DE102009058796A1 - Optoelektronisches Bauelement und Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements - Google Patents
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Abstract
Es wird ein optoelektronisches Bauelement angegeben, das zumindest ein anorganisches optoelektronisch aktives Halbleiterbauelement (10) mit einem aktiven Bereich (3), der geeignet ist, im Betrieb Licht abzustrahlen oder zu empfangen, und auf zumindest einem Oberflächenbereich (7) ein mittels Atomlagenabscheidung aufgebrachtes Versiegelungsmaterial (6), das den Oberflächenbereich (7) hermetisch dicht bedeckt, aufweist. Weiterhin wird ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements angegeben.
Description
- Es werden ein optoelektronisches Bauelement und ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements angegeben.
- Optoelektronische Halbleiterbauelemente wie lichtemittierende Dioden (LEDs), kantenemittierende Laser, vertikalemittierende Laser (VCSELs), Laser-Arrays, Photodioden, Solarzellen, Phototransistoren etc. werden in zunehmendem Maße als Schlüsselkomponenten in der Beleuchtungstechnik, Projektion, Datenspeicherung, Drucktechnik, Energiegewinnung und vielen anderen Anwendungen eingesetzt.
- Basierend auf den Materialsystemen AlInGaN, InGaAlP und AlGaAs kann für emittierende oder detektierende Halbleiterbauelemente der gesamte Spektralbereich vom Ultravioletten bis ins Infrarote abgedeckt werden.
- Insbesondere Lichtquellen, die auf den genannten Halbleitersystemen basieren, weisen gegenüber konkurrierenden Lösungsansätzen wie etwa Glühlampen oder Halogenlichtquellen Vorteile hinsichtlich ihrer Kompaktheit und hohen Lebensdauer auf.
- Innovative technologische Entwicklungen wie beispielsweise die Integration von LED- oder Laser-Projektionseinheiten in einem Mobiltelefon oder in die Hinterleuchtung von Projektionsbildschirmen erfordern dabei immer kompaktere und insbesondere flachere Bauformen, die zudem kostengünstig herstellbar sein sollen. Heutige Technologien stoßen hierbei an ihre Grenzen, da die vom Markt geforderten ultrakompakten, langlebigen und dabei kostengünstig herzustellenden Halbleiterlichtquellen oder -empfänger mit heute üblichen Technologien nicht hinreichend zu realisieren sind.
- Halbleiterbauelemente, die ungeschützt unter Atmosphärenbedingungen betrieben werden, neigen zu erhöhten Ausfallraten. So konnte durch Untersuchungen nachgewiesen werden, dass Sauerstoff und/oder Feuchtigkeit auf Halbleiteroberflächen zur Degradation der entsprechenden Bauteile führt.
- Wie in der Veröffentlichung M. Okayasu et al., „Facet oxidation of InGaAs/GaAs strained quantum-well lasers", J. Appl. Phys., Vol. 69, p. 8346 (1991) beispielsweise beschrieben ist, führen bei kantenemittierenden GaAs-Lasern die lichtinduzierte Oxidation der Laserfacette zu Absorptionsverlusten und damit zur thermischen Erwärmung, die schließlich bis zur thermischen Zerstörung der Laserfacette (”catastrophic optical damage”) und damit zum Bauteilausfall führen kann.
- Bei AlInGaN-Lasern mit einem Emissionsbereich nahe einer Wellenlänge von 400 nm wurde beim Betrieb in Feuchtigkeit eine verstärkte Degradation der Bauteile beobachtet, wie in den Veröffentlichungen V. Kümmler et al., „Gradual facet degradation of (Al,In)GaN quantum well lasers", Appl. Phys. Lett., Vol. 84(16), p. 2989 (2004) und T. Schödl et al., „Facet degradation of (Al,In)GaN heterostructure laser diodes", Phys. Stat. Sol. (a), Vol. 201(12), p. 2635–2638 (2004) beschrieben ist.
- Untersuchungen mittels Rasterkraftmikroskop („atomic force microscopy”), wie in der Veröffentlichung T. M. Smeeton et al., „Atomic force microscopy of cleaved facets in III-V-Nitride Laser Diodes grown an free-standing GaN substrates", Appl. Phys. Lett., Vol. 88, 041910 (2006) beschrieben ist, haben an degradierten Laserfacetten der Gruppe-III-Nitride die Bildung von Oxidschichten nachgewiesen, deren Dicke von der jeweiligen Zusammensetzung der darunterliegenden Halbleiterschicht abhängt.
- Um bei LEDs der Materialsysteme AlGaAs, InGaAlP und AlInGaN die störenden Umwelteinflüsse zu verringern, werden diese in der Regel mittels Leitklebern auf Leiterrahmen geklebt und mit einem Silikon- oder Epoxydharz vergossen, wobei jedoch verschiedene Probleme zu Ausfällen führen können. So besteht beispielsweise die Gefahr, dass an Chip- oder Mesakanten, insbesondere im Bereich des pn-Übergangs, Leckstrompfade entstehen, die zu Alterungseffekten oder Ausfällen durch elektrostatische Entladungen, also so genannten ESD-Ausfällen (ESD: „electrostatic discharge”), führen können. Derartige Schäden können beispielsweise durch Migration von Metallpartikeln aus dem Leitkleber hervorgerufen werden.
- Um diesem Problem bei LEDs zu begegnen, werden häufig die kritischen Seitenflächen der aktiven Zone in so genannter Mesatechnologie geätzt und mittels dielektrischer Passivierungsschichten geschützt. Dabei kommen Beschichtungsverfahren wie Bedampfung, Sputtern oder chemische Abscheidung aus der Gasphase („chemical vapor deposition”, CVD) zum Einsatz.
- Durch obige üblicherweise verwendete Verfahren abgeschiedene Schichten haben aber beispielsweise den Nachteil, dass es damit nur unzureichend gelingt, steile und teilweise unregelmäßig geformte Flanken von allen Seiten gleichmäßig zu überformen. Zudem weisen die abgeschiedenen Schichten infolge von eingebauten Restgasen, Verunreinigungen oder eingebauten Leerstellen häufig Mikrokavitäten auf. Aufgrund dieser porösen Strukturen von Passivierungs- oder Spiegelschichten können beispielsweise Sauerstoff und Feuchtigkeit an die kritische Halbleiteroberfläche gelangen und zu oben beschriebenen Bauteilausfällen führen
- Auch bei Halbleiterlasern der gängigen Materialsysteme AlGaAs, InGaAlP und AlInGaN werden in der Regel Entspiegelungsschichten, Passivierungsschichten oder dielektrische hochreflektierende Schichten auf die empfindlichen Laserfacetten aufgebracht. Im Allgemeinen erfolgt diese Beschichtung durch Bedampfung, Sputtern oder chemische Gasphasenabscheidung der Beschichtungsmaterialien, wie etwa in den Veröffentlichungen T. Mukai et al., "Current status and future prospects of GaN-based LEDs and LDs", Phys. Stat. Sol (a), Vol. 201(12), p. 2712–2716 (2004) und S. Ito et. al., "AlGaInN violet laser diodes grown an GaN substrates with low aspect ratio", Phys. Stat. Sol. (a), Vol. 200(1), p. 131–134 (2003) beschrieben ist.
- Um Ausfälle durch Feuchtigkeit oder Sauerstoff bei Laserdioden zu vermeiden, werden beispielsweise AlInGaN-Laserdioden in hermetisch dichte TO-basierte Gehäuse wie etwa in die Gehäusetypen T038, T056 und T090 unter Schutzgas eingepackt. Nachteilig an diesem Verfahren ist einerseits der hohe, mit Mehrkosten verbundene Montageaufwand und andererseits das Risiko, dass durch Undichtigkeiten des Gehäuses und/oder Restfeuchte im Gehäuse ein Schaden und damit ein Ausfall der Laserdiode nicht verhindert werden kann.
- Eine solche kostenintensive und häufig unzureichende Maßnahme, Laserdioden in ein hermetisch dichtes Gehäuse zu verpacken, um damit die Bauteilstabilität zu erhöhen, weist als zusätzlichen erheblichen Nachteil auf, dass damit eine begrenzte Kompaktheit hinsichtlich Bauformgröße und eine geringe Flexibilität hinsichtlich Integration anderer optischer Komponenten verbunden ist.
- Zumindest eine Aufgabe von bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein optoelektronisches Bauelement anzugeben, bei dem oben genannte Nachteile vermieden werden können. Eine weitere Aufgabe von bestimmten Ausführungsformen ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements anzugeben.
- Diese Aufgaben werden durch einen Gegenstand und ein Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen des Gegenstands und des Verfahrens sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet und gehen weiterhin aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen hervor.
- Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist ein optoelektronisches Bauelement insbesondere zumindest ein anorganisches optoelektronisch aktives Halbleiterbauelement mit einem aktiven Bereich auf, der geeignet ist, im Betrieb Licht abzustrahlen oder zu empfangen. Das Halbleiterbauelement weist zumindest einen Oberflächenbereich auf, auf dem mittels Atomlagenabscheidung ein Versiegelungsmaterial aufgebracht ist, das den Oberflächenbereich hermetisch dicht bedeckt.
- Hier und im Folgenden bedeutet Licht insbesondere elektromagnetische Strahlung in einem ultravioletten bis infraroten Spektralbereich, also beispielsweise, aber nicht ausschließlich, in einem sichtbaren Spektralbereich.
- Das anorganische optoelektronisch aktive Halbleiterbauelement kann insbesondere im Betrieb Licht abstrahlen und dazu eine lichtemittierende Diode (LED), einen kantenemittierenden Halbleiterlaser, einen vertikalemittierenden Halbleiterlaser (VCSEL), ein Laser-Array oder eine Mehrzahl oder Kombination daraus aufweisen oder eines der genannten Bauelemente sein. Alternativ oder zusätzlich kann das anorganische optoelektronisch aktive Halbleiterbauelement im Betrieb Licht empfangen und dazu eine Fotodiode, eine Solarzelle, ein Solarzellpaneel, einen Phototransistor oder eine Mehrzahl oder Kombination daraus aufweisen oder eines der genannten Bauelemente sein. Das Halbleiterbauelement kann dazu eine oder mehrere funktionelle Halbleiterschichtenfolgen aus einem binären, ternären oder quaternären III-V-Verbindungshalbleitersystem ausgewählt aus den Materialgruppen AlGaAs, InGaAlP, AlInGaN oder aus einen II-VI-Verbindungshalbleitersystem oder einem sonstigen Halbleitermaterial aufweisen. Die Halbleiterschichtenfolge kann zumindest einen Licht emittierenden oder Licht detektierenden aktiven Bereich wie etwa einem pn-Übergang, einer Doppelheterostruktur, einer Einfach-Quantentopfstruktur (SQW-Struktur) oder einer Mehrfach-Quantentopfstruktur (MQW-Struktur) aufweisen sowie elektrische Kontaktschichten wie etwa Metallschichten. Derartige Halbleiterschichtenfolgen und Strukturen sind aus dem Stand der Technik bekannt und werden daher hier nicht weiter ausgeführt.
- Der Oberflächenbereich, auf den das Versiegelungsmaterial aufgebracht ist, kann insbesondere beispielsweise eine Laserfacette bei einem als Halbleiterlaser ausgeführten Halbleiterbauelement oder auch einen freigelegten pn-Übergang einer LED, einer Laserdiode oder eine Fotodiode umfassen, die besonders empfindlich gegenüber Umwelteinflüssen und sonstigen Alterungseffekten sind.
- Durch das Versiegelungsmaterial wird der Oberflächenbereich hermetisch dicht bedeckt und dadurch versiegelt und verkapselt. Das kann bedeuten, dass beispielsweise Feuchtigkeit und/oder Sauerstoff die Verkapselungsanordnung nicht durchdringen können. Insbesondere kann das Versiegelungsmaterial eine hermetisch dichte Versiegelungsschicht auf dem Oberflächenbereich des Halbleiterbauelements bilden, die das Halbleiterbauelement vor Feuchtigkeit und/oder Sauerstoff derart schützt, dass Feuchtigkeit und/oder Sauerstoff aus der Umgebungsatmosphäre nicht über den Oberflächenbereich in das Halbleiterbauelement eindringen und das Halbleiterbauelement in seiner Funktionsfähigkeit und/oder Zusammensetzung beeinträchtigen und schädigen kann. Neben dem Schutz vor Feuchtigkeit und/oder Sauerstoff kann das Versiegelungsmaterial auch einen Schutz durch eine wirksame Barriere gegen andere Umwelteinflüsse und insbesondere weitere atomare oder molekulare Materialien bieten.
- Weiterhin kann das mittels Atomlagenabscheidung aufgebrachte hermetisch dichte Versiegelungsmaterial im Vergleich zu mittels anderen Verfahren wie etwa CVD, Sputtern oder Aufdampfen aufgebrachten Schichten bei vergleichbarer Dicke und Materialien eine erhöhte mechanische Festigkeit aufweisen und damit beispielsweise einen erhöhten Schutz gegen mechanische Einwirkungen wie etwa Kratzer bilden.
- Beim Verfahren der Atomlagenabscheidung („atomic layer deposition”, ALD) wird eine Schichtbildung aus dem Versiegelungsmaterial auf einer Oberfläche oder einem Oberflächenbereich des Halbleiterbauelements durch eine chemische Reaktion von mindestens zwei gasförmig bereitgestellten Ausgangsstoffen oder -verbindungen („percursor”) ermöglicht. Im Vergleich zu herkömmlichen CVD-Verfahren werden bei der Atomlagenabscheidung die Ausgangsverbindungen zyklisch nacheinander in eine Reaktionskammer eingelassen. Dabei wird zuerst eine erste von den zumindest zwei gasförmigen Ausgangverbindungen dem Volumen der Reaktionskammer zugeführt, im dem das Halbleiterbauelement bereitgestellt wird. Die erste Ausgangsverbindung kann auf dem zumindest einen Oberflächenbereich adsorbieren. Insbesondere kann es dabei vorteilhaft sein, wenn die Moleküle der ersten Ausgangsverbindung unregelmäßig und ohne eine Fernordnung auf dem Oberflächenbereich adsorbieren und somit eine zumindest teilweise amorphe Bedeckung bilden. Nach einer bevorzugt vollständigen oder nahezu vollständigen Bedeckung des zumindest einen Oberflächenbereichs mit der ersten Ausgangsverbindung kann eine zweite der zumindest zwei Ausgangsverbindungen zugeführt werden. Die zweite Ausgangsverbindung kann mit der an dem Oberflächenbereich adsorbierten ersten Ausgangsverbindung reagieren, wodurch eine Submonolage oder maximal eine Monolage des Versiegelungsmaterials ausgebildet werden kann. Danach wird wiederum die erste Ausgangsverbindung zugeleitet, die sich auf der sich gebildeten Submonolage oder Monolage und gegebenenfalls noch auf frei gebliebenen Bereichen des zumindest eines Oberflächenbereichs ablagern kann. Durch eine weitere Zuführung der zweiten Ausgangsverbindung kann eine weitere Submonolage oder Monolage hergestellt werden. Zwischen den Gaseinlässen der Ausgangsverbindungen kann die Reaktionskammer mit einem Reinigungsgas, insbesondere einem Inertgas wie etwa Argon, gespült werden, so dass sich vor jedem Einlass einer Ausgangsverbindung auf vorteilhafte Weise keine vorherige Ausgangsverbindung mehr in der Reaktionskammer befindet. Auf diese Weise können die Teilreaktionen klar voneinander getrennt und auf den zumindest einen Oberflächenbereich begrenzt werden. Ein wesentliches Merkmal der Atomlagenabscheidung ist damit der selbstbegrenzende Charakter der Teilreaktion, was bedeutet, dass die Ausgangsverbindung einer Teilreaktion nicht mit sich selbst oder Liganden von sich selbst reagiert, was das Schichtwachstum einer Teilreaktion auch bei beliebig langer Zeit und Gasmenge auf maximal eine Monolage des Versiegelungsmaterials auf dem zumindest einen Oberflächenbereich begrenzt. Je nach Verfahrensparametern und Reaktionskammer sowie in Abhängigkeit vom Material des Versiegelungsmaterials beziehungsweise der Ausgangsverbindungen kann ein Zyklus zwischen einigen Millisekunden und einigen Sekunden dauern, wobei dann pro Zyklus eine etwa 0,1 bis etwa 3 Ångström dicke Schicht aus dem Versiegelungsmaterial erzeugt werden kann.
- Das Versiegelungsmaterial kann mittels der Atomlagenabscheidung mit einer Dicke von größer oder gleich 1 Nanometer, bevorzugt von größer oder gleich 5 Nanometer und besonders bevorzugt von größer oder gleich 10 Nanometer sowie kleiner oder gleich 500 nm aufgebracht werden. Insbesondere kann das Versiegelungsmaterial eine Dicke von kleiner oder gleich 200 Nanometer, bevorzugt kleiner oder gleich 100 Nanometer und besonders bevorzugt von kleiner oder gleich 50 Nanometer aufweisen. Das kann bedeuten, dass das Versiegelungsmaterial eine Schicht aus größer oder gleich 1 Monolage, bevorzugt größer oder gleich 10 Monolagen und kleiner oder gleich 5000 Monolagen bildet. Durch die hohe Dichte und Schichtqualität, mit der das Versiegelungsmaterial aufgebracht wird, kann eine solche Dicke ausreichend sein, um einen wirkungsvollen Schutz vor Feuchtigkeit und/oder Sauerstoff für den darunter liegenden zumindest einen Oberflächenbereich des Halbleiterbauelements zu gewährleisten. Je geringer die Dicke des Versiegelungsmaterials ist, desto geringer sind der Zeit- und Materialaufwand zur Herstellung der Schicht aus dem Versiegelungsmaterial, wodurch sich eine hohe Wirtschaftlichkeit ergeben kann. Je dicker die Schicht aus dem Versiegelungsmaterial ist, desto widerstandsfähiger kann das Versiegelungsmaterial beispielsweise gegenüber mechanischen Beeinträchtigungen sein und desto größer kann die Beständigkeit der hermetischen Verkapselungseigenschaft des Versiegelungsmaterials sein.
- Das wie vorab beschrieben aufgebrachte und den zumindest einen Oberflächenbereich bedeckende Versiegelungsmaterial weist den Vorteil auf, dass die Schichtdicke der so erzeugten Versiegelungsschicht nur von der Zahl der Reaktionszyklen abhängt, was eine exakte und einfache Steuerung der Schichtdicke ermöglicht. Weiterhin ergeben sich mit Vorteil nur geringe Anforderungen an die Homogenität des jeweiligen Gasflusses, mit denen die Ausgangsverbindungen der Reaktionskammer zugeleitet werden, so dass das Versiegelungsmaterial mit besonderem Vorteil homogen und gleichmäßig insbesondere auch auf großen Flächen aufgebracht werden kann. Durch die separate Zugabe und Dosierung der Ausgangsverbindungen werden Reaktionen bereits in der Gasphase verhindert, so dass auch hochreaktive Ausgangsverbindungen eingesetzt werden können, die beispielsweise bei Verfahren wie Aufdampfen oder CVD nicht verwendet werden können. Durch die oben beschriebene Abfolge und feste Dosierung bleibt jedem Reaktionsschritt genügend Zeit zur Vervollständigung, was mit Vorteil hochreine Schichten aus dem Versiegelungsmaterial auch bei relativ niedrigen Prozesstemperaturen ermöglicht. Weiterhin findet die Adsorption der ersten Ausgangsverbindung und die nachfolgende chemische Reaktion mit der zweiten Ausgangsverbindung auf der gesamten den Gasen zugänglichen Oberfläche statt, so dass diese im Wesentlichen unabhängig von ihrer geometrischen Beschaffenheit und eventuell vorhandenen Partikeln, Öffnungen wie etwa sogenannten Pin-Holes und Löchern mittels der aufeinanderfolgenden Reaktionszyklen zunehmend überformt und abgedichtet.
- Weiterhin kann das Versiegelungsmaterial im Vergleich zu mittels anderen Verfahren wie Sputtern, Aufdampfen oder CVD hergestellten Schichten defektfrei auf dem zumindest einen Oberflächenbereich hergestellt werden. Das bedeutet, dass beispielsweise keine so genannten Pin-Holes oder Mikrokanäle im Versiegelungsmaterial vorhanden sind, durch die Feuchtigkeit und/oder Sauerstoff und/oder andere atomare oder molekulare Materialien durch das Versiegelungsmaterial zum zumindest einen Oberflächenbereich migrieren können.
- Das Versiegelungsmaterial ist bevorzugt elektrisch isolierend und optisch transparent und kann beispielsweise ein Oxid, Nitrid oder Oxinitrid, beispielsweise mit einem oder mehreren ausgewählt aus Aluminium, Silizium, Titan, Zirkon, Tantal und Hafnium aufweisen. Insbesondere kann das Versiegelungsmaterial eines oder mehrere der folgenden Materialien aufweisen: Al2O3, SiO2, Si3N4, TiO2, ZrO2, Ta2O5, HfO2, Y2O3. Als Ausgangsverbindungen eigenen sich beispielsweise metallorganische Verbindungen oder Hydride der genannten Materialien sowie beispielsweise Ammoniak, Lachgas oder Wasser als Ausgangsverbindung für Sauerstoff beziehungsweise Stickstoff.
- Um eine möglichst effektive Verkapselung des Halbleiterbauelements durch das Versiegelungsmaterial zu erreichen, kann es vorteilhaft sein, wenn der zumindest eine Oberflächenbereich, den das Versiegelungsmaterial bedeckt, eine oder mehrere Ober-, Unter- und/oder Seitenflächen des Halbleiterbauelements umfasst.
- Weiterhin kann das Halbleiterbauelement zumindest eine elektrische Kontaktschicht aufweisen, die dazu geeignet ist, das Halbleiterbauelement elektrisch anzuschließen. Die elektrische Kontaktschicht kann beispielsweise eine oder mehrere Metallschichten umfassen oder sein. Der zumindest eine Oberflächenbereich kann dabei alle freiliegenden Oberflächen des Halbleiterbauelements bis auf die Kontaktschicht oder bis auf einen Teilbereich der Kontaktschicht umfassen. Mit anderen Worten kann das Versiegelungsmaterial dabei alle freiliegenden Oberflächen des Halbleiterbauelements bis auf die Kontaktschicht oder bis auf einen Teilbereich der Kontaktschicht gänzlich bedecken. Dadurch kann eine Versiegelung und Verkapselung der freiliegenden Oberflächen des Halbleiterbauelements erreicht werden, wobei die elektrische Kontaktschicht nach dem Aufbringen des Versiegelungsmaterials noch elektrisch kontaktierbar ist.
- Als freiliegende Oberflächen werden hier und im Folgenden solche Oberflächen und Oberflächenbereiche bezeichnet, die nach Fertigstellung des optoelektronischen Bauelements Kontakt mit der Umgebung in der Form haben können, dass beispielsweise atomare oder molekulare Stoffe aus der Umgebung, etwa Sauerstoff und Feuchtigkeit, an die Oberfläche gelangen können. Daher kann auch eine Oberfläche oder ein Oberflächenbereich, der von einer nicht hermetisch dichten Schicht, etwa einer sauerstoff- und/oder wasserdurchlässigen Kunststoffschicht bedeckt ist, vorliegend unter den Begriff freiliegend fallen. Insbesondere ist eine Oberfläche oder ein Oberflächenbereich dann nicht freiliegend im hier verwendeten Sinn, wenn das optoelektronische Bauelement einen Träger aufweist und die Oberfläche oder der Oberflächenbereich zur Montage des Halbleiterbauelements auf einen Träger dient und somit als Montagefläche ausgebildet ist.
- Insbesondere kann das Halbleiterbauelement mit einer Montagefläche auf einem Träger aufgebracht sein. Der Träger kann beispielsweise eine Wärmesenke, eine Leiterplatte, einen Leiterrahmen, einen Gehäusekörper oder eine Kombination daraus aufweisen oder sein. Das Halbleiterbauelement kann mittels der Montagefläche auf dem Träger mechanisch montiert sein, beispielsweise mittels Löten, anodischem Bonden oder Kleben. Zusätzlich kann das Halbleiterbauelement über die Montagefläche auch elektrisch mit dem Träger verbunden sein, wobei die Montagefläche dann zusätzlich als elektrische Kontaktschicht ausgebildet sein kann.
- Bei einem Halbleiterbauelement, das auf einem Träger aufgebracht ist, kann der zumindest eine Oberflächenbereich, der vom Versiegelungsmaterial hermetisch dicht bedeckt ist, alle freiliegenden Oberflächen des Halbleiterbauelements, insbesondere alle Oberflächen außer der Montagefläche, umfassen, so dass das Versiegelungsmaterial alle freiliegenden Oberflächen des Halbleiterbauelements bedeckt. In dieser Ausführungsform ist das Halbleiterbauelement allseitig bis auf die Montagefläche vom Versiegelungsmaterial umschlossen, so dass eine effektive Verkapselung des Halbleiterbauelements ermöglicht wird.
- Weiterhin kann das Halbleiterbauelement zusätzlich über ein elektrisches Kontaktelement mit dem Träger verbunden sein. Dazu kann das Halbleiterbauelement auf einer von der Montagefläche verschiedenen Oberfläche eine elektrische Kontaktschicht aufweisen, an die das elektrische Kontaktelement angeschlossen ist. Das elektrische Kontaktelement kann beispielsweise ein Bondraht oder eine Metallschicht sein. Das elektrische Kontaktelement kann weiterhin mit besonderem Vorteil zusammen mit der elektrischen Kontaktschicht des Halbleiterbauelements vom Versiegelungsmaterial bedeckt sein.
- Weiterhin kann das Versiegelungsmaterial zumindest einen Teil einer Oberfläche des Trägers bedecken. Insbesondere kann sich dabei das Versiegelungsmaterial zusammenhängend von der Oberfläche des Trägers auf den zumindest einen Oberflächenbereich des Halbleiterbauelements erstrecken, so dass das Versiegelungsmaterial auch den Montagebereich zwischen dem Halbleiterbauelement und dem Träger bedecken kann.
- Weiterhin kann der Träger einen elektrischen Anschlussbereich aufweisen, mit dem das optoelektronische Bauelement beispielsweise an eine Steuerschaltung oder eine Stromversorgung angeschlossen werden kann. Das Versiegelungsmaterial kann dabei alle freiliegenden Oberflächen des Halbleiterbauelements und des Trägers bis auf den Anschlussbereich des Trägers bedecken, so dass der Träger zusammen mit dem Halbleiterbauelement auf allen Oberflächen bis auf den Anschlussbereich des Trägers hermetisch dicht mit dem Versiegelungsmaterial bedeckt ist.
- Weiterhin können das Halbleiterbauelement und das Versiegelungsmaterial zumindest teilweise mit einem Gehäusematerial umhüllt sein. Das Gehäusematerial kann beispielsweise ein Kunststoff und insbesondere ein transparenter Kunststoff sein. Da das Versiegelungsmaterial den zumindest einen Oberflächenbereich des Halbleiterbauelements hermetisch dicht bedeckt, ist es mit Vorteil möglich, dass das Gehäusematerial selbst nicht hermetisch dicht ist und allein nach anderen Gesichtspunkten wie etwa optischen Eigenschaften und/oder mechanischen Eigenschaften ausgewählt werden kann. Insbesondere kann zusätzlich auch der Träger mit dem Gehäusematerial zumindest teilweise umformt sein.
- Weiterhin kann das optoelektronische Bauelement eine Mehrzahl von anorganischen optoelektronisch aktiven Halbleiterbauelementen und zusätzlich oder alternativ eines oder eine Mehrzahl von weiteren elektronischen Komponenten aufweisen. Das Versiegelungsmaterial kann dabei auf jeweils zumindest einem Oberflächenbereich eines jeden der Mehrzahl von Halbleiterbauelementen und/oder der elektronischen Komponenten aufgebracht sein und dabei die Mehrzahl der Halbleiterbauelemente und/oder elektronischen Komponenten gemeinsam verkapseln. Insbesondere können die Mehrzahl der Halbleiterbauelemente und/oder der weiteren elektronischen Komponenten auf dem Träger mit einer zusammenhängenden, geschlossen Schicht aus dem Versiegelungsmaterial bedeckt und somit verkapselt sein. Alternativ dazu kann die zusammenhängende Schicht aus dem Versiegelungsmaterial Öffnungen über elektrischen Kontaktschichten der Halbleiterbauelemente oder elektrischen Anschlussbereichen auf dem Träger aufweisen, um eine elektrische Kontaktierung nach dem Aufbringen des Versiegelungsmaterials zu ermöglichen.
- Das Halbleiterbauelement kann weiterhin im zumindest einen Oberflächenbereich zumindest eine Mikroöffnung aufweisen. Eine solche Mikroöffnung kann beispielsweise durch ein so genanntes Pin-Hole, einen Mikrokanal, eine Pore oder eine Versetzung, etwa eine Schraubenversetzung, im Kristallgefüge angrenzend an den Oberflächenbereich gebildet sein. Solche Mikroöffnungen beziehungsweise schmale Löcher können aufgrund verschiedener Ursachen bei der Herstellung des Halbleiterbauelements entstehen und sind daher technisch oft nicht vermeidbar, etwa durch nicht perfekte Gitteranpassungen zwischen epitaktisch aufgebrachten Schichten und einem Aufwachssubstrat oder zwischen verschiedenen epitaktisch aufgebrachten Schichten. Auch Substrate können herstellungsbedingt Mikroöffnungen aufweisen und beispielsweise von Mikrokanälen durchzogen sein. Derartige Mikroöffnungen im Halbleiterbauelement stellen bei herkömmlichen Bauelementen ein erhöhtes Ausfallrisiko dar, da durch die Mikrokanäle schädliche Gase oder auch Dotierstoffe oder Metalle in das Halbleiterbauelement hinein oder innerhalb dieses beispielsweise in den aktiven Bereich migrieren können und zu Sperrstromanstiegen oder Alterungsausfällen führen können. Das Versiegelungsmaterial auf dem zumindest einen Oberflächenbereich mit den Mikroöffnungen kann diese versiegeln und somit eine Atom- oder Molekülmigration innerhalb der Mikroöffnungen verhindern. Dies kann mit Vorteil dadurch möglich sein, dass durch die Atomlagenabscheidung eine homogene Abscheidung des Versiegelungsmaterials auch auf steilen Flanken und Vertiefungen möglich ist, insbesondere auch bei Kanälen oder Poren, die ein Verhältnis von Öffnungsgröße zu Tiefe von bis zu 1:100 aufweisen und bei denen auch im tiefsten Punkt des Kanals oder der Pore eine Schicht mit einer vergleichbaren Dicke wie an der Oberfläche im Bereich der Öffnung abgeschieden werden kann. Insbesondere kann, wie vorab beschrieben, der Oberflächenbereich mit der zumindest einen Mikroöffnung Teil einer Oberfläche eines Substrats oder einer epitaktisch gewachsenen Schicht sein.
- Weiterhin kann die Halbleiterschichtenfolge eine Passivierungsschicht und/oder eine Aufwachsschutzschicht aufweisen. Der Oberflächenbereich mit der zumindest einen Mikroöffnung kann dabei Teil einer Oberfläche der Passivierungsschicht und/oder der Aufwachsschutzschicht sein, der durch das Versiegelungsmaterial hermetisch dicht versiegelt wird.
- Passivierungsschichten weisen häufig eine hohe Porosität und oft auch Mikrokanäle auf, was beispielsweise am verwendeten Beschichtungsverfahren zur Aufbringung der Passivierungsschicht selbst liegen kann, beispielsweise wenn die mittlere freie Weglänge der zu beschichtenden Teilchen beim Beschichtungsprozess zu gering ist, um eine perfekte Packungsdichte zu erzeugen. Zudem können auch Restgase wie etwa Sauerstoff in der Beschichtungskammer zur Abscheidung poröser Strukturen in der Passivierungsschicht führen. Löcher beziehungsweise Mikroöffnungen in einer Passivierungsschicht auf Seitenflächen und/oder auf einer Lichtauskoppelfläche beziehungsweise einer Laserfacette des Halbleiterbauelements können durch die Gefahr der Migration von Metall ein hohes Ausfallrisiko bergen, da die damit verbundene Feldüberhöhung zu einer Zerstörung des Halbleiterbauelements im Betrieb führen kann. Zudem könne durch derartige Kavitäten, die durch die Mikroöffnungen gebildet werden, Feuchtigkeit, Sauerstoff und andere schädigende Gase an die Oberfläche des Halbleiterbauelements gelangen und beispielsweise zu einer Degradation der Bauelementspannung oder der optischen Leistung führen. Durch das Versiegelungsmaterial auf der Passivierungsschicht können solche Risiken vermieden werden.
- Eine Aufwachsschutzschicht kann beispielsweise zur Strukturierung der Halbleiterschichtenfolge des Halbleiterbauelements durch epitaktisches Überwachsen geeignet sein, wodurch mit Vorteil Strukturen in selbstjustierender Form hergestellt werden können. So kann beispielsweise die Herstellung von schmalen Laserstegen mit optimaler Tiefe dadurch erreicht werden, dass das epitaktische Wachstum nur bis zu einer definierten Schicht durchgeführt wird und nach dem Aufbringen einer strukturieren Aufwachsschutzschicht mit einer für den Steg geeigneten Öffnung innerhalb der Öffnung weiter aufgewachsen wird. Weist die Aufwachsschutzschicht Mikroöffnungen auf, so kann es in diesen zu einem unkontrollierten Kristallwachstum kommen, bei dem so genannte parasitäre Kristalle auf, die eine schlechte Überformbarkeit, Leckströme und einen Bauelementausfall zur Folge haben können. Durch das Versiegelungsmaterial auf der Aufwachsschutzschicht kann ein solches Risiko vermieden werden.
- Der Oberflächenbereich kann weiterhin zumindest teilweise abgeschattet sein. Das kann bedeuten, dass der Oberflächenbereich geometrisch derart ausgeformt ist, dass er zumindest teilweise für im Stand der Technik üblicherweise verwendete gerichtete Aufbringverfahren wie etwa Aufdampfen oder Sputtern nicht direkt zugänglich ist. Daher werden bei solchen Verfahren geometrisch abgeschattete Bereiche entweder gar nicht oder wesentlich dünner beschichtet. Insbesondere kann der Oberflächenbereich beispielsweise Teil einer Struktur auf einer Oberfläche des Halbleiterbauelements sein, die eine Taillierung oder Einbuchtungen entlang der Erstreckungsebene der Oberfläche aufweist, etwa eine Pilzstruktur oder eine auf der Spitze stehende Keilstruktur. Weiterhin kann ein abgeschatteter Bereich auch durch Kavitäten oder Spalten gebildet sein. Durch den oben beschriebenen Verfahrensverlauf bei der Atomlagenabscheidung kann das Versiegelungsmaterial homogen und mit gleichmäßiger Dicke auf auch solchen abgeschatteten Oberflächenbereichen aufgebracht werden, da mit diesem Verfahren unabhängig von der Geometrie des Oberflächenbereichs der zu beschichtenden Strukturen beziehungsweise des zu beschichtenden Halbleiterbauelements eine gleichmäßige Aufbringung des Versiegelungsmaterials möglich ist, insbesondere auch in schmalen Spalten und Kavitäten. Diese Vorteile können sich beim Aufbringen des Versiegelungsmaterials im Chipprozess, im Waferverbund von fertig prozessierten Halbleiterbauelementen, bei vereinzelten Halbleiterbauelementen und bei montierten Halbleiterbauelementen ergeben.
- Zur Herstellung der anorganischen optoelektronisch aktiven Halbleiterbauelemente kann ein Halbleiterwafer bereitgestellt werden, auf dem eine Halbleiterschichtenfolge mit dem aktiven Bereich epitaktisch abgeschieden wird. Die Halbleiterschichtenfolge kann weiterhin auch mit elektrischen Kontaktschichten versehen werden. Weiterhin kann die Halbleiterschichtenfolge durch Ätzen in einzelne Bereiche strukturiert werden, die nach dem Vereinzeln und Herauslösen aus dem so gebildeten Halbleiterschichtverbund die Halbleiterbauelemente bilden. Ein derartiger Halbleiterschichtverbund von noch nicht vereinzelten Halbleiterbauelementen wird auch als Waferverbund bezeichnet.
- Bei einem Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements mit einem Halbleiterbauelement gemäß den vorherigen Ausführungsformen und mit einem oder mehreren der vorab genannten Merkmalen wird der Halbleiterschichtverbund zunächst in einzelne Halbleiterbauelemente vereinzelt, auf denen dann das Versiegelungsmaterial mittels Atomlagenabscheidung aufgebracht wird.
- Bei einem weiteren Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements mit einem Halbleiterbauelement gemäß den vorherigen Ausführungsformen und mit einem oder mehreren der vorab genannten Merkmalen wird das Versiegelungsmaterial mittels Atomlagenabscheidung auf einen Halbleiterschichtverbund aufgebracht, der danach in eine Mehrzahl von Halbleiterbauelementen vereinzelt wird. Dadurch weist jedes der Halbleiterbauelemente direkt nach dem Vereinzeln bereits auf einem Oberflächenbereich das Versiegelungsmaterial auf.
- Bei dem Halbleiterschichtverbund kann es sich beispielsweise um einen vorab beschriebenen Waferverbund handeln. Nach dem Aufwachsen der Halbleiterschichtenfolge und/oder nach einem Ätzschritt können Oberflächenbereiche im Waferverbund freiliegen, die durch das Aufbringen des Versiegelungsmaterials geschützt und versiegelt werden können. Vor dem Vereinzeln des Waferverbunds können so bereits empfindliche Oberflächen und Oberflächenbereiche von optoelektronisch aktiven Halbleiterbauelementen wie beispielsweise LEDs, Laserdioden oder Fotodioden durch das Aufbringen des Versiegelungsmaterials geschützt werden. Nach dem Aufbringen des Versiegelungsmaterials können so bereits an den kritischen Oberflächen versiegelte Halbleiterbauelemente durch das Vereinzeln, beispielsweise durch Sägen, durch Brechen oder durch Ätzen erhalten werden.
- Weiterhin kann der Waferverbund vor dem Vereinzeln auf einen Trägerverbund aufgebracht werden, der beispielsweise Wärmesenken für die späteren Halbleiterbauelemente oder andere, vorab genannte Träger umfasst. Danach kann im Waferverbund das Versiegelungsmaterial aufgebracht werden und die einzelnen Bereiche, die die späteren Halbleiterbauelemente bilden, können gezielt vermessen und getestet werden. Danach kann das Gesamtsystem vereinzelt werden, wobei dadurch bereits auf Trägern montierte Halbleiterbauelemente mit aufgebrachtem Versiegelungsmaterial erhalten werden können. Durch einen solchen so genannten Batch-Prozess im Rahmen der Herstellung eines optoelektronischen Bauelements ist es möglich, eine Vielzahl von optoelektronischen Bauelementen besonders kostengünstig herzustellen, da das Hantieren mit den einzelnen Halbleiterbauelementen auf ein Minimum reduziert werden kann.
- Bei dem Halbleiterschichtverbund kann es sich auch beispielsweise um einen so genannten Barrenverbund von Laserdioden handeln. Dabei wird eine im Waferverbund hergestellte Halbleiterschichtenfolge geeignet in Barren gespalten, um an den Spaltflächen Laserfacetten zu erzeugen. Auf die Laserfacetten kann dann das Versiegelungsmaterial abgeschiedene werden. Bei bereits im Waferverbund trockengeätzten Laserfacetten kann es auch möglich sein, die Laserfacetten bereits wie oben beschrieben im Waferverbund mit dem Versiegelungsmaterial zu beschichten.
- Bei einem weiteren Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements mit einem Halbleiterbauelement gemäß den vorherigen Ausführungsformen und mit einem oder mehreren der vorab genannten Merkmalen wird das Halbleiterbauelement auf einem Träger montiert. Danach wird das Versiegelungsmaterial mittels Atomlagenabscheidung abgeschieden. Der Träger kann dabei eine Wärmesenke, ein Gehäusebauteil, einen Leiterrahmen oder eine Kombination daraus umfassen oder sein. Besonders vorteilhaft kann es sein, wenn das Halbleiterbauelement auf dem Träger auch elektrisch angeschlossen wird, beispielsweise mittels einer die Montagefläche bildenden elektrischen Kontaktschicht und/oder mittels eines elektrischen Kontaktelements, etwa einer Metallschicht oder einem Bonddraht, wie oben beschrieben ist. Dabei können mit Vorteil alle freiliegenden Oberflächen des Halbleiterbauelements zusammen mit zumindest einem Teil der Oberfläche des Trägers und gegebenenfalls dem elektrischen Kontaktelement mit dem Versiegelungsmaterial bedeckt werden, um eine effektive Verkapselung und Versiegelung zu erreichen, da dadurch in einem Versiegelungsschritt alle kritischen Grenz- und Oberflächen des Halbleiterbauelements, beispielsweise eine Facette, Seitenkanten und/oder freiliegende Chipoberflächen, gleichzeitig geschützt werden können. Besonders vorteilhaft ist dabei auch, dass keine entsprechenden Fenster für den elektrischen Anschluss des Halbleiterbauelements, etwa durch Bonden oder Löten, beispielsweise mittels einer Maskentechnik vorgesehen und/oder nach dem Aufbringen des Versiegelungsmaterials etwa durch Ätzen wieder freigelegt werden müssen da das elektrische Kontaktieren bereits erfolgt ist.
- Die hier beschriebenen anorganischen optoelektronisch aktiven Halbleiterbauelemente können durch das mittels Atomlagenabscheidung aufgebrachte Versiegelungsmaterial gegen Umwelteinflüsse resistent gemacht werden und so beispielsweise gegen mechanische Belastungen wie etwa Kratzer, Feuchtigkeit und/oder schädigende Gase wie etwa Sauerstoff geschützt werden. Dies ist mit den hier beschriebenen Verfahren mit Vorteil kostengünstig möglich. Dadurch können kostengünstige, innovative, ultrakompakte und alterungsstabile optoelektronische Bauelemente ermöglicht werden.
- Insbesondere kann es bei den vorab beschriebenen Ausführungsformen des optoelektronischen Bauelements und des Verfahrens zur Herstellung des optoelektronischen Bauelements möglich sein, infolge des mittels Atomlagenabscheidung aufgebrachten Versiegelungsmaterials auf im Stand der Technik üblicherweise verwendete, mit Schutzgas befüllte Gehäuse zu verzichten und damit einerseits ein wesentliches Kosteneinsparungspotential und andererseits ein Verhindern von Bauelement zerstörenden Fehlerquellen wie etwa Restfeuchte im Gehäuse oder Undichtigkeiten zu erreichen. Weiterhin kann es möglich sein, dass neu innovative Bauformen ermöglicht werden, die aufgrund des Verzichts auf die Schutzgasverkappung ein hohes Maß an Flexibilität bezogen auf die jeweilige Anwendung gestatten. Insbesondere können optoelektronische Bauelemente mit äußerst kompakter, flacher Bauform ermöglicht werden, die beispielsweise geeignet sein können, in Mobiltelefonen als Projektionslaser oder zur Hinterleuchtung von Projektionseinheiten eingebaut zu werden.
- Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den
1A bis6E beschriebenen Ausführungsformen. - Es zeigen:
-
1A bis1D eine schematische Darstellung eines Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements gemäß einem Ausführungsbeispiel, -
2A bis3 schematische Darstellungen von Verfahrensschritten von Verfahren zur Herstellung von optoelektronischen Bauelementen gemäß weiteren Ausführungsbeispielen, -
4 bis5B schematische Darstellungen von optoelektronischen Bauelementen gemäß weiteren Ausführungsbeispielen, -
6 bis8 schematische Darstellungen von Halbleiterbauelementen für optoelektronische Bauelemente gemäß weiteren Ausführungsbeispielen und -
9 bis13 schematische Darstellungen von optoelektronischen Bauelementen gemäß weiteren Ausführungsbeispielen. - In den Ausführungsbeispielen und Figuren können gleiche oder gleich wirkende Bestandteile jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind grundsätzlich nicht als maßstabsgerecht anzusehen, vielmehr können einzelne Elemente, wie zum Beispiel Schichten, Bauteile, Bauelemente und Bereiche, zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben dick oder groß dimensioniert dargestellt sein.
- In den
1A bis1D ist gemäß einem Ausführungsbeispiel ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements100 mit einem Halbleiterbauelement10 gezeigt. - In einem ersten Verfahrensschritt gemäß
1A wird ein so genannter Halbleiterschichtverbund90 in Form eines so genannten Waferverbunds bereitgestellt. Der Halbleiterschichtverbund90 weist einen Halbleiterwafer91 auf, auf dem eine Halbleiterschichtenfolge2 mit einem aktiven Bereich3 abgeschieden ist. Auf der Halbleiterschichtenfolge2 ist eine elektrische Kontaktschicht4 aus einem Metall, einer Metallschichtenfolgen und/oder einer Metalllegierung aufgebracht. Die elektrische Kontaktschicht4 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel rein beispielhaft gezeigt und kann beispielsweise auch strukturiert sein. Weiterhin können eine oder mehrere weitere elektrische Kontaktschichten aufgebracht sein, so dass eine beidseitige Kontaktierung der Halbleiterschichtenfolge2 und insbesondere des aktiven Bereichs3 möglich ist. Derartige Kontaktierungsmöglichkeiten sind dem Fachmann bekannt und werden hier nicht weiter ausgeführt. - Im gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst der Halbleiterschichtverbund
90 rein exemplarisch eine Halbleiterschichtenfolge2 zur Herstellung von als lichtemittierende Dioden (LEDs) ausgeführten Halbleiterbauelementen10 und weist daher einen aktiven Bereich3 auf, der geeignet ist, im Betrieb Licht abzustrahlen. Alternativ dazu kann der Halbleiterschichtverbund90 beispielsweise auch eine Halbleiterschichtenfolge2 zur Herstellung von kantenemittierenden Laserdioden, vertikalemittierenden Laserdioden (VCSELs), Laserdiodenarrays, Fotodioden oder Solarzellen aufweisen. - Die Halbleiterschichtenfolge
10 weist im gezeigten Ausführungsbeispiel ein III-V-Verbindungshalbleitermaterial oder ein II-VI-Verbindungshalbleitermaterial auf. Ein III-V-Verbindungshalbleitermaterial weist wenigstens ein Element aus der dritten Hauptgruppe, wie beispielsweise B, Al, Ga, In, und ein Element aus der fünften Hauptgruppe, wie beispielsweise N, P, As, auf. Insbesondere umfasst der Begriff III-V-Verbindungshalbleitermaterial die Gruppe der binären, ternären oder quaternären Verbindungen, die wenigstens ein Element aus der dritten Hauptgruppe und wenigstens ein Element aus der fünften Hauptgruppe enthalten, beispielsweise Nitrid- und Phosphid-Verbindungshalbleiter. Eine solche binäre, ternäre oder quaternäre Verbindung kann zudem zum Beispiel ein oder mehrere Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen. Entsprechend weist ein II-VI-Verbindungshalbleitermaterial wenigstens ein Element aus der zweiten Hauptgruppe, wie beispielsweise Be, Mg, Ca, Sr, und ein Element aus der sechsten Hauptgruppe, wie beispielsweise O, S, Se, auf. Insbesondere umfasst ein II-VI-Verbindungshalbleitermaterial eine binäre, ternäre oder quaternäre Verbindung, die wenigstens ein Element aus der zweiten Hauptgruppe und wenigstens ein Element aus der sechsten Hauptgruppe umfasst. Eine solche binäre, ternäre oder quaternäre Verbindung kann zudem beispielsweise ein oder mehrere Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen. Beispielsweise gehören zu den II-VI-Verbindungsalbleitermaterialien: ZnO, ZnNgO, CdS, ZnCdS, MgBeO. - Der Halbleiterwafer
91 weist beispielsweise Saphir oder ein Halbleitermaterial, beispielsweise ein oben genanntes Verbindungshalbleitermaterial auf. Insbesondere kann der Halbleiterwafer91 in diesem Fall GaAs, GaP, GaN oder InP aufweisen oder daraus sein oder alternativ auch SiC, Si oder Ge. - Alternativ zum gezeigten Ausführungsbeispiel kann der Halbleiterwafer
91 anstelle eines Aufwachssubstrats für die Halbleiterschichtenfolge2 auch ein Trägersubstrat sein, auf das die auf einem vorher bereitgestellten Aufwachssubstrat aufgewachsene Halbleiterschichtenfolge2 übertragen wurde. Derartige Verfahrensschritte sind beispielsweise im Rahmen der Herstellung so genannter Dünnfilm-Halbleiterbauelemente bekannt und werden hier nicht weiter ausgeführt. - Die Halbleiterschichtenfolge
2 kann als aktiven Bereich3 beispielsweise einen herkömmlichen pn-Übergang, eine Doppelheterostruktur, eine Einfach-Quantentopfstruktur (SQW-Struktur) oder eine Mehrfach-Quantentopfstruktur (MQW-Struktur) aufweisen. Die Halbleiterschichtenfolge2 kann neben dem aktiven Bereich3 weitere funktionale Schichten und funktionelle Bereiche umfassen, etwa p- oder n-dotierte Ladungsträgertransportschichten, undotierte oder p- oder n-dotierte Confinement-, Cladding- oder Wellenleiterschichten, Barriereschichten, Planarisierungsschichten, Pufferschichten, Schutzschichten und/oder Elektroden sowie Kombinationen daraus. Solche Strukturen den aktiven Bereich3 oder die weiteren funktionalen Schichten und Bereiche betreffend sind dem Fachmann insbesondere hinsichtlich Aufbau, Funktion und Struktur bekannt und werden von daher an dieser Stelle nicht näher erläutert. - Weiterhin weist der Halbleiterschichtverbund
90 Gräben92 auf, die die Halbleiterschichtenfolge2 in einzelne Bereiche unterteilen, die nach dem Vereinzeln entlang der angedeuteten Trennlinien die Halbleiterbauelemente10 bilden. - Auf der elektrischen Kontaktschicht
4 ist eine strukturiert ausgeführte Maske5 aufgebracht, die der Strukturierung eines nachfolgen aufgebrachten Versiegelungsmaterials6 dient. Die Maske5 weist beispielsweise ein Metall, ein Dielektrikum, eine Fotolack oder eine Kombination daraus auf. - Die Halbleiterschichtenfolge
2 weist Oberflächenbereiche7 auf, die die Oberseite der Halbleiterschichtenfolge2 beziehungsweise der elektrischen Kontaktschicht4 und insbesondere auch durch die Gräben92 freigelegte Seitenflächen der Halbleiterschichtenfolge2 umfassen. Insbesondere letztere müssen vor schädlichen Einflüssen wie etwa schädigenden Gasen geschützt werden, da die einzelnen Schichten der Halbleiterschichtenfolge2 und insbesondere der aktive Bereich3 freigelegt sind. In einem nachfolgenden Verfahrensschritt gemäß1B wird daher auf die Oberflächenbereiche7 mittels der im allgemeinen Teil beschriebenen Atomlagenabscheidung ein Versiegelungsmaterial6 aufgebracht. Dieses umfasst im gezeigten Ausführungsbeispiel ein elektrisch isolierendes, optisch transparentes Oxid oder Nitrid wie etwa Titanoxid, Siliziumoxid oder Siliziumnitrid oder auch ein weiteres im allgemeinen Teil genanntes Material. Das Versiegelungsmaterial6 wird mit einer Dicke von kleiner oder gleich 500 nm und bevorzugt mit einer Dicke zwischen 10 nm und 100 nm aufgebracht. Durch das Aufbringen mittels Atomlagenabscheidung bedeckt das Versiegelungsmaterial6 die Oberflächenbereiche7 hermetisch dicht, so dass insbesondere die durch die Gräben92 freigelegten Seitenflächen der Halbleiterschichtenfolge2 kratzfest und hermetisch dicht versiegelt und verkapselt sind. Weiterhin können durch das Versiegelungsmaterial6 in den späteren Halbleiterbauelementen10 Leckströme über die Seitenflächen und Chipkanten vermieden werden, die ansonsten Stabilitätsrisiken für den Betrieb darstellen würden. Für ein Halbleiterbauelement10 , das als Licht empfangendes Halbleiterbauelement10 ausgeführt ist, kann es durch Leckströme auch zu Dunkelstromausfällen kommen. - Nach dem Aufbringen des Versiegelungsmaterials
6 wird der Halbleiterschichtverbund90 in den Gräben92 entlang der Trennlinien93 mittels Sägen, Brechen, Ritzen und/oder Ätzen in Halbleiterbauelemente10 vereinzelt, von denen eines in1C gezeigt ist. - Durch eine Abhebetechnik wird die Maske
5 auf dem Halbleiterbauelement10 entfernt (1D ), wodurch in der Schicht aus dem Versiegelungsmaterial6 eine Kontaktöffnung8 gebildet wird, durch die die elektrische Kontaktschicht4 zum elektrischen Anschluss des Halbleiterbauelements10 kontaktiert werden kann. Alternativ zum gezeigten Ausführungsbeispiel kann die Maske5 auch bereits vor dem Vereinzeln entfernt werden. - Das mittels des gezeigten Verfahrens hergestellte optoelektronische Bauelement
100 gemäß1D weist somit ein Halbleiterbauelement10 mit einem aktiven Bereich3 auf, der geeignet ist, im Betrieb Licht abzustrahlen. Auf zumindest einem Oberflächenbereich7 ist ein Versiegelungsmaterial6 aufgebracht, das den Oberflächenbereich7 hermetisch bedeckt. Insbesondere werden bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel die Flanken des Halbleiterbauelements10 vom Versiegelungsmaterial6 versiegelt, so dass beispielsweise eine Degradation beziehungsweise Beeinträchtigung des aktiven Bereichs3 durch Umwelteinflüsse wie etwa Feuchtigkeit und/oder Sauerstoff und/oder durch Leckströme vermieden werden kann. - Alternativ zum gezeigten Ausführungsbeispiel kann der Halbleiterschichtverbund
90 anstelle eines Waferverbunds auch einen Barrenverbund von Laserdioden bilden, bei dem beispielsweise die durch Spalten freigelegten Facetten Oberflächenbereiche7 bilden, auf denen das Versiegelungsmaterial6 aufgebracht wird. - In den weiteren Figuren werden weitere Ausführungsbeispiele für Verfahrensschritte von Herstellungsverfahren und für optoelektronische Bauelemente gezeigt, die Variationen und Modifikationen des vorab gezeigten Ausführungsbeispiels darstellen und die, sofern nichts anderes beschrieben ist, Merkmale des vorab gezeigten Ausführungsbeispiels aufweisen können.
- In den
2A bis2C ist ein Ausführungsbeispiel von Verfahrensschritten für ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements200 gezeigt, bei dem nach dem in1A gezeigten Verfahrensschritt die Vereinzelung des Halbleiterschichtverbunds90 in Halbleiterbauelemente10 durchgeführt wird. Alternativ zum gezeigten Verfahren kann beispielsweise die Maske5 auch erst auf dem vereinzelten Halbleiterbauelement10 aufgebracht werden. - In einem weiteren Verfahrensschritt wird gemäß
2B ein Versiegelungsmaterial6 mittels Atomlagenabscheidung auf allen Oberflächenbereichen7 des Halbleiterbauelements10 abgeschieden. Mittels der vorab beschriebenen Abhebetechnik wird die Maske entfernt und die elektrische Kontaktschicht in der Kontaktöffnung8 freigelegt (2C ). - Das so hergestellte optoelektronische Bauelement
200 weist ein Halbleiterbauelement10 auf, bei dem die mit dem Versiegelungsmaterial6 bedeckten Oberflächenbereiche7 alle freiliegenden Oberflächen des Halbleiterbauelements10 bis auf einen Teilbereich der elektrischen Kontaktschicht4 umfassen. Das Halbleiterbauelement10 ist somit allseitig hermetisch dicht bedeckt und gegen Verkratzung und schädliche Umwelteinflüsse geschützt sowie über die in der Kontaktöffnung8 freigelegte elektrische Kontaktschicht elektrisch kontaktierbar. Wie bereits weiter oben angemerkt kann das Versiegelungsmaterial6 weitere Kontaktöffnungen zur Freilegung weiterer elektrischer Kontaktschichten aufweisen, was aber der Übersichtlichkeit halber nicht gezeigt ist. - In
3 ist ein Verfahrensschritt für ein Herstellungsverfahren für optoelektronische Bauelemente gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel gezeigt. Dabei wird der Halbleiterschichtverbund90 auf einen Trägerverbund94 aufgebracht, der beispielsweise Wärmesenken für die Halbleiterbauelemente10 umfasst. Der Halbleiterschichtverbund90 und der Trägerverbund94 werden beispielsweise mittels Löten, Kleben oder anodischem Bonden miteinander verbunden und aufeinander montiert. - Alternativ zum gezeigten Ausführungsbeispiel können auch ein oder mehrere bereits vereinzelte Halbleiterbauelemente
10 auf einen Träger oder einem Trägerverbund montiert werden. - Der Halbleiterschichtverbund
90 mit dem Trägerverbund94 oder ein oder mehrere Halbleiterbauelemente10 auf einem Träger oder Trägerverbund können dann wie in den vorherigen Ausführungsbeispielen weiter verarbeitet werden. - In
4 ist ein Ausführungsbeispiel für ein optoelektronisches Bauelement300 gezeigt, bei dem das Halbleiterbauelement10 mittels einer Montagefläche9 auf einem Träger11 , beispielsweise einer Wärmesenke, einem Leiterrahmen und/oder einer Leiterplatte, montiert ist. Der mit dem Versiegelungsmaterial6 bedeckte Oberflächenbereich7 umfasst bis auf die Kontaktöffnung8 alle freiliegenden Oberflächen des Halbleiterbauelements10 im Sinne der vorliegenden Beschreibung. Je nach den spezifischen Erfordernissen an das optoelektronische Bauelement, beispielsweise hinsichtlich einer optimierten Wärmeabfuhr und/oder einer Abschattung durch elektrische Kontaktschichten beziehungsweise Bondpads, kann die Herstellung eines solchen Bauelements hinsichtlich der Montage des Halbleiterbauelements10 auf dem Träger11 sowohl in einer so genannten p-side-up- oder p-side-down-Montage erfolgen. - Alternativ zum gezeigten Ausführungsbeispiel in
4 kann das Versiegelungsmaterial6 auch auf allen freiliegenden Oberflächenbereichen7 einschließlich der elektrischen Kontaktschichten4 , also auf allen Oberflächen bis auf die Montagefläche, und/oder zumindest teilweise auf einer oder mehreren Oberflächen des Trägers11 aufgebracht werden, wie etwa in Zusammenhang mit den9 bis13 gezeigt ist. - In den
5A und5B sind weitere Ausführungsbeispiele für optoelektronische Bauelemente400 ,500 gezeigt, bei denen auf zumindest einem Oberflächenbereich7 ein Versiegelungsmaterial6 aufgebracht ist. In beiden Ausführungsbeispielen weisen die Halbleiterbauelemente10 der optoelektronischen Bauelemente400 ,500 mit dem Versiegelungsmaterial6 bedeckte Oberflächenbereiche7 auf, die abgeschattet sind. Das bedeutet, dass die Oberflächenbereiche7 mittels gerichteter Aufbringverfahren wie etwa Aufdampfen oder Sputtern nicht oder zumindest nicht gleichmäßig mit dem Versiegelungsmaterial6 bedeckbar sind. Die abgeschatteten Bereiche der Oberflächenbereiche7 werden gemäß den gezeigten Ausführungsbeispielen durch geometrische Ausformungen in Form einer umgekehrten Keilstruktur (5A ) und in Form von pilzartigen Strukturen (5B ) der Halbleiterbauelemente10 und deren Halbleiterschichtenfolgen2 gebildet. Die gezeigten geometrischen Ausformungen sind dabei rein beispielhaft. Mittels der Atomlagenabscheidung kann eine geometrieunabhängige Bedeckung der zu beschichtenden Oberflächenbereiche7 in den gezeigten Ausführungsbeispielen erreicht werden, da dieses Verfahren nicht gerichtet ist. - Besonders von Vorteil ist das hier beschriebene Verfahren daher auch für Halbleiterbauelemente
10 einsetzbar, die sehr nahe nebeneinander auf einem Träger angeordnet ist und/oder die beispielsweise schmale Kanäle und/oder Öffnungen und/oder sich zur Montagefläche hin verjüngende Strukturen aufweisen. - In den
6 bis8 sind Ausführungsbeispiele für Halbleiterbauelemente10' ,10'' ,10''' gezeigt, die Mikroöffnungen12 aufweisen. - Wie in
6 schematisch angedeutet können die Mikroöffnungen12 in der Halbleiterschichtenfolge2 und/oder im Substrat1 etwa in Form von Mikrokanälen und/oder Schraubenversetzungen vorhanden sein. Beispielsweise können sich derartige Mikroöffnungen12 beim Aufbringen der Halbleiterschichtenfolge10 aufgrund von nicht-perfekten Gitteranpassungen zwischen der Halbleiterschichtenfolge2 und dem Substrat1 und/oder zwischen verschiedenen Schichten der Halbleiterschichtenfolge2 bilden. Das Substrat1 kann ebenfalls herstellungsbedingt Mikroöffnungen12 aufweisen. Insbesondere können die optoelektronischen Bauelemente der vorab und nachfolgend gezeigten Ausführungsbeispiele solche Mikroöffnungen aufweisen. - Innerhalb der Mikroöffnungen
12 können Dotierstoffe und/oder Metall und/oder Feuchtigkeit und/oder Sauerstoff beispielsweise in den aktiven Bereich3 migrieren und so zu einem Sperrstromanstieg und Alterungsausfällen führen. Durch die Versiegelung der Oberflächenbereiche7 , die die Mikroöffnungen enthalten, mittels des Versiegelungsmaterials6 , wie in6 angedeutet ist, werden derartige Risiken verhindert. - Insbesondere kann die Versiegelung der Mikroöffnungen
12 beispielsweise dadurch erfolgen, dass die Halbleiterschichtenfolge2 unmittelbar nach dem epitaktischen Aufwachsen mittels des Versiegelungsmaterials6 versiegelt wird oder auch in einem späteren Prozessschritt entsprechend den vorherigen Ausführungsbeispielen. Insbesondere kann die Versiegelung der Mikroöffnungen12 zusammen mit einem Passivierungsschritt weiterer zu versiegelnder Oberflächenbereiche7 , beispielsweise der Seitenflächen eines Halbleiterbauelements10 , erfolgen. - Wie in
7 angedeutet ist, kann das Halbleiterbauelement10'' auf einer Oberfläche eine Passivierungsschicht13 aufweisen, die beispielsweise mittels eines konventionellen Aufbringverfahrens wie etwa Sputtern, Aufdampfen oder CVD aufgebracht wird. Wie im allgemeinen Teil beschrieben kann eine solche Passivierungsschicht13 Mikroöffnungen12 wie etwa Mikrokanäle und/oder so genannte Pin-Holes durch eine erhöhte Porosität und/oder durch eine nicht-perfekte Flächenbelegung der Passivierungsschicht13 aufweisen, die mittels des Versiegelungsmaterials6 durch Atomlagenabscheidung versiegelt werden können. - In
8 ist ein als Laserdiode ausgebildetes Halbleiterbauelement10''' gezeigt, das eine dem Fachmann bekannte Stegwellenleiterstruktur aufweist. Die Stegwellenleiterstruktur wird durch epitaktisches Überwachsen in selbstjustierender Form hergestellt, indem auf einem Teil der Halbleiterschichtenfolge2 eine Aufwachsschutzschicht14 aufgebracht wird, die in dem Bereich eine Öffnung aufweist, in dem die Stegwellenleiterstruktur ausgebildet werden soll. Im Falle einer porösen Aufwachsschutzschicht14 mit Mikroöffnungen12 auf dem Oberflächenbereich7 wachsen im Bereich der Mikroöffnungen12 parasitäre Kristalle auf, die eine schlechte Überformbarkeit, Leckströme und/oder sogar einen Bauelementausfall zur Folge haben können. Durch das Aufbringen des Versiegelungsmaterials6 mittels Atomlagenabscheidung können die Mikroöffnungen12 im Oberflächenbereich7 versiegelt werden. - In
9 ist ein optoelektronisches Bauelement600 mit einem Halbleiterbauelement10 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel gezeigt. - Das optoelektronische Bauelement
600 weist einen Träger11 auf, der als Wärmesenke für einen darauf montiertes Halbleiterbauelement10 ausgebildet ist und der elektrische Anschlussschichten15 ,16 zur elektrischen Kontaktierung des Halbleiterbauelements10 aufweist. Das Halbleiterbauelement10 ist mit einer Montagefläche9 auf der elektrischen Anschlussschicht15 montiert, wobei die Montagefläche9 auch eine elektrische Kontaktschicht (nicht gezeigt) zum elektrischen Anschluss des Halbleiterbauelements10 ausgebildet ist. Auf der der Montagefläche gegenüberliegenden Seite ist das Halbleiterbauelement10 mittels eines als elektrisch leitende Schicht ausgebildeten elektrischen Kontaktelements21 an die Anschlussschicht16 des Trägers elektrisch angeschlossen. Dazu ist zwischen dem elektrischen Kontaktelement21 und dem Halbleiterbauelement10 eine elektrische Isolierungsschicht18 in Bereichen angeordnet, um das elektrische Kontaktelement21 beispielsweise an den Seitenflächen des Halbleiterbauelements10 vom elektrischen Kontaktelement21 elektrisch zu isolieren. - Das Halbleiterbauelement
10 ist auf Oberflächenbereichen7 , die alle freiliegenden Oberflächen des Halbleiterbauelements10 und das elektrische Kontaktelement21 umfassen, mit dem mittels Atomlagenabscheidung aufgebrachten Versiegelungsmaterial6 bedeckt und hermetisch dicht versiegelt. Weiterhin sind auch Oberflächen17 des Trägers mit dem Versiegelungsmaterial6 bedeckt. Dadurch wird eine umfassende Verkapselung des Halbleiterbauelements10 erreicht. - Im Vergleich zu den im Stand der Technik bekannten Gehäusen lassen sich durch das Versiegelungsmaterial
6 sehr kompakte Abmessungen des verkapselten optoelektronischen Bauelements600 erzielen. Von Vorteil ist dies gerade in Kombination mit der elektrischen Kontaktierung mittels des gezeigten schichtförmigen elektrischen Kontaktelements21 , da die typischerweise verwendeten elektrischen Verbindungen zwischen einem Halbleiterchip und den elektrischen Zuführungen in Form von Bonddrähten beim Weglassen eines bekannten Gehäuses signifikant zur Bauhöhe beitragen würden. Im Vergleich zu einem als Bonddraht ausgeführten elektrischen Kontaktelement21 wird weiterhin auch die Gefahr einer Beschädigung des optoelektronischen Bauelements600 beispielsweise durch Abreißen des Bonddrahts bei der gezeigten gehäusefreien Bauform reduziert. - In
10 ist ein optoelektronisches Bauelement700 mit einem Halbleiterbauelement10 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel gezeigt, das im Vergleich zum vorherigen Ausführungsbeispiel einen Bonddraht als elektrisches Kontaktelement21 aufweist. Dabei sind das gesamte Halbleiterbauelement10 auf allen freiliegenden Oberflächen beziehungsweise Oberflächenbereichen7 sowie der Bonddraht21 mit dem Versiegelungsmaterial6 bedeckt. Weiterhin ist auch der Träger mit den elektrischen Anschlussschichten15 ,16 bis auf einen Anschlussbereich22 auf allen Oberflächen17 mit dem Versiegelungsmaterial6 bedeckt, so dass eine umfassende Versiegelung des optoelektronischen Bauelements700 erreicht wird. Mittels des elektrischen Anschlussbereichs22 , in dem die elektrischen Anschlussschichten15 ,16 zur Kontaktierung zugänglich sind, kann ein elektrischer Anschluss des optoelektronischen Bauelements700 an eine externe Stromversorgung und/oder eine Steuerelektronik erfolgen. - Weiterhin weist das optoelektronische Bauelement
700 ein transparentes Gehäusematerial20 auf, das das Halbleiterbauelement10 und einen Teil des Trägers11 umgibt. Das Gehäusematerial20 weist einen Kunststoff auf, der nicht hermetisch ist. - Die herkömmliche Verkapselung von optoelektronischen Bauelementen in einem hermetischen Kunststoff- oder Metallgehäuse hingegen wäre im Vergleich zum gezeigten Ausführungsbeispiel sehr aufwändig, da alle Grenzflächen zur Umgebung höchsten Anforderungen hinsichtlich Dichtheit genügen müssen, was nur mit relativ aufwändigen Verfahren und Materialien realisiert werden kann. Das Gehäuse selbst könnte in vielen Fällen wesentlich einfacher ausgeführt werden, insbesondere um anderen Anforderungen wie etwa Handhabbarkeit, Wärmeabfuhr und/oder optischen Eigenschaften zu genügen, wenn nicht üblicherweise durch das Gehäuse auch eine hermetische Verkapselung bildet werden muss. Durch die Kombination mit dem Versiegelungsmaterial
6 können wesentlich einfachere Gehäuse verwendet werden, wobei zwar eine hermetisch dichte Versiegelung gewährleistet wird, gleichzeitig aber die aufwändigen bekannten Verfahren und Materialien zur Verkapselung vermieden werden können. - In
11 ist ein optoelektronisches Bauelement800 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel gezeigt, das auf einem als Wärmesenke, Leiterrahmen, Platine oder Nutzen ausgebildeten Träger11 eine Mehrzahl von Halbleiterbauelementen10 aufweist. Die Halbleiterbauelemente10 sind im gezeigten Ausführungsbeispiel als LEDs ausgebildet, so dass das optoelektronische Bauelement800 ein lichtemittierendes Hochleistungsmodul darstellt. Die Halbleiterbauelemente10 sind gemeinsam mit dem Träger11 auf jeder freiliegenden Oberfläche zusammenhängend mit dem Versiegelungsmaterial6 bedeckt, wie in11 schematisch angedeutet ist. Lediglich die elektrischen Anschlussbahnen15 ,16 sind im gezeigten Bereich als elektrischer Anschlussbereich ausgebildet und daher frei vom Versiegelungsmaterial6 . - Einen besonderen Vorteil bietet das mittels Atomlagenabscheidung aufgebrachte Versiegelungsmaterial
6 bei optoelektronischen Bauelementen wie dem hier gezeigten vor allem auch dann, wenn die Halbleiterbauelemente10 sehr dicht nebeneinander, etwa in einer Array-Bauform, angeordnet sind. Die Atomlagenabscheidung ermöglicht hierbei das Aufbringen einer kostengünstigen, großflächigen, optisch transparenten und hermetisch Dichten Versiegelung beziehungsweise Verkapselung die auch möglicherweise vorhandene schmale Spalte zwischen den Halbleiterbauelementen10 zuverlässig und gleichmäßig versiegelt. Dabei kann das Versiegelungsmaterial6 mit Vorteil ein optisch transparentes Material aufweisen, das die optische Funktionalität der Halbleiterbauelemente10 nicht beeinflusst. - Alternativ können die Halbleiterbauelemente
10 auch zumindest teilweise oder alle als Laserdioden und/oder Fotodioden ausgebildet sein. Weiterhin ist es auch möglich, dass das Aufbringen des Versiegelungsmaterials mittels Atomlagenabscheidung im Rahmen einer Montage der Halbleiterbauelemente10 und deren elektrischen Anschlussbahnen auf einem Nutzen durchgeführt wird. Anschließend kann dann eine Montage zusätzlicher Komponenten wie etwa optischer Bauteile möglich sein, die keiner Verkapselung bedürfen. - In
12 ist ein optoelektronisches Bauelement900 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel gezeigt, das auf einem Träger11 , der als elektrische Anschlussplatte und gleichzeitig als Wärmesenke ausgebildet ist, zwei Halbleiterbauelemente10 aufweist, die auf verschiedenen Oberflächen des Trägers11 angeordnet sind. Die Halbleiterbauelemente10 sind im gezeigten Ausführungsbeispiel rein beispielhaft als rote und als gründe Laserdiode ausgebildet. Der Übersichtlichkeit halber sind elektrische Kontaktschichten und Anschlussschichten nicht gezeigt. Die Halbleiterbauelemente10 und der Träger11 sind bis auf einen elektrischen Anschlussbereich22 auf allen freiliegenden Oberflächen zusammenhängend mit dem Versiegelungsmaterial6 bedeckt, wie schematisch in12 angedeutet ist. Dadurch ist eine gemeinsame und gleichzeitige Verkapselung der verschieden ausgeführten Halbleiterbauelemente10 bei einer sehr kompakten Bauweise des optoelektronischen Bauelements900 möglich, da auf eine aufwändige Verkapselung gemäß dem Stand der Technik wie etwa ein Schutzgasgehäuse verzichtet werden kann. Aufgrund der kompakten Bauweise können die Halbleiterbauelemente10 beispielsweise auch eine gemeinsame nachgeordnete Optik nutzen. - Alternativ zum gezeigten Ausführungsbeispiel einer so genannten Sender-Sender-Kombination können die Halbleiterbauelemente
10 auch beispielsweise als LEDs oder als Kombination aus einer Fotodiode und einer Licht emittierenden beziehungsweise einer Laserdiode in einer Sender-Empfänger-Kombination ausgeführt sein. Alternativ dazu können die Halbleiterbauelemente10 auch in einer Empfänger-Empfänger-Kombination als zwei Fotodioden ausgeführt sein. Weiterhin können auch mehr als die zwei gezeigten Halbleiterbauelemente10 sowie weitere elektronische Bauelemente auf dem Träger11 auf einer oder beiden Seiten angeordnet und gemeinsam mit dem Versiegelungsmaterial6 verkapselt sein. - Die gezeigte kompakte Bauweise ist von Vorteil für optoelektronische Massenanwendungen wie etwa Projektoren oder Lichtschranken, da gleiche oder verschiedenartige Halbleiterbauelemente
10 geometrisch dicht gepackt und gemeinsam ohne weiteren Platzaufwand verkapselt werden können. - In
13 ist ein optoelektronisches Bauelement1000 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel gezeigt, das als Solarzellenpaneel beziehungsweise als Solarzellenmodul ausgebildet ist. Das optoelektronische Bauelement1000 weist eine Mehrzahl von Halbleiterbauelementen10 auf, die als Solarzellen ausgebildet sind und die auf einem Träger11 gemeinsam angeordnet sind und elektrisch miteinander verschaltet sind. Die Halbleiterbauelemente10 sind gemeinsam mit dem Versiegelungsmaterial6 hermetisch dicht bedeckt und somit vor Verkratzung und Umwelteinflüssen wie etwa Hagel, Staub, Feuchtigkeit und Sauerstoff geschützt. - Solarzellen und Solarzellenmodule gewinnen für eine künftige Energieversorgung eine zunehmende Bedeutung. Da der Ausfall einzelner Solarzellen oder eines Solarzellenmoduls mit erheblichen Kosten verbunden ist, müssen derartige Systeme eine lange Lebensdauer bei möglichst unverminderter Effizienz aufweisen. Durch das großflächig und zusammenhängend über den als Solarzellen ausgebildeten Halbleiterbauelementen
10 aufgebrachte Versiegelungsmaterial6 bietet dieses in Form einer transparenten Wetterschutzverkapselung einen effektiven Schutz vor Umwelteinflüssen und verhindert beispielsweise auch, dass durch Feuchtigkeit elektrische Kontaktschichten oder Anschlussschichten korrodieren. - Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Nicht-Patentliteratur
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Claims (15)
- Optoelektronisches Bauelement, umfassend – zumindest ein anorganisches optoelektronisch aktives Halbleiterbauelement (
10 ) mit einem aktiven Bereich (3 ), der geeignet ist, im Betrieb Licht abzustrahlen oder zu empfangen, und – auf zumindest einem Oberflächenbereich (7 ) ein mittels Atomlagenabscheidung aufgebrachtes Versiegelungsmaterial (6 ), das den Oberflächenbereich (7 ) hermetisch dicht bedeckt. - Bauelement nach Anspruch 1, wobei – das Halbleiterbauelement (
10 ) zumindest eine elektrische Kontaktschicht (4 ) aufweist und – das Versiegelungsmaterial (6 ) alle freiliegenden Oberflächen des Halbleiterbauelements (10 ) bis auf die Kontaktschicht (4 ) oder bis auf einen Teilbereich der Kontaktschicht (4 ) gänzlich bedeckt. - Bauelement nach Anspruch 1 oder 2, wobei – das Halbleiterbauelement (
10 ) mit einer Montagefläche (9 ) auf einem Träger (11 ) aufgebracht ist. - Bauelement nach Anspruch 3, wobei – das Versiegelungsmaterial (
6 ) alle freiliegenden Oberflächen des Halbleiterbauelements (10 ) bedeckt. - Bauelement nach Anspruch 3 oder 4, wobei – das Halbleiterbauelement (
10 ) über zumindest ein elektrisches Kontaktelement (21 ) mit dem Träger (11 ) elektrisch verbunden ist und – das Versiegelungsmaterial (6 ) das elektrische Kontaktelement (21 ) bedeckt. - Bauelement nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei – das Versiegelungsmaterial (
6 ) zumindest einen Teil einer Oberfläche (17 ) des Trägers (11 ) bedeckt. - Bauelement nach Anspruch 6, wobei – das Versiegelungsmaterial (
6 ) alle freiliegenden Oberflächen (7 ,17 ) des Trägers (11 ) und des Halbleiterbauelements (10 ) bis auf einen elektrischen Anschlussbereich (22 ) des Trägers (11 ) gänzlich bedeckt. - Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei – das Halbleiterbauelement (
10 ) und das Versiegelungsmaterial (6 ) zumindest teilweise mit einem Gehäusematerial (20 ) umhüllt sind. - Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei – das optoelektronische Bauelement eine Mehrzahl von Halbleiterbauelementen (
10 ) aufweist und – das Versiegelungsmaterial (6 ) auf jeweils zumindest einem Oberflächenbereich (7 ) eines jedes der Mehrzahl von Halbleiterbauelementen (10 ) aufgebracht ist. - Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei – das Halbleiterbauelement (
10 ) im zumindest einen Oberflächenbereich (7 ) zumindest eine Mikroöffnung (12 ) aufweist und – das Versiegelungsmaterial (6 ) die Mikroöffnung (12 ) versiegelt. - Bauelement nach Anspruch 10, wobei – der Oberflächenbereich (
7 ) mit der zumindest einen Mikroöffnung (12 ) Teil einer Oberfläche eines Substrats (1 ) und/oder einer epitaktisch gewachsenen Schicht einer Halbleiterschichtenfolge (2 ) ist. - Bauelement nach Anspruch 10 oder 11, wobei – das Halbleiterbauelement (
10 ) eine Passivierungsschicht (13 ) und/oder eine Aufwachsschutzschicht (14 ) aufweist und – der Oberflächenbereich (7 ) mit der zumindest einen Mikroöffnung (12 ) Teil einer Oberfläche der Passivierungsschicht (13 ) und/oder der Aufwachsschutzschicht (14 ) ist. - Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei – der Oberflächenbereich (
7 ) zumindest teilweise abgeschattet ist. - Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13 mit einem Halbleiterbauelement (
10 ), bei dem – das Versiegelungsmaterial (6 ) mittels Atomlagenabscheidung auf einen Halbleiterschichtverbund (90 ) aufgebracht wird, und – danach der Halbleiterschichtverbund (90 ) in eine Mehrzahl von Halbleiterbauelementen (10 ) vereinzelt wird. - Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13 mit einem Halbleiterbauelement (
10 ), bei dem – das Halbleiterbauelement (10 ) auf einem Träger (11 ) montiert wird und – danach das Versiegelungsmaterial (6 ) mittels Atomlagenabscheidung abgeschieden wird.
Priority Applications (10)
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