CN103460413A - 用于制造光电子器件的方法和这样制造的器件 - Google Patents
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Abstract
说明了一种用于制造光电子器件（10）的方法。提供半导体芯片（2），其具有适于产生辐射的有源层并且被布置在载体（1）上。将弥散材料（3）至少局部地施加在半导体芯片（2）上和/或载体（1）上。该弥散材料包含基质材料（31）和嵌入基质材料中的颗粒（32）。在施加弥散材料（3）之前对半导体芯片（2）的背离所述载体（1）的芯片边缘（22）进行改性，使得弥散材料（3）在施加在芯片边缘（22）处时至少部分地被分离为该弥散材料的组成部分。此外，还说明了一种这样制造的器件（10）。
Description
技术领域
本发明涉及用于制造包括半导体芯片和弥散材料的光电子器件的方法，和这样制造的器件。
传统上已知将弥散材料施加到半导体芯片上。所述弥散材料在此例如包括基质材料和嵌入其中的反射性颗粒。在此，在施加到半导体芯片上时要注意的是，反射性颗粒不被沉积到芯片表面上，以便不会对半导体芯片的耦合输出效率产生负面影响。在要涂层的和不要涂层的表面之间的分离传统上通过弥散材料的空间上有针对性的施加来实现。在此弥散材料的体积被控制为，使得不要涂层的表面保持干净，也即其上不沉积弥散材料。然而，这里缺点是弥散材料的体积在这种方法中是受限制的，但是由此同样不利的是在弥散材料的反射性颗粒处的反射性是受限制的。同时，这里工艺安全性是低的并且要求提高的工艺控制。
发明内容
本申请的任务是说明一种光电子器件的制造方法，该方法避免了上述的缺点。按照该申请的制造方法的出众之处尤其是在于提高的工艺安全性和降低的工艺成本。此外，本申请的任务还在于说明一种这样制造的器件，其中耦合输出效率被提高并且同时更好地抑制了侧向上的辐射发射。
这些任务尤其是通过具有权利要求1的特征的制造方法和具有权利要求12的特征的器件来解决。所述制造方法和器件的有利的改进方案是从属权利要求的主题。
在一种实施方式中说明了具有下面的方法步骤的用于制造光电子器件的方法：
－提供半导体芯片，该半导体芯片具有适于产生辐射的有源层并且被布置在载体上，
－将弥散材料至少局部地施加在半导体芯片上和/或载体上，该弥散材料包含基质材料和嵌入其中的颗粒，
其中
－在施加弥散材料之前对半导体芯片的至少一个背离所述载体的芯片边缘进行改性，使得弥散材料在施加在芯片边缘处时至少部分地被分离为该弥散材料的组成部分。
通过有针对性地改变芯片边缘，可以实现在与芯片边缘接触时分离弥散物。优选通过对芯片边缘的改性来将弥散材料分离成基质材料与颗粒。由此，存在如下可能性：确定的面保持没有弥散的固体，而其他面同时被完全弥散物覆盖。
所述分离相应地优选被进行为使得弥散材料的区域仅仅包括基质材料而不包括颗粒，而其他区域具有带有基质材料的弥散材料和嵌入其中的颗粒。在该弥散材料中优选地构造仅仅由基质材料组成的区域。包括不同区域的该弥散材料在此被一体地构造并且因此在一个方法步骤中共同地被施加。
该弥散材料的颗粒例如是反射性颗粒。包括颗粒的该弥散材料优选地不在芯片表面沉积，而是仅仅侧向或者是横向于半导体芯片地沉积。反射性颗粒在此用作由半导体芯片发射的辐射的反射器，其中有利地提高了这种器件在运行中的耦合输出效率。此外，利用这样施加的弥散材料可以抑制来自器件的不期望的侧向辐射发射，使得该器件优选在前向方向上发射辐射。
概念“芯片边缘”优选地是指半导体芯片的辐射出射面的边缘。同样，概念“芯片边缘”可以表示在辐射出射面俯视图中的外部边界线。改性可以限制于半导体芯片的如下区域，该区域在俯视图中看从芯片边缘起直到半导体芯片的内部区域。半导体芯片的侧面、尤其是芯片边缘的外部和/或从芯片边缘出发朝着离开辐射出射面的方向，可以没有改性。
半导体芯片优选是光电子半导体芯片，其能够实现将电子产生的数据或能量转换成光发射或者反过来。例如光电子半导体芯片是发射辐射的半导体芯片。优选的是，半导体芯片是LED、尤其优选的是薄膜LED。在本申请的范畴中，将LED看作薄膜LED，在其制造期间，生长衬底优选被完全除去，其中在该生长衬底上外延生长了半导体本体。
器件的辐射特性描述了涉及主辐射方向上强度的光强度的角度相关性。该主辐射方向在此是涉及有源层或半导体芯片的横向延伸的垂直方向。
在一个改进方案中，通过对芯片边缘的改性来构造在弥散材料和基质材料之间的分离边缘。在分离边缘处尤其是阻挡颗粒。分离边缘将弥散材料分离，使得在分离边缘的一侧上仅仅存在基质材料，而在分离边缘的另一侧上存在基质材料和嵌入基质材料中的颗粒。没有颗粒的基质材料优选布置在芯片表面上。例如在芯片旁和芯片边缘旁，构造带有基质材料和嵌入的颗粒的弥散材料并且在芯片上仅仅构造基质材料。
在一个改进方案中，通过对芯片边缘的改性来构造颗粒的过滤器功能。芯片边缘相应地具有针对弥散物的固体组成部分的过滤器功能。在此，这些颗粒被阻挡在芯片边缘之后。因此，存在如下可能性，保持芯片表面没有弥散物的固体，而在半导体芯片旁该载体被完全的弥散物覆盖。
在一种改进方案中，通过改性在芯片边缘处沉积颗粒。从而在芯片边缘处阻挡颗粒，由此颗粒在该部位聚积。由此颗粒在芯片边缘处以较高的浓度沉积，这有利地导致，更好地抑制了不希望的侧向的辐射发射。在此，芯片表面不具有或几乎不具有颗粒。在弥散材料的其余区域中，存在嵌入的颗粒，其中嵌入的颗粒的极大部分存在于芯片边缘处。
在一种改进方案中，除了芯片边缘外还将背离载体的芯片表面改性。在该情况下，不仅仅芯片边缘被有针对性地改变，而且芯片表面同样被改变，使得芯片表面附加地被构造为使得其上不附着颗粒。由此可以进一步实现，在芯片表面上例如不沉积反射性颗粒，从而由此不会不利地减少或改变辐射效率。
在一种改进方案中，基质材料包含硅酮和颗粒TiO2。相应地，这些颗粒是适于散射由半导体芯片发射的辐射的反射性颗粒。TiO2颗粒在此有利地不是沉积在芯片表面上，而是沉积在半导体芯片旁，在那里它们有利地用作反射器，从而提高了耦合输出效率并且抑制了侧向上从器件发射的辐射。
在一种改进方案中，载体是壳体的部分，该壳体具有其中布置有半导体芯片的空腔。弥散材料在此被施加在芯片壳体中，其中该材料仅仅沉积在壳体中的确定部位上。
在一种改进方案中，在施加弥散材料之前在载体上施加另外的半导体芯片，为了改性至少局部地对所述另外的半导体芯片涂覆保护层。载体和半导体芯片例如构造成半导体晶片，该半导体晶片在接下来的方法步骤中继续被处理。在此，例如在共同的方法中将保护层施加到半导体芯片上。载体在此优选构成为平面的，从而不是壳体的部分。
在一种改进方案中，保护层被构造为使得其改变半导体芯片的表面能量，使得弥散材料不附着在半导体芯片的表面上。侧向上施加到晶片上的弥散物在此可以有利地不到达半导体芯片的表面并且不在那里沉积，使得在该表面上不沉积反射性颗粒。
在一种改进方案中，保护层包含聚四氟乙烯，也被称为特富龙。
在一种改进方案中，保护层完全覆盖半导体芯片的背离载体的表面。同样可能的是，保护层仅仅部分地覆盖该表面并且仅仅沿着芯片边缘来施加。保护层有利地对于由半导体芯片在运行中产生的辐射是可被透射的。
在一种实施方式中，保护层具有最高100nm或者最高50nm或者最高25nm的厚度。代替地或者附加地，保护层的厚度为至少1nm或至少5nm或至少10nm。
在一种实施方式中，芯片边缘的改性通过半导体芯片的背离载体的上侧和/或半导体芯片的横向于上侧定向的侧面的结构化来实现。所述结构化可以是上侧和/或侧面的打毛。可能的是，该结构化延伸超出整个上侧或者该结构化仅仅沿着芯片边缘在上侧和/或在侧面上延伸。
在一种实施方式中，该结构化通过在上侧处的突起来构成。这些突起尤其是棱锥形或者棱锥台形。例如借助蚀刻产生这些突起。这些突起的平均高度优选为至少0.5μm和/或最多1.5μm。这些突起的平均齿形角例如在包括端值的45°至70°之间。
在一种实施方式中，弥散材料的颗粒具有平均直径，该平均直径至少是突起的平均高度的一半或者至少如突起的平均高度那么大。代替地或者附加地，平均直径最大为突起的平均高度的两倍。通过这种突起，与这种颗粒共同作用，可以实现一种梳子或过滤器类型，颗粒、尤其是仅仅颗粒被保持附着在该梳子或过滤器中。
在一种实施方式中，这些颗粒在俯视图中看从芯片边缘出来并且到达半导体芯片的上侧的中心，到达该上侧上最多直至50μm或者到达该上侧上最多直至20μm或者到达该上侧上最多直至10μm。这不排除：颗粒的可忽略的部分例如最多1%也继续到达上侧。同样，在俯视图中看，上侧是没有颗粒的，从而没有或者基本没有颗粒到达上侧。基质材料可以作为颗粒继续到达表面。
在一种实施方式中，光电子器件具有半导体芯片，该半导体芯片包括适于产生辐射的有源层并且被布置在载体上。至少局部地在该半导体芯片和/或载体上布置有弥散材料。该弥散材料包括基质材料和嵌入其中的颗粒并且被一体地构造。在半导体芯片的芯片边缘处构造有在弥散材料和基质材料之间的分离边缘。
与制造方法结合地提到的特征和优点也适于器件并且反过来也是。
弥散材料的颗粒是反射性颗粒。在分离边缘处将弥散材料分开，使得基质材料处于半导体芯片的芯片表面上，而颗粒沉积在芯片边缘处，由此器件的辐射特性不会受到不利的影响。此外，侧向上的耦合输出辐射有利地通过与芯片横向布置的颗粒来抑制。
在一种改进方案中，基质材料超出分离边缘地被一体地构造。例如，基质材料在一个共同的方法步骤中被施加。
在一种改进方案中，在背离载体的芯片表面上布置基质材料，并且在载体表面上布置弥散材料。在载体表面上的、该弥散材料的基质材料在此与在芯片表面上的基质材料一体地构造，使得在芯片表面的基质材料和载体表面的弥散材料之间不出现不利的全反射效应。由此有利地减小了辐射被反向反射到半导体芯片中，由此进一步有利地提高了耦合输出效率。
在一种改进方案中，在芯片边缘处沉积了弥散材料的颗粒。在此，颗粒不仅仅沉积在芯片边缘处，而且也沉积在半导体芯片旁的弥散材料中。但是，颗粒的极大部分沉积在芯片边缘处，由此可以有利地进一步抑制从器件的侧向的辐射发射。
附图说明
本发明的其他优点和有利的改进方案从下面结合图1至4描述的实施例得出。其中：
图1示出了本发明器件的实施例的适应性俯视图，
图2A示出了按照图1的实施例的器件的俯视图的拍摄图，
图2B示出了包含有按照图2A的实施例的器件的表面改性的曲线图，
图3示出了本发明器件的实施例的示意性横截面，以及
图4示出了涉及器件的本发明制造方法的流程图。
在这些图中，相同的或功能相同的组成部分可以分别设置有相同的参考标号。所示的组成部分和其相互之间的大小关系不视为合乎比例尺的。相反，各个组成部分、例如层、结构、组件和区域为了更好的显示和/或为了更好的理解起见而被过度加厚或放大尺寸地示出。
具体实施方式
在图1中示出了器件10的俯视图，该器件具有载体1和布置在载体1上的半导体芯片2。半导体芯片2例如是LED，优选是薄膜LED。
半导体芯片2具有由半导体材料制成的半导体本体。半导体材料例如是III/V半导体材料。该半导体芯片具有被设置用于并且适于产生辐射的有源层。半导体芯片2包括外延沉积的层，这些层构成该芯片，其中有源层被集成在这些层中。
半导体芯片2具有辐射出射侧，将在有源层中发射的辐射的绝大部分从芯片中由该辐射出射侧耦合输出。辐射出射侧当前构成芯片表面21，其在图1的实施例中在俯视图中示出。
载体1例如平面地构造，优选被构造为载体板。代替地，该载体1也可以是壳体的部分。在该情况下，该壳体具有空腔，半导体芯片2被布置在该空腔中。在图1的实施例中，载体1是这种壳体110的部分。
在壳体的空腔中引入弥散材料，该弥散材料填满空腔。在此，该弥散材料具有基质材料31并且具有嵌入基质材料中的颗粒32。嵌入的颗粒例如是反射性颗粒，其适于对由有源层发射的辐射进行散射。
基质材料例如是硅酮，颗粒例如是TiO2颗粒。
在半导体芯片2的芯片边缘22处构造有在该弥散材料3和基质材料31之间的分离边缘。尤其是，芯片边缘22具有基质材料31和颗粒32。在此，在芯片表面21上仅仅布置有基质材料31，而在芯片2旁在载体表面11上布置有弥散材料3，弥散材料3包含基质材料31和颗粒32。弥散材料3因此具有两个区域3a，3b，其中第一区域3a布置在半导体芯片2上方并且第二区域3b布置在半导体芯片2旁。第一区域3a仅仅具有基质材料而没有嵌入的颗粒。第二区域3b具有嵌入的颗粒在基质材料中的弥散。在此，在半导体芯片2上方的基质材料31与在半导体芯片2旁的基质材料31被一体地构造。
芯片边缘22形成对于颗粒32的过滤器功能。在此，大量颗粒32直接沉积在芯片边缘22处，其中颗粒同样嵌入在半导体芯片2旁的弥散材料的剩余基质材料中。
将弥散材料3分成基质材料31和颗粒32基于半导体芯片的芯片边缘和芯片表面的改性来进行。通过有针对性地改变芯片表面和芯片边缘可以实现，在芯片边缘上将弥散材料分离并且因而构造出针对弥散物也即颗粒的固体组成部分的过滤器功能。在此，这些颗粒被阻挡在芯片边缘之后并且因此聚积在该芯片边缘处。
该应用的优点在于如下可能性，即芯片表面保存没有颗粒，而载体表面同时被完全的弥散物覆盖。此外，还存在如下可能性，即弥散物的颗粒以更高的浓度积聚在芯片边缘处。由此可以实现，颗粒仅仅积聚在器件的希望这种积聚的部位。由此例如可以阻止由有源层发射的辐射在芯片表面上方的颗粒上的反射，由此有利地提高了耦合输出效率。同时，在半导体芯片旁的弥散材料中的颗粒用作反射器，由此由有源层发射的辐射可以在颗粒上向辐射耦合输出侧的方向反射。此外，有利地通过颗粒的这种布置抑制了辐射从器件的侧向的发射。这种抑制通过在芯片边缘处的更高的颗粒浓度来改善。
在图2A中示出了按照图1的实施例的器件的照片的片段。这里，在芯片边缘22处构造了TiO2颗粒32的提高的浓度。在此，在芯片表面上的区域3a中没有布置TiO2颗粒。相应地，芯片边缘22用作针对颗粒32的过滤器功能。在半导体芯片旁构造有第二区域，在其中布置有包含基质材料和颗粒的弥散材料。在半导体芯片上方的基质材料和在半导体芯片旁的基质材料在此一体地构造，使得可以避免全反射。
半导体芯片在图2A的实施例中具有打毛部，其进一步提高了耦合输出效率，其方式是减少了在半导体芯片和基质材料之间的界面处的全反射。
此外，图2A的实施例与图1的实施例一致。
在图2B中示出了其中表现表面结构化的曲线图。借助虚线22示出将弥散材料分成第一区域3a和第二区域的芯片边缘。芯片边缘左边布置有包含基质材料和颗粒32的弥散材料。芯片边缘右边示出了无颗粒的基质材料。如从该曲线图可以看出地，在芯片边缘的左旁积聚有颗粒32，这借助表面值的高振幅来示出。相反，在芯片边缘右边没有积聚TiO2颗粒。该侧的振幅基于芯片表面的表面粗糙部23。然而，打毛结构23具有比TiO2颗粒小得多的高度。相应地，该曲线图示出，通过对芯片边缘和/或芯片表面的改性可以将基质材料构造为使得在改性的表面处或边缘处不附着颗粒，从而在该区域中该器件没有反射性颗粒。相反，其余区域具有嵌入在基质材料中的反射性颗粒。
图2B的曲线图尤其是对图2A的器件沿着横向伸展的表面测量。
在图3的实施例中，示出了器件10的横截面。在图3中示出的横截面例如是按照图1实施例的器件的横截面。
在壳体中、尤其是在壳体的空腔中布置有半导体芯片2，该半导体芯片具有背离壳体布置的芯片表面21。该空腔用弥散材料3来填充，其中弥散材料由于芯片表面改性和芯片边缘改性而具有三个区域。第一区域3a延伸在芯片表面上。在该区域中弥散材料仅仅具有基质材料31。在该区域中，颗粒没有嵌入基质材料中。在半导体芯片2的横向旁，另外的区域3b具有带有基质材料和嵌入其中的反射性颗粒（例如TiO2颗粒）的弥散材料。在一个或多个芯片边缘22处，构造有对于弥散材料3的颗粒32的过滤器功能，使得颗粒32成比例地积聚在芯片边缘22处。由于芯片表面和芯片边缘的改性可以在制造工艺中避免颗粒在芯片表面上出现并且附着。由此可以无颗粒地产生芯片表面。
器件10优选在前向方向上发射辐射，如在图3中借助箭头所示。该前向方向尤其是通过侧向发射的辐射在颗粒32处的有针对性的反射来实现。
此外，图3的实施例基本上与图1的实施例一致。
代替图1至3的实施例，半导体芯片可以不布置在壳体中，而是布置在平面载体中。此外，可能的是，在该平面的载体上布置多个半导体芯片。例如，该载体和该半导体芯片构成晶片。这些半导体芯片相应地可以共同地在该载体上被制造，尤其是被沉积。为了在这种晶片情况下对半导体芯片的表面进行改性，例如可以将保护层施加到半导体芯片上。在此，保护层被构造为使得其改变半导体芯片的表面能量，从而稍后要施加的弥散材料不附着在半导体芯片的表面上，使得在所述区域中不布置反射性颗粒。保护层例如包含特富龙。
在图4中示出了用于制造例如在图1至3中所示器件的流程图。在方法步骤V1中提供了半导体芯片，其具有适于产生辐射的有源层并且被布置在载体上。代替地，可以在晶片复合物中提供多个半导体芯片。
在方法步骤V2中接着至少将一个或多个半导体芯片的芯片边缘或者附加地也将芯片表面改性，使得接着要施加的弥散材料在改性的边缘或表面处被分离为该弥散材料的组成部分。在此，如下地进行分离，即在改性的表面上仅仅施加基质材料并且没有颗粒发生附着，而在未改性的表面上提供带有颗粒的弥散材料。
接着在方法步骤V3中，将弥散材料施加在半导体芯片和/或载体上。在此，弥散材料的颗粒被阻挡在改性的芯片边缘或芯片表面之后，由此颗粒不沉积在该部位上。而在改性的边缘或芯片表面之前，颗粒附着地沉积。例如，由TiO2颗粒和硅酮组成的弥散物在接触改性的芯片边缘或芯片表面时被分离为该弥散物的组成部分。在此，清澈的硅酮在芯片表面上蔓延，而TiO2颗粒在芯片边缘处沉积。
本发明不通过借助实施例的描述而被局限于这些实施例，而是包括每个新特征以及特征的每种组合，这尤其是包括在权利要求中的特征的每种组合，即使这些特征或组合本身没有明确在权利要求或实施例中说明。
本专利申请请求德国专利申请10 2011 016 567.3的优先权，其公开内容通过引用被结合于此。
Claims (15)
1.用于制造光电子器件（10）的方法，具有下面的方法步骤（V1，V2，V3）：
－提供半导体芯片（2），其具有适于产生辐射的有源层并且被布置在载体（1）上，
－将弥散材料（3）至少局部地施加在半导体芯片（2）上和/或载体（1）上，该弥散材料包含基质材料（31）和嵌入基质材料中的颗粒（32），
其中
在施加弥散材料（3）之前对半导体芯片（2）的至少一个背离所述载体（1）的芯片边缘（22）进行改性，使得弥散材料（3）在施加在芯片边缘（22）处时至少部分地被分离为该弥散材料的组成部分。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过对芯片边缘（22）的改性将弥散材料（3）分离成基质材料（31）和颗粒（32）。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，通过对芯片边缘（22）的改性来构造在弥散材料（3）和基质材料（31）之间的分离边缘。
4.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，通过对芯片边缘（22）的改性来构造颗粒（32）的过滤器功能。
5.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，通过改性在芯片边缘（22）处沉积颗粒（32）。
6.根据上述权利要求之一所述的方法，其中，附加地将背离载体（1）的芯片表面（21）改性。
7.根据前述权利要求之一所述的方法，其中，该基质材料（31）包含硅酮和颗粒（32）TiO2。
8.根据前述权利要求之一所述的方法，其中，载体（1）是壳体的部分，该壳体具有其中布置有半导体芯片（2）的空腔。
9.根据前述权利要求之一所述的方法，其中，在施加弥散材料（3）之前在载体（1）上施加另外的半导体芯片（2），为了改性至少局部地对这些另外的半导体芯片涂覆保护层。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，保护层被构造为使得其改变半导体芯片（2）的表面能量，使得弥散材料（3）不在芯片表面（21）上附着。
11.根据权利要求9或10所述的方法，其中所述保护层包含聚四氟乙烯或者由其构成。
12.带有半导体芯片（2）的光电子器件（10），该半导体芯片具有适于产生辐射的有源层并且被布置在载体（1）上，其中
-至少局部地在该半导体芯片（2）和/或载体（1）上布置有弥散材料（3），该弥散材料包括基质材料（31）和嵌入基质材料中的颗粒（32）并且被一体地构造，并且
-在半导体芯片（2）的芯片边缘（22）处构造有在弥散材料（3）和基质材料（31）之间的分离边缘。
13.根据权利要求12所述的器件，其中基质材料（31）超出分离边缘地被一体地构造。
14.根据权利要求12或13所述的器件，其中在背离载体（1）的芯片表面（21）上布置基质材料（31），并且在载体表面（11）上布置弥散材料（3）。
15.根据上述权利要求12至14之一所述的器件，其中在芯片边缘（22）处沉积了弥散材料（3）的颗粒（32）。
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