene Möglichkeiten zur Gestaltung des ersten Kontaktmittels 12 und der Randschicht 11 auf der Rückseite erläutert .
Beispielsweise kann das erste Kontaktmittel 12 mittig auf der ersten Hauptfläche angeordnet und allseitig von der Randschicht 11 umgeben sein, wobei die dielektrische Schicht 10 als elektrische I solierung dazwischen angeordnet ist (vgl . Figur 14 ) . Dabei kann das erste Kontaktmittel 12 zum Beispiel kreis förmig ausgebildet sein . Die dielektrische Schicht 10 kann dabei eine ringförmige Gestalt aufweisen .
Ferner ist es möglich, dass das erste Kontaktmittel 12 randseitig und damit außermittig angeordnet und umfangseitig nur teilweise von der Randschicht 11 umgeben ist (vgl . Figur 15 ) . Dabei kann das erste Kontaktmittel 12 zum Beispiel elliptisch ausgebildet sein . Die dielektrische Schicht 10 kann dabei eine parabel förmige Gestalt aufweisen .
Insbesondere können bei der Herstellung im Verbund die ersten Kontaktmittel 12 zweier benachbarter Bauelemente 16 j eweils an einem Seitenrand 16C angeordnet werden, der dem benachbarten Bauelement 16 zugewandt ist . Vorteilhaftweise können damit bei der Erzeugung der ersten Kontaktmittel 12 die elektrisch leitfähigen Schichten zweier benachbarter Bauelemente 16 in einem Schritt geöf fnet werden . Auch erleichtert die randseitige Anordnung der Kontaktmittel 12 eine serielle Verschaltung zweier Halbleiterbauelemente 16 .
Wie Figur 16 zeigt , muss eine Öf fnung in der elektrisch leitfähigen Schicht nicht wie bei dem in Figur 15 dargestellten Aus führungsbeispiel am Seitenrand 16C des Bauelements 16 enden, sondern kann sich bis in die elektrisch leitfähige Schicht des benachbarten Bauelements 16 erstrecken, so dass die Randschicht 11 eines Bauelements 16 von zwei einander gegenüberliegenden Seitenrändern 16C zurückgezogen ist .
Während es sich bei den in den Figuren 11B, 12 , 13 dargestellten optoelektronischen Halbleiterbauelementen 16 um Flip-Chips handelt , wird in Verbindung mit Figur 17 ein optoelektronisches Halbleiterbauelement 16 beschrieben, das mittels des ersten und zweiten Kontaktmittels 12 , 17 auf zwei einander gegenüberliegenden Seiten von außen elektrisch angeschlossen werden kann . Hierbei dient das zweite Kontaktmittel 17 als Kontaktpad eines zweiten Leit f ähigkeitstyps .
Das optoelektronische Halbleiterbauelement 16 weist eine zweite , auf der Randschicht 11 angeordnete dielektrische Schicht 22 auf , welche die Randschicht 11 an der ersten Hauptfläche 9B beziehungsweise Rückseite 16A nach außen elektrisch isoliert , so dass die Randschicht 11 an der Rückseite 16A nicht frei liegend ist . Weiterhin ist die Randschicht 11 an den Seitenflächen 9A durch die zweite dielektrische Schicht 22 nach außen elektrisch isoliert .
Bei diesem Aus führungsbeispiel (vgl . Figur 17B ) bedeckt das erste Kontaktmittel 12 einen Großteil der ersten Hauptfläche 9B und bildet vorteilhafterweise eine Verspiegelung an der Rückseite 16A.
Figur 18 zeigt ein weiteres Aus führungsbeispiel , bei dem das optoelektronische Halbleiterbauelement 16 ebenfalls (vgl .
Figur 17 ) eine zweite dielektrische Schicht 22 aufweist , die auf der Randschicht 11 angeordnet ist und welche die Randschicht 11 an der ersten Hauptfläche 9B beziehungsweise Rückseite 16A nach außen elektrisch isoliert . Weiterhin ist die Randschicht 11 an den Seitenflächen 9A durch die zweite dielektrische Schicht 22 nach außen elektrisch isoliert . Bei diesem Aus führungsbeispiel handelt es sich bei dem optoelektronischen Halbleiterbauelement 16 um einen Flip- Chip . Im Unterschied zu dem in Figur 17 dargestellten Aus führungsbeispiel weist die zweite dielektrische Schicht 22 eine Öf fnung auf , in der ein drittes Kontaktmittel 21 zur elektrischen Kontaktierung der Randschicht 11 auf der Rückseite 16A angeordnet ist . Die Randschicht 11 und das dritte Kontaktmittel 21 werden vorzugsweise in zwei separaten Schritten erzeugt und können damit aus verschiedenen Materialien gebildet sein .
Das erste Kontaktmittel 12 und das dritte Kontaktmittel 21 sind auf der ersten Hauptfläche 9B nebeneinander angeordnet . Somit ist das optoelektronische Halbleiterbauelement 16 auf der Seite der ersten Hauptfläche 9B beziehungsweise Rückseite 16A mittels des ersten Kontaktmittels 12 und des dritten Kontaktmittels 21 von außen elektrisch anschließbar .
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Aus führungsbeispiele beschränkt . Vielmehr umfasst die Erfindung j edes neue Merkmal sowie j ede Kombination von Merkmalen, was insbesondere j ede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet , auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht expli zit in den Patentansprüchen oder Aus führungsbeispielen angegeben ist .
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 102020124258 . 1 , deren Of fenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird . Bezugs zeichenliste
1 Halbleiterwafer
2 Halbleiterschichtenfolge
3 Träger
4 erster Halbleiterbereich eines ersten Leit f ähigkeitstyps
5 zweiter Halbleiterbereich eines zweiten Leit f ähigkeitstyps
5A Kontaktschicht des zweiten Halbleiterbereichs
6 aktive Zone
7 Kontaktschicht
8 Vertiefung
8A Bodenfläche der Vertiefung
9 Schichtenstapel
9A Seitenfläche
9B erste Hauptfläche
9C zweite Hauptfläche
10 erste dielektrische Schicht
10A Endbereich
11 Randschicht
11A elektrisch leitfähige Schicht
11B Endbereich
12 erstes Kontaktmittel
13 Füllung
14 Zwischenträger
15 Verbindungsschicht
16 optoelektronisches Halbleiterbauelement
16A Rückseite
16B Vorderseite
16C Seitenrand
17 zweites Kontaktmittel
18 Trans fervorrichtung
19 Strukturelement
20 Auskoppelstruktur 21 drittes Kontaktmittel
22 zweite dielektrische Schicht
L laterale Richtung V vertikale Richtung bl , b2 laterale Ausdehnung dl , d2 Dicke

Claims

Patentansprüche
1. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (16) umfassend
- einen Schichtenstapel (9) umfassend
- einen ersten Halbleiterbereich (4) eines ersten Leitfähigkeitstyps,
- einen zweiten Halbleiterbereich (5) eines zweiten Leitfähigkeitstyps,
- eine zwischen dem ersten und zweiten Halbleiterbereich (4, 5) angeordnete aktive Zone (6) ,
- zumindest eine Seitenfläche (9A) , die den Schichtenstapel (9) lateral begrenzt,
- eine erste Hauptfläche (9B) und eine der ersten Hauptfläche (9B) gegenüber liegende zweite Hauptfläche (9C) , wobei die erste und zweite Hauptfläche (9B, 9C) jeweils quer zu der Seitenfläche (9A) angeordnet sind,
- ein erstes, an der ersten Hauptfläche (9B) angeordnetes Kontaktmittel (12) , das zur elektrischen Kontaktierung des ersten Halbleiterbereichs (4) vorgesehen ist,
- ein zweites, an der zweiten Hauptfläche (9C) angeordnetes Kontaktmittel (17) , das zur elektrischen Kontaktierung des zweiten Halbleiterbereichs (5) vorgesehen und strahlungsdurchlässig ist, und
- eine auf dem Schichtenstapel (9) angeordnete, elektrisch leitfähige Randschicht (11) , die sich von dem zweiten Kontaktmittel (17) über die Seitenfläche (9A) bis an die erste Hauptfläche (9B) erstreckt und einen an der zweiten Hauptfläche (9C) angeordneten Endbereich (11B) aufweist, wobei der Endbereich (11B) eine laterale Ausdehnung (bl) aufweist, die einer Dicke (dl) der elektrisch leitfähigen Randschicht (11) entspricht, und - eine erste, zwischen der Randschicht (11) und dem Schichtenstapel (9) angeordnete dielektrische Schicht (10) , wobei die zweite Hauptfläche (9C) von der ersten dielektrischen Schicht (10) unbedeckt ist.
2. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (16) umfassend
- einen Schichtenstapel (9) umfassend
- einen ersten Halbleiterbereich (4) eines ersten Leitfähigkeitstyps,
- einen zweiten Halbleiterbereich (5) eines zweiten Leitfähigkeitstyps,
- eine zwischen dem ersten und zweiten Halbleiterbereich (4, 5) angeordnete aktive Zone (6) ,
- zumindest eine Seitenfläche (9A) , die den Schichtenstapel (9) lateral begrenzt,
- eine erste Hauptfläche (9B) und eine der ersten Hauptfläche (9B) gegenüber liegende zweite Hauptfläche (9C) , wobei die erste und zweite Hauptfläche (9B, 9C) jeweils quer zu der Seitenfläche (9A) angeordnet sind,
- ein erstes, an der ersten Hauptfläche (9B) angeordnetes Kontaktmittel (12) , das zur elektrischen Kontaktierung des ersten Halbleiterbereichs (4) vorgesehen ist,
- ein zweites, an der zweiten Hauptfläche (9C) angeordnetes Kontaktmittel (17) , das zur elektrischen Kontaktierung des zweiten Halbleiterbereichs (5) vorgesehen und strahlungsdurchlässig ist, und
- eine auf dem Schichtenstapel (9) angeordnete, elektrisch leitfähige Randschicht (11) , die sich von dem zweiten Kontaktmittel (17) über die Seitenfläche (9A) bis an die erste Hauptfläche (9B) erstreckt, und
- eine erste, zwischen der Randschicht (11) und dem Schichtenstapel (9) angeordnete dielektrische Schicht (10) , wobei die zweite Hauptfläche (9C) von der ersten dielektrischen Schicht (10) unbedeckt ist, und wobei die erste dielektrische Schicht (10) bündig mit der zweiten Hauptfläche (9C) abschließt.
3. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (16) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Randschicht (11) konform auf der zumindest einen Seitenfläche (9A) angeordnet ist .
4. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (16) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Hauptfläche (90) von der Randschicht (11) unbedeckt ist.
5. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (16) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Randschicht (11) auf einer dem Schichtenstapel (9) abgewandten Seite der zweiten Hauptfläche (90) nicht über die zweite Hauptfläche (90) hinausragt .
6. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (16) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweite Halbleiterbereich (5) eine an der zweiten Hauptfläche (90) angeordnete, aus Halbleitermaterial gebildete Kontaktschicht (5A) aufweist, auf der das zweite Kontaktmittel (17) zumindest teilweise direkt angeordnet ist.
7. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (16) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zweite Kontaktmittel (17) zumindest eines der folgenden Materialien enthält oder daraus besteht: TCO, Metall, Halbleiter, Graphen.
8. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (16) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei es sich bei dem zweiten Kontaktmittel (17) um eine auf die zweite Hauptfläche (9C) aufgebrachte Schicht handelt.
9. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (16) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die eine oder mehrere Seitenfläche (n) (9A) zumindest größtenteils von der Randschicht (11) bedeckt ist/sind.
10. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (16) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Randschicht (11) eine Verspiegelung des Schichtenstapels (9) bildet.
11. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (16) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Randschicht (11) zumindest eines der folgenden Materialien enthält oder daraus besteht: TCO, Metall, Graphen.
12. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (16) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, das eine zweite, auf der Randschicht (11) angeordnete dielektrische Schicht (22) aufweist, welche die Randschicht (11) an der ersten Hauptfläche (9B) nach außen elektrisch isoliert.
13. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (16) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, das mittels des ersten und zweiten Kontaktmittels (12, 17) auf zwei einander gegenüberliegenden Seiten von außen elektrisch anschließbar ist .
14. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (16) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das optoelektronische Halbleiterbauelement (16) auf einer Seite der ersten Hauptfläche (9B) mittels des ersten Kontaktmittels (12) und der Randschicht (11) oder mittels des ersten Kontaktmittels (12) und eines dritten Kontaktmittels (21) von außen elektrisch anschließbar ist.
15. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (16) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schichtenstapel (9) mesaförmig ausgebildet und die zweite Hauptfläche (9C) größer als die erste Hauptfläche (9B) ist.
16. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (16) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweite Halbleiterbereich (5) an der zweiten Hauptfläche (90) Strukturelemente (19) aufweist.
17. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (16) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, das eine auf der zweiten Hauptfläche (90) angeordnete Auskoppelstruktur (20) aufweist.
18. Verfahren zur Herstellung von zumindest einem optoelektronischen Halbleiterbauelement (16) gemäß einem der vorhergeheden Ansprüche umfassend die Schritte:
- Bereitstellen eines Halbleiterwafers (1) umfassend einen Träger (3) und eine Halbleiterschichtenfolge (2) , die auf dem Träger (3) angeordnet ist,
- Herstellen zumindest eines Schichtenstapels (9) durch Erzeugen zumindest einer Vertiefung (8) in dem Halbleiterwafer (1) ausgehend von einer dem Träger (3) abgewandten Seite der Halbleiterschichtenfolge (2) ,
- Aufbringen einer ersten dielektrischen Schicht (10) auf den Halbleiterwafer (1) derart, dass der Schichtenstapel (9) von der ersten dielektrischen Schicht (10) bedeckt ist, - Aufbringen einer elektrisch leitfähigen Schicht (11A) , die zum Ausbilden einer Randschicht (11) vorgesehen ist, auf die erste dielektrische Schicht (10) ,
- Freilegen einer zweiten Hauptfläche (9C) des Schichtenstapels (9) , wobei Bereiche der ersten dielektrischen Schicht (10) und des zweiten Halbleiterbereichs (5) in einem gemeinsamen Schritt entfernt werden .
19. Verfahren gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei durch den Schritt des Freilegens der zweiten Hauptfläche (9C) eine Mehrzahl von Schichtenstapeln (9) vereinzelt werden.
20. Verfahren gemäß einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei beim Freilegen der zweiten Hauptfläche (9C) Bereiche der Randschicht (11) entfernt werden.
21. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 18 bis 20, wobei das Freilegen der zweiten Hauptfläche (9C) mittels Polieren und / oder Ätzen und/oder eines Laser Lift Off- Verfahrens durchgeführt wird.
EP21773576.0A 2020-09-17 2021-09-08 Optoelektronisches halbleiterbauelement und verfahren zur herstellung Pending EP4214763A1 (de)

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