DE102013111496A1 - Verfahren zum Herstellen von optoelektronischen Halbleiterbauelementen und optoelektronisches Halbleiterbauelement - Google Patents

Verfahren zum Herstellen von optoelektronischen Halbleiterbauelementen und optoelektronisches Halbleiterbauelement Download PDF

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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Herstellen einer Mehrzahl von optoelektronischen Halbleiterbauelementen (1) mit folgenden Schritten angegeben: a) Bereitstellen einer Halbleiterschichtenfolge (2) mit einer Mehrzahl von Halbleiterkörperbereichen (200); b) Bereitstellen einer Mehrzahl von Trägerkörpern (3), die jeweils eine erste Kontaktstruktur (31) und eine zweite Kontaktstruktur (32) aufweisen; c) Ausbilden eines Verbunds (4) mit der Halbleiterschichtenfolge und den Trägerkörpern derart, dass benachbarte Trägerkörper durch Zwischenräume (35) voneinander getrennt sind und jeder Halbleiterkörperbereich mit der ersten Kontaktstruktur und der zweiten Kontaktstruktur des zugeordneten Trägerkörpers elektrisch leitend verbunden ist; und d) Vereinzeln des Verbunds in die Mehrzahl von Halbleiterbauelementen, wobei die Halbleiterbauelemente jeweils einen Halbleiterkörper (20) und einen Trägerkörper aufweisen. Weiterhin wird ein optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) angegeben.

Description

  • Die vorliegende Anmeldung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von optoelektronischen Halbleiterbauelementen und ein optoelektronisches Halbleiterbauelement.
  • Mit zunehmenden Anforderungen an die Miniaturisierung von Halbleiterbauelementen steigt die Nachfrage an optoelektronischen Halbleiterbauelementen wie beispielsweise Lumineszenzdioden, bei denen das Gehäuse für die zur Strahlungserzeugung oder zum Empfangen von Strahlung vorgesehenen Halbleiterchips in ihrer lateralen Ausdehnung nicht oder zumindest nicht wesentlich größer ist als die Halbleiterchips selbst.
  • Die Herstellung solcher Bauformen mit gleich guten optoelektronischen Eigenschaften stellt jedoch eine technologische Herausforderung dar.
  • Eine Aufgabe ist es, ein Verfahren anzugeben, mit dem besonders kompakte optoelektronische Halbleiterbauelemente einfach und zuverlässig hergestellt werden können. Weiterhin soll ein optoelektronisches Halbleiterbauelement angegeben werden, das sich durch eine kompakte Bauform und zugleich gute optoelektronische Eigenschaften auszeichnet.
  • Diese Aufgaben werden unter anderem durch ein Verfahren beziehungsweise ein Halbleiterbauelement gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Ausgestaltungen und Zweckmäßigkeiten sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
  • Es wird ein Verfahren zum Herstellen einer Mehrzahl von optoelektronischen Halbleiterbauelementen angegeben.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Verfahren einen Schritt, in dem eine Halbleiterschichtenfolge mit einer Mehrzahl von Halbleiterkörperbereichen bereitgestellt wird. Als Halbleiterkörperbereich wird ein lateraler Bereich der Halbleiterschichtenfolge verstanden, aus dem bei der Herstellung der optoelektronischen Halbleiterbauelemente ein Halbleiterkörper, insbesondere genau ein Halbleiterkörper, eines optoelektronischen Halbleiterbauelements hervorgeht. Die Halbleiterschichtenfolge umfasst beispielsweise einen zur Erzeugung und/oder zum Empfangen von elektromagnetischer Strahlung vorgesehenen aktiven Bereich. Zum Beispiel ist der aktive Bereich zwischen einer ersten Halbleiterschicht eines ersten Leitungstyps und einer zweiten Halbleiterschicht eines vom ersten Leitungstyp verschiedenen zweiten Leitungstyps angeordnet. Zur elektrischen Kontaktierung der zweiten Halbleiterschicht weist beispielsweise jeder Halbleiterkörperbereich eine Ausnehmung oder eine Mehrzahl von Ausnehmungen auf, die sich durch die erste Halbleiterschicht und den aktiven Bereich hindurch in die zweite Halbleiterschicht hinein erstrecken.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Verfahren einen Schritt, in dem eine Mehrzahl von Trägerkörpern bereitgestellt wird. Die Trägerkörper weisen beispielsweise jeweils eine erste Kontaktstruktur und eine zweite Kontaktstruktur auf. Die erste Kontaktstruktur und die zweite Kontaktstruktur sind zweckmäßigerweise nicht unmittelbar elektrisch leitend miteinander verbunden. Die Trägerkörper enthalten vorzugsweise ein Halbleitermaterial, beispielsweise Silizium oder Germanium, oder bestehen aus einem solchen Material.
  • Die Trägerkörper können beispielsweise auf einen Hilfsträger, etwa einem starren Hilfsträger oder einem flexiblen Hilfsträger angeordnet sein.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Verfahren einen Schritt, in dem ein Verbund mit der Halbleiterschichtenfolge und den Trägerkörpern ausgebildet wird. Die Trägerkörper werden derart an den Halbleiterkörperbereichen befestigt, dass benachbarte Trägerkörper durch Zwischenräume voneinander getrennt ist und jeder Halbleiterkörperbereich mit der ersten Kontaktstruktur und der zweiten Kontaktstruktur des zugeordneten Trägerkörpers elektrisch leitend verbunden ist.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Verfahren einen Schritt, in dem der Verbund in die Mehrzahl von Halbleiterbauelementen vereinzelt wird, wobei die Halbleiterbauelemente jeweils einen Halbleiterkörper und einen Trägerkörper aufweisen. Beim Vereinzeln des Verbunds entstehen Halbleiterbauelemente, deren laterale Ausdehnung nicht oder zumindest nicht wesentlich größer ist als die Kantenlänge der Halbleiterkörper. „Nicht wesentlich größer“ bedeutet in diesem Zusammenhang insbesondere, dass die Kantenlänge der vereinzelten Halbleiterbauelemente um höchstens 5 % größer ist als die Kantenlänge der Halbleiterkörper entlang derselben Richtung.
  • In mindestens einer Ausführungsform des Verfahrens wird eine Halbleiterschichtenfolge mit einer Mehrzahl von Halbleiterkörperbereichen bereitgestellt. Eine Mehrzahl von Trägerkörpern, die jeweils eine erste Kontaktstruktur und eine zweite Kontaktstruktur aufweisen, wird bereitgestellt. Ein Verbund mit der Halbleiterschichtenfolge und den Trägerkörpern wird derart ausgebildet, dass benachbarte Trägerkörper durch Zwischenräume voneinander getrennt sind und jeder Halbleiterkörperbereich mit der ersten Kontaktstruktur und der zweiten Kontaktstruktur des zugeordneten Trägerkörpers elektrisch leitend verbunden ist. Der Verbund wird in die Mehrzahl von Halbleiterbauelementen vereinzelt, wobei die Halbleiterbauelemente jeweils einen Halbleiterkörper und einen Trägerkörper aufweisen.
  • Beim Ausbilden des Verbunds sind die einzelnen Trägerkörper der herzustellenden Halbleiterbauelemente bereits separate, nicht miteinander zusammenhängende Elemente. Im Vergleich zu einem Verfahren, bei dem ein Träger vollflächig auf die Halbleiterschichtenfolge aufgebracht wird und erst beim Vereinzeln in Halbleiterbauelemente in einzelne Trägerkörper vereinzelt wird, sind die Anforderung an die Anpassung der thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Substrats, auf dem die Halbleiterschichtenfolge angeordnet ist, und dem Material der Trägerkörper verringert.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird die Halbleiterschichtenfolge auf einem Aufwachssubstrat bereitgestellt. Die Halbleiterschichtenfolge ist epitaktisch, beispielsweise mittels MOVPE auf dem Aufwachssubstrat abgeschieden. Beim Ausbilden des Verbunds dient das Aufwachssubstrat der mechanischen Stabilisierung der Halbleiterschichtenfolge. Nach dem Befestigen der Halbleiterschichtenfolge an den Trägerkörpern werden die einzelnen Halbleiterkörperbereiche durch die zugeordneten Trägerkörper stabilisiert, so dass das Aufwachssubstrat hierfür nicht mehr erforderlich ist und entfernt werden kann.
  • Das Aufwachssubstrat wird also insbesondere nach dem Ausbilden des Verbunds entfernt. Weiterhin wird das Aufwachssubstrat vorzugsweise entfernt, bevor der Verbund in die Mehrzahl von Halbleiterbauelementen vereinzelt wird. Das Aufwachssubstrat kann also vollflächig entfernt werden und für ein weiteres Epitaxieverfahren wiederverwendet werden.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens enthält das Aufwachssubstrat Saphir oder besteht aus Saphir. Saphir eignet sich insbesondere als Aufwachssubstrat für auf Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial basierendes Halbleitermaterial.
  • "Auf Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial basierend" (oder abkürzend auch nitridisches Verbindungshalbleitermaterial) bedeutet im vorliegenden Zusammenhang, dass die Halbleiterschichtenfolge oder zumindest ein Teil davon, besonders bevorzugt zumindest die aktive Zone und/oder das Aufwachssubstrat, ein Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial, vorzugsweise AlnGamIn1-n-mN aufweist oder aus diesem besteht, wobei 0 ≤ n ≤ 1, 0 ≤ m ≤ 1 und n + m ≤ 1. Dabei muss dieses Material nicht zwingend eine mathematisch exakte Zusammensetzung nach obiger Formel aufweisen. Vielmehr kann es beispielsweise ein oder mehrere Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen. Der Einfachheit halber beinhaltet obige Formel jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters (Al, Ga, In, N), auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt und/oder ergänzt sein können.
  • Alternativ zu Saphir kann für das Aufwachssubstrat Silizium oder Siliziumcarbid Anwendung finden. Silizium eignet sich insbesondere in Verbindung mit Trägerkörpern auf der Basis von Silizium. Allerdings hat sich gezeigt, dass nitridisches Verbindungshalbleitermaterial, das auf Saphir epitaktisch abgeschieden ist, eine bessere Kristallqualität und damit bessere optoelektronische Eigenschaften aufweist als nitridisches Verbindungshalbleitermaterial, das auf Silizium abgeschieden ist.
  • Das Verfahren eignet sich jedoch selbstverständlich auch für andere Halbleitermaterialien, insbesondere III-V-Verbindungshalbleitermaterialien.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens sind die Zwischenräume nach dem Ausbilden des Verbunds zumindest teilweise mit einem Füllmaterial gefüllt. Die Zwischenräume können insbesondere nach dem Ausbilden des Verbunds zumindest teilweise gefüllt werden. Alternativ kann das Füllmaterial bereits beim Ausbilden des Verbunds an den Trägerkörpern ausgebildet sein, beispielsweise in Form einer Beschichtung. Insbesondere können die Zwischenräume vollständig befüllt werden. Das Befüllen erfolgt insbesondere, bevor das Aufwachssubstrat entfernt wird. Das Füllmaterial kann somit der mechanischen Stabilisierung des Verbunds dienen, insbesondere während des Entfernens des Aufwachssubstrats oder während weiterer Schritte bei der Prozessierung des Verbunds.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens weist das Füllmaterial einen ersten Teilbereich und einen zweiten Teilbereich auf. Insbesondere ist der erste Teilbereich bereichsweise zwischen dem zweiten Teilbereich und dem nächst gelegenen Trägerkörper angeordnet. Beispielsweise ist der erste Teilbereich bereichsweise konform zur Struktur des Verbunds ausgebildet. Das bedeutet, die Form des ersten Teilbereichs folgt der Struktur des Verbunds, insbesondere der Form des Zwischenraums zwischen den Trägerkörpern. Der erste Teilbereich kann beispielsweise durch ein Beschichtungsverfahren aufgebracht werden, etwa durch Aufdampfen oder Sputtern. Auch ein CVD(chemical vapour deposition)-Verfahren oder eine atomlagenfeine Abscheidung (atomic layer deposition, ALD) kann Anwendung finden. Insbesondere grenzt der erste Teilbereich zumindest stellenweise direkt an die Trägerkörper an.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens verbleibt der erste Teilbereich zumindest teilweise im Halbleiterbauelement und der zweite Teilbereich wird vollständig entfernt. In diesem Fall dient der zweite Teilbereich insbesondere der temporären mechanischen Stabilisierung des Verbunds.
  • Beispielsweise ist das gesamte Füllmaterial oder ein Teilbereich davon, etwa der zweite Teilbereich, als ein temporäres Füllmaterial ausgebildet. Als temporäres Füllmaterial eignet sich insbesondere ein Material, das sich einfach und zuverlässig durch ein Lösungsmittel oder mittels eines nasschemischen Ätzverfahrens entfernen lässt, ohne dass das übrige Material des Verbunds angegriffen wird.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird beim Vereinzeln des Verbunds das Füllmaterial zumindest teilweise entfernt. Die Vereinzelung erfolgt in diesem Fall also an Stellen, an denen vor dem Vereinzeln Füllmaterial vorhanden ist.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird das Füllmaterial oder ein Teilbereich davon, etwa der zweite Teilbereich, zum Vereinzeln des Verbunds insbesondere vollständig entfernt. Beispielsweise ist das gesamte Füllmaterial oder ein Teilbereich davon, etwa der zweite Teilbereich, als ein temporäres Füllmaterial ausgebildet.
  • Insbesondere kann der Verbund in lateraler Richtung unmittelbar vor dem Vereinzeln nur über das Füllmaterial zusammengehalten werden, so dass durch das Entfernen des Füllmaterials ohne einen weiteren Schritt ein Vereinzeln des Verbunds erfolgt.
  • Unter einer lateralen Richtung wird eine Richtung verstanden, die entlang einer Haupterstreckungsebene der Halbleiterschichten der Halbleiterschichtenfolge verläuft. Entsprechend wird unter einer vertikalen Richtung eine Richtung verstanden, die senkrecht zur Haupterstreckungsebene der Halbleiterschichten verläuft.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird das Füllmaterial beim Vereinzeln nur entlang von Vereinzelungslinien entfernt und verbleibt seitlich der Vereinzelungslinien in den Halbleiterbauelementen. In diesem Fall kann das Vereinzeln der Halbleiterbauelemente beispielsweise mechanisch, etwa mittels Sägens oder chemisch, etwa mittels eines trockenchemischen Ätzverfahrens, oder mittels eines Lasertrennverfahrens erfolgen. Hierbei bildet das Füllmaterial also zumindest stellenweise die Seitenfläche der vereinzelten Halbleiterbauelemente. Beispielsweise schließt das Füllmaterial bereichsweise mit dem Trägerkörper und/oder mit dem Halbleiterkörper in lateraler Richtung bündig ab. Insbesondere weist das Füllmaterial in diesem Fall für das Vereinzelungsverfahren typische Vereinzelungsspuren auf.
  • Als ein Füllmaterial, das in den vereinzelten Halbleiterbauelementen verbleibt, eignet sich beispielsweise ein Polymermaterial, etwa ein Epoxid, ein Silikon oder ein Polyimid.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens sind beim Vereinzeln des Verbunds auf der den Halbleiterbereichen abgewandten Seite erste Kontakte und zweite Kontakte ausgebildet, wobei die ersten Kontakte und/oder die zweiten Kontakte über Durchkontaktierungen durch den Trägerkörper hindurch mit den zugeordneten Halbleiterkörperbereichen elektrisch leitend verbunden sind. Bei einer Ausgestaltung, bei der nur die ersten Kontakte oder nur die zweiten Kontakte über Durchkontaktierungen durch den Trägerkörper hindurch mit den zugeordneten Halbleiterkörperbereichen elektrisch leitend verbunden sind, kann der jeweils andere Kontakt durch das Material des Trägerkörpers selbst mit den Halbleiterkörperbereichen elektrisch leitend verbunden sein.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird der Verbund auf einer der Halbleiterschichtenfolge abgewandten Rückseite gedünnt. Durch das Dünnen kann die vertikale Ausdehnung der herzustellenden Halbleiterbauelemente weiter verringert werden. Das Dünnen der Trägerkörper erfolgt vorzugsweise erst, nachdem das Aufwachssubstrat der Halbleiterschichtenfolge bereits entfernt ist. Während des Entfernens des Aufwachssubstrats weist der Trägerkörper also noch eine größere Dicke und damit eine höhere mechanische Stabilität auf als nach dem Dünnen. Weiterhin erfolgt das Dünnen des Verbunds zweckmäßigerweise erst nach dem Befüllen der Zwischenräume mit dem Füllmaterial. Beim Dünnen wird also sowohl Material der Trägerkörper als auch das Füllmaterial abgetragen. Alternativ kann das Dünnen der Trägerkörper erfolgen, bevor das Aufwachssubstrat entfernt wird.
  • Nach dem Dünnen können auf der der Halbleiterschichtenfolge abgewandten Rückseite des Verbunds die ersten Kontakte und die zweiten Kontakte für die externe elektrische Kontaktierung der Halbleiterbauelemente aufgebracht werden.
  • Davon abweichend können die Trägerkörper auch bereits in der Enddicke bereitgestellt und zur Ausbildung des Verbunds an der Halbleiterschichtenfolge befestigt werden. Auf ein Dünnen kann in diesem Fall verzichtet werden. Zur Erhöhung der mechanischen Stabilität während der Ausbildung des Verbunds und/oder während des Entfernens des Aufwachssubstrats kann der Verbund auf der der Halbleiterschichtenfolge abgewandten Rückseite auf einem Hilfsträger angeordnet sein.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens erstreckt sich die Halbleiterschichtenfolge beim Ausbilden des Verbunds durchgängig über die Halbleiterkörperbereiche. Die Halbleiterkörperbereiche sind also in lateraler Richtung Teilbereiche einer zusammenhängenden Halbleiterschichtenfolge.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird die Halbleiterschichtenfolge beim Vereinzeln durchtrennt. Erst beim Vereinzeln entstehen also voneinander getrennte Halbleiterkörper für die einzelnen Halbleiterbauelemente.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens werden vor dem Vereinzeln zwischen benachbarten Halbleiterkörperbereichen Trenngräben ausgebildet. Die Trenngräben können sich in vertikaler Richtung nur teilweise in die Halbleiterschichtenfolge hinein erstrecken. Alternativ können sich die Trenngräben in vertikaler Richtung vollständig durch die Halbleiterschichtenfolge hindurch erstrecken, so dass benachbarte Halbleiterkörperbereiche vor dem Vereinzeln durch die Trenngräben voneinander getrennt sind.
  • Das Ausbilden der Trenngräben erfolgt vorzugsweise nach dem Entfernen des Aufwachssubstrats. Beispielsweise ist der Verbund nach dem Ausbilden der Trenngräben nur noch über das Füllmaterial zusammenhängend ausgebildet, so dass eine Vereinzelung durch das Durchtrennen des Füllmaterials in vertikaler Richtung oder das vollständige Entfernen des Füllmaterials erzielt werden kann.
  • Alternativ kann das Ausbilden der Trenngräben vor dem Entfernen des Aufwachssubstrats und insbesondere auch vor dem Ausbilden des Verbunds erfolgen. Das Aufwachssubstrat kann insbesondere die bereits voneinander getrennten Halbleiterkörper zusammenhalten.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird die Halbleiterschichtenfolge auf einem Aufwachssubstrat bereitgestellt und die Zwischenräume werden nach dem Ausbilden des Verbunds zumindest teilweise mit einem Füllmaterial gefüllt. Nach dem Füllen der Zwischenräume wird das Aufwachssubstrat entfernt und der Verbund wird nach dem Entfernen des Aufwachssubstrats vereinzelt, wobei beim Vereinzeln das Füllmaterial zumindest teilweise entfernt wird.
  • Das Füllmaterial dient also während des Vereinzelns der mechanischen Stabilisierung der einzelnen Trägerkörper. Nach dem Entfernen des Aufwachssubstrats kann das Füllmaterial zum Vereinzeln in vertikaler Richtung vollständig durchtrennt oder vollständig entfernt werden.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird die Halbleiterschichtenfolge auf einem Aufwachssubstrat bereitgestellt und das Aufwachssubstrat wird nach dem Ausbilden des Verbunds entfernt. Auf der den Trägerkörpern abgewandten Seite der Halbleiterschichtenfolge wird mittels eines chemischen Verfahrens eine Strukturierung ausgebildet und die Zwischenräume sind beim Ausbilden der Strukturierung zumindest teilweise mit einem Füllmaterial gefüllt, das gegenüber dem chemischen Verfahren stabil ist.
  • Das Füllmaterial kann nach dem Ausbilden des Verbunds aufgebracht oder bereits an den bereitgestellten Trägerkörpern ausgebildet sein. Als chemisch stabiles Füllmaterial eignet sich beispielsweise ein Nitrid, etwa Siliziumnitrid.
  • Ein Halbleiterbauelement weist gemäß zumindest einer Ausführungsform einen Halbleiterkörper, der eine Halbleiterschichtenfolge mit einem zur Erzeugung und/oder zum Empfangen von Strahlung vorgesehenen aktiven Bereich aufweist, und einen Trägerkörper, an dem der Halbleiterkörper befestigt ist, auf.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauelements weist der Trägerkörper auf einer dem Halbleiterkörper abgewandten Rückseite einen ersten Kontakt und einen zweiten Kontakt zur externen elektrischen Kontaktierung des Halbleiterbauelements auf. Der erste Kontakt und der zweite Kontakt sind dafür vorgesehen, im Betrieb des Halbleiterbauelements von verschiedenen Seiten des aktiven Bereichs Ladungsträger in den aktiven Bereich zu injizieren, so dass diese unter Emission von Strahlung rekombinieren. Im Fall eines Strahlungsempfängers können die Ladungsträger aus dem aktiven Bereich an gegenüberliegenden Seiten des aktiven Bereichs über den ersten Kontakt und den zweiten Kontakt abgeführt werden. Der erste Kontakt und der zweite Kontakt sind extern zugängliche Bereiche des Halbleiterbauelements.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauelements ist zwischen dem Halbleiterkörper und dem Trägerkörper eine metallische Zwischenschicht zur elektrisch leitenden Verbindung zwischen dem Halbleiterkörper und den Kontakten angeordnet. Die metallische Zwischenschicht ist insbesondere mehrschichtig ausgebildet und umfasst beispielsweise Anschlussschichten zur elektrischen Kontaktierung des Halbleiterkörpers und/oder eine Verbindungsschicht für eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Trägerkörper und dem Halbleiterkörper, beispielsweise eine Lotschicht.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauelements ist eine Seitenflanke des Trägerkörpers zumindest bereichsweise von einem Füllmaterial umgeben. Insbesondere ist der Trägerkörper entlang des gesamten Umfangs von dem Füllmaterial, beispielsweise in Form einer Beschichtung, umgeben. Mittels des Füllmaterials ist der Trägerkörper, insbesondere auch während der Herstellung, geschützt, beispielsweise vor einer Einwirkung eines nasschemischen Ätzverfahrens.
  • In mindestens einer Ausführungsform des Halbleiterbauelements weist das Halbleiterbauelement einen Halbleiterkörper, der eine Halbleiterschichtenfolge mit einem zur Erzeugung und/oder zum Empfangen von Strahlung vorgesehenen aktiven Bereich aufweist, und einen Trägerkörper, an dem der Halbleiterkörper befestigt ist, auf, wobei der Trägerkörper auf einer dem Halbleiterkörper abgewandten Rückseite einen ersten Kontakt und einen zweiten Kontakt zur externen elektrischen Kontaktierung des Halbleiterbauelements aufweist. Zwischen dem Halbleiterkörper und dem Trägerkörper ist eine metallische Zwischenschicht zur elektrisch leitenden Verbindung zwischen dem Halbleiterkörper und den Kontakten angeordnet und eine Seitenflanke des Trägerkörpers ist zumindest bereichsweise von einem Füllmaterial umgeben.
  • Die metallische Zwischenschicht weist insbesondere voneinander elektrisch isolierte Teilbereiche auf, so dass die metallische Zwischenschicht den ersten Kontakt und den zweiten Kontakt nicht unmittelbar miteinander verbindet.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauelements ist die metallische Zwischenschicht zumindest bereichsweise, insbesondere entlang des gesamten Umfangs des Halbleiterbauelements, von dem Füllmaterial umgeben. Das Füllmaterial kann an einer Seitenfläche des Halbleiterbauelements bündig mit dem Halbleiterkörper abschließen.
  • An der Seitenfläche des Halbleiterbauelements kann das Füllmaterial Spuren eines Vereinzelungsschritts, beispielsweise Spuren einer mechanischen Vereinzelung wie Sägespuren oder Spuren einer Vereinzelung durch Laserstrahlung aufweisen. Das Füllmaterial kann davon abweichend aber auch frei von Spuren eines Vereinzelungsschritts sein.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauelements ragt der Halbleiterkörper in Draufsicht auf das Halbleiterbauelement zumindest stellenweise über den Trägerkörper hinaus. Beispielsweise überragt der Halbleiterkörper den Trägerkörper entlang genau einer oder entlang von genau zwei insbesondere aneinander angrenzenden Seitenflächen des Halbleiterbauelements. Zum Beispiel ragt der Halbleiterkörper um mindestens 100 nm und um höchstens 10 µm über den Trägerkörper hinaus.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauelements sind der erste Kontakt und der zweite Kontakt jeweils über eine Durchkontaktierung mit dem Halbleiterkörper elektrisch leitend verbunden und zwischen dem ersten Kontakt und dem zweiten Kontakt ist ein ESD-Schutzelement ausgebildet, das parallel zum aktiven Bereich verschaltet ist. Unter den Begriff „parallel zum aktiven Bereich verschaltet“ fällt auch ein ESD-Schutzelement wie beispielsweise eine ESD-Schutzdiode, deren Durchlassrichtung antiparallel zur Durchlassrichtung des aktiven Bereichs orientiert ist.
  • Beispielsweise ist das ESD-Schutzelement mittels zweier Teilbereiche des Trägerkörpers mit voneinander verschiedenen Leitungstypen gebildet, so dass der Trägerkörper einen pn-Übergang aufweist.
  • Das vorstehend beschriebene Verfahren ist zur Herstellung des Halbleiterbauelements besonders geeignet. Im Zusammenhang mit dem Verfahren ausgeführte Merkmale können daher auch für das Halbleiterbauelement herangezogen werden und umgekehrt.
  • Weitere Merkmale, Ausgestaltungen und Zweckmäßigkeiten ergeben sich aus der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Figuren.
  • Es zeigen:
  • die 1A bis 1F, 2A bis 2E und 3A bis 3F ein erstes, zweites beziehungsweise drittes Ausführungsbeispiel für ein Verfahren zur Herstellung von optoelektronischen Halbleiterbauelementen anhand von jeweils in schematischer Schnittansicht dargestellten Zwischenschritten; und
  • die 4 und 5 ein erstes beziehungsweise zweites Ausführungsbeispiel für ein Halbleiterbauelement in schematischer Schnittansicht.
  • Gleiche, gleichartige oder gleichwirkende Elemente sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
  • Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente und insbesondere Schichtdicken zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
  • Bei dem in den 1A bis 1F beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel des Verfahrens wird zum Herstellen von optoelektronischen Halbleiterbauelementen eine Halbleiterschichtenfolge 2 bereitgestellt. Die Beschreibung erfolgt exemplarisch anhand eines Ausschnitts der Halbleiterschichtenfolge 2, aus dem bei der Herstellung vier Halbleiterbauelemente hervorgehen.
  • Die Halbleiterschichtenfolge 2 umfasst einen aktiven Bereich 25, der zwischen einer ersten Halbleiterschicht 21 eines ersten Leitungstyps und einer zweiten Halbleiterschicht 22 eines vom ersten Leitungstyp verschiedenen zweiten Leitungstyps angeordnet ist. Beispielsweise ist die erste Halbleiterschicht 21 p-leitend und die zweite Halbleiterschicht 22 n-leitend oder umgekehrt. Die nachfolgende Beschreibung erfolgt exemplarisch für ein Strahlung emittierendes Halbleiterbauelement wie eine Lumineszenzdiode, beispielsweise eine Leuchtdiode. Selbstverständlich kann das Halbleiterbauelement auch ein Strahlungsempfänger, beispielsweise eine Photodiode oder eine Solarzelle sein, wobei der aktive Bereich 25 zum Empfangen von Strahlung vorgesehen ist.
  • Wie in 1A dargestellt, wird die Halbleiterschichtenfolge 2 auf einem Aufwachssubstrat 29 für die epitaktische Abscheidung der Halbleiterschichtenfolge bereitgestellt. Bei einem nitridischen Verbindungshalbleitermaterial für die Halbleiterschichtenfolge 2 eignet sich insbesondere Saphir als Aufwachssubstrat. Alternativ kann auch Silizium oder Siliziumcarbid Anwendung finden.
  • In lateraler Richtung erstreckt sich die Halbleiterschichtenfolge 2 durchgängig über Halbleiterkörperbereiche 200, aus denen bei der Herstellung der Halbleiterbauelemente jeweils ein Halbleiterkörper hervorgeht. Auf einer dem Aufwachssubstrat 29 abgewandten Seite der Halbleiterschichtenfolge ist eine zur elektrischen Kontaktierung der ersten Halbleiterschicht vorgesehene erste Anschlussschicht 71 und eine zur elektrischen Kontaktierung der zweiten Halbleiterschicht 22 vorgesehene zweite Anschlussschicht 72 angeordnet. Zur vereinfachten Darstellung sind Details der elektrischen Kontaktierung der Halbleiterschichten über die Anschlussschichten 71, 72 nicht gezeigt und die Anschlussschichten sind stark vereinfacht dargestellt. Eine mögliche Art der elektrischen Kontaktierung der ersten Halbleiterschicht 21 und der zweiten Halbleiterschicht 22 mittels der Anschlussschichten 71, 72 wird anhand der 3 näher erläutert.
  • Wie in 1B dargestellt, wird ein Verbund 4 ausgebildet, wobei an jedem Halbleiterkörperbereich 200 ein Trägerkörper 3 befestigt wird. Die Trägerkörper 3 sind voneinander beabstandete, durch Zwischenräume 35 voneinander getrennte einzelne Elemente. Die Trägerkörper weisen jeweils eine erste Kontaktstruktur 31 zur elektrischen Kontaktierung der ersten Anschlussschicht 71 und eine zweite Kontaktstruktur 32 zur elektrischen Kontaktierung der zweiten Anschlussschicht 72 auf. Die ersten Kontaktstrukturen 31 und die zweiten Kontaktstrukturen 32 weisen jeweils Durchkontaktierungen 33 durch die Trägerkörper 3 hindurch auf.
  • Der so hergestellte Verbund 4 erstreckt sich in vertikaler Richtung, also senkrecht zur Haupterstreckungsebene der Halbleiterschichten der Halbleiterschichtenfolge 2, zwischen einer Rückseite 40 und einer Vorderseite 41, wobei die Halbleiterschichtenfolge von den Trägerkörpern aus gesehen der Vorderseite 41 zugewandt sind.
  • In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ragen die ersten Kontaktstrukturen 31 und die zweiten Kontaktstrukturen 32 in vertikaler Richtung an der Rückseite aus dem Trägerkörper 3 hinaus. Dies ist jedoch nicht zwingend erforderlich.
  • Die Befestigung der Trägerkörper 3 an der Halbleiterschichtenfolge 2 erfolgt beispielsweise mittels einer Verbindungsschicht, beispielsweise einer Lotschicht. Beim Herstellen der mechanisch stabilen Verbindung zwischen den Trägerkörpern 3 und der Halbleiterschichtenfolge 2 sind aufgrund von Unterschieden in den thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem Aufwachssubstrat 29 und den Trägerkörpern 3 im Vergleich zu einem durchgängig verlaufenden Träger, beispielsweise einem Trägerwafer reduziert, da die Trägerkörper 3 in lateraler Richtung jeweils eine vergleichsweise geringe Kantenlänge aufweisen. Dadurch ist die Gefahr minimiert, dass Unterschiede zwischen den thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Aufwachssubstrats 29 und der Trägerkörper 3 zu einer Beschädigung des Verbunds 4 führen. Beispielsweise kann bei Trägerkörpern 3, die ein Halbleitermaterial wie Silizium oder Germanium enthalten oder aus einem solchen Material bestehen, auch Saphir trotz des zu Silizium vergleichsweise großen Unterschieds hinsichtlich des thermischen Ausdehnungskoeffizienten als Aufwachssubstrat Anwendung finden. Dadurch können Halbleiterschichten mit besonders hoher kristalliner Qualität hergestellt werden.
  • Nach dem Ausbilden des Verbunds werden die Zwischenräume 35 zwischen den Trägerkörpern 3 mit einem Füllmaterial 5 befüllt. Hierfür eignet sich beispielsweise eine Gieß-Verfahren. Unter einem Gieß-Verfahren wird allgemein ein Verfahren verstanden, mit dem eine Formmasse gemäß einer vorgegebenen Form ausgestaltet werden kann. Insbesondere umfasst der Begriff Gieß-Verfahren Gießen (casting), Spritzgießen (injection molding), Spritzpressen (transfer molding) und Formpressen (compression molding).
  • Als Füllmaterial eignet sich beispielsweise ein Polymermaterial, etwa ein Silikon oder ein Epoxid. Bei der in 1C dargestellten Ausgestaltung bildet das Füllmaterial 5 auch die Rückseite 40 des Verbunds 4. Das Füllmaterial bedeckt also die Trägerkörper 3 auf der der Halbleiterschichtenfolge vollständig. Davon abweichend kann das Füllmaterial auch so ausgebildet werden, dass es nur die Zwischenräume 35 vollständig oder zumindest bereichsweise auffüllt.
  • Mittels des Füllmaterials 5 wird die mechanische Stabilität des Verbunds 4 erhöht. Nachfolgend wird, wie in 1D dargestellt, das Aufwachssubstrat 29 entfernt. Bei einem Saphir-Aufwachssubstrat eignet sich hierfür beispielsweise ein Laser-Abhebeverfahren(Laser Lift Off, LLO)-Verfahren. Das Entfernen kann hierbei vollflächig erfolgen, so dass das Laser-Abhebeverfahren unabhängig von der lateralen Strukturierung des Verbunds 4, also insbesondere unabhängig von der Größe der herzustellenden Halbleiterbauelemente durchgeführt werden kann. Eine Anpassung des Laser-Abhebeverfahrens an die Geometrie der Halbleiterbauelemente, beispielsweise durch Verwendung eines Excimer-Lasers mit entsprechendem Strahlprofil, ist also nicht erforderlich.
  • Alternativ kann das Aufwachssubstrat abhängig vom Material des Aufwachssubstrats auch mittels nasschemischen oder trockenchemischen Ätzens oder mechanisch, etwa mittels Schleifens, Läppens oder Polierens entfernt werden. Nach dem Entfernen des Aufwachssubstrats kann zur Erhöhung der Auskoppeleffizienz eine Strukturierung 15 auf der den Trägerkörpern 3 abgewandten Seite der Halbleiterschichtenfolge 2 ausgebildet werden, beispielsweise mittels nasschemischen Ätzens, etwa durch KOH bei einem nitridischen Verbindungshalbleitermaterial.
  • Nach dem Entfernen des Aufwachssubstrats wird der Verbund 4 von der Rückseite 40 her gedünnt. Hierbei wird Material der Trägerkörper 3 und Material des Füllmaterials abgetragen. Beim Herstellen des Verbunds 4 und beim Entfernen des Aufwachssubstrats zeichnet sich der Verbund 4 aufgrund der vergleichsweise großen Dicke der Trägerkörper 3 durch eine hohe mechanische Stabilität aus. Nach diesen Schritten können die Trägerkörper zur Reduktion der Höhe, also der Ausdehnung in vertikaler Richtung, der späteren Halbleiterbauelemente gedünnt werden. Nach dem Dünnen werden an der Rückseite 40 des Verbunds erste Kontakte 310 zur Kontaktierung der ersten Kontaktstruktur und zweite Kontakte 320 zur Kontaktierung der zweiten Kontaktstruktur 32 ausgebildet. Nachfolgend wird der Verbund 4, wie in 1F dargestellt, entlang von Vereinzelungslinien 49 in voneinander getrennte Halbleiterbauelemente 1 vereinzelt, beispielsweise durch Sägen, Ätzen oder ein Lasertrennverfahren.
  • Von dem beschriebenen Ausführungsbeispiel abweichend können die Trägerkörper auch gedünnt werden, bevor das Aufwachssubstrat entfernt wird.
  • Die vereinzelten Halbleiterbauelemente 1 weisen jeweils einen Trägerkörper 3 und einen Halbleiterkörper 20 auf. Die Halbleiterbauelemente 1 sind jeweils als oberflächenmontierbare Halbleiterbauelemente ausgebildet, die an einer einer Strahlungsaustrittsfläche 11 gegenüberliegenden Rückseite 10 elektrisch kontaktierbar sind. Die beim Vereinzeln entstehenden Seitenflächen 12 der Halbleiterbauelemente werden durch den Halbleiterkörper 20, das Füllmaterial 5 und den Trägerkörper 3 gebildet. Der Halbleiterkörper 20, das Füllmaterial 5 und der Trägerkörper 3 schließen in lateraler Richtung bündig miteinander ab. Die Kantenlänge der so hergestellten Halbleiterbauelemente ist gleich der lateralen Ausdehnung des aktiven Bereichs 25 entlang dieser Richtung. Es werden also Halbleiterbauelemente hergestellt, deren laterale Ausdehnung nicht größer ist als die laterale Ausdehnung des zur Strahlungserzeugung vorgesehenen aktiven Bereichs 25. Die fertig gestellten Halbleiterbauelemente können nachfolgend auf einem Anschlussträger, beispielsweise einer Leiterplatte oder einem Zwischenträger (submount), befestigt werden.
  • Die Trägerkörper 3 können bei dem beschriebenen Herstellungsverfahren weitgehend unabhängig von der Herstellung der Halbleiterschichtenfolge 2 zumindest zum Teil vorgefertigt werden, bevor diese zum Ausbilden des Verbunds 4 an der Halbleiterschichtenfolge 2 befestigt werden. Dies vereinfacht die Herstellung der Trägerkörper 3. Beispielsweise kann in die Trägerkörper bereits vor dem Befestigen der Halbleiterschichtenfolge 2 ein elektronisches Bauteil, etwa ein ESD-Schutzelement in die Trägerkörper 3 integriert werden. Zudem kann eine hohe mechanische Stabilität des Halbleiterbauelements erzielt werden, insbesondere zwischen der ersten Kontaktstruktur und der zweiten Kontaktstruktur.
  • Die Trägerkörper 3 können weiterhin aus einem Träger hergestellt werden, dessen laterale Ausdehnung weitgehend frei wählbar ist. Insbesondere ist die laterale Ausdehnung im Unterschied zu einem Verfahren, bei dem zum Ausbilden eines Verbunds ein Träger vollflächig auf die Halbleiterschichtenfolge aufgebracht wird, unabhängig von der lateralen Ausdehnung der Halbleiterschichtenfolge. Weiterhin sind aufgrund der zumindest teilweise vorgefertigten Trägerkörper 3 keine galvanischen Prozesse erforderlich, um die Kontaktstrukturen 310, 320 an der Halbleiterschichtenfolge auszubilden.
  • Das in den 2A bis 2E dargestellte zweite Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem im Zusammenhang mit den 1A bis 1F beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel. In 2A ist ein Herstellungsstadium gezeigt, in dem der Verbund 4 mit der Halbleiterschichtenfolge 2 und den darin befestigten Trägerkörpern 3 bereits ausgebildet ist. Das Ausbilden des Verbunds kann wie im Zusammenhang mit den 1A und 1B beschrieben erfolgen. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel weisen die Trägerkörper 3 beim Herstellen des Verbunds bereits die vorgesehene Enddicke auf. An der Rückseite 40 des Verbunds 4 sind bereits die ersten Kontakte 310 und die zweiten Kontakte 320 ausgebildet.
  • Nachfolgend werden die Zwischenräume 35 zwischen den Trägerkörpern 3 mit einem Füllmaterial 5 befüllt (2B). Zur Erhöhung der mechanischen Stabilität wird auf der der Halbleiterschichtenfolge 2 abgewandten Seite der Trägerkörper 3 ein Hilfsträger 95 angebracht. Nachfolgend wird, wie in 2C dargestellt, das Aufwachssubstrat entfernt (vgl. 1D).
  • Nach dem Entfernen des Aufwachssubstrats werden Trenngräben 27 ausgebildet, die sich in vertikaler Richtung vollständig durch die Halbleiterschichtenfolge 2 hindurch erstrecken (2D). Davon abweichend können sich die Trenngräben in vertikaler Richtung nur bereichsweise durch die Halbleiterschichtenfolge erstrecken. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel enden die Trenngräben 27 in dem Füllmaterial, das sich in den Zwischenräumen 35 befindet. Nach dem Ausbilden der Trenngräben sind die so entstehenden Halbleiterkörper 20 mit den zugeordneten Trägerkörpern 3 nur noch über das Füllmaterial 5 und den Hilfsträger 95 mechanisch miteinander verbunden. Durch Entfernen des Füllmaterials 5 entstehen, wie in 2E dargestellt, die vereinzelten Halbleiterbauelemente 1. Als Füllmaterial eignet sich in diesem Fall insbesondere ein temporäres Material, das sich auf einfache Weise entfernen lässt, beispielsweise mittels eines Lösemittels oder eines nasschemischen Ätzverfahrens. Beispielsweise kann ein löslicher Lack Anwendung finden. In diesem Ausführungsbeispiel sind die vereinzelten Halbleiterbauelemente 1 – abgesehen von möglichen fertigungsbedingten Rückständen des Füllmaterials 5 – frei von dem Füllmaterial.
  • Das in den 3A bis 3F dargestellte zweite Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem im Zusammenhang mit den 2A bis 2E beschriebenen zweiten Ausführungsbeispiel.
  • Im Unterschied hierzu werden die Trenngräben 27 in der Halbleiterschichtenfolge 2 wie in 2A dargestellt bereits vor dem Ausbilden des Verbunds ausgebildet.
  • Nachfolgend werden die Trägerkörper 3 an den bereits ausgebildeten Halbleiterkörpern 20 zur Ausbildung des Verbunds 4 befestigt, 3B. Dies kann analog zu den vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen erfolgen. In diesem Verfahrensstadium hängen die Halbleiterkörper und die daran befestigten Trägerkörper nur über das Aufwachssubstrat 29 mechanisch miteinander zusammen.
  • Nachfolgend werden die Zwischenräume 35 mittels eines Füllmaterials 5 befüllt. In diesem Ausführungsbeispiel umfasst das Füllmaterial einen ersten Teilbereich 51 und einen zweiten Teilbereich 52. Der erste Teilbereich ist als eine Beschichtung ausgebildet, die beispielsweise durch Aufdampfen oder Sputtern abgeschieden wird. Der erste Teilbereich ist konform zur Struktur des Verbunds 4, insbesondere Form der Zwischenräume 35. Davon abweichend kann das Füllmaterial 5, insbesondere der erste Teilbereich 51, auch bereits an den Trägerkörpern angebracht werden, bevor der Verbund 4 ausgebildet wird. In diesem Fall bedeckt der erste Teilbereich 51 nur Bereiche der Trägerkörper, insbesondere deren Seitenflanken 302.
  • Der zweite Teilbereich 52 füllt die verbleibenden Zwischenräume insbesondere vollständig. 3C zeigt ein Stadium, in dem der Verbund auf einen temporären Hilfsträger 97 aufgebracht ist(3C).
  • Wie in 3D dargestellt, wird das Aufwachssubstrat entfernt, so dass die einzelnen Halbleiterkörper 20 mit den Trägerkörpern 3 auf dem temporären Hilfsträger 97 vorliegen. Die durch das Entfernen des Aufwachssubstrats 97 freigelegten Halbleiterkörper werden wie in 3E dargestellt mit einer Strukturierung 15 versehen, beispielsweise mittels eines nasschemischen Ätzverfahrens, etwa durch Verwendung von KOH.
  • Das Füllmaterial 5, insbesondere der erste Teilbereich 51 ist gegenüber dem nasschemischen Verfahren stabil ausgebildet, so dass die Trägerkörper 3 bei der Strukturierung geschützt sind. Beispielsweise eignet sich Siliziumnitrid als ein Material, das gegenüber KOH stabil ist. Das Material für den zweiten Teilbereich 52 muss dagegen nicht notwendigerweise gegenüber dem Strukturierungsverfahren stabil sein und kann folglich während der Strukturierung teilweise oder vollständig entfernt werden (3E). Reste des zweiten Teilbereichs können gegebenenfalls nachfolgend entfernt werden. Durch das Entfernen des zweiten Teilbereichs erfolgt gleichzeitig die Vereinzelung des Verbunds 4 in die einzelnen Halbleiterbauelemente. Selbstverständlich kann der zweite Teilbereich auch stabil gegenüber dem Strukturierungsverfahren sein und erst nach dem Strukturierungsverfahren entfernt werden.
  • Der temporäre Hilfsträger 97 ist zweckmäßigerweise ebenfalls gegenüber dem Strukturierungsverfahren stabil ausgebildet, insbesondere bei einem zweiten Teilbereich 52, der selbst nicht stabil gegenüber dem Strukturierungsverfahren ist. Beispielsweise kann der temporäre Hilfsträger ein Polyimid enthalten. Ein solches Material zeichnet sich durch eine vergleichsweise hohe Stabilität gegenüber nasschemischen Ätzverfahren und eine gute Temperaturstabilität aus.
  • Nachfolgend können die vereinzelten Halbleiterbauelemente 1 auf einen Hilfsträger 95 transferiert werden, auf dem die Halbleiterbauelemente für die weitere Verarbeitung zur Verfügung stehen (3F). Hierfür eignet sich eine konventionelle Trägerfolie.
  • Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel findet also ein Füllmaterial 5 mit einem ersten Teilbereich 51, der im fertig gestellten Halbleiterbauelement verbleibt und mit einem zweiten Teilbereich 52, der während des Verfahrens entfernt wird, Anwendung. Ein derartiger Aufbau des Füllmaterials 5 kann auch für die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele Anwendung finden.
  • Alternativ kann auch in diesem Ausführungsbeispiel ein einziges Füllmaterial Anwendung finden.
  • Ein Ausführungsbeispiel für ein Halbleiterbauelement 1, das insbesondere wie im Zusammenhang mit den 1A bis 1F oder 3A bis 3F beschrieben hergestellt werden kann, ist in 4 in schematischer Schnittansicht gezeigt.
  • Das Halbleiterbauelement 1 umfasst einen Halbleiterkörper 20 mit einer Halbleiterschichtenfolge 2. Die Halbleiterschichtenfolge umfasst einen zur Erzeugung von Strahlung vorgesehenen aktiven Bereich 25, der zwischen einer dem Trägerkörper 3 zugewandten ersten Halbleiterschicht 21 und einer auf der dem Trägerkörper 3 abgewandten Seite des aktiven Bereichs 25 angeordneten zweiten Halbleiterschicht 22 angeordnet ist. Der Halbleiterkörper 20 weist eine Mehrzahl von Ausnehmungen 24 auf, die sich vom Trägerkörper her durch die erste Halbleiterschicht 21 und den aktiven Bereich 25 hindurch erstrecken.
  • Die erste Halbleiterschicht 21 ist mit einer ersten Anschlussschicht 71 elektrisch leitend verbunden. Die erste Anschlussschicht kann einschichtig oder mehrschichtig ausgebildet sein. Zumindest eine Teilschicht der ersten Anschlussschicht 71 ist vorzugsweise für die im aktiven Bereich 25 erzeugte Strahlung reflektierend ausgebildet. Beispielsweise zeichnen sich Silber, Palladium oder Rhodium durch eine hohe Reflektivität im sichtbaren Spektralbereich aus.
  • Weiterhin umfasst das Halbleiterbauelement 1 eine zweite Anschlussschicht 72. Die zweite Anschlussschicht ist in den Ausnehmungen 24 mit der zweiten Halbleiterschicht 22 elektrisch leitend verbunden. Die erste Anschlussschicht 71 verläuft bereichsweise zwischen der zweiten Anschlussschicht 72 und dem Halbleiterkörper 20. Zur Vermeidung eines elektrischen Kurzschlusses ist zwischen der zweiten Anschlussschicht 72 und der ersten Halbleiterschicht 21 sowie zwischen der zweiten Anschlussschicht und der ersten Anschlussschicht eine erste Isolationsschicht 81 angeordnet.
  • Weiterhin dient eine zweite Isolationsschicht 82 zwischen der ersten Anschlussschicht 71 und der zweiten Anschlussschicht 72 der elektrischen Isolation zwischen diesen Schichten.
  • Über die Ausnehmungen 24 kann eine in lateraler Richtung gleichmäßige Ladungsträgerinjektion in den aktiven Bereich 25 erzielt werden. Bei einer hinreichend hohen Querleitfähigkeit der zweiten Halbleiterschicht 22 ist jedoch auch denkbar, dass der Halbleiterkörper 20 nur genau eine Ausnehmung 24 aufweist.
  • Der Trägerkörper 3 erstreckt sich in vertikaler Richtung zwischen einer dem Halbleiterkörper 20 zugewandten Vorderseite 301 und einer der Vorderseite gegenüberliegenden Rückseite 300. Im Trägerkörper 3 sind Durchkontaktierungen 33 ausgebildet, die sich in vertikaler Richtung vollständig durch den Trägerkörper 3 hindurch erstrecken. An der Rückseite 300 des Trägerkörpers sind ein erster Kontakt 310 und ein zweiter Kontakt 320 angeordnet, die über die Durchkontaktierungen 33 mit der ersten Anschlussschicht 71 beziehungsweise der zweiten Anschlussschicht 72 elektrisch leitend verbunden sind. Durch Anlegen einer externen elektrischen Spannung zwischen dem ersten Kontakt 310 und dem zweiten Kontakt 320 können Ladungsträger von gegenüberliegenden Seiten in den aktiven Bereich 25 injiziert werden und dort unter Emission von Strahlung rekombinieren.
  • Der Trägerkörper 3 ist bereichsweise mit einer dritten Isolationsschicht 83 bedeckt. Für die erste Isolationsschicht 81, die zweite Isolationsschicht 82 und die dritte Isolationsschicht 83 eignet sich jeweils ein dielektrisches Material, beispielsweise ein Oxid, etwa Siliziumoxid oder ein Nitrid, beispielsweise Siliziumnitrid. Die Bezeichnungen „erste Isolationsschicht“, „zweite Isolationsschicht“ und „dritte Isolationsschicht“ implizieren hierbei keine Reihenfolge in der Herstellung dieser Schichten, sondern dienen lediglich der Bezeichnung unterschiedlicher elektrisch isolierender Bereiche.
  • In dem Trägerkörper 3 ist weiterhin ein ESD-Schutzelement 91 ausgebildet. Das ESD-Schutzelement ist ebenfalls über den ersten Kontakt 310 und den zweiten Kontakt 320 extern elektrisch kontaktierbar und parallel zum aktiven Bereich 25 verschaltet. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist das ESD-Schutzelement mittels eines ersten Teilbereichs 38 und eines zweiten Teilbereichs 39 des Trägerkörpers gebildet. Diese Teilbereiche weisen zueinander entgegengesetzte Leitungstypen auf. Das ESD-Schutzelement 91 ist also durch einen pn-Übergang zwischen dem ersten Teilbereich 38 und dem zweiten Teilbereich 39 gebildet.
  • In einer ersten Öffnung 92 der dritten Isolationsschicht 83 ist die erste Kontaktstruktur 31 mit dem ersten Teilbereich elektrisch leitend verbunden. In einer zweiten Öffnung 93 der dritten Isolationsschicht 83 ist die zweite Kontaktstruktur 32 mit dem zweiten Teilbereich elektrisch leitend verbunden.
  • Der erste Teilbereich 92 und die erste Halbleiterschicht 21 sind bezüglich des Leitungstyps zueinander entgegengesetzt, so dass die Durchlassrichtungen des ESD-Schutzelements 91 und des aktiven Bereichs 25 zueinander antiparallel verlaufen.
  • Zwischen dem Halbleiterkörper 20 und dem Trägerkörper 3 ist eine metallische Zwischenschicht 6 angeordnet, die beispielsweise die erste Anschlussschicht 71, die zweite Anschlussschicht 72 und eine Verbindungsschicht 73, beispielsweise eine Lotschicht, umfasst.
  • In lateraler Richtung sind die metallische Zwischenschicht 6 und die Seitenflanken 302 des Trägerkörpers zumindest bereichsweise, in dem gezeigten Ausführungsbeispiel vollständig von einem Füllmaterial 5 umgeben. Das Füllmaterial, das beispielsweise in Form einer Beschichtung aufgebracht ist, dient insbesondere dem Schutz des Trägerkörpers während der Herstellung, beispielsweise dem Schutz vor einer chemischen Belastung. Von dem beschriebenen Ausführungsbeispiel abweichend kann die metallische Zwischenschicht auch frei von dem Füllmaterial sein.
  • Insbesondere bei einem Halbleiterbauelement, das wie im Zusammenhang mit den 1A bis 1F beschrieben hergestellt ist, schließt das Füllmaterial 5 an einer Seitenfläche 12 des Halbleiterbauelements 1 bündig mit dem Halbleiterkörper 20 ab. An der Seitenfläche 12 weist das Füllmaterial Spuren eines Vereinzelungsschritts, beispielsweise Spuren eines mechanischen Abtrags, etwa Sägespuren, Spuren eines chemischen Materialabtrags oder Spuren eines Lasertrennverfahrens auf. Der Trägerkörper kann wie in 1F dargestellt in diesem Fall auch frei von dem Füllmaterial sein.
  • Das in 5 dargestellte zweite Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem im Zusammenhang mit 4 beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel für ein Halbleiterbauelement. Im Unterschied hierzu ragt der Halbleiterkörper 20 in Draufsicht auf das Halbleiterbauelement an zumindest einer Seitenfläche 12 über den Trägerkörper 3 hinaus, beispielsweise um mindestens 100 nm und um höchstens 10 µm. Der Halbleiterkörper kann den Trägerkörper auch an zwei Seitenflächen, insbesondere an zwei aneinander angrenzenden Seitenflächen, überragen. An zwei gegenüberliegenden Seitenflächen überragt der Halbleiterkörper den Trägerkörper jedoch bevorzugt nicht. Beispielsweise können der Halbleiterkörper und der Trägerkörper in Draufsicht dieselbe Querschnittsfläche aufweisen und versetzt zueinander angeordnet sein. Es hat sich gezeigt, dass solche Halbleiterbauelemente besonders effizient in kompakter Form ausgebildet werden können. Im Unterschied hierzu überragen Halbleiterkörper in Halbleiterbauelementen, bei denen die Trägerkörper durch Durchtrennen eines Trägerwafers beim Vereinzeln in Halbleiterbauelemente ausgebildet werden, den Trägerkörper fertigungsbedingt an keiner Stelle.
  • Wie insbesondere im Zusammenhang mit den 1A bis 1F und 3A bis 3F beschrieben, wird mittels des Füllmaterials 5 die Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements in besonders kompakter Bauform vereinfacht. Insbesondere ist das Halbleiterbauelement als ein kompaktes oberflächenmontierbares Bauelement (surface mounted device, SMD) in CSP(Chip Size Package)-Bauform ausgebildet.
  • Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes 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 den Ausführungsbeispielen angegeben ist.

Claims (20)

  1. Verfahren zum Herstellen einer Mehrzahl von optoelektronischen Halbleiterbauelementen (1) mit den Schritten: a) Bereitstellen einer Halbleiterschichtenfolge (2) mit einer Mehrzahl von Halbleiterkörperbereichen (200); b) Bereitstellen einer Mehrzahl von Trägerkörpern (3), die jeweils eine erste Kontaktstruktur (31) und eine zweite Kontaktstruktur (32) aufweisen; c) Ausbilden eines Verbunds (4) mit der Halbleiterschichtenfolge und den Trägerkörpern derart, dass benachbarte Trägerkörper durch Zwischenräume (35) voneinander getrennt sind und jeder Halbleiterkörperbereich mit der ersten Kontaktstruktur und der zweiten Kontaktstruktur des zugeordneten Trägerkörpers elektrisch leitend verbunden ist; und d) Vereinzeln des Verbunds in die Mehrzahl von Halbleiterbauelementen, wobei die Halbleiterbauelemente jeweils einen Halbleiterkörper (20) und einen Trägerkörper aufweisen.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Halbleiterschichtenfolge in Schritt a) auf einem Aufwachssubstrat (29) bereitgestellt wird und das Aufwachssubstrat nach Schritt c) entfernt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Aufwachssubstrat Saphir enthält.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zwischenräume nach Schritt c) zumindest teilweise mit einem Füllmaterial (5) gefüllt sind.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Füllmaterial einen ersten Teilbereich (51) und einen zweiten Teilbereich (52) aufweist, wobei der erste Teilbereich bereichsweise konform zur Struktur des Verbunds ausgebildet ist.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei der erste Teilbereich (51) zumindest teilweise im Halbleiterbauelement verbleibt und der zweite Teilbereich (52) vollständig entfernt wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei das Füllmaterial zum Vereinzeln des Verbunds in Schritt d) entfernt wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei das Füllmaterial beim Vereinzeln nur entlang von Vereinzelungslinien entfernt wird und seitlich der Vereinzelungslinien in den Halbleiterbauelementen verbleibt.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in Schritt d) auf der den Halbleiterkörperbereichen abgewandten Seite erste Kontakte (310) und zweite Kontakte (320) ausgebildet sind und wobei die ersten Kontakte und/oder die zweiten Kontakte über Durchkontaktierungen (33) durch den Trägerkörper hindurch mit den zugeordneten Halbleiterkörperbereichen elektrisch leitend verbunden sind.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Verbund auf einer der Halbleiterschichtenfolge abgewandten Rückseite (40) gedünnt wird.
  11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich die Halbleiterschichtenfolge in Schritt c) durchgängig über die Halbleiterkörperbereiche erstreckt.
  12. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Halbleiterschichtenfolge beim Vereinzeln durchtrennt wird.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei vor Schritt d) zwischen benachbarten Halbleiterkörperbereichen Trenngräben ausgebildet werden.
  14. Verfahren nach Anspruch 1, wobei – die Halbleiterschichtenfolge in Schritt a) auf einem Aufwachssubstrat (29) bereitgestellt wird; – die Zwischenräume nach Schritt c) zumindest teilweise mit einem Füllmaterial (5) gefüllt werden; – das Aufwachssubstrat nach dem Füllen der Zwischenräume entfernt wird; und – der Verbund nach dem Entfernen des Aufwachssubstrats vereinzelt wird, wobei beim Vereinzeln das Füllmaterial zumindest teilweise entfernt wird.
  15. Verfahren nach Anspruch 1, wobei – die Halbleiterschichtenfolge in Schritt a) auf einem Aufwachssubstrat (29) bereitgestellt wird; – das Aufwachssubstrat nach Schritt c) entfernt wird; – auf der den Trägerkörpern abgewandten Seite der Halbleiterschichtenfolge mittels eines chemischen Verfahrens eine Strukturierung (15) ausgebildet wird; und – die Zwischenräume beim Ausbilden der Strukturierung zumindest teilweise mit einem Füllmaterial (5) gefüllt sind, das gegenüber dem chemischen Verfahren stabil ist.
  16. Halbleiterbauelement (1) mit einem Halbleiterkörper (20), der eine Halbleiterschichtenfolge mit einem zur Erzeugung und/oder zum Empfangen von Strahlung vorgesehenen aktiven Bereich (25) aufweist, und mit einem Trägerkörper (3), an dem der Halbleiterkörper befestigt ist, wobei – der Trägerkörper auf einer dem Halbleiterkörper abgewandten Rückseite (300) einen ersten Kontakt (310) und einen zweiten Kontakt (320) zur externen elektrischen Kontaktierung des Halbleiterbauelements aufweist; – zwischen dem Halbleiterkörper und dem Trägerkörper eine metallische Zwischenschicht (6) zur elektrisch leitenden Verbindung zwischen dem Halbleiterkörper und den Kontakten angeordnet ist; und – eine Seitenflanke (302) des Trägerkörpers zumindest bereichsweise von einem Füllmaterial (5) umgeben ist.
  17. Halbleiterbauelement nach Anspruch 16, wobei die metallische Zwischenschicht zumindest bereichsweise von dem Füllmaterial umgeben ist.
  18. Halbleiterbauelement nach Anspruch 16 oder 17, wobei der Halbleiterkörper in Draufsicht auf das Halbleiterbauelement zumindest stellenweise über den Trägerkörper hinausragt.
  19. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 16 bis 18, wobei der erste Kontakt und der zweite Kontakt jeweils über eine Durchkontaktierung (33) mit dem Halbleiterkörper elektrisch leitend verbunden ist und wobei zwischen dem ersten Kontakt und dem zweiten Kontakt ein ESD-Schutzelement (91) ausgebildet ist, das parallel zum aktiven Bereich verschaltet ist.
  20. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 16 bis 19, das nach einem der Ansprüche 1 bis 15 hergestellt ist.
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