DE102014114613B4

DE102014114613B4 - Strahlungsemittierender Halbleiterchip, Verfahren zur Herstellung einer Vielzahl an strahlungsemittierenden Halbleiterchips und optoelektronisches Bauelement mit einem strahlungsemittierenden Halbleiterchip

Info

Publication number: DE102014114613B4
Application number: DE102014114613.1A
Authority: DE
Inventors: Mathias Kämpf; Simon Jerebic; Ingo Neudecker; Günter Spath; Michael Huber; Korbinian Perzlmaier
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2014-10-08
Filing date: 2014-10-08
Publication date: 2023-10-12
Anticipated expiration: 2034-10-09
Also published as: US10276748B2; DE102014114613A1; WO2016055526A1; TW201626598A; US20180233627A1; TWI568013B

Abstract

Strahlungsemittierender Halbleiterchip (1) mit:- einer epitaktischen Halbleiterschichtenfolge (3), die im Betrieb elektromagnetische Strahlung aussendet,- einem transparenten Träger (4), auf den die epitaktische Halbleiterschichtenfolge (3) aufgebracht ist, wobei- der Träger (4) eine der Halbleiterschichtenfolge (3) zugewandte erste Hauptfläche (8), eine der Halbleiterschichtenfolge (3) abgewandte zweite Hauptfläche (9) und eine zwischen der ersten Hauptfläche (8) und der zweiten Hauptfläche (9) angeordnete Seitenflanke (10) aufweist, und- die Seitenflanke (10) eine sägezahnförmige Auskoppelstruktur aufweist, die gezielt aus Vereinzelungsspuren gebildet ist, wobei jedes Strukturelement (11) der sägezahnförmigen Auskoppelstruktur eine erste Fläche (12) und eine zweite Fläche (13) aufweist, wobei die erste Fläche (12) parallel zur ersten Hauptfläche (8) und/oder zur zweiten Hauptfläche (9) des Trägers (4) verläuft, und die zweite Fläche (13) einen spitzen Öffnungswinkel (α) mit der ersten Fläche (12) einschließt, wobei der Öffnungswinkel (α) in Richtung der ersten Hauptfläche (8) des Trägers (4) oder in Richtung der zweiten Hauptfläche des Trägers (4) weist.

Description

Es wird ein strahlungsemittierender Halbleiterchip, ein Verfahren zur Herstellung einer Vielzahl an strahlungsemittierenden Halbleiterchips sowie ein optoelektronisches Bauelement mit einem derartigen strahlungsemittierenden Halbleiterchip angegeben.
Strahlungsemittierende Halbleiterchips sowie Verfahren zu ihrer Herstellung sind beispielsweise in den Druckschriften WO 01/61764 A1 , US 2011/0198665 A1 , US 5 233 204 A , DE 10 2013 111 503 A1 und US 2004/0026700 A1 beschrieben.
Die Druckschrift DE 100 06 738 A1 offenbart ein lichtemittierendes Bauelement mit verbesserter Lichtauskopplung und ein Verfahren zu dessen Herstellung.
Die Druckschrift DE 44 27 840 A1 betrifft ein Verfahren zur Effizienzerhöhung von A_IIIB_V-Halbleiterchips.
Die Druckschrift US 7 482 251 B1 betrifft ein Ätzverfahren zur Vereinzelung von Halbleiterchips.
Die Druckschrift EP 1 357 584 A2 ist auf ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung eines Halbleitersubstrats gerichtet.
Aufgabe der vorliegenden Anmeldung ist es, einen strahlungsemittierenden Halbleiterchip mit verbesserter Lichtauskopplung sowie ein vereinfachtes Verfahren zu dessen Herstellung anzugeben. Weiterhin soll ein optoelektronisches Bauelement mit einem derartigen Halbleiterchip angegeben werden.
Diese Aufgaben werden durch einen strahlungsemittierenden Halbleiterchip, durch ein Verfahren gemäß dem unabhängigen Anspruch sowie durch ein optoelektronisches Bauelement gemäß dem unabhängigen Anspruch gelöst.
Ein strahlungsemittierender Halbleiterchip umfasst eine epitaktische Halbleiterschichtenfolge, die im Betrieb elektromagnetische Strahlung aussendet. Die elektromagnetische Strahlung wird in einer aktiven Zone innerhalb der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge erzeugt und dann von einer Strahlungsaustrittsfläche der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge ausgesendet. Besonders bevorzugt handelt es sich bei der elektromagnetischen Strahlung um sichtbares Licht, UV-Strahlung oder IR-Strahlung.
Die epitaktische Halbleiterschichtenfolge ist auf einen Träger aufgebracht. Besonders bevorzugt ist der Träger transparent für die elektromagnetische Strahlung ausgebildet, die im Betrieb von der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge ausgesendet wird. Mit „transparent“ wird hierbei insbesondere ein Träger bezeichnet, der einen Transmissionskoeffizienten von mindestens 0.85, bevorzugt von mindestens 0.9 und besonders bevorzugt von mindestens 0.95 für die entsprechende Wellenlängen aufweist. Als Transmissionskoeffizient wird hierbei das Verhältnis aus transmittierter Strahlung zu einfallender Strahlung bezeichnet.
Beispielsweise kann es sich bei dem Träger um ein Aufwachssubstrat handeln, auf dem die epitaktische Halbleiterschichtenfolge aufgewachsen wird.
Der Träger kann beispielsweise eines der folgenden Materialien aufweisen oder aus einem der folgenden Materialien bestehen: Saphir, Galliumarsenid, Silizium, Galliumnitrid, Siliziumcarbid.
Saphir und Siliziumcarbid sind hierbei insbesondere transparent für sichtbare elektromagnetische Strahlung bis hin in den ultravioletten Spektralbereich, während Galliumarsenid und Silizium transparent sind für infrarote elektromagnetische Strahlung. Galliumnitrid ist für elektromagnetische Strahlung mit Wellenlängen im sichtbaren Spektralbereich bis hin in den ultravioletten Spektralbereich transparent. Galliumnitrid kann hierbei eine Dotierung mit InGaN aufweisen, die dazu führen kann, dass das Material im ultravioletten Spektralbereich absorbierend wird.
Besonders bevorzugt weist der Träger Saphir auf oder besteht aus Saphir. Die epitaktische Halbleiterschichtenfolge basiert hierbei bevorzugt auf einem Nitrid-Halbleitermaterialsystem der Formel In_xAl_yGa_1-x-yN mit 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 und x+y ≤ 1. Insbesondere ist Saphir als Aufwachsubstrat für eine Halbleiterschichtenfolge geeignet, die auf einem Nitrid-Halbleitermaterialsystem basiert. Eine Halbleiterschichtenfolge, die auf einem Nitrid-Halbleitermaterialsystem basiert, ist in der Regel dazu geeignet, blaues bis ultraviolettes Licht zu erzeugen.
Alternativ ist es auch möglich, dass die Halbleiterschichtenfolge auf einem Arsenid-Halbleitermaterialsystem der Formel In_xAl_yGa_1-x-yAs mit 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 und x+y ≤ 1 basiert. Derartige epitaktische Halbleiterschichten sind insbesondere dazu geeignet, infrarotes bis rotes Licht zu erzeugen.
Weiterhin kann die Halbleiterschichtenfolge auch auf einem Phosphid-Halbleitermaterialsystem der Formel In_xAl_yGa_1-x-yP mit 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 und x+y ≤ 1 basieren. Derartige epitaktische Halbleiterschichten sind insbesondere dazu geeignet, rotes bis grünes Licht zu erzeugen.
Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem vorliegenden Halbleiterchip um einen sogenannten Volumenemitter. Ein Volumenemitter zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass elektromagnetische Strahlung, die in der aktiven Zone der Halbleiterschichtenfolge erzeugt wird, teilweise auch über die Seitenflanke des Trägers aus dem Halbleiterchip ausgekoppelt wird. Im Gegensatz hierzu handelt es sich beispielsweise bei einem Dünnfilmchip um einen Oberflächenemitter, der in der aktiven Zone erzeugte Strahlung im Wesentlichen nur von seiner Strahlungsaustrittsfläche aussendet. Ein Dünnfilmchip weist eine epitaktische Halbleiterschichtenfolge auf, die auf einen von einem Aufwachsubstrat verschiedenen Träger aufgebracht ist. Zwischen dem Träger und der Halbleiterschichtenfolge ist weiterhin ein Spiegel angeordnet, der Strahlung, die aus der Halbleiterschichtenfolge zu dem Träger hin verläuft, in Richtung der Strahlungsaustrittsfläche umlenkt. Daher wird bei einem Dünnfilmhalbleiterchip keine Strahlung aus der Seitenflanke des Trägers ausgekoppelt, sondern höchstens aus der Seitenflanke der nur einige Mikrometer dicken Halbleiterschichtenfolge.
Der Träger weist eine zu der Halbleiterschichtenfolge zugewandte erste Hauptfläche sowie eine von der Halbleiterschichtenfolge abgewandte zweite Hauptfläche auf. Die beiden Hauptflächen verlaufen bevorzugt parallel zueinander. Zwischen der ersten Hauptfläche und der zweiten Hauptfläche ist weiterhin eine Seitenflanke des Trägers angeordnet.
Die Seitenflanke weist eine Auskoppelstruktur auf, die gezielt aus Vereinzelungsspuren gebildet ist. Die Auskoppelstruktur ist dazu geeignet, die Lichtauskopplung aus dem Halbleiterchip insbesondere gegenüber einem Halbleiterchip mit einer glatten unstrukturierten Seitenflanke zu erhöhen.
Die Auskoppelstrukturen können sowohl die Auskopplung von elektromagnetischer Strahlung über die Seitenflanke des Halbleiterchips erhöhen als auch die Auskopplung aus der Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterchips. Die Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterchips ist hierbei besonders bevorzugt parallel zu der ersten Hauptfläche und/oder der zweiten Hauptfläche des Trägers angeordnet.
Die Auskoppelstrukturen können beispielsweise die Auskopplung aus der Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterchips dadurch erhöhen, dass sie Strahlung innerhalb des Trägers umlenken und so Totalreflexion von elektromagnetischer Strahlung innerhalb des Trägers verringern.
Die Vereinzelungsspuren, die gezielt beim Vereinzelungsprozess der Halbleiterchips gebildet werden, bilden eine sägezahnförmige Auskoppelstruktur der Seitenflanke aus.
Die Auskoppelstruktur weist eine Vielzahl an Strukturelementen auf oder ist aus einer Vielzahl an Strukturelementen gebildet. Bevorzugt ist die Auskoppelstruktur aus einer Vielzahl gleichartiger Strukturelemente gebildet, die sich unmittelbar aneinander anschließen. Beispielsweise sind die einzelnen Strukturelemente, aus denen sich die Auskoppelstruktur zusammensetzt, gleichartig ausgebildet und in einem regelmäßigen und/oder periodischen Muster angeordnet. Insbesondere handelt es sich bei der Auskoppelstruktur besonders bevorzugt nicht um eine Aufrauung der Seitenflanke, die sich aus einer unregelmäßigen Abfolge unterschiedlicher Spitzen und Ausbuchtungen zusammensetzt. Eine derartige Aufrauung kann beispielsweise mittels nasschemischem Ätzen erzeugt werden.
Jedes Strukturelement der sägezahnförmigen Auskoppelstruktur weist eine erste Fläche und eine zweite Fläche auf, wobei die erste Fläche parallel zur ersten Hauptfläche und/oder zur zweiten Hauptfläche verläuft und die zweite Fläche einen spitzen Öffnungswinkel mit der ersten Fläche einschließt. Der Öffnungswinkel, der durch die beiden Flächen gebildet wird, weist beispielsweise in Richtung der ersten Hauptfläche des Trägers. Mit anderen Worten weist der Öffnungswinkel einer sägezahnförmigen Auskoppelstruktur beispielsweise zu einer Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterchips. Beispielsweise liegt der Öffnungswinkel zwischen einschließlich 40° und 70°, bevorzugt zwischen einschließlich 45° und 60°.
Alternativ ist es auch möglich, dass jedes Strukturelement der sägezahnförmigen Auskoppelstruktur einen Öffnungswinkel aufweist, der in Richtung der zweiten Hauptfläche des Trägers weist. Mit anderen Worten kann der Öffnungswinkel, der durch die beiden Flächen eines sägezahnförmigen Strukturelements gebildet ist, auch von der Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterchips wegweisen.
Besonders bevorzugt weist die Sägezahnstruktur scharfe Ecken und Kanten auf. Allerdings kann die Sägezahnstruktur auch abgerundete Kanten aufweisen, je nachdem wie die Prozessführung gestaltet wird. Eine Sägezahnstruktur mit scharfen Kanten weist den Vorteil auf, dass deren Strukturen das auftreffende Licht definierter umlenken und so die Richtungsgebung des Lichtes gezielter erfolgt.
Weist die Sägezahnstruktur abgerundete Kanten auf, so kann jedes Strukturelement der sägezahnförmigen Auskoppelstruktur muschelförmig ausgebildet sein. In diesem Fall bildet jedes Strukturelement eine Mulde in der Seitenflanke des Trägers aus. Beispielsweise kann jedes Strukturelement als muschelförmige Vertiefung innerhalb der Seitenflanke des Trägers ausgebildet sein. Eine muschelförmige Vertiefung zeichnet sich insbesondere durch eine asymmetrische Form auf, bei der die tiefste Stelle nicht den gleichen Abstand zu den beiden direkt benachbarten Spitzen der Auskoppelstruktur aufweist.
Eine laterale Breite des Strukturelementes liegt besonders bevorzugt zwischen einschließlich 0,3 Mikrometer und einschließlich 6 Mikrometer. Die Untergrenze der lateralen Breite wird hierbei in der Regel durch die Wellenlängen der elektromagnetischen Strahlung definiert, während die theoretisch denkbare Obergrenze nur von der Prozessführung abhängt. Folglich ist es auch denkbar, dass das Strukturelement so groß ist, dass sich nur ein oder zwei Strukturelemente über die gesamte Länge der Flanke erstreckt. Die gesamte Länge einer Flanke kann beispielsweise zwischen einschließlich 50 Mikrometer und 150 Mikrometer aufweisen. Die laterale Breite einer Sägezahnstruktur ergibt sich beispielsweise aus dem Abstand zweier direkt benachbarter Spitzen der Sägezahnstruktur.
Bevorzugt liegt eine Tiefe eines Strukturelements der Auskoppelstruktur zwischen einschließlich dem 0.1-Fachen und dem 2-Fachen der lateralen Breite des Strukturelementes. Besonders bevorzugt liegt die Tiefe eines Strukturelements der Auskoppelstruktur zwischen einschließlich dem 0.5-Fachen und dem 1,5-Fachen der lateralen Breite des Strukturelementes. Beispielsweise ist die Tiefe eines Strukturelements kleiner als das 1-Fache dessen lateralen Breite. Mit Tiefe eines Strukturelements ist beispielsweise die tiefste Stelle der Einbuchtung zwischen zwei direkt benachbarten Spitzen der Sägezahnstruktur bezeichnet.
Gemäß einer Ausführungsform des Halbleiterchips ist die Seitenflanke des Trägers über ihre gesamte Länge in vertikaler Richtung gegenüber einer Normalen der ersten Hauptfläche und/oder der zweiten Hauptfläche des Trägers geneigt. So kann sich der Träger beispielsweise von seiner ersten Hauptfläche zu seiner zweiten Hauptfläche hin über die gesamte Länge der Seitenflanke kontinuierlich verjüngen oder verbreitern. Besonders bevorzugt schließt die Seitenflanke einen Winkel zwischen einschließlich 15° und 45° mit der Normalen einer der beiden Hauptflächen des Trägers ein.
Gemäß einer Ausführungsform des Halbleiterchips weist die epitaktische Halbleiterschichtenfolge ebenfalls eine Seitenflanke auf, die zwischen einer ersten Hauptfläche und einer zweite Hauptfläche der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge angeordnet ist. Beispielsweise sind die erste Hauptfläche und die zweite Hauptfläche der Halbleiterschichtenfolge des fertigen Halbleiterchips kleiner ausgebildet als die erste Hauptfläche des Trägers. Auf diese Art und Weise wird die epitaktische Halbleiterschichtenfolge bei der Trennung des Trägers nicht beschädigt.
Gemäß einer Ausführungsform des Halbleiterchips weist auch die Seitenflanke der Halbleiterschichtenfolge einen Neigungswinkel zu einer Normalen der Halbleiterschichtenfolge auf. Beispielsweise kann die Seitenflanke der Halbleiterschichtenfolge einen Unterschnitt gegenüber dem Träger aufweisen. Hierbei verjüngt sich die Seitenflanke der Halbleiterschichtenfolge von der Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterchips hin zum Träger. Ein Unterschnitt begünstigt die Lichtauskopplung in Richtung der Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterchips.
Alternativ ist es auch möglich, dass sich die Halbleiterschichtenfolge aufgrund einer schräg ausgebildeten Seitenflanke in umgekehrter Richtung, also vom Träger zur Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterchips hin, verjüngt.
Zur Herstellung einer Vielzahl an strahlungsemittierenden Halbleiterchips wird zunächst eine epitaktische Halbleiterschichtenfolge bereitgestellt, die im Betrieb elektromagnetische Strahlung aussendet. Die epitaktische Halbleiterschichtenfolge ist hierbei auf einen transparenten Träger aufgebracht. Beispielsweise wird die epitaktische Halbleiterschichtenfolge auf dem transparenten Träger epitaktisch aufgewachsen.
In einem nächsten Schritt wird der Verbund aus der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge und dem Träger in eine Vielzahl strahlungsemittierender Halbleiterchips vereinzelt. Bei der Vereinzelung wird die Seitenflanke des Trägers gezielt mit Vereinzelungsspuren versehen, die als Auskoppelstrukturen ausgebildet sind. Dies weist den Vorteil auf, dass die Strukturierung zur Erhöhung der Auskopplung aus dem Halbleiterchip gleichzeitig bei der Vereinzelung erzielt wird. Dies vereinfacht die Herstellung des strahlungsemittierenden Halbleiterchips.
Beispielsweise kann ein trockenchemisches Ätzverfahren, wie etwa reaktives Ionentiefenätzen (DRIE, deep reactive ion etching), zur Vereinzelung des Verbundes aus Halbleiterschichtenfolge und Träger zu Halbleiterchips angewendet werden. Die Erzeugung der Auskoppelstrukturen auf der Seitenflanke wird hierbei besonders bevorzugt durch gezielte Variation zumindest eines Parameters des trockenchemischen Ätzverfahrens realisiert. Beispielsweise kann der Gasfluss oder die Ätzdauer während des trockenchemischen Ätzverfahrens variiert werden, um die Strukturierung der Seitenflanke zu erzeugen. Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem trockenchemischen Trennverfahren um ein Plasmatrennverfahren.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens werden alternierend ein trockenchemisches Ätzverfahren und eine Passivierung der durch das trockenchemische Ätzverfahren freigelegten Bereiche der Seitenflanke zur Vereinzelung des Verbundes zu Halbleiterchips angewendet. Mit anderen Worten wird zunächst ein trockenchemisches Ätzverfahren durchgeführt, bei dem ein Teil der Seitenflanke des Trägers in vertikaler Richtung durchtrennt wird. Als vertikale Richtung wird hierbei die Richtung entgegen einer Normalen der ersten Hauptfläche des Trägers bezeichnet. Anschließend werden die Seitenflanke und in der Regel auch der Rest der freiliegenden Flächen mit einer Passivierungsschicht versehen. Anschließend wird wiederum ein trockenchemisches Ätzverfahren durchgeführt und der Träger dadurch weiter in vertikaler Richtung durchtrennt. Dann wird wieder eine Passivierungsschicht aufgebracht. Das Aufbringen der Passivierungsschicht und das trockenchemische Ätzverfahren werden hierbei bevorzugt so lange wiederholt, bis der Träger vollständig durchtrennt ist.
Die Passivierungsschicht weist beispielsweise eine Fluorverbindung oder eine Chlorverbindung auf oder ist aus einer Fluorverbindung oder einer Chlorverbindung gebildet.
Die Dicke der Passivierungsschicht liegt bevorzugt zwischen einschließlich 150 Nanometer und 1 Mikrometer.
Bei der Vereinzelung ist der Verbund aus Halbleiterschichtenfolge und Träger besonders bevorzugt auf einer elastischen Folie aufgebracht. Diese dient der vereinfachten Handhabung der fertigen Halbeiterchips.
Insbesondere ist der vorliegende Halbleiterchip dazu geeignet, in einem Bauelementgehäuse montiert zu werden. Das Bauelementgehäuse weist besonders bevorzugt Seitenwände auf, die Strahlung, die über die Seitenflanke des Trägers ausgekoppelt wird, zu einer Strahlungsaustrittsfläche des Bauelementgehäuses lenken. Weiterhin ist es auch möglich, dass mittels der Auskoppelstrukturen Licht auf hoch reflektierende Flächen innerhalb des Bauelementgehäuses gelenkt wird und so eine gewünschte Abstrahlcharakteristik des Bauelements erzielt werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform des Bauelements umfasst das Bauelement mehrere Halbleiterchips. Bevorzugt sind die Halbleiterchips in einem Bauelementgehäuse angeordnet.
Merkmale oder Ausgestaltungen, die vorliegend lediglich in Zusammenhang mit dem Halbleiterchip beschrieben sind, können, soweit sinnvoll, ebenfalls in Verbindung mit dem Verfahren ausgebildet sein, und umgekehrt. Ebenfalls können Merkmale oder Ausgestaltungen, die nur in Verbindung mit dem Halbleiterchip oder dem Verfahren beschrieben sind, in Verbindung mit dem optoelektronischen Bauelement ausgebildet sein.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen.

Anhand der schematischen Schnittdarstellungen der 1 bis 15 werden strahlungsemittierende Halbleiterchips gemäß verschiedener Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Anhand der schematischen Schnittdarstellungen der 16 bis 20 wird ein Verfahren zur Herstellung einer Vielzahl optoelektronischer Halbleiterchips gemäß einem Ausführungsbeispiel beschrieben.
21 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines optoelektronischen Bauelements gemäß einem Ausführungsbeispiel.

Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende 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, insbesondere Schichtdicken, zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
Die Halbleiterchips 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel der 1 sind nebeneinander auf einer elastischen Folie 2 angeordnet. Die Halbleiterchips 1 weisen eine epitaktische Halbleiterschichtenfolge 3 mit einer aktiven Zone (nicht dargestellt) auf, die dazu geeignet ist, im Betrieb elektromagnetische Strahlung zu erzeugen.
Die Halbleiterschichtenfolge 3 ist auf einem Träger 4 aufgebracht. Der Träger 4 ist transparent für die Strahlung ausgebildet, die in der aktiven Zone der Halbleiterschichtenfolge 3 erzeugt wird.
Die Halbleiterschichtenfolge 3 weist eine erste Hauptfläche 5 auf, die von dem Träger 4 abgewandt ist und eine zweite Hauptfläche 6, die dem Träger 4 zugewandt ist. Die erste Hauptfläche 5 liegt der zweiten Hauptfläche 6 gegenüber und verläuft parallel zu ihr. Die erste Hauptfläche 5 ist vorliegend größer als die zweite Hauptfläche 6. Mit anderen Worten verjüngt sich die Halbleiterschichtenfolge 3 von der ersten Hauptfläche 5 zur zweiten Hauptfläche 6, also zum Träger 4 hin. Zwischen der ersten Hauptfläche 5 und der zweiten Hauptfläche 6 ist eine Seitenflanke 7 der Halbleiterschichtenfolge 3 angeordnet. Die Seitenflanke 7 der Halbleiterschichtenfolge 3 ist geneigt zu einer Normalen der Hauptflächen 5, 6 der Halbleiterschichtenfolge 3 ausgebildet.
Der Träger 4 weist ebenfalls eine erste Hauptfläche 8 auf, die der Halbleiterschichtenfolge 3 zugewandt ist und eine zweite Hauptfläche 9, die der Halbleiterschichtenfolge 3 abgewandt ist. Zwischen der ersten Hauptfläche 8 und der zweiten Hauptfläche 9 ist eine Seitenflanke 10 des Trägers 4 ausgebildet. Die erste Hauptfläche 8 des Trägers 4 weist hierbei eine größere Fläche auf als die erste Hauptfläche 5 und die zweite Hauptfläche 6 der Halbleiterschichtenfolge 3. Aufgrund der Neigung der Seitenflanke 7 der Halbleiterschichtenfolge 3 gegenüber der Normalen der Halbleiterschichtenfolge 3 weist die Halbleiterschichtenfolge 3 einen Unterschnitt gegenüber dem Träger 4 auf.
Die Seitenflanke 10 des Trägers ist weiterhin mit einer sägezahnförmigen Auskoppelstruktur über ihre gesamte Länge versehen. Die sägezahnförmige Auskoppelstruktur ist hierbei aus Vereinzelungsspuren gebildet, wie sie beispielsweise bei einem Verfahren, wie es anhand der 16 bis 20 weiter unten beschrieben wird, erzeugt werden.
Die Auskoppelstruktur des Halbleiterchips 1 gemäß 1 ist als Sägezahn ausgebildet und weist einzelne Strukturelemente 11 auf. 5 zeigt hierzu eine Detaildarstellung der Seitenflanke 10 aus 1. Jedes Strukturelement 11 der sägezahnförmigen Auskoppelstruktur weist demnach eine erste Fläche 12 und eine zweite Fläche 13 auf. Die erste Fläche 12 verläuft parallel zur ersten Hauptfläche 8 und/oder zweiten Hauptfläche 9 des Trägers 4 und schließt mit der zweiten Fläche 13 einen spitzen Öffnungswinkel α ein. Der Öffnungswinkel α weist hierbei in Richtung der ersten Hauptfläche 8 des Trägers 4. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Sägezahnstrukturen mit spitzen Kanten ausgebildet.
Weiterhin ist die Auskoppelstruktur bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel aus gleichartig geformten Strukturelementen 11 gebildet, die in einem regelmäßigen Muster angeordnet sind.
Die Halbleiterchips 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel der 2 weisen im Unterschied zu den Halbleiterchips 1 gemäß 1 eine Halbleiterschichtenfolge 3 auf, deren Seitenflanken 7 derart geneigt sind, dass sich die Halbleiterschichtenfolge 3 von einer ersten Hauptfläche 5 der Halbleiterschichtenfolge 3 zu dem Träger 4 hin kontinuierlich verjüngt.
Die Halbleiterchips 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel der 3 weisen wie die Halbleiterchips 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel der 1 eine Seitenflanke 7 auf, die mit einer sägezahnförmigen Auskoppelstruktur versehen sind. Allerdings weist der Öffnungswinkel α, der durch die erste Fläche 12 und die zweite Fläche 13 eingeschlossen wird, im Unterschied zu dem Öffnungswinkel α der Halbleiterchips 1 der 1 von der ersten Hauptfläche 8 des Trägers 4 weg.
Auch die Halbleiterchips 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel der 4 weisen Strukturelemente 11 einer sägezahnförmigen Auskoppelstruktur auf, deren Öffnungswinkel α von der ersten Hauptfläche 8 des Trägers 4 weg weist. Ansonsten sind die Halbleiterchips 1 ausgebildet, wie bereits anhand von 2 beschrieben.
Die Halbleiterchips 1 gemäß den Ausführungsbeispielen der 6 bis 10 weisen im Unterschied zu den bereits beschriebenen Ausführungsformen Seitenflanken 10 des Trägers 4 mit sägezahnförmigen Auskoppelstrukturen mit abgerundeten Kanten auf. Jedes Strukturelement 11 der Auskoppelstruktur ist hierbei als muschelförmige Vertiefung in der Seitenflanke 10 des Trägers 4 ausgebildet, wie im Detail in dem Ausschnitt gemäß der 10 schematisch dargestellt. Die muschelförmige Vertiefung ist hierbei asymmetrisch ausgebildet, das heißt, dass ihre tiefste Stelle 14 unterschiedliche Abstände zu den beiden direkt benachbarten Spitzen S, S` aufweist. Ansonsten ist der Halbleiterchip gemäß 6 ausgebildet wie der Halbleiterchip gemäß 1, der Halbleiterchip gemäß 7 ist ausgebildet wie der Halbleiterchip gemäß 2, der Halbleiterchip gemäß 8 ist ausgebildet wie der Halbleiterchip gemäß 3 und der Halbleiterchip gemäß 9 ist ausgebildet wie der Halbleiterchip gemäß 4.
Die strahlungsemittierenden Halbleiterchips 1 gemäß den Ausführungsbeispielen der 11, 12 und 15 unterscheiden sich von den strahlungsemittierenden Halbleiterchips 1 gemäß der 1 und 2 lediglich in der Neigung der Seitenflanke 10 des Trägers 4. 15 zeigt hierbei einen Ausschnitt der Seitenflanke 10 des Halbleiterchips 1 gemäß 11. Bei diesen Ausführungsbeispielen ist die Seitenflanke 10 des Trägers 4 jeweils derart über ihre gesamte Länge gegenüber einer Normalen N einer der Hauptflächen 8, 9 des Trägers 4 geneigt, dass sich die Querschnittsfläche des Trägers 4 von seiner ersten Hauptfläche 8 zu seiner zweiten Hauptfläche 9 hin verjüngt. Bevorzugt schließt die Seitenflanke 10 des Halbleiterchips 1 mit einer Normalen N einer der Hauptflächen 8, 9 des Trägers 4 einen Winkel β ein, der zwischen einschließlich 15° und einschließlich 45° liegt (siehe 15) .
Auch die Seitenflanke der Halbleiterchips 1 gemäß der 11, 12 und 15 weisen Vereinzelungsspuren auf, die Auskoppelstrukturen bilden. Diese sind aus Gründen der Übersichtlichkeit in den Figuren jedoch nicht dargestellt.
Die optoelektronischen Halbleiterchips 1 gemäß den Ausführungsbeispielen der 13 und 14 weisen im Unterschied zu den Ausführungsbeispielen der 11 und 12 Seitenflanken 10 auf, die gegenüber einer Normalen N der Hauptflächen 8, 9 des Trägers 4 derart geneigt sind, dass sich der Träger 4 von seiner ersten Hauptfläche 8 zu seiner zweiten Hauptfläche 9 hin kontinuierlich verbreitert.
Bei dem Verfahren gemäß dem Ausführungsbeispiel der 16 bis 20 wird in einem ersten Schritt eine epitaktische Halbleiterschichtenfolge 3 bereitgestellt, die dazu geeignet ist, elektromagnetische Strahlung auszusenden. Die epitaktische Halbleiterschichtenfolge 3 ist auf einen Träger 4 aufgebracht und bildet mit diesem einen Verbund aus. Der Träger 4 ist durchlässig für die Strahlung der Halbleiterschichtenfolge 3 ausgebildet.
Besonders bevorzugt basiert die Halbleiterschichtenfolge 3 auf einem Galliumnitridmaterial, während der Träger 4 Saphir aufweist oder aus Saphir besteht.
Der Verbund aus Träger 4 und Halbleiterschichtenfolge 3 ist vorliegend auf eine flexible Folie 2 aufgebracht.
In einem nächsten Schritt wird, wie schematisch in 17 dargestellt, eine strukturierte Fotolackschicht 15 auf die Halbleiterschichtenfolge 3 aufgebracht, die Bereiche der Halbleiterschichtenfolge 3 freilässt. Die freigelassenen Bereiche der Halbleiterschichtenfolge 3 sind dazu vorgesehen, Trenngräben zwischen den späteren Halbleiterchips 1 auszubilden.
Wie in 18 schematisch dargestellt, wird nun zunächst mittels eines trockenchemischen Ätzprozesses, besonders bevorzugt mittels einem Plasmatrennprozess, der Träger 4 bis zu einer gewissen Tiefe in vertikaler Richtung, das heißt entgegen einer Richtung einer Normalen N einer der Hauptflächen 5, 6 der Halbleiterschichtenfolge 3, geätzt.
Anschließend wird, wie schematisch in 19 dargestellt, eine Passivierungsschicht 16 auf dem gesamten Schichtverbund abgeschieden. Die Passivierungsschicht kann beispielsweise eine Fluorverbindung oder eine Chlorverbindung aufweisen oder aus einer Fluorverbindung oder einer Chlorverbindung bestehen.
In einem nächsten Schritt wird erneut ein trockenchemischer Ätzprozess durchgeführt, der den Träger 4 weiter in vertikaler Richtung durchtrennt (20). Die Seitenflanke 10 des Trägers 4 wird hierbei durch die Passivierungsschicht 16 geschützt. Wie in 20 zu sehen, entstehen bei dieser Art der Trennung Vereinzelungsspuren, die vorliegend durch eine gezielte Prozessführung als Auskoppelstrukturen ausgeführt sind.
Bei dem vorliegenden Verfahren werden nun die Schritte, wie sie anhand der 18, 19 und 20 beschrieben wurden, also das Aufbringen der Passivierungsschicht 16 sowie das stückweise Trennen des Trägers 4 mittels eines trockenchemischen Ätzprozesses, alternierend wiederholt, bis der Träger 4 besonders bevorzugt über seine gesamte vertikale Länge durchtrennt ist.
Das optoelektronische Bauelement gemäß dem Ausführungsbeispiel der 21 weist einen strahlungsemittierenden Halbleiterchip 1 auf, wie er beispielsweise anhand der 1 bis 15 bereits beschrieben wurde. Der Halbleiterchip 1 ist auf den Boden eines Bauelementgehäuses 17 montiert, beispielsweise mittels einer Klebe- oder einer Lötschicht (nicht dargestellt). Das Bauelementgehäuse 17 weist weiterhin einen elektrischen Anschlussbereich 18 auf, der mittels eines Bonddrahtes 19 mit dem Halbleiterchip 1 elektrisch leitend verbunden ist. Weiterhin ist das Bauelementgehäuse 1 mit einem klaren Verguss 20 gefüllt, der den Halbleiterchip vollständig umgibt.

Claims

Strahlungsemittierender Halbleiterchip (1) mit: - einer epitaktischen Halbleiterschichtenfolge (3), die im Betrieb elektromagnetische Strahlung aussendet, - einem transparenten Träger (4), auf den die epitaktische Halbleiterschichtenfolge (3) aufgebracht ist, wobei - der Träger (4) eine der Halbleiterschichtenfolge (3) zugewandte erste Hauptfläche (8), eine der Halbleiterschichtenfolge (3) abgewandte zweite Hauptfläche (9) und eine zwischen der ersten Hauptfläche (8) und der zweiten Hauptfläche (9) angeordnete Seitenflanke (10) aufweist, und - die Seitenflanke (10) eine sägezahnförmige Auskoppelstruktur aufweist, die gezielt aus Vereinzelungsspuren gebildet ist, wobei jedes Strukturelement (11) der sägezahnförmigen Auskoppelstruktur eine erste Fläche (12) und eine zweite Fläche (13) aufweist, wobei die erste Fläche (12) parallel zur ersten Hauptfläche (8) und/oder zur zweiten Hauptfläche (9) des Trägers (4) verläuft, und die zweite Fläche (13) einen spitzen Öffnungswinkel (α) mit der ersten Fläche (12) einschließt, wobei der Öffnungswinkel (α) in Richtung der ersten Hauptfläche (8) des Trägers (4) oder in Richtung der zweiten Hauptfläche des Trägers (4) weist.
Strahlungsemittierender Halbleiterchip (1) nach dem vorherigen Anspruch, bei dem die Seitenflanke (10) über ihre gesamte Länge in vertikaler Richtung gegenüber einer Normalen (N) der ersten Hauptfläche (8) und/oder der zweiten Hauptfläche (9) des Trägers (4) geneigt ist.
Strahlungsemittierender Halbleiterchip (1) nach einem der obigen Ansprüche, bei dem die Auskoppelstruktur eine Vielzahl gleichartiger Strukturelementen (11) aufweist, die in einem regelmäßigen und/oder periodischen Muster angeordnet sind.
Strahlungsemittierender Halbleiterchip (1) nach einem der obigen Ansprüche, wobei die sägezahnförmige Auskoppelstruktur Sägezahnstruktur abgerundete Kanten aufweist.
Strahlungsemittierender Halbleiterchip (1) nach einem der obigen Ansprüche, bei dem der Träger (4) eines der folgenden Materialien aufweist: Saphir, Galliumarsenid, Silizium, Galliumnitrid, Siliziumcarbid.
Verfahren zur Herstellung einer Vielzahl an strahlungsemittierenden Halbleiterchips (1) mit den folgenden Schritten: - Bereitstellen einer epitaktischen Halbleiterschichtenfolge (3), die im Betrieb elektromagnetische Strahlung aussendet, wobei die epitaktische Halbleiterschichtenfolge (3) auf einem transparenten Träger (4) aufgebracht ist, - Vereinzelung des Verbundes aus der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge (3) und dem Träger (4) in eine Vielzahl strahlungsemittierender Halbleiterchips (1), wobei eine Seitenflanke (10) des Trägers (4) gezielt mit Vereinzelungsspuren versehen werden, die als sägezahnförmige Auskoppelstrukturen ausgebildet sind, wobei jedes Strukturelement (11) der sägezahnförmigen Auskoppelstruktur eine erste Fläche (12) und eine zweite Fläche (13) aufweist, wobei die erste Fläche (12) parallel zur ersten Hauptfläche (8) und/oder zur zweiten Hauptfläche (9) des Trägers (4) verläuft, und die zweite Fläche (13) einen spitzen Öffnungswinkel (α) mit der ersten Fläche (12) einschließt, wobei der Öffnungswinkel (α) in Richtung der ersten Hauptfläche (8) des Trägers (4) oder in Richtung der zweiten Hauptfläche des Trägers (4) weist.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem ein trockenchemisches Ätzverfahren zur Vereinzelung des Verbundes zu Halbleiterchips (1) angewendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 7, bei dem alternierend ein trockenchemisches Ätzverfahren und ein Passivierungsschritt der durch das trockenchemische Ätzverfahren entstandenen Bereiche der Seitenflanke (10) des Trägers (4) zur Vereinzelung des Verbundes zu Halbleiterchips (1) angewendet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, bei dem die sägezahnförmige Auskoppelstruktur abgerundete Kanten aufweist.
Optoelektronisches Bauelement, bei dem ein oder mehrere strahlungsemittierender Halbleiterchip (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 in einem Bauelementgehäuse (17) angeordnet sind.