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Träger für eine optoelektronische Struktur und optoelektronischer Halbleiterchip mit solch einem Träger Es wird ein Träger für eine optoelektronische Struktur angegeben. Darüber hinaus wird ein optoelektronischer Halbleiterchip mit solch einem Träger angegeben.
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Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, einen Träger für eine optoelektronische Struktur anzugeben, der einen besonders stabilen optoelektronischen Halbleiterchip ermöglicht.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Trägers eignet sich der Träger als Träger für eine optoelektronische Struktur. Bei der optoelektronischen Struktur kann es sich beispielsweise um eine Struktur handeln, welche eine Halbleiterschichtenfolge umfasst. Die Halbleiterschichtenfolge umfasst vorzugsweise zumindest einen aktiven Bereich, der im Betrieb der optoelektronischen Struktur zur Erzeugung und/oder Detektion von elektromagnetischer Strahlung geeignet ist. Der Träger und die optoelektronische Struktur können zusammen einen optoelektronischen Halbleiterchip bilden, bei dem es sich dann beispielsweise um einen Leuchtdiodenchip oder um einen Fotodiodenchip handeln kann.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Trägers umfasst der Träger einen elektrisch isolierenden Grundkörper. Der elektrisch isolierende Grundkörper bildet die mechanisch tragende Komponente des Trägers. Beispielsweise ist der elektrisch isolierende Grundkörper nach Art einer Scheibe ausgebildet, das heißt seine Erstreckung in lateraler Richtung ist größer als seine Dicke in der dazu senkrechten vertikalen Richtung. Der elektrisch isolierende Grundkörper ist mit einem elektrisch isolierenden Material oder mit elektrisch isolierenden Materialien gebildet. Beispielsweise kann der elektrisch isolierende Grundkörper eines der folgenden Materialien enthalten oder aus einem der folgenden Materialien bestehen: Silizium, insbesondere undotiertes Silizium, keramische Materialien, insbesondere keramische Materialien wie Aluminiumnitrid, Aluminiumoxid.
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Prinzipiell ist auch die Verwendung eines nicht elektrisch isolierenden Grundkörpers möglich. In diesem Fall wird durch geeignete Isolationsschichten der Metallisierungen (inklusive von Durchkontaktierungen) gegen den Grundkörper für eine korrekte elektrische Funktion gesorgt.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Trägers umfasst der Träger zumindest eine n-seitige Anschlussstelle an einer Unterseite des Grundkörpers. Über die n-seitige Anschlussstelle kann ein elektrischer Strom in eine am Träger befestigte optoelektronische Struktur eingeprägt werden. Bei der n-seitigen Anschlussstelle handelt es sich dann beispielsweise um die Kathode eines optoelektronischen Halbleiterchips mit diesem Träger.
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Die n-seitige Anschlussstelle kann beispielsweise als Metallisierung, also beispielsweise als Metallschicht, an der Unterseite des Grundkörpers ausgebildet sein.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Trägers weist der Träger eine p-seitige Anschlussstelle auf, die an der Unterseite des Grundkörpers angeordnet ist. Bei der p-seitigen Anschlussstelle kann es sich beispielsweise um die Anode eines optoelektronischen Halbleiterchips handeln, der den Träger aufweist. Die p-seitige Anschlussstelle kann wie die n-seitige Anschlussstelle als Metallisierung an der Unterseite des Grundkörpers ausgebildet sein und ist von der n-seitigen Anschlussstelle elektrisch isoliert. Beispielsweise eignet sich der Träger auf diese Weise zur Oberflächenmontage, indem die n-seitigen Anschlussstellen und die p-seitigen Anschlussstellen des Trägers beispielsweise mit den Kontaktstellen einer Leiterplatte verbunden werden, auf der der Träger angeordnet ist.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Trägers umfasst der Träger eine strukturierte elektrisch leitende Schicht an der der Unterseite gegenüberliegenden Oberseite des Grundkörpers. Die strukturierte elektrisch leitende Schicht ist vorzugsweise mit den p-seitigen Anschussstellen und den n-seitigen Anschlussstellen des Trägers elektrisch leitend verbunden. Über die strukturierte elektrisch leitende Schicht wird der durch die Anschlussstellen eingeprägte Strom entlang der Oberseite des Trägers verteilt beziehungsweise an die gewünschten Stellen geleitet.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Trägers umfasst der Träger eine strukturierte und elektrisch leitende trägerseitige Verbindungsmittelschicht an der dem Grundkörper abgewandten Seite der strukturierten elektrisch leitenden Schicht. Bei der Verbindungsmittelschicht handelt es sich beispielsweise um eine Lotschicht oder um eine Schicht aus leitfähigem Klebstoff. Die trägerseitige Verbindungsmittelschicht ist an der dem Grundkörper abgewandten Seite der strukturierten elektrisch leitenden Schicht angeordnet und ist stellenweise direkt und stellenweise lediglich mittelbar mit dieser verbunden.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Trägers ist die strukturierte elektrisch leitende Schicht in einem ersten Bereich elektrisch leitend mit der n-seitigen Anschlussstelle verbunden und in einem zweiten Bereich elektrisch leitend mit der p-seitigen Anschlussstelle verbunden, wobei der erste Bereich und der zweite Bereich elektrisch voneinander isoliert sind. Mit anderen Worten weist die strukturierte elektrisch leitende Schicht an der Oberseite des Grundkörpers zumindest zwei Bereiche auf, die mit ungleichnamigen Anschlussstellen des Trägers verbunden sind. Umfasst der Träger mehrere n-seitige Anschlussstellen, sind vorzugsweise alle n-seitigen Anschlussstellen mit einem ersten Bereich verbunden. Umfasst der Träger mehrere p-seitige Anschlussstellen für eine einzige optoelektronische Struktur, sind vorzugsweise alle p-seitigen Anschlussstellen mit einem zweiten Bereich verbunden.
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Dabei ist es möglich, dass der Träger mehrere erste Bereiche und mehrere zweite Bereiche oder genau einen ersten Bereich und genau einen zweiten Bereich aufweist.
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Ist der Träger beispielsweise dafür vorgesehen, zwei oder mehr optoelektronische Strukturen zu tragen, so kann er eine der Anzahl der optoelektronischen Strukturen entsprechende Anzahl von n-seitigen Anschlussstellen, von p-seitigen Anschlussstellen, von ersten Bereichen der strukturierten und elektrisch leitenden Schicht und von zweiten Bereichen der strukturierten und elektrisch leitenden Schicht umfassen. Die ersten und zweiten Bereiche der strukturierten elektrisch leitenden Schicht leiten und verteilen den Strom von den ungleichnamigen Anschlussstellen des Trägers also in vorgebbarer Weise an der Oberseite des Grundkörpers.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Trägers steht die trägerseitige Verbindungsmittelschicht stellenweise in direktem Kontakt mit der elektrisch leitenden Schicht und stellenweise ist ein elektrisch isolierendes Passivierungsmaterial zwischen der elektrisch leitenden Schicht und der trägerseitigen Verbindungsmittelschicht angeordnet. Das heißt, es gibt Bereiche, in denen die trägerseitige Verbindungsmittelschicht elektrisch leitend mit der elektrisch leitenden Schicht verbunden ist und es gibt Bereiche, in denen die trägerseitige Verbindungsmittelschicht lediglich mechanisch mit der elektrisch leitenden Schicht verbunden ist, wobei die mechanische Verbindung vom elektrisch isolierenden Passivierungsmaterial vermittelt wird.
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Die strukturierte elektrisch leitende Verbindungsmittelschicht gliedert sich dadurch in Bereiche, die in direktem elektrischen Kontakt mit einer der Anschlussstellen des Trägers stehen, und in Bereiche, die von den Anschlussstellen – zumindest im Hinblick auf die Verbindung über die strukturierte elektrisch leitende Schicht – elektrisch isoliert sind. Dabei ist es insbesondere möglich, dass der Träger im Rahmen der Herstellungstoleranz eine gleichmäßige Dicke aufweist. Das kann beispielsweise dadurch erreicht sein, dass das strukturierte Verbindungsmaterial dort, wo kein Passivierungsmaterial zwischen dem Verbindungsmaterial und der elektrisch leitenden Schicht angeordnet ist, derart dick ausgebildet ist, dass es eine gleiche Dicke aufweist wie der Schichtstapel aus Passivierungsmaterial und auf dem Passivierungsmaterial angeordnetem Verbindungsmaterial.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Trägers umfasst der Träger für eine optoelektronische Struktur einen, insbesondere elektrisch isolierenden, Grundkörper, zumindest eine n-seitige Anschlussstelle an einer Unterseite des Grundkörpers, zumindest eine p-seitige Anschlussstelle an der Unterseite des Grundkörpers, eine strukturierte elektrisch leitende Schicht an der der Unterseite gegenüberliegenden Oberseite des Grundkörpers und eine strukturierte und elektrisch leitende trägerseitige Verbindungsmittelschicht an der dem Grundkörper abgewandten Seite der strukturierten elektrisch leitenden Schicht. Dabei ist die strukturierte elektrisch leitende Schicht in einem ersten Bereich elektrisch leitend mit der n-seitigen Anschlussstelle verbunden, die strukturierte elektrisch leitende Schicht ist in einem zweiten Bereich elektrisch leitend mit der p-seitigen Anschlussstelle verbunden und der erste Bereich und der zweite Bereich der elektrisch leitenden Schicht sind elektrisch voneinander isoliert. Die trägerseitige Verbindungsmittelschicht steht stellenweise in direktem Kontakt mit der elektrisch leitenden Schicht und stellenweise ist ein elektrisch isolierendes Passivierungsmaterial zwischen der elektrisch leitenden Schicht und der trägerseitigen Verbindungsmittelschicht angeordnet.
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Dem hier beschriebenen Träger liegt dabei unter anderem die Idee zugrunde, die Umverdrahtung, das heißt die elektrische Verbindung zwischen räumlich isolierten Kontaktstellen, beispielsweise der optoelektronischen Struktur, für die der Träger bereitgestellt wird, nicht in der optoelektronischen Struktur, sondern am Träger selbst durchzuführen. Bei dem Träger kann es sich beispielsweise um einen Wafer, etwa einen Silizium-Wafer, handeln, der in der beschriebenen Weise Anschlussstellen, strukturierte elektrisch leitende Schichten und strukturierte elektrisch leitende Verbindungsmittelschichten aufweist.
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Der Trägerwafer kann mit einem Halbleiterwafer, der beispielsweise eine Vielzahl von optoelektronischen Strukturen umfasst, über justiertes Bonden verbunden werden. Der Träger stellt auf diese Weise für die optoelektronischen Strukturen mechanischen Halt, elektrische Anschlüsse und die benötigte Verteilung des elektrischen Stroms zur Verfügung.
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Der Trägerwafer mit der Vielzahl optoelektronischer Strukturen kann anschließend in einzelne optoelektronische Halbleiterchips vereinzelt werden, von denen jeder optoelektronische Halbleiterchip eine oder mehrere optoelektronische Strukturen umfasst, die mit einem zugeordneten Träger mechanisch fest und elektrisch leitend verbunden sind.
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Mit anderen Worten ist der hier beschriebene Träger für eine Verbindungstechnik im Waferverbund geeignet und vorgesehen. Eine Vielzahl von optoelektronischen Strukturen kann noch im Waferverbund vorliegend auf den Träger aufgebracht und dort elektrisch angeschlossen werden.
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Weiter wird mit dem hier beschriebenen Träger ein besonders stabiler Halbleiterchip ermöglicht. Stabil bezieht sich dabei sowohl auf elektrische Stabilität (trotz der in der optoelektronische Strukturen notwendigen hohen Strömen zum Beispiel im Vergleich zu üblichen BGA (ball grid array)-Anwendungen, wo nur kleine Schalt- bzw. Signalströme verteilt werden) als auch auf mechanische Stabilität (trotz der extrem dünnen Restdicke der optoelektronische Strukturen nach dem Entfernen des Wachstumssubstrats).
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Trägers ist das Passivierungsmaterial stellenweise zwischen der elektrisch leitenden Schicht und der trägerseitigen Verbindungsmittelschicht angeordnet, wobei das Passivierungsmaterial mit der elektrisch leitenden Schicht und der Verbindungsmittelschicht in direktem Kontakt steht. Das heißt, in den Bereichen, in denen Passivierungsmaterial vorhanden ist, vermittelt das Passivierungsmaterial eine mechanische Verbindung zwischen der trägerseitigen Verbindungsmittelschicht und der elektrisch leitenden Schicht.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Trägers ist das Passivierungsmaterial ausschließlich im ersten Bereich mit der elektrisch leitenden Schicht in direktem Kontakt. Das heißt, das Passivierungsmaterial ist vorzugsweise nur dort angeordnet, wo die elektrisch leitende Schicht elektrisch leitend mit der n-seitigen Anschlussstelle verbunden ist. Im zweiten Bereich der strukturierten elektrisch leitenden Schicht, also dort, wo die strukturierte elektrisch leitende Schicht mit der p-seitigen Anschlussstelle elektrisch leitend verbunden ist, befindet sich die trägerseitige Verbindungsmittelschicht in direktem Kontakt mit der elektrisch leitenden Schicht. Mit anderen Worten ist es möglich, dass der zweite Bereich der elektrisch leitenden Schicht frei vom Passivierungsmaterial ist.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der zweite Bereich der strukturierten elektrisch leitenden Schicht frei von Passivierungsmaterial. Dort, wo die strukturierte elektrisch leitende Schicht mit der p-seitigen Anschlussstelle elektrisch leitend verbunden ist, befindet sich die trägerseitige Verbindungsmittelschicht in direktem Kontakt mit der elektrisch leitenden Schicht. Das Passivierungsmaterial ist ausschließlich im ersten Bereich angeordnet und nur dort im direkten Kontakt mit der elektrisch leitenden Schicht, wo keine leitfähige Verbindung der trägerseitigen Verbindungsmittelschicht mit der strukturierten elektrisch leitfähigen Schicht erwünscht wird.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Trägers sind die Anschlussstellen des Trägers mittels jeweils wenigstens einer Durchkontaktierung mit der elektrisch leitenden Schicht elektrisch leitend verbunden, wobei sich die Durchkontaktierungen durch den Grundkörper hindurch von der Unterseite zur Oberseite des Grundkörpers erstrecken. Die Durchkontaktierungen sorgen also für den elektrisch leitenden Kontakt der Anschlussstellen mit den zugeordneten Bereichen der elektrisch leitenden Schicht. Beispielsweise sind die Durchkontaktierungen durch Metallisierungen von Löchern im Grundkörper ausgebildet, welche den Grundkörper von seiner Oberseite zu seiner Unterseite vollständig durchdringen. Diese Löcher können dabei auch vollständig mit elektrisch leitendem Material, beispielsweise Metall, gefüllt sein. Beispielsweise sind die Durchkontaktierungen mit dem gleichen Material wie die Anschlussstellen gebildet. Das heißt, eine Durchkontaktierung kann mit der ihr zugeordneten Anschlussstelle einstückig ausgeführt sein. An der Oberseite des Grundkörpers befinden sich die Durchkontaktierungen mit den zugeordneten Bereichen der elektrisch leitenden Schicht in direktem Kontakt. Die elektrisch leitende Schicht kann dabei ebenfalls aus dem gleichen Material wie die Durchkontaktierungen und die Anschlussstellen gebildet sein, sodass ein Bereich der elektrisch leitenden Schicht mit den zugeordneten Durchkontaktierungen und Anschlussstellen einstückig ausgebildet sein kann.
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Es wird darüber hinaus ein optoelektronischer Halbleiterchip angegeben. Der optoelektronische Halbleiterchip umfasst einen Träger, wie er hier beschrieben ist. Das heißt, sämtliche für den Träger offenbarten Merkmale sind auch für den optoelektronischen Halbleiterchip offenbart und umgekehrt.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterchips ist der Träger mit einer optoelektronischen Struktur mittels der trägerseitigen Verbindungsmittelschicht elektrisch leitend und mechanisch verbunden. Das heißt, der optoelektronische Halbleiterchip umfasst eine optoelektronische Struktur, die mittels der trägerseitigen Verbindungsschicht elektrisch leitend und mechanisch mit dem Träger verbunden ist.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterchips umfasst die optoelektronische Struktur die folgenden Komponenten: Die optoelektronische Struktur umfasst eine Halbleiterschichtenfolge, die beispielsweise epitaktisch hergestellt sein kann. Die Halbleiterschichtenfolge kann beispielsweise auf einem III-V-Verbindungs-Halbleitermaterial basieren. Die Halbleiterschichtenfolge umfasst einen aktiven Bereich, der im Betrieb der Halbleiterschichtenfolge zur Erzeugung oder Detektion von elektromagnetischer Strahlung vorgesehen ist. Ferner umfasst die Halbleiterschichtenfolge eine p-Seite, die beispielsweise mit einem p-dotierten Halbleitermaterial gebildet ist, und eine n-Seite, die beispielsweise mit einem n-dotierten Halbleitermaterial gebildet ist. Der aktive Bereich ist dann zwischen der p-Seite und der n-Seite angeordnet.
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Die optoelektronische Struktur umfasst ferner eine Spiegelschicht, die zur Reflexion von im aktiven Bereich erzeugter elektromagnetischer Strahlung oder vom im aktiven Bereich zu detektierender elektromagnetischer Strahlung vorgesehen ist. Die Spiegelschicht ist dabei mit der p-Seite der Halbleiterschichtenfolge elektrisch leitend verbunden. Die Spiegelschicht ist beispielsweise an der p-Seite der Halbleiterschichtenfolge an dieser angebracht und mechanisch mit dieser verbunden. Elektrischer Strom zum Betreiben des aktiven Bereichs kann dabei auch über die Spiegelschicht in die p-Seite der Halbleiterschichtenfolge eingeprägt werden, falls die Spiegelschicht elektrisch leitend ausgebildet ist. Beispielsweise enthält die Spiegelschicht ein reflektierendes Material wie Gold oder Silber.
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Die optoelektronische Struktur umfasst weiter zumindest eine strukturseitige Durchkontaktierung, welche die n-Seite der Halbleiterschichtenfolge elektrisch leitend kontaktiert und sich von der p-Seite durch den aktiven Bereich hindurch bis zur n-Seite erstreckt. Das heißt, eine Kontaktierung der aktiven Struktur kann von der Seite erfolgen, an der die p-Seite der Halbleiterschichtenfolge angeordnet ist. Eine Stromverteilung erfolgt nicht oberhalb des aktiven Bereichs, beispielsweise auf der der p-Seite abgewandten Außenfläche der n-Seite der Halbleiterschichtenfolge. Vielmehr erfolgt eine Stromverteilung vorliegend bereits am Träger. Der Träger und die optoelektronische Struktur sind derart miteinander verbunden, dass die n-Seite der Halbleiterschichtenfolge dem Träger abgewandt liegt.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterchips umfasst der Halbleiterchip eine strukturierte und elektrisch leitende strukturseitige Verbindungsmittelschicht, die im direkten Kontakt mit der trägerseitigen Verbindungsmittelschicht steht, wobei die beiden Verbindungsmittelschichten mechanisch fest miteinander verbunden sind. Beispielsweise handelt es sich bei den Verbindungsmittelschichten um Lotschichten oder um Schichten aus leitfähigem Klebstoff. Die strukturseitige Verbindungsmittelschicht ist dabei beispielsweise zumindest stellenweise durch eine oder mehrere strukturseitige Passivierungsschichten von der Halbleiterschichtenfolge elektrisch isoliert. Die strukturseitige Verbindungsmittelschicht ist dabei zwischen der Halbleiterschichtenfolge und dem Träger angeordnet.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterchips weist die strukturseitige Verbindungsmittelschicht zumindest einen p-Bereich auf, der elektrisch leitend mit der p-seitigen Anschlussstelle des Trägers verbunden ist, und zumindest einen n-Bereich, der elektrisch leitend mit der n-seitigen Anschlussstelle verbunden ist, wobei in einer Richtung parallel zur Haupterstreckungsebene des aktiven Bereichs die n-Bereiche der strukturseitigen Verbindungsmittelschicht und die Spiegelschicht nicht oder nur kaum miteinander überlappen. „Kaum überlappen” bedeutet, dass höchstens 10% der Fläche der Spiegelschicht mit den n-Bereichen der strukturseitigen Verbindungsmittelschicht überlappen. Ferner überlappen die n-Bereiche der strukturseitigen Verbindungsmittelschicht und die Spiegelschicht auch in Richtung senkrecht zur Haupterstreckungsebene des aktiven Bereichs nicht. Diese Komponenten sind also vertikal und lateral versetz zueinander angeordnet.
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Dem optoelektronischen Halbleiterchip liegt dabei unter anderem die Erkenntnis zugrunde, dass ein Potenzialunterschied zwischen der p-leitenden Spiegelschicht und den n-Bereichen der strukturseitigen Verbindungsmittelschicht zu ungewollten Diffusionsprozessen von beispielsweise Material der Spiegelschicht im optoelektronischen Halbleiterchip führen kann. Mit dem hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterchip ist es jedoch möglich, dass Spiegelschicht und n-Bereiche der strukturseitigen Verbindungsmittelschicht nicht miteinander überlappen. Eine Passivierungsschicht zwischen der Verbindungsmittelschicht und der Spiegelschicht kann daher besonders dünn ausgeführt werden, da die Beanspruchung der Passivierungsschicht aufgrund der Potenzialdifferenz lediglich gering ist.
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Ein weiteres Problem sind elektrische Feldstärke-Spitzen, die zu elektrischen Durchbrüchen der Passivierungsschicht führen können. Diese werden bei vorhandener Topographie bzw. schlechter Überformung dieser Topographie mit der Passivierung noch verstärkt. Auch dies wird beim hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterchip vermieden.
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Im Folgenden werden der hier beschriebene Träger und der hier beschriebene optoelektronische Halbleiterchip anhand von Ausführungsbeispielen und den dazugehörigen Figuren näher erläutert.
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Die 1 zeigt in einer schematischen Schnittdarstellung einen Träger 1 für eine optoelektronische Struktur 2 gemäß einer alternativen Ausführungsform.
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Die 2A und 2B zeigen in schematischen Darstellungen ein Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen Trägers sowie eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterchips.
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Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder für eine bessere Verständlichkeit übertrieben groß dargestellt sein.
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Die 1 zeigt in einer schematischen Schnittdarstellung einen Träger 1, wie er alternativ zum hier beschriebenen Träger ausgebildet werden könnte. Der Träger 1 umfasst einen Grundkörper 11, der beispielsweise mit einem elektrisch isolierendem Material wie undotiertem Silizium oder einem keramischen Material gebildet ist. Ferner ist es möglich, dass der Grundkörper 11 mit einem elektrisch leitenden oder halbleitenden Material gebildet ist. Der Grundkörper umfasst in diesem Fall gegebenenfalls geeignete elektrisch isolierende Beschichtungen.
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An der Unterseite 1b des Trägers ist auf die Unterseite 11b des Grundkörpers 1 eine p-seitige Anschlussstelle 12 aufgebracht. Die p-seitige Anschlussstelle ist mittels der Durchkontaktierung 17 mit einem Bereich einer strukturierten trägerseitigen Verbindungsmittelschicht 15 elektrisch leitend verbunden. Ferner ist an der Unterseite 11b des Grundkörpers eine n-seitige Anschlussstelle 13 aufgebracht, die mittels der Durchkontaktierung 17 elektrisch leitend mit einem weiteren Bereich der strukturierten trägerseitigen Verbindungsmittelschicht 15 verbunden ist. Beim Träger gemäß 1 weist die Verbindungsmittelschicht 15 lediglich Bereiche auf, die mit einer der beiden Anschlussstellen elektrisch leitend verbunden sind. Elektrisch isolierte Bereiche weist die Verbindungsmittelschicht 15 nicht auf. Eine Verdrahtung, das heißt eine elektrisch leitende, insbesondere metallische Verbindung räumlich isolierter Kontaktstellen muss daher innerhalb der optoelektronischen Struktur 2 erfolgen. Dies ist dort über die strukturierte elektrisch leitende Schicht 114 erreicht. Damit eine solche strukturierte elektrisch leitende Schicht 114 an der dem Träger 1 zugewandten Unterseite der optoelektronischen Struktur aufgebracht werden kann, ist eine relativ dicke Passivierungsschicht 24 notwendig. Nachteilig kann sich dabei ergeben, dass zwischen der Spiegelschicht 22 und einem Teil der strukturierten elektrisch leitenden Schicht 114 ein Potenzialunterschied ΔU ausgebildet ist, der ≠ 0 ist. Dieser Potenzialunterschied führt zu einer elektrischen Belastung der Passivierungsschichten 23, 24 und kann ungewünschte Diffusionsprozesse im Halbleiterchip antreiben.
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In Verbindung mit der schematischen Schnittdarstellung der 2 ist ein Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen Trägers 1 mit einer hier beschriebenen optoelektronischen Struktur 2 näher beschrieben. Der Träger 1 und die optoelektronische Struktur 2 bilden gemeinsam ein Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterchips.
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Die 2B zeigt eine schematische Aufsicht auf eine strukturierte elektrisch leitende Schicht 14 an der Oberseite 11a des Grundkörpers 11 des Trägers 1.
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Vorliegend umfasst der Träger 1 einen Grundkörper 11, der elektrisch isolierend ausgebildet ist. Der Grundkörper 11 besteht beispielsweise aus einem elektrisch isolierenden Material und kann dazu Silizium und/oder ein keramisches Material enthalten.
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An der Unterseite 11b des Grundkörpers 1 sind die p-seitige Anschlussstelle 12 und die n-seitige Anschlussstelle 13 angeordnet. Die Anschlussstellen 12, 13 sind jeweils über eine Durchkontaktierung 17 mit der strukturierten leitenden Schicht 14 an der Oberseite des Trägers elektrisch leitend verbunden. Die strukturierte elektrisch leitende Schicht 14 gliedert sich dabei in einen ersten Bereich 14a, der mit der n-seitigen Anschlussstelle 13 elektrisch leitend verbunden ist, und in den zweiten Bereich 14b, der mit der p-seitigen Anschlussstelle 12 elektrisch leitend verbunden ist. In der Draufsicht der 2B ist zu erkennen, dass der zweite Bereich 14b beispielsweise vom ersten Bereich 14a umschlossen sein kann. Die Anschlussstellen und die strukturierte elektrisch leitende Schicht 14 enthalten vorzugsweise ein gut elektrisch leitendes Metall wie etwa Gold.
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Die strukturierte elektrisch leitende Schicht 14 verteilt also den durch die Anschlussstellen 12, 13 eingeprägten Strom an der Oberseite 11a des Grundkörpers.
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An der dem Grundkörper 11 abgewandten Seite der strukturierten elektrisch leitenden Schicht 14 ist eine elektrisch leitende strukturierte trägerseitige Verbindungsmittelschicht 15 angeordnet. Die trägerseitige Verbindungsmittelschicht 15 befindet sich stellenweise in elektrisch leitendem Kontakt mit der strukturierten leitenden Schicht 14. In anderen Bereichen ist zwischen der strukturierten trägerseitigen Verbindungsmittelschicht 15 und der strukturierten elektrisch leitenden Schicht 14 ein Passivierungsmaterial 16 angeordnet, das elektrisch isolierend ist. Die Verbindungsmittelschicht enthält zum Beispiel ein Lotmaterial wie etwa Gold und/oder Zinn. Das Passivierungsmaterial kann mit Siliziumdioxid und/oder Siliziumnitrid gebildet sein. Ferner ist die Verwendung eines keramischen Materials wie etwa Aluminiumoxid und/oder Aluminiumnitrid als Passivierungsmaterial möglich.
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Das Passivierungsmaterial 16 ist lediglich im ersten Bereich 14a, der mit der n-seitigen Anschlussstelle 13 elektrisch leitend verbunden ist, in Kontakt mit der elektrisch leitenden Schicht 14. An Stellen, an denen sich die trägerseitige Verbindungsmittelschicht 15 in direktem Kontakt mit der elektrisch leitenden Schicht 14 befindet, ist die Dicke der trägerseitigen Verbindungsmittelschicht 15 derart gewählt, dass der Träger 1 insgesamt eine gleichmäßige Dicke aufweist.
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Mittels des Passivierungsmaterials 16 ist eine strukturierte Stromführung erreicht, derart, dass Strom gezielt zu den Kontakten 26a, 26b der optoelektronischen Struktur 2 geführt wird. Über den Kontakt 26a, der elektrisch leitend mit der p-seitigen Anschlussstelle 12 verbunden ist, wird die optoelektronische Struktur 2 p-seitig elektrisch angeschlossen. Über den n-Kontakt 26b, der elektrisch leitend mit der n-seitigen Kontaktstelle 13 verbunden ist, wird die optoelektronische Struktur 2 n-seitig angeschlossen. Eine Verteilung des Stroms von der n-seitigen Anschlussstelle 13 zu dem n-Kontakt 26b, der vorliegend im Querschnitt kreisförmig ausgebildet ist, erfolgt nicht, wie im alternativen Beispiel der 1 gezeigt, über eine strukturseitige strukturierte elektrisch leitende Schicht 114, sondern bereits am Träger über die trägerseitige strukturierte elektrisch leitende Schicht 14. Die Anschlussstellen sowie die Kontakte sind zum Beispiel mit gut leitenden Metallen wie Gold, Silber und/oder Aluminium gebildet.
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Die optoelektronische Struktur 2 umfasst vorliegend eine Halbleiterschichtenfolge 21, die beispielsweise auf einem III-V-Verbindungs-Halbleitermaterial basiert. Ein III/V-Verbindungs-Halbleitermaterial 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-Verbindungs-Halbleitermaterial” 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 zur p-Dotierung und n-Dotierung sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen.
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Die Halbleiterschichtenfolge 21 umfasst eine p-dotierte p-Seite 21a, eine n-dotierte n-Seite 21b sowie einen aktiven Bereich 21c, der zwischen den beiden Seiten angeordnet ist. An der dem Träger 1 zugewandten Seite der optoelektronischen Struktur 2 ist eine Spiegelschicht 22 angeordnet, die aus zwei oder mehr Schichten bestehen kann. Die Spiegelschicht 22 ist dabei auf die p-Seite 21a der Halbleiterschichtenfolge 21 aufgebracht und dient zur p-seitigen Kontaktierung der Halbleiterschichtenfolge 21. Die Spiegelschicht 21 enthält zum Beispiel Silber.
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Zur n-seitigen Kontaktierung der n-Seite 21b der Halbleiterschichtenfolge 21 weist die optoelektronische Struktur 2 strukturseitige Durchkontaktierungen 27 auf, die beispielsweise mit Material der strukturseitigen Verbindungsmittelschicht 25 gefüllt sind und an den n-Kontakten 26b die Halbleiterschichtenfolge 21 kontaktieren.
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An der dem Träger zugewandten Seite weist die optoelektronische Struktur 2 eine strukturierte strukturseitige Verbindungsmittelschicht 25 auf, die einen n-Bereich 25b umfasst, der mit der n-Seite 21b der Halbleiterschichtenfolge 21 elektrisch leitend verbunden ist. Weiter weist die strukturseitige Verbindungsmittelschicht 25 einen p-Bereich 25a auf, der elektrisch leitend mit der Spiegelschicht 22 und dadurch mit der p-Seite 21a der Halbleiterschichtenfolge 21 verbunden ist.
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Der n-Bereich 25b der strukturseitigen Verbindungsmittelschicht weist dabei in vertikaler Richtung R – beispielsweise senkrecht zur Haupterstreckungsrichtung des aktiven Bereichs 21c – und in der dazu senkrechten lateralen Richtung keinen Überlapp mit der Spiegelschicht 22 auf. Vielmehr ist der in vertikaler Richtung überlappende Teil der strukturseitigen Verbindungsmittelschicht 25 der p-Bereich 25a, sodass die Potenzialdifferenz ΔU = 0 ist. Auf diese Weise ist es möglich, auf die relativ dicke Passivierungsschicht 24 zu verzichten und die Spiegelschicht 22 lediglich durch die dünnere Passivierungsschicht 23 von der Verbindungsmittelschicht 25 zu trennen. Im Extremfall kann im Bereich der Spiegelschicht 22 auf ein Passivierungsmaterial zwischen der Spiegelschicht 22 und der strukturseitigen Verbindungsmittelschicht 25 auch vollständig verzichtet werden.
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Mit anderen Worten wird beim Ausführungsbeispiel der 2A und 2B auf eine Doppellagenmetallisierung an der optoelektronischen Struktur 2 verzichtet, diese befindet sich hingegen am Träger 1, wo die Verbindungsmittelschicht 15 stellenweise durch Passivierungsmaterial 16 von der leitenden Schicht 13 elektrisch isoliert ist. Die Verdrahtung für die Stromführung zum n-Kontakt 26b findet am Träger statt und die Verbindungsmittelschicht 25, zum Beispiel ein Lotmetall, trägt größtenteils, das heißt im p-Bereich 25a, die p-Polarität. Die großflächige Spiegelschicht 22 liegt damit auf dem gleichen Potenzial wie die Verbindungsmittelschicht 25 und die vorhandenen Passivierungsschichten 23, 24 werden auf diese Weise elektrisch kaum belastet. Eine solche Belastung des Passivierungsmaterials 16 tritt zwar auf der Seite des Trägers 1 auf; dort ist das Passivierungsmaterial 16 jedoch nur auf ebene Flächen aufgebracht, das heißt es liegt keine Topographie vor, das Passivierungsmaterial 16 auf der Trägerseite ist daher stärker belastbar.
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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.
