CN103403891A - 用于光电子结构的载体和具有这种载体的光电子半导体芯片 - Google Patents

Abstract

提出一种用于光电子结构（2）的载体（1），其中部分地将电绝缘的钝化材料（16）设置在载体（1）的导电层（14）和载体侧的连接剂层（15）之间。此外，提出一种具有所述载体以及光电子结构（2）的光电子半导体芯片，所述光电子结构借助于载体侧的连接剂层（15）导电地且机械地与载体（1）连接。

Description

用于光电子结构的载体和具有这种载体的光电子半导体芯片

技术领域

提出一种用于光电子结构的载体。此外，提出一种具有这种载体的光电子半导体芯片。

发明内容

要实现的目的在于，提出一种用于光电子结构的载体，所述载体能够实现特别稳定的光电子半导体芯片。

根据载体的至少一个实施形式，载体适合于作为用于光电子结构的载体。光电子结构例如能够是包括半导体层序列的结构。半导体层序列优选地包括至少一个有源区域，所述有源区域在光电子结构运行时适合于产生和/或检测电磁辐射。载体和光电子结构能够共同构成光电子半导体芯片，其中因此所述光电子半导体芯片例如能够是发光二极管芯片或光电二极管芯片。

根据载体的至少一个实施形式，载体包括电绝缘的基体。电绝缘的基体构成载体的机械承载的部件。例如，电绝缘的基体根据薄片（Scheibe）的形式构成，也就是说，所述电绝缘的基体在横向方向上的延伸大于其在垂直于所述横向方向的竖直方向上的厚度。电绝缘的基体用一种电绝缘的材料或用多种电绝缘的材料构成。例如，电绝缘的基体能够包含下述材料中的一种材料或者由下述材料中的一种材料制成：硅，尤其是未掺杂的硅，陶瓷材料，尤其例如是氮化铝、氧化铝的陶瓷材料。

原则上，应用非电绝缘的基体也是可行的。在该情况下，通过金属化部（包括通孔）对于基体的适当的绝缘层用于正确的电气功能。

根据载体的至少一个实施形式，载体包括在基体的下侧上的至少一个n型侧的连接部位。经由n型侧的连接部位，能够将电流注入到固定在载体上的光电子结构中。那么，n型侧的连接部位例如是具有所述载体的光电子半导体芯片的阴极。

n型侧的连接部位例如能够在基体的下侧上构成为金属化部，也就是例如构成为金属层。

根据载体的至少一个实施形式，载体具有p型侧的连接部位，所述p型侧的连接部位设置在基体的下侧上。p型侧的连接部位例如能够是具有载体的光电子半导体芯片的阳极。p型侧的连接部位能够如同n型侧的连接部位构成为基体的下侧上的金属化部并且与n型侧的连接部位电绝缘。例如，以该方式，通过将载体的n型侧的连接部位和p型侧的连接部位例如与设置有载体的电路板的接触部位连接的方式，载体适合于表面安装。

根据载体的至少一个实施形式，载体包括在基体的与下侧对置的上侧上的结构化的导电层。结构化的导电层优选地与载体的p型侧的连接部位和n型侧的连接部位导电地连接。经由结构化的导电层，通过连接部位注入的电流沿着载体的上侧分配或者传导到期望的部位上。

根据载体的至少一个实施形式，载体在结构化的导电层的背离基体的一侧上包括结构化的且导电的载体侧的连接剂层。连接剂层例如是焊料层或是由能导电的粘接剂构成的层。载体侧的连接剂层设置在结构化的导电层的背离基体的一侧上并且部分直接地以及部分仅间接地与所述导电层连接。

根据载体的至少一个实施形式，结构化的导电层在第一区域中导电地与n型侧的连接部位连接并且在第二区域中导电地与p型侧的连接部位连接，其中第一区域和第二区域彼此电绝缘。换言之，结构化的导电层在基体的上侧上具有与载体的不同名的连接部位连接的至少两个区域。如果载体包括多个n型侧的连接部位，优选地，所有n型侧的连接部位与第一区域连接。如果载体包括用于唯一的光电子结构的多个p型侧的连接部位，那么优选地，所有p型侧的连接部位与第二区域连接。

在此，可能的是，载体具有多个第一区域和多个第二区域或者刚好一个第一区域和刚好一个第二区域。

如果载体例如设为用于承载两个或更多个光电子结构，那么所述载体能够包括与光电子结构的数量相对应的数量的n型侧的连接部位、p型侧的连接部位、结构化的且导电的层的第一区域和结构化的且导电的层的第二区域。因此，结构化的导电层的第一区域和第二区域将电流从载体的不同名的连接部位以可预设的方式在基体的上侧上传导和分配。

根据载体的至少一个实施形式，载体侧的连接剂层部分地与导电层直接接触，并且将电绝缘的钝化层部分地设置在导电层和载体侧的连接剂层之间。也就是说，存在其中载体侧的连接剂层导电地与导电层连接的区域并且存在其中载体侧的连接剂层仅机械地与导电层连接的区域，其中机械连接由电绝缘的钝化材料实现。由此，尤其可能的是，钝化材料设置在导电层的背离载体本体的一侧上和载体侧的连接剂层的朝向载体的一侧上，也就是尤其直接在所述两个层之间伸展。

由此，结构化的导电的连接剂层划分成与载体的连接部位中的一个连接部位直接电接触的区域和与连接部位——至少在经由结构化的导电层的连接的方面——电绝缘的区域。在此，尤其可能的是，载体在制造公差的范围内具有均匀的厚度。这例如能够通过下述方式来实现：在没有将钝化材料设置在连接材料和导电层之间的位置上，结构化的连接材料的厚度构成为，使得所述连接材料具有与由钝化材料和设置在钝化材料上的连接材料构成的层堆相同的厚度。

根据载体的至少一个实施形式，用于光电子结构的载体包括：基体、尤其电绝缘的基体，在基体的下侧上的至少一个n型侧的连接部位，在基体的下侧上的至少一个p型侧的连接部位，在基体的与下侧对置的上侧上的结构化的导电层和在结构化的导电层的背离基体的一侧上的结构化的且导电的载体侧的连接剂层。在此，结构化的导电层在第一区域中导电地与n型侧的连接部位连接，结构化的导电层在第二区域中导电地与p型侧的连接部位连接并且导电层的第一区域和第二区域彼此电绝缘。载体侧的连接剂层部分地与导电层直接接触，并且将电绝缘的钝化材料部分地设置在导电层和载体侧的连接剂层之间。

此外在此，在此描述的载体基于下述思想：布线、也就是说在空间绝缘的接触部位、例如为其提供有载体的光电子结构之间的电连接不在光电子结构中、而是在载体自身上执行。载体例如能够是晶片，例如是硅晶片，所述硅晶片以描述的方式具有连接部位、结构化的导电层和结构化的导电的连接剂层。

载体晶片能够与例如包括多个光电子结构的半导体晶片经由调准的结合部连接。载体以该方式为光电子结构提供机械保持、电气连接以及必要的电流分配。

具有多个光电子结构的载体晶片随后能够分割成单独的光电子半导体芯片，所述光电子半导体芯片中的每个光电子半导体芯片包括一个或多个与对应的载体机械固定地且导电地连接的光电子结构。

换言之，在此描述的载体适合于且设为用于晶片复合体中的连接工艺。多个光电子结构还能够以在晶片复合体中存在的方式施加到载体上并且在那电连接。

此外，借助在此描述的载体能够实现特别稳定的半导体芯片。在此，稳定涉及电稳定性（尽管例如与常用的BGA（ball grid array，球栅阵列）应用相比，在光电子结构中需要高的电流，在所述BGA应用中仅分配有小的开关电流或信号电流）和机械稳定性（尽管光电子结构在移除生长衬底之后的剩余厚度极其薄）。

根据载体的至少一个实施形式，钝化材料部分地设置在导电层和载体侧的连接剂层之间，其中钝化材料与导电层和连接剂层直接接触。也就是说，在存在钝化材料的区域中，钝化材料实现载体侧的连接剂层和导电层之间的机械连接。

根据载体的至少一个实施形式，钝化材料仅在第一区域中与导电层直接接触。也就是说，钝化材料优选地仅设置在导电层导电地与n型侧的连接部位连接的位置处。在结构化的导电层的第二区域中，也就是在结构化的导电层与p型侧的连接部位导电连接的位置处，载体侧的连接剂层与导电层直接接触。换言之，可能的是，导电层的第二区域不具有钝化材料。

根据至少一个实施形式，结构化的导电层的第二区域不具有钝化材料。在结构化的导电层与p型侧的连接部位导电连接的位置处，载体侧的连接剂层与导电层直接接触。钝化材料仅设置在第一区域中并且仅在期望载体侧的连接剂层与结构化的能导电的层的不导电连接的位置处与导电层直接接触。

根据载体的至少一个实施形式，载体的连接部位分别借助于至少一个通孔与导电层导电连接，其中通孔穿过基体从基体的下侧延伸到上侧。因此，通孔用于连接部位与导电层的对应的区域的导电的接触。例如，通孔通过将基体中的孔金属化而构成，所述孔从基体的上侧到基体的下侧完全地贯穿基体。在此，所述孔也能够完全由导电材料、例如金属填充。例如，通孔用与连接部位相同的材料形成。也就是说，通孔能够与对应于其的连接部位一件式地构成。在基体的上侧上，通孔与导电层的对应的区域直接接触。在此，导电层能够同样由与通孔和连接部位相同的材料形成，使得导电层的区域能够与对应的通孔和连接部位构成为一件式的。

此外，提出一种光电子半导体芯片。光电子半导体芯片包括例如在此描述的载体。也就是说，所有的针对载体公开的特征也针对光电子半导体芯片公开并且反之亦然。

根据光电子半导体芯片的至少一个实施形式，载体与光电子结构借助于载体侧的连接剂层导电地并且机械地连接。也就是说，光电子半导体芯片包括光电子结构，所述光电子结构借助于载体侧的连接层导电地并且机械地与载体连接。

根据光电子半导体芯片的至少一个实施形式，光电子结构包括下述部件：光电子结构包括例如能够外延地制造的半导体层序列。半导体层序列例如能够基于III-V族化合物半导体材料。半导体层序列包括有源区域，所述有源区域在半导体层序列运行时设为用于产生或检测电磁辐射。此外，半导体层序列包括例如用p掺杂的半导体材料构成的p型侧和例如由用n掺杂的半导体材料构成的n型侧。另外，有源区域设置在p型侧和n型侧之间。

此外，光电子结构包括镜层，所述镜层设为用于反射在有源区域中产生的电磁辐射或要在有源区域中检测的电磁辐射。在此，镜层与半导体层序列的p型侧导电地连接。镜层例如在半导体层序列的p型侧上安置在所述半导体层序列上并且机械地与其连接。如果镜层构成为导电的，那么用于有源区域的运行的电流在此也能够经由镜层注入到半导体层序列的p型侧中。例如，镜层包含反射材料，例如金或银。

光电子结构还包括至少一个结构侧的通孔，所述通孔导电地接触半导体层序列的n型侧并且从p型侧穿过有源区域延伸到n型侧。也就是说，有源结构的接触能够从设置有半导体层序列的p型侧的一侧进行。电流分配不在有源区域之上，例如在半导体层序列的n型侧的背离p型侧的外面上进行。相反地，电流分配在本文中已经在载体上进行。载体和光电子结构相互连接，使得半导体层序列的n型侧背离载体。

根据光电子半导体芯片的至少一个实施形式，半导体芯片包括结构化的且导电的结构侧的连接剂层，所述连接剂层与载体侧的连接剂层直接接触，其中两个连接剂层机械固定地相互连接。例如，连接剂层是焊料层或是由能导电的粘接剂构成的层。结构侧的连接剂层在此例如至少部分地通过一个或多个结构侧的钝化层与半导体层序列电绝缘。结构侧的连接剂层在此设置在半导体层序列和载体之间。

根据光电子半导体芯片的至少一个实施形式，结构侧的连接剂层具有至少一个p区域和至少一个n区域，其中所述p区域导电地与载体的p型侧的连接部位连接，所述n区域导电地与n型侧的连接部位连接，其中在平行于有源区域的主延伸平面的方向上，结构侧的连接剂层的n区域和镜层不相互重叠或者仅几乎不相互重叠。“几乎不相互重叠”表示，镜层的面积的最多10%与结构侧的连接剂层的n区域重叠。此外，结构侧的连接剂层的n区域和镜层在垂直于有源区域的主延伸平面的方向上也不重叠。因此，所述部件竖直地以及横向地彼此错位地设置。

此外在此，光电子半导体芯片基于下述认知：p型传导的镜层和结构侧的连接剂层的n区域之间的势能差能够导致光电子半导体芯片中的例如镜层的材料的不期望的扩散过程。然而，借助在此描述的光电子半导体芯片，可能的是，镜层和结构侧的连接剂层的n区域不相互重叠。因此，连接剂层和镜层之间的钝化层能够特别薄地构成，因为钝化层的应力由于势能差而仅是小的。

另一个问题是，电场强度峰值能够导致钝化层的电击穿。这在现有的形貌中或所述形貌的差的变形中还借助钝化而增强。这在此处描述的光电子半导体芯片中也被避免。

附图说明

在下文中，根据实施例和附图详细地阐明在此描述的载体和在此描述的光电子半导体芯片。

图1示出根据一个替选的实施形式的用于光电子结构2的载体1的示意剖面图。

图2A和2B示出在此描述的载体以及在此描述的光电子半导体芯片的一个实施例的示意图。

相同的、相同类型的或起相同作用的元件在附图中设有相同的附图标记。附图和在图中示出的元件相互间的大小比例不能够视作是按照比例的。相反地，为了更好的可视性和/或为了更好的理解能够夸张大地示出个别元件。

具体实施方式

图1示出载体1的示意剖面图，所述载体例如能够构成为替选于在此描述的载体。载体1包括基体11，所述基体例如用电绝缘的材料、例如未掺杂的硅或陶瓷材料构成。此外，可能的是，基体11用导电的材料或半导体的材料构成。基体在该情况下必要时包括适合的电绝缘的覆层。

在载体的下侧1b上，将p型侧的连接部位12施加到基体1的下侧11b上。p型侧的连接部位借助于通孔17与结构化的载体侧的连接剂层15的一个区域导电地连接。此外，在基体的下侧11b上施加n型侧的连接部位13，所述n型侧的连接部位借助于通孔17导电地与结构化的载体侧的连接剂层15的另一个区域连接。在根据图1的载体中，连接剂层15仅具有与两个连接部位中的一个连接部位导电地连接的区域。电绝缘的区域不具有连接剂层15。因此，布线，也就是以空间的方式绝缘的接触部位的尤其金属的导电连接必须在光电子结构2之内进行。这在那经由结构化的导电层114进行。因为这种结构化的导电层114能够施加在光电子结构的朝向载体1的下侧上，所以相对厚的钝化层24是必要的。在此，能够得出的缺点是，在镜层22和结构化的导电层114的一部分之间构成势能差ΔU，所述势能差ΔU≠0。所述势能差导致钝化层23、24的电负荷并且能够在半导体芯片中驱使不期望的扩散过程。

结合图2的示意剖面图详细地描述在此描述的载体1连同在此描述的光电子结构2的一个实施例。载体1和光电子结构2共同形成在此描述的光电子半导体芯片的一个实施例。

图2B示出在载体1的基体11的上侧11a上的结构化的导电层14的示意俯视图。

在本文中，载体1包括基体11，所述基体构成为电绝缘的。基体11例如由电绝缘的材料制成并且为此能够包含硅和/或陶瓷材料。

在基体1的下侧11b上设置有p型侧的连接部位12和n型侧的连接部位13。连接部位12、13分别经由通孔17与载体的上侧上的结构化的导电层14导电地连接。结构化的导电层14在此划分成与n型侧的连接部位13导电连接的第一区域14a和与p型侧的连接部位12导电连接的第二区域14b。在图2B的俯视图中能够观察到，第二区域14b例如能够由第一区域14a包围。连接部位和结构化的导电层14优选地包含良好导电的金属，例如金。

因此，结构化的导电层14将通过连接部位12、13注入的电流在基体的上侧11a上分配。

在结构化的导电层14的背离基体11的一侧上，设置有导电的结构化的载体侧的连接剂层15。载体侧的连接剂层15部分地与结构化的导电层14导电地接触。在另外的区域中，在结构化的载体侧的连接剂层15和结构化的导电层14之间设置有电绝缘的钝化材料16。连接剂层例如包含焊料，例如金和/或锡。钝化材料能够用二氧化硅和/或氮化硅构成。此外，将陶瓷材料、例如氧化铝和/或氮化铝用作钝化材料也是可行的。

钝化材料16仅在与n型侧的连接部位13导电连接的第一区域14a中与导电层14接触。在载体侧的连接剂层15与导电层14直接接触的部位上，载体侧的连接剂层15的厚度选择成，使得载体1总体上具有均匀的厚度。

借助于钝化材料16实现结构化的馈电部，使得电流有针对性地导向光电子结构2的接触部26a、26b。经由导电地与p型侧的连接部位12连接的接触部26a，光电子结构2在p型侧是电连接的。经由导电地与n型侧的接触部位13连接的n接触部26b，光电子结构2在n型侧连接。从n型侧的连接部位13到在本文中横截面构成为圆形的n接触部26b的电流分配不如同在图1的替选的实例中示出的那样经由结构侧的结构化的导电层114进行，而是已经在载体上经由载体侧的结构化的导电层14进行。连接部位以及接触部例如由良好导电的材料，例如金、银和/或铝构成。

光电子结构2在本文中包括半导体层序列21，所述半导体层序列例如基于III-V族化合物半导体材料。III/V族化合物半导体材料具有至少一种第三主族中的元素，例如B、Al、Ga、In以及第五主族中的元素，例如N、P、As。尤其地，术语“III/V族化合物半导体材料”包括二元、三元或四元的化合物的组，所述化合物包含至少一种第三主族中的元素和至少一种第五主族中的元素，例如氮化物和磷化物化合物半导体。此外，这种二元、三元或四元的化合物例如能够具有一种或多种用于p掺杂和n掺杂的掺杂材料以及附加的组成部分。

半导体层序列21包括p掺杂的p型侧21a、n掺杂的n型侧21b以及有源区域21c，所述有源区域设置在两侧之间。在光电子结构2的朝向载体1的一侧上设置有镜层22，所述镜层能够由两个或更多个层组成。镜层22在此施加到半导体层序列21的p型侧21a上并且用于半导体层序列21的p型侧的接触。镜层21例如包含银。

为了半导体层序列21的n型侧21b的n型侧接触，光电子结构2具有结构侧的通孔27，所述通孔例如用结构侧的连接剂层25的材料填充并且在n接触部26b上接触半导体层序列21。

光电子结构2在朝向载体的一侧上具有结构化的结构侧的连接剂层25，所述连接剂层包括n区域25b，所述n区域与半导体层序列21的n型侧21b导电地连接。此外，结构侧的连接剂层25具有p区域25a，所述p区域导电地与镜层22进而与半导体层序列21的p型侧21a连接。

在此，结构侧的连接剂层的n区域25b在——例如垂直于有源区域21c的主延伸方向的——竖直方向R上并且在与其垂直的横向方向上不与镜层22重叠。相反地，结构侧的连接剂层25的在竖直方向上重叠的部分是p区域25a，使得势能差ΔU=0。以该方式，可能的是，弃用相对厚的钝化层24并且镜层22仅通过较薄的钝化层23与连接剂层25分开。在极端情况下，也能够在镜层22的区域中完全弃用在镜层22和结构侧的连接剂层25之间的钝化材料。

换言之，在图2A和2B的实施例中，弃用在光电子结构2上的双层金属化部，所述双层金属化部相反而位于载体1上，在那，连接剂层15部分地通过钝化材料16与导电层13电绝缘。在载体上进行用于向n接触部26b馈电的布线并且连接剂层25、例如焊接金属在绝大部分上、也就是在p区域25a中具有p极性。因此，大面积的镜层22处于同连接剂层25相同的电势并且现有的钝化层23、24以该方式几乎没有电负荷。钝化材料16的这种负荷尽管在载体1的一侧上出现；然而，在那，钝化材料16仅施加到平坦的面上，也就是说，不存在形貌，因此，载体侧上的钝化材料16能够更强地被负荷。

本发明不局限于根据实施例进行的描述。相反地，本发明包括每个新特征以及特征的任意的组合，这尤其是包含在权利要求中的特征的任意的组合，即使所述特征或所述组合自身没有明确地在权利要求中或实施例中说明时也如此。

本申请要求德国专利申请102011012924.3的优先权，其公开内容通过参引并入本文。

Claims (9)

1.一种用于光电子结构（2）的载体（1），所述载体具有

-基体（11），尤其是电绝缘的基体，

-在所述基体（11）的下侧（11b）上的至少一个n型侧的连接部位（13），

-在所述基体（11）的下侧（11b）上的至少一个p型侧的连接部位（12），

-在所述基体（11）的与下侧（11b）对置的上侧（11a）上的结构化的导电层（14），以及

-在结构化的所述导电层（14）的背离所述基体（11）的一侧上的结构化的且导电的载体侧的连接剂层（15），其中

-结构化的所述导电层（14）在第一区域（14a）中导电地与所述n型侧的连接部位（13）连接，

-结构化的所述导电层（14）在第二区域（14b）中导电地与所述p型侧的连接部位（12）连接，

-所述导电层（14）的所述第一区域（14a）和所述第二区域（14b）彼此电绝缘，

-载体侧的所述连接剂层（15）部分地与所述导电层（14）直接接触，以及

-在所述导电层（14）和载体侧的所述连接剂层（15）之间部分地设置有电绝缘的钝化材料（16）。

2.根据上一项权利要求所述的载体，

其中所述钝化材料（16）部分地设置在所述导电层（14）和载体侧的所述连接剂层（15）之间，其中所述钝化材料（16）与所述导电层（14）和所述连接剂层（15）直接接触，其中存在载体侧的所述连接剂层（15）的下述至少一个区域：在所述至少一个区域中，载体侧的所述连接剂层（15）仅机械地与所述导电层（14）连接，其中机械连接由电绝缘的所述钝化材料（16）实现并且在所述至少一个区域中在载体侧的所述连接剂层（15）和所述导电层（14）之间不存在导电的接触部。

3.根据上一项权利要求所述的载体，

其中所述钝化材料（16）仅在所述第一区域（14a）中与所述导电层（14）直接接触。

4.根据上述权利要求之一所述的载体，

其中所述连接部位（12，13）分别借助于至少一个通孔（17）与所述导电层（14）导电地连接，其中所述通孔（17）穿过所述基体（11）从所述基体（11）的下侧（11b）延伸至上侧（11a）。

5.根据上述权利要求之一所述的载体，

其中所述基体（11）由硅和/或陶瓷材料构成。

6.一种光电子半导体芯片，所述光电子半导体芯片具有

-根据上述权利要求之一所述的载体（1）以及

-光电子结构（2），所述光电子结构（2）借助于载体侧的所述连接剂层导电地且机械地与所述载体连接。

7.根据上一项权利要求所述的光电子半导体芯片，

其中所述光电子结构（2）包括下述部件：

-具有有源区域（21c）的半导体层序列（21），

-镜层（22），所述镜层（22）设为用于反射在所述有源区域（21c）中产生的电磁辐射并且与所述半导体层序列（21）的p型侧（21a）导电地连接，以及

-至少一个结构侧的通孔（27），所述通孔（27）导电地接触所述半导体层序列的n型侧（21b）并且从所述p型侧（21a）穿过所述有源区域（21c）延伸至所述n型侧（21b）。

8.根据上述权利要求之一所述的光电子半导体芯片，所述光电子半导体芯片具有

-结构化且导电的结构侧的连接剂层（25），所述连接剂层（25）与载体侧的所述连接剂层（15）直接接触，其中两个所述连接剂层（15，25）机械固定地彼此连接。

9.根据上一项权利要求所述的光电子半导体芯片，

其中

-结构侧的所述连接剂层（25）具有至少一个p区域（25a），所述p区域（25a）导电地与所述p型侧的连接部位（12）连接，以及

-结构侧的所述连接剂层（25）具有至少一个n区域（25b），所述n区域（25b）导电地与所述n型侧的连接部位（13）连接，其中

-结构侧的所述连接剂层（25）的所述n区域（25b）和所述镜层（22）不相互重叠。

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