DE102008003423A1

DE102008003423A1 - Optoelektronisches Halbleiterbauelement und aus diesem hergestellte Leuchtdiode

Info

Publication number: DE102008003423A1
Application number: DE200810003423
Authority: DE
Inventors: Ming-Shun Lee
Original assignee: UNI LIGHT TOUCHTEK CORP; UNI-LIGHT TOUCHTEK CORP
Current assignee: UNI LIGHT TOUCHTEK CORP; UNI-LIGHT TOUCHTEK CORP
Priority date: 2008-01-07
Filing date: 2008-01-07
Publication date: 2009-07-23

Abstract

Die Erfindung betrifft ein optoelektronisches Halbleiterbauelement, das ein Halbleiterleuchtelement oder ein Halbleiterlichtsensor ist, wobei auf dem optoelektronischen Halbleiterbauelement eine Passivationsschicht gebildet ist, die aus organischem dielektrischem Material hergestellt ist, eine niedrige Prozesstemperatur aufweist und sich beim nachfolgenden Prozess nicht leicht ablösen läßt.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein optoelektronisches Halbleiterbauelement und eine aus diesem hergestellte Leuchtdiode, die eine Passivationsschicht aus organischem dielektrischem Materialaufweist, um das optoelektronische Halbleiterbauelement zu schützen.
Stand der Technik
Das optoelektronische Bauelement dient zur Umwandlung des Lichtsignals in Stromsignal oder des Stromsignals in Lichtsignal. Das vordere kann ein CCD-Sensor, ein CMOS-Sensor oder ein Laserlesekopf eines DVD-Spielers und das letzere kann ein LCD-Monitor, eine Leuchtdiode oder eine Laserdiode sein. Diese optoelektronsichen Bauelemente werden durch das Halbleiterherstellungsverfarhen und das Halbleitermaterial hergestellt. Auf dem optoelektronsichen Bauelement ist üblicherweise eine Passivationsschicht gebildet, um das optoelektronische Bauelement zu schützen. Diese Passivationsschicht ist üblicherweise aus anorgnischem dielektrischem Material, wie Aluminiumoxid, Siliziumnitrid, Siliziumoxid, Siliziumoxynitrid, Tantalumoxid, Titaniumoxid, Kalziumchlorid, Hafniumoxid, Zinksulfid oder Zinkoxid, hergestellt. Diese Materialien werden durch das epitaxische Verfahren, wie Gasphasen-Epitaxie oder Molekularstrahl-Epitaxie, abgeschieden. Dieses Halbleiterherstellungsverfahren weist eine höhere Prozesstemperatur auf, so dass der Wärmeaufwand hoch ist. Zudem muß die Schichtabscheidung in einer Prozesskammer durchgeführt werden, in der ein Vakuum herscht. Ferner können sich diese Materialien beim nachfolgenden Prozess ablösen, so dass ein Schutz des Halbleiterelementes gegen Feuchtigkeit und Oxidation nicht gewährleistet werden kann.
Aus diesem Grund hat der Erfinder die vorliegende Erfindung entwickelt.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein optoelektronisches Halbleiterbauelement zu schaffen, das eine Passivationsschicht aus organischem dielektrischem Material aufweist, um das optoelektronische Halbleiterbauelement zu schützen, wobei die Passivationsschicht eine niedrige Prozesstemperatur besitzt und durch Rotationsbeschichtung aufgetragen werden kann, so dass eine Vakummkammer nicht erforderlich ist und die Passivationsschicht beim Atmosphärendruck abgeschieden werden kann.
Der Erfindung liegt eine weitere Aufgabe zugrunde, ein optoelektronisches Halbleiterbauelement zu schaffen, wobei sich die Passivationsschicht beim nachfolgenden Prozess nicht ablösen läßt.
Diese Aufgaben werden durch das erfindungsgemäße optoelektronische Halbleiterbauelement gelöst, das bestehend aus einem Substrat, einer Halbleiterschicht auf dem Substrat, einer Vielzahl von Elektroden auf der Halbleiterschicht, und einer organischen Passivationsschicht, die die Halbleiterschicht überdeckt und die Elektroden freilegt, um das optoelektronische Halbleiterbauelement zu schützen. Die Halbleiterschicht kann die Elektrizitätsenergie in Lichtenergie oder die Lichtenergie in Elektrizitätsenergie umwandeln. Die organsiche Passivationsschicht ist aus ABS, Epoxidharz, PMMA, Acrylonitrilbutadienstyren-Copolymer, Polymerethylmethacrylat, Polysulfon, Polyethersulfon, Polyetherimid, Polyimid, Polyamidimid, Polyphenylensulfid, Siliziumkarbid-Thermoset oder deren Kombination hergestellt.
Die Erfindung betrifft noch eine Leuchtdiode, die bestehend aus einem Substrat, einer Halbleiterdiode auf dem Substrat, und einer organischen Passivationsschicht, die die Halbleiterdiode überdeckt. Das Substrat ist aus Metall, Saphir, Silizium, SiC, GaAs oder GaN-basierter III-V-Halbleiterverbindung hergestellt. Die organsiche Passivationsschicht ist aus ABS, Epoxidharz, PMMA, Acrylonitrilbutadienstyren-Copolymer, Polymerethylmethacrylat, Polysulfon, Polyethersulfon, Polyetherimid, Polyimid, Polyamidimid, Polyphenylensulfid, Siliziumkarbid-Thermoset oder deren Kombination hergestellt. Die organische Passivationsschicht hat einen Brechungskoeffizient von 1 bis 2,33.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 eine Darstellung der Leuchtdiode,
2 eine Darstellung der Leuchtdiode mit einer organischen Passivationsschicht,
3 eine Darstellung der Leuchtdiode mit einer organischen Passivationsschicht, die Öffnungen für die Elektroden bildet.
Wege zur Ausführung der Erfindung
Die Erfindung verwendet organisches dielektrisches Material für Passivationsschicht des optoelektronischen Bauelementes. Das optoelektronische Bauelement kann ein Halbleiterelement, wie Leuchtdiode, Laserdiode, CCD-Sensor, CMOS-Sensor oder LCD-Monitor sein. Insbondere bei der Herstellung von LCD-Monitor kann das normale epitaxische Verfarhen zum Aufwachsen von kristallisiertem Silizumoxid oder Siliziumnitrid nicht verwendet werden, da das Glassubstrat eine niedrige Temperaturbeständigkeit aufweist. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann auf dem Dünnschichttransistor oder Farbfilter des LCD-Monitors eine Passivationsschicht gebildet sein.
Die Passivationsschicht dient zum Schutz des optoelektronischen Bauelementes gegen Feuchtigkeit oder Oxidation und wird nach der Herstellung des Bauelementes gebildet. Danach wird die Passivationsschicht an den geeigneten Stelle abgetragen, um die Eletroden des Bauelementes freizulegen. Die Drähte können durch Wirebonding oder Flip-Chip mit den Elektroden elektrisch verbunden werden.
Das organsiche dielektrische Material kann ABS, Epoxidharz, PMMA, Acrylonitrilbutadienstyren-Copolymer, Polymerethylmethacrylat, Polysulfon, Polyethersulfon, Polyetherimid, Polyimid, Polyamidimid, Polyphenylensulfid, Siliziumkarbid-Thermoset oder deren Kombination sein.
Die obengenannten Materialien können durch Rotationsbeschichtung direkt auf das optoelektronische Bauelement aufgetragen werden. Dieser Vorgang kann bei einer niedrigeren Temperatur und dem Atmosphärendruck durchgeführt werden. Das CVD-Verfahren hat überlicherweise eine Arbeitstemperatur von 500–1000°C. Die Prozesstemperatur der Erfindung liegt nur im Bereich zwischen der Raumtemperatur und 450°C. Die Schichtabscheidung dauert ca. 20 Minuten bis eine Stunde. Der Druck der Prozesskammer entspricht ungefähr dem Atmosphärendruck. Die Prozesszeit ist von dem organischen dielektrischen Material und der Prozesstemperatur abhängig. Je niedrig die Prozesstemperatur ist, desto länger ist die Prozesszeit.
Die dadurch erhaltene organische dielektrische Schicht kann durch Mikrolithographie und Ätzen abgetragen werden, um die Elektroden freizulegen, damit das Wirebonding oder die Kapselung durchgeführt werden kann. Die Mikrolithographie und das Ätzen enthalten die folgenden Schritte: Beschichten von Photoresist, Weichbacken, Belichten, Entwickeln, Hartbacken, Ätzen, Entfernen des Photoresists. Das Ätzen kann ein Naßätzen oder Trockenätzen sein. Die Ätzlösung wird entsprechend dem organischen dielektrischen Material gewählt.
Im folgenden Ausführungsbeispiel ist das optoelektronische Bauelement eine Leuchtdiode. Darauf ist die Erfindung jedoch nicht beschränkt.
1 zeigt eine Leuchtdiode 10, die von unten nach oben ein Substrat 12, eine p-Halbleiterschicht 14, eine Aktivschicht 15, eine n-Halbleiterschicht 16, eine Stromverteilungsschicht 17, eine p-Elektrode 18 auf der p-Halbleiterschicht 14 und eine n-Elektrode 19 auf der n-Halberleiterschicht 16 umfaßt. Das Substrat 10 kann aus Halbleitermaterial, Halbleiterverbindung, wie SiGe, SiC, GaP, InP und GaAs, quaternärer Halbleiterverbindung, wie AlGaInN, GaN-basierter Halbleiterverbindung, transparentem Nichthalbleiter, wie Saphir, oder Metall hergestellt werden.
Auf dem Substrat 12 sind überlicherweise eine p-Halbleiterschicht 14, eine Aktivschicht 15 und eine n-Halbleiterschicht 16 gebildet. Die p-Halbleiterschicht 14 entsteht durch Dotieren eines Halbleiterkristalls mit 3-wertigen Atomen und erzeugt positive Löcher als Ladungsträger. Dien-Halbleiterschicht 16 entsteht durch Dotieren eines Halbleiterkristalls mit 5-werten Atomen und erzeugt negative elektronen als Ladungsträger. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel kann kann das Material der Halbleiterschicht SiC, GaP, InP, GaAs, quaternäre Halbleiterverbindung, wie AlGaInN, oder GaN-basierte Halbleiterverbindung sein. Die Auswahl des Materials ist von Kristallgitter, Energieniveau, Epitaxie usw. abhängig. Die Aktivschicht 15 kann ein doppelter Hetero-Übergang, eine einfache Quantenbrunnen-Struktur oder eine mehrfache Quantenbrunnen-Struktur sein.
Die Stromverteilungsschicht 17 ist aus einem Leiter mit niedrigem Widerstandswert hergestellt. Wenn das Licht aus der Stromverteilungsschicht 17 ausgestrahlt wird, muß die Stromverteilungsschicht 17 aus transparentem Material, wie ITO und IZO, hergesetllt werden. Die p-Elektrode 18 muß aus Material, das mit der p-Halbleiterschicht 14 einen Ohm-Kontakt hat, und das n-Elektrode 19 muß aus Material, das mit der n-Halbleiterschicht 16 einen Ohm-Kontakt hat, hergestellt werden.
Wie aus 2 ersichtlich ist, ist auf der Leuchtdiode 10 eine organische dielektrische Schicht 20 gebildet, die aus ABS, Epoxidharz, PMMA, Acrylonitrilbutadienstyren-Copolymer, Polymerethylmethacrylat, Polysulfon, Polyethersulfon, Polyetherimid, Polyimid, Polyamidimid, Polyphenylensulfid, Siliziumkarbid-Thermoset oder deren Kombination hergestellt ist.
Das Material der dielektrischen Schicht kann direkt durch Rotationsbeschichtung auf die Leuchtdiode 10 aufgetragen werden. Dabei wird zunächst das Material in einer Lösung gelöst oder verflüssigt. Anschließend wird der Wafer auf einem Drehteller fixiert und das flüssige Material auf den Wafer aufgebracht. Durch die Zentrifugalkraft wird das Material gleichmäßig auf dem Wafer verteilt. Die Rotationsbeschichtung kann auch für die Beschichtung des Photoresists verwendet werden. Dieser Vorgang kann bei einer niedrigeren Temperatur und dem Atmosphärendruck durchgeführt werden. Das CVD-Verfahren hat überlicherweise eine Arbeitstemperatur von 500–1000°C. Die Prozesstemperatur der Erfindung liegt nur im Bereich zwischen der Raumtemperatur und 450°C, vorzugsweise zwischen 80 und 250°C, insbesondere zwischen 150 und 250°C. Die Schichtabscheidung dauert ca. 20 Minuten bis eine Stunde. Der Druck der Prozesskammer entspricht ungefähr dem Atmosphärendruck. Die Prozesszeit ist von dem organischen dielektrischen Material und der Prozesstemperatur abhängig. Je niedrig die Prozesstemperatur ist, desto länger ist die Prozesszeit.
Diese organische dielektrische Schicht hat einen Brechungskoeffizient von 1 bis 2,33, wodurch die Leuchtdiode 10 einen besseren Lichtwirkungsgrad aufweist.
Wie aus 3 ersichtlich ist, bildet die organische dielektrische Schicht 20 durch Mikrolithographie und Ätzen zwei Öffnungen 22, um die p-Elektrode 18 und die n-Elektrode 19 freizulegen, damit das Wirebonding oder die Kapselung durchgeführt werden kann. Die Mikrolithographie und das Ätzen enthalten die folgenden Schritte: Beschichten von Photoresist, Weichbacken, Belichten, Entwickeln, Hartbacken, Ätzen, Entfernen des Photoresists. Das Ätzen kann ein Naßätzen oder Trockenätzen sein. Die Ätzlösung wird entsprechend dem organischen dielektrischen Material gewählt.
Der Unterschied zwischen der Laserdiode und der Leuchtdiode besteht nur darin, dass die Laserdiode eine Resonanzkammer aufweist und einen polarisierten Lichtstrahl mit bestimmter Frequenz ausstrahlen kann. Die Anwendung der Erfindung auf die Leuchtdiode und die Laserdiode ist ähnlich.
Bei der Anwendung auf einen LCD-Monitor mit Dünnschichtransistor kann die Passivationsschicht den Dünnschichtransistor und den Farbfilter überdecken. Diese Passivationsschicht kann aus organischem dielektrischem Material, das eine gute Lichtdurchläßigkeit im sichtbaren Lichtbereich aufweist, hergestellt werden.
Bei den anderen optoelektronischen Bauelementen, wie CCD-Sensor oder CMOS-Sensor, kann die Passivationsschicht aus organsichem dielektrischem Material, das eine gute Durchläßigkeit für bestimmte Frequenz aufweist, hergestellt werden.
Da das organische dielektrische Material in einer niedrigeren Temperatur durch Rotationsbeschichtung auf das optoelektronische Bauelement aufgetragen werden kann, ist der Wärmeaufwand niedriger und ein Vakuumprozesskammer nicht erforderlich. Zudem kann die Passivationsschicht durch Mikrolithographie und Ätzen Öffnungen für die Elektroden bilden. Außerdem läßt sich die Passivationsschicht beim nachfolgenden Prozess nicht leicht ablösen.
Die vorstehende Beschreibung stellt nur ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung dar und soll nicht als Definition der Grenzen und des Bereiches der Erfindung dienen. Alle gleichwertige Änderungen und Modifikationen gehören zum Schutzbereich dieser Erfindung.

Claims

Optoelektronisches Halbleiterbauelement, bestehend aus einem Substrat, einer Halbleiterschicht auf dem Substrat, einer Vielzahl von Elektroden auf der Halbleiterschicht, und einer organischen Passivationsschicht, die die Halbleiterschicht überdeckt und die Elektroden freilegt, um das optoelektronische Halbleiterbauelement zu schützen.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterschicht die Elektrizitätsenergie in Lichtenergie oder die Lichtenergie in Elektrizitätsenergie umwandeln kann.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat aus Metall, Saphir, Silizium, SiC, GaAs oder GaN-basierter III-V-Halbleiterverbindung hergestellt ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die organsiche Passivationsschicht aus ABS, Epoxidharz, PMMA, Acrylonitrilbutadienstyren-Copolymer, Polymerethylmethacrylat, Polysulfon, Polyethersulfon, Polyetherimid, Polyimid, Polyamidimid, Polyphenylensulfid, Siliziumkarbid-Thermoset oder deren Kombination hergestellt ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozesstemperatur bei der Herstellung der Passivationsschicht im Bereich zwischen der Raumtemperatur und 450°C liegt.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozesszeit bei der Herstellung der Passivationsschicht zwischen 20 Minuten und 1 Stunde liegt.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozesstemperatur bei der Herstellung der Passivationsschicht im Bereich zwischen 80°C und 250°C liegt.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die organische Passivationsschicht einen Brechungskoeffizient von 1 bis 2,33 hat.
Leuchtdiode, bestehend aus einem Substrat, einer Halbleiterdiode auf dem Substrat, und einer organischen Passivationsschicht, die die Halbleiterdiode überdeckt.
Leuchtdiode nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat aus Metall, Saphir, Silizium, SiC, GaAs oder GaN-basierter III-V-Halbleiterverbindung hergestellt ist.
Leuchtdiode nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die organsiche Passivationsschicht aus ABS, Epoxidharz, PMMA, Acrylonitrilbutadienstyren-Copolymer, Polymerethylmethacrylat, Polysulfon, Polyethersulfon, Polyetherimid, Polyimid, Polyamidimid, Polyphenylensulfid, Siliziumkarbid-Thermoset oder deren Kombination hergestellt ist.
Leuchtdiode nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozesstemperatur bei der Herstellung der Passivationsschicht im Bereich zwischen der Raumtemperatur und 450°C liegt.
Leuchtdiode nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozesszeit bei der Herstellung der Passivationsschicht zwischen 20 Minuten und 1 Stunde liegt.
Leuchtdiode nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozesstemperatur bei der Herstellung der Passivationsschicht im Bereich zwischen 150°C und 250°C liegt.
Leuchtdiode nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozesstemperatur bei der Herstellung der Passivationsschicht im Bereich zwischen 80°C und 250°C liegt.
Leuchtdiode nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die organische Passivationsschicht einen Brechungskoeffizient von 1 bis 2,33 hat.
Leuchtdiode, bestehend aus einem Substrat (12), einer p-Halbleiterschicht (14) auf dem Substrat (12), einer Aktivschicht (15) auf der p-Halbleiterschicht (14), einer n-Halbleiterschicht (16) auf der Aktivschicht (15), und einer organischen Passivationsschicht (20), die die n-Halbleiterschicht (16) überdeckt, wobei die organische Passivationsschicht (20) aus ABS, Epoxidharz, PMMA, Acrylonitrilbutadienstyren-Copolymer, Polymerethylmethacrylat, Polysulfon, Polyethersulfon, Polyetherimid, Polyimid, Polyamidimid, Polyphenylensulfid, Siliziumkarbid-Thermoset oder deren Kombination hergestellt ist.
Leuchtdiode nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozesstemperatur bei der Herstellung der Passivationsschicht im Bereich zwischen der Raumtemperatur und 450°C liegt.
Leuchtdiode nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozesstemperatur bei der Herstellung der Passivationsschicht im Bereich zwischen 150°C und 250°C liegt.
Leuchtdiode nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozesstemperatur bei der Herstellung der Passivationsschicht im Bereich zwischen 80°C und 250°C liegt.