DE102017103164A1

DE102017103164A1 - Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips und optoelektronischer Halbleiterchip

Info

Publication number: DE102017103164A1
Application number: DE102017103164.2A
Authority: DE
Inventors: Jens Ebbecke
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2017-02-16
Filing date: 2017-02-16
Publication date: 2018-08-16
Also published as: US20200066953A1; WO2018149788A1; US11056628B2

Abstract

Ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips (100) umfasst:
- Bereitstellen eines Aufwachssubstrats (101),
- Aufwachsen einer Halbleiterschichtenfolge (102) auf dem Aufwachssubstrat (101),
- Aufbringen einer Metallisierung (106) auf eine dem Aufwachssubstrat (101) abgewandte Seite (107) der Halbleiterschichtenfolge (102),
- Aufbringen einer Schicht (108) auf die Metallisierung (106), wobei die Schicht (108) einen Halbleiter aufweist, der Stickstoff (109) und einen weiteren Stoff (110) umfasst,
- Koppeln eines Trägers (123) mit der Schicht (108) auf einer der Halbleiterschichtenfolge (102) abgewandten Seite (111) der Schicht (108),
- Ablösen des Trägers (123) von der Schicht (108) mittels Laserstrahlung (113).

Description

Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips angegeben. Darüber hinaus wird ein optoelektronischer Halbleiterchip angegeben.
Es ist wünschenswert, ein Verfahren zu Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips anzugeben, das eine einfache und zuverlässige Herstellung ermöglicht, insbesondere bei kleinen Chips. Es ist weiterhin wünschenswert, einen optoelektronischen Halbleiterchip anzugeben, der einfach herstellbar ist.
Bei dem optoelektronischen Halbleiterchip handelt es sich beispielsweise um einen im Betrieb strahlungsemittierenden optoelektronischen Halbleiterchip. Es kann sich bei dem Halbleiterchip beispielsweise um einen Leuchtdiodenchip oder um einen Laserdiodenchip handeln. Der optoelektronische Halbleiterchip kann im Betrieb insbesondere Licht erzeugen.
Ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips umfasst gemäß einer Ausführungsform ein Bereitstellen eines Aufwachssubstrats. Beispielsweise ist das Aufwachssubstrat aus einem Nitridverbindungshalbleiter. Insbesondere ist das Aufwachssubstrat aus Saphir, Siliziumcarbid oder Galliumnitrid. Das Aufwachssubstrat eignet sich insbesondere zum Aufbringen von Dünnschichten für den optoelektronischen Halbleiterchip.
Eine Schicht ist anmeldungsgemäß insbesondere ein Bereich des Halbleiterchips, der senkrecht zu einer Wachstumsrichtung beziehungsweise einer Stapelrichtung des optoelektronischen Halbleiterchips eine flächige Ausdehnung aufweist. Die Ausdehnung der Schicht quer zur Wachstumsrichtung ist größer als die Ausdehnung der Schicht entlang der Wachstumsrichtung. Eine Schicht kann dabei eine oder mehrere Lagen von Halbleitermaterial oder anderen Materialien aufweisen, beispielsweise Metall.
Gemäß einer Ausführungsform wird eine Halbleiterschichtenfolge auf dem Aufwachssubstrat aufgewachsen. Die Halbleiterschichtenfolge weist insbesondere eine aktive Schicht zur Strahlungserzeugung zwischen einem ersten und einen zweiten Halbleiterbereich auf. Beispielsweise ist der erste Halbleiterbereich ein n-Typ Halbleiterbereich und der zweite Halbleiterbereich ein p-Typ Halbleiterbereich. Der n-Typ Halbleiterbereich ist n-leitend ausgebildet. Der p-Typ Halbleiterbereich ist p-leitend ausgebildet. Im Betrieb des optoelektronischen Halbleiterchips wird im aktiven Bereich beispielsweise elektromagnetische Strahlung erzeugt. Die elektromagnetische Strahlung wird dabei durch Rekombination von Ladungsträgern erzeugt. Die Halbleiterschichtenfolge basiert beispielsweise auf einem Nitridverbindungshalbleitermaterial. Auch weitere Halbleitermaterialien sind möglich. Die Halbleiterschichtenfolge ist insbesondere eine epitaktisch gewachsene Halbleiterschichtenfolge.
Gemäß einer Ausführungsform wird eine Metallisierung auf eine dem Aufwachssubstrat abgewandte Seite der Halbleiterschichtenfolge aufgebracht. Die Metallisierung ist beispielsweise eine p-Metallisierung zur Kontaktierung des zweiten Halbleiterbereichs im Betrieb.
Gemäß einer Ausführungsform wird eine Schicht auf die Metallisierung aufgebracht. Die Schicht weist einen Halbleiter auf. Der Halbleiter ist beispielsweise ein Verbindungshalbleiter, beispielsweise Indiumnitrid. Die Schicht weist Stickstoff auf, da dieser leicht gasförmig wird. die Schicht weist einen Halbleiter auf, um eine Kopplung mit einem weiteren Halbleiter im späteren Verlauf des Herstellungsverfahrens zu ermöglichen, insbesondere mittels Halbleiterbonden. Die Schicht wird beispielsweise mittels eines Sputterverfahrens oder eines CVD Verfahrens auf die Metallisierung aufgebracht. Die Schicht ist gemäß Ausführungsformen monokristallin. Gemäß weiteren Ausführungsformen ist die Schicht nicht monokristallin sondern polykristallin.
Gemäß einer Ausführungsform wird ein Träger mit der Schicht gekoppelt auf einer der Halbleiterschichtenfolge abgewandten Seite der Schicht. Der Träger ist insbesondere aus einem Halbleiter, beispielsweise aus Silizium.
Gemäß einer Ausführungsform wird das Aufwachssubstrat von der Halbleiterschichtenfolge abgelöst. Durch das Ablösen des Aufwachssubstrats wird eine dem Träger abgewandte Seite der Halbleiterschichtenfolge freigelegt zur weiteren Bearbeitung.
Gemäß einer Ausführungsform wird eine elektrisch leitfähige Schicht auf die dem Träger abgewandte Seite der Halbleiterschichtenfolge aufgebracht. Die elektrisch leitfähige Schicht ermöglicht eine Kontaktierung des ersten Halbleiterbereichs. Mit dem beschriebenen Herstellungsverfahren ist es somit insbesondere möglich, einen sogenannten oberflächenmontierbaren Halbleiterchip herzustellen, einen SMD Chip. Beispielsweise wird als elektrisch leitfähige Schicht ein n-leitendes Metall oder ein Indiumzinnoxid aufgebracht.
Gemäß einer Ausführungsform wird der Träger von der Schicht mittels Laserstrahlung abgelöst. Die Laserstrahlung wird insbesondere durch den Träger hindurch eingestrahlt. Durch das Ablösen des Trägers wird ein Schichtstapel ausgebildet. Der Schichtstapel weist die Metallisierung, die Halbleiterschichtenfolge, die elektrisch leitfähige Schicht und einer Koppelschicht auf. Die Koppelschicht weist zumindest einen Teil des weiteren Stoffs der Schicht auf, der nach dem Ablösen auf einer der Halbleiterschichtenfolge abgewandten Seite der Metallisierung verbleibt. Durch das Einstrahlen der Laserstrahlung wird der in der Schicht enthaltene Stickstoff gasförmig. Der gasförmige Stickstoff trägt dazu bei, die Haftung zwischen dem Träger und der Schicht beziehungsweise der Metallisierung zu verringern. Insbesondere ist es möglich, dass der gasförmige Stickstoff ausreicht, um den Träger von der Schicht beziehungsweise der Metallisierung zu lösen.
Gemäß einer Ausführungsform wird der Schichtstapels mit einem Chipträger mittels der Koppelschicht gekoppelt, so dass der Chipträger und der Schichtstapel mittels des weiteren Stoffs elektrisch leitfähig miteinander gekoppelt werden. Der weitere Stoff, beispielsweise Indium, dient somit als ein Verbindungsmaterial, zum Beispiel als eine Art Lot zur elektrischen und/oder mechanischen Verbindung des Schichtstapels mit dem Chipträger. Nach dem Einstrahlen und nachdem sich der gasförmige Stickstoff verflüchtigt hat, bleibt der weitere Stoff zumindest teilweise auf der Metallisierung zurück. Der weitere Stoff ist so gewählt, dass er eine gute elektrische Leitfähigkeit aufweist. Somit ist eine effiziente elektrische Kopplung des Schichtstapels mit dem Chipträger mittels dem auf der Metallisierung verbliebenen weiteren Stoff möglich.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips ein Bereitstellen eines Aufwachssubstrats. Eine Halbleiterschichtenfolge wird auf dem Aufwachssubstrat aufgewachsen, wobei die Halbleiterschichtenfolge eine aktive Schicht zur Strahlungserzeugung zwischen einem ersten und einem zweiten Halbleiterbereich aufweist. Eine Metallisierung wird auf eine dem Aufwachssubstrat abgewandte Seite der Halbleiterschichtenfolge aufgebracht. Eine Schicht wird auf die Metallisierung aufgebracht. Die Schicht weist einen Halbleiter auf, der Stickstoff und einen weiteren Stoff umfasst. Ein Träger wird mit der Schicht auf einer der Halbleiterschichtenfolge abgewandten Seite der Schicht gekoppelt. Das Aufwachssubstrat wird von der Halbleiterschichtenfolge abgelöst. Eine elektrisch leitfähige Schicht wird auf eine dem Träger abgewandte Seite der Halbleiterschichtenfolge aufgebracht. Der Träger wird von der Schicht mittels Laserstrahlung durch den Träger hindurch abgelöst. Dadurch wird ein Schichtstapel ausgebildet, der die Metallisierung, die Halbleiterschichtenfolge, die elektrisch leitfähige Schicht und eine Koppelschicht aufweist. Zudem weist die Halbleiterschichtenfolge zumindest einen Teil des weiteren Stoffs der Schicht auf, der nach dem Ablösen auf einer der Halbleiterschichtenfolge abgewandten Seite der Metallisierung verbleibt. Der Schichtstapel wird mit einem Chipträger mittels der Koppelschicht gekoppelt, sodass der Chipträger und der Schichtstapel mittels des weiteren Stoffs elektrisch leitfähig miteinander gekoppelt werden.
Einem hier beschriebenen Herstellungsverfahren liegen dabei unter anderen die folgenden Überlegungen zugrunde. Bei oberflächenmontierbaren Bauteilen werden Schichtstapel von dem Träger abgehoben und auf den finalen Chipträger aufgesetzt. Dies wird auch bei optoelektronischen Halbleiterchips verwendet. Insbesondere für Halbleiterchips mit kleinen Abmessungen, insbesondere kleinen Kantenlängen von unter 150 µm, beispielsweise weniger als 100 µm, können herkömmliche Verfahren nicht verlässlich verwendet werden. Der Halbleiterchip muss von dem Träger abgelöst werden und dadurch sind Haltekräfte eines Ablösewerkzeugs an dem Halbleiterchip größer als die Anziehungskräfte zwischen dem Schichtstapel und dem Träger. Hierzu ist es beispielsweise möglich mittels großer Spannungen gegenseitige Ladungen in die Oberflächenschichten der Halbleiterschichtenfolge zu induzieren und die daraus resultierenden anziehenden Kräfte für ein Ablösen und Halten mit dem Ablösewerkzeug zu verwenden.
Das hier beschriebene Herstellungsverfahren macht nun unter anderem von der Idee Gebrauch, dass vor dem Aufbringen des Trägers die dünne Schicht, insbesondere aus Indiumnitrid, aufgebracht wird. Diese Schicht wird verwendet um den Träger mittels Halbleiter zu Halbleiter Anhaftung mit dem Träger zu koppeln. Nach dem Entfernen des Aufwachssubstrats und der Prozessierung der dem Träger abgewandten Seite der Halbleiterschichtenfolge kann das SMD Verfahren durchgeführt werden. Ein Ablösewerkzeug wird auf die elektrisch leitfähige Schicht aufgebracht und Haltekräfte ausgewirkt, beispielsweise mittels Kleben, einer Haftfolie, elektrischen Spannungen oder weiteren Möglichkeiten, die es erlauben, die Halbleiterschichtenfolge und die weiteren Schichten zu halten. Nachfolgend wird die Laserstrahlung eingestrahlt um den Laserabhebeprozess (Laser Lift Off) in der Schicht zu starten. Dabei wird das Laserlicht durch den Träger eingestrahlt, der insbesondere aus einem Halbleiter gebildet ist. Der durch die Laserenergie gasförmig gewordene Stickstoff hilft den Schichtstapel von dem Träger zu trennen. Das Material, insbesondere das Indium, das in dem Schichtstapel verbleibt, trägt nachfolgend zu einem guten elektrischen Kontakt zu dem Chipträger bei, auf den der Schichtstapel gesetzt wird.
Somit ist es möglich, die Kräfte zum Halten und Ablösen des Schichtstapels von dem Träger im Vergleich zu herkömmlichen Prozessen deutlich zu verringern. Insbesondere werden durch den gasförmigen Stickstoff die Haftkräfte zwischen dem Träger und dem Schichtstapel soweit verringert, dass lediglich das Eigengewicht des Halbleiterschichtstapels von dem Ablösewerkzeug gehalten werden muss und keine größeren Kräfte notwendig sind. Als zusätzlicher synergetischer Vorteil trägt das Indium, das auch nach dem Laserabhebeprozess übrig bleibt, zu einem guten ohmschen Kontakt mit dem Chipträger bei.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird die Schicht aus einem Material aufgebracht, das eine kleinere Bandlücke aufweist als der Träger. Somit ist es verlässlich möglich, die Laserstrahlung durch den Träger hindurch in das Material einzustrahlen. Insbesondere wird die Laserstrahlung von dem Material der Schicht absorbiert.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Schicht eine Dicke in Richtung der Aufwachsrichtung der Halbleiterschichtenfolge zwischen 0,5 nm und 150 nm auf. Beispielsweise weist die Schicht eine Dicke zwischen 1 nm und 100 nm auf. Die Schicht ist entsprechend dünn ausgebildet, um ein verlässliches Ausgasen des Stickstoffs bei Lasereinstrahlung zu ermöglichen. Zudem ist die nachfolgend übrig bleibende Koppelschicht ausreichend dünn, sodass der weitere Stoff auf dem Schichtstapel verbleibt.
Gemäß einer Ausführungsform wird die Schicht aus Indiumnitrid gebildet. Die Schicht weist insbesondere Indiumnitrid auf oder ist aus Indiumnitrid. Alternativ ist die Schicht aus Galliumnitrid oder weist Galliumnitrid auf. Das verwendete Material für die Schicht ist insbesondere abhängig von dem verwendeten Träger. Das Material für die Schicht weist insbesondere eine kleinere Bandlücke auf als der verwendete Träger.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird die Temperatur der Koppelschicht nach dem Ablösen des Trägers bis zum Koppeln mit dem Chipträger größer gehalten als der Schmelzpunkt des weiteren Stoffs ist. Beispielsweise wird die Temperatur über 146 °C gehalten. Somit bleibt das Indium flüssig und trägt unmittelbar zur elektrischen und mechanischen Kopplung mit dem Chipträger bei.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Schicht vor dem Ablösen des Trägers in direktem Kontakt mit dem Träger. Insbesondere sind keine Zwischenschichten aus anderen Materialien zwischen der Schicht und dem Träger eingebracht.
Gemäß einer Ausführungsform wird die Metallisierung vollflächig auf die dem Aufwachssubstrat abgewandte Seite der Halbleiterschichtenfolge aufgebracht. Die Schicht wird vollflächig auf die Metallisierung aufgebracht. Nachfolgend werden die Schicht und die Metallisierung gemeinsam bereichsweise wieder entfernt, um eine Mehrzahl von Kontaktbereichen auszubilden. Somit ist es einfach und effizient möglich, die Schicht zu strukturieren. Die Schicht wird gemeinsam mit der Metallisierung strukturiert.
Gemäß einer Ausführungsform wird der Schichtstapel vor dem Ablösen des Trägers strukturiert, sodass er eine Kantenlänge quer zur Stapelrichtung von weniger als 150 µm aufweist, insbesondere weniger als 100 µm. die Kantenlänge ist beispielsweise größer als 1 µm. Somit ist ein verhältnismäßig kleiner optoelektronischer Halbleiterchip ausgebildet. Diese sind beispielsweise für den Einsatz von hochauflösenden Videowänden und anderen Anzeigevorrichtungen wie Displays verwendbar.
Gemäß einer Ausführungsform wird die Laserstrahlung mit einer Wellenlänge eingestrahlt, die im infraroten Bereich liegt und die von der Schicht absorbiert wird. Insbesondere ist die Wellenlänge beispielsweise 1900 nm oder 1500 nm. Die Wellenlänge der Laserstrahlung ist so gewählt, dass sie den Träger möglichst gut durchdringt und im Träger möglichst wenig absorbiert wird.
Es wird des Weiteren ein optoelektronischer Halbleiterchip angegeben. Der optoelektronische Halbleiterchip ist insbesondere mit dem anmeldungsgemäßen Herstellungsverfahren gemäß zumindest einer Ausführungsform hergestellt. Entsprechend sind sämtliche für den optoelektronischen Halbleiterchip offenbarten Merkmale auch für das Verfahren offenbart und umgekehrt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der optoelektronische Halbleiterchip einen Chipträger auf. Der Chipträger dient insbesondere zum Tragen von Halbleiterschichten und/oder zum elektrischen Kontaktieren.
Gemäß einer Ausführungsform weist der optoelektronische Halbleiterchip einen Schichtstapel auf, der auf einer Oberfläche des Chipträgers angeordnet ist
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Schichtstapel beginnend an dem Chipträger eine Koppelschicht, die Indium oder Gallium aufweist, auf. Die Koppelschicht koppelt den Schichtstapel elektrisch mit dem Chipträger. Der Schichtstapel weist gemäß einer Ausführungsform darauf eine Metallisierung auf.
Gemäß einer Ausführungsform weist der Schichtstapel darauf eine Halbleiterschichtenfolge auf, die eine aktive Schicht zur Strahlungserzeugung zwischen einem ersten und einem zweiten Halbleiterbereich aufweist.
Gemäß einer Ausführungsform ist auf der Halbleiterschichtenfolge eine elektrisch leitfähige Schicht aufgebracht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist ein optoelektronischer Halbleiterchip einen Chipträger auf. Der Halbleiterchip weist einen Schichtstapel auf, der auf einer Oberfläche des Chipträgers angeordnet ist. Der Schichtstapel weist beginnend an dem Chipträger einen Koppelschicht, eine Metallisierung, eine Halbleiterschichtenfolge und eine elektrisch leitfähige Schicht auf. Die Koppelschicht weist Indium oder Gallium auf und koppelt den Schichtstapel elektrisch mit dem Chipträger. Die Halbleiterschichtenfolge weist eine aktive Schicht zur Strahlungserzeugung zwischen einem ersten und einem zweiten Halbleiterbereich auf.
Der optoelektronische Halbleiterchip weist die Koppelschicht auf, die insbesondere Indium aufweist, zur elektrischen und/oder mechanischen Kopplung des Schichtstapels mit dem Chipträger. Somit ist der optoelektronische Halbleiterchip leicht mittels eines SMD Verfahrens und einem Laser Lift Off herstellbar, bei dem Indium übrig bleibt, das dann zur Kopplung des Schichtstapels mit dem Chipträger im fertigen Bauteil beiträgt.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Koppelschicht eine Dicke in Richtung der Stapelrichtung des Schichtstapels kleiner als 150 nm auf. Die Koppelschicht weist beispielsweise eine Dicke in Richtung der Stapelrichtung zwischen 0,5 nm und 150 nm, beispielsweise zwischen 1 nm und 150 nm, beispielsweise zwischen 1 nm und 100 nm, vorzugsweise weniger al 10 nm auf.
Der Schichtstapel weist gemäß Ausführungsformen eine Kantenlänge quer zur Stapelrichtung auf, die weniger als 150 µm ist, insbesondere weniger als 100 µm. die Kantenlänge ist beispielsweise größer als 1 µm. Somit ist eine verhältnismäßig kleine lichtemittierende Diode ausgebildet.
Weitere Vorteile, Merkmale und Weiterbildungen ergeben sich aus den nachfolgenden in Verbindung mit den Figuren erläuterten Ausführungsbeispielen.
Es zeigen:

1 bis 8 verschiedene Verfahrensschritte eines Herstellungsverfahrens eines optoelektronischen Halbleiterchips gemäß einem Ausführungsbeispiel, und
9 einen optoelektronischen Halbleiterchip gemäß einem Ausführungsbeispiel.

Gleiche, gleichartige oder gleichwirkende Elemente können figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen versehen sein. Die Figuren sind nicht maßstabsgerecht. Insbesondere können verschiedene Schichten übertrieben dick oder groß dargestellt sein, um beispielsweise ein besseres Verständnis zu ermöglichen.
1 zeigt ein Aufwachssubstrat 101. Das Aufwachssubstrat ist insbesondere ein n-leitendes Substrat. Auf dem Aufwachssubstrat 101 ist eine Halbleiterschichtenfolge 102 aufgebracht, insbesondere epitaktisch aufgewachsen.
Die Halbleiterschichtenfolge 102 ist insbesondere eine sogenannte Dünnschichthalbleiterschichtenfolge. Die Halbleiterschichtenfolge 102 weist eine aktive Schicht 103 zwischen einem ersten Halbleiterbereich 104 und einem zweiten Halbleiterbereich 105 auf. Beispielsweise ist der erste Halbleiterbereich 104 eine p-dotierte Schicht. Der zweite Halbleiterbereich 105 ist beispielsweise eine n-dotierte Schicht.
Beim Anlegen einer Spannung im Betrieb wird in der aktiven Schicht 103 elektromagnetische Strahlung erzeugt, beispielsweise im sichtbaren Bereich, im UV-Bereich oder im infraroten Bereich. Die Halbleiterschichtenfolge 102 wird insbesondere für eine oberflächenmontierbare lichtemittierende Diode (LED) verwendet.
2 zeigt die Halbleiterschichtenfolge 102, auf die eine Metallisierung 106 aufgebracht wurde. Die Metallisierung 106 wurde auf eine dem Aufwachssubstrat 101 abgewandte Seite 107 der Halbleiterschichtenfolge aufgebracht. Entlang einer Aufwachsrichtung 119 wird die Metallisierung 106 auf den ersten Halbleiterbereich 104 aufgebracht. Die Metallisierung ist insbesondere aus einem p-leitenden Material.
Auf einer der Halbleiterschichtenfolge 102 abgewandten Seite 116 der Metallisierung 106 ist eine Schicht 108 aufgebracht. Die Schicht 108 ist insbesondere unmittelbar auf die Metallisierung 106 aufgebracht. Die Schicht 108 und die Metallisierung 106 weisen insbesondere eine gemeinsame Kontaktfläche auf.
Die Schicht 108 weist insbesondere Stickstoff 109 und einen weitere Stoff 110 auf. Der weitere Stoff ist beispielsweise Gallium oder Indium. Beispielsweise ist die Schicht 108 eine Indiumnitridschicht. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Schicht 108 eine Galliumnitridschicht.
Die Metallisierung 108 ist beispielsweise vollflächig auf den ersten Halbleiterbereich 104 aufgebracht. Nachfolgend wird beispielsweise die Schicht 108 vollflächig auf die Metallisierung 106 aufgebracht. Vollflächig bedeutet hierbei, dass ein Großteil der Fläche bedeckt wird, auf die die Schichten aufgebracht werden. Nachfolgend werden die Metallisierung 106 und die Schicht 108 gemeinsam strukturiert, sodass eine Mehrzahl 120 von Kontaktbereichen ausgebildet wird, wie in 2 dargestellt. In 2 sind exemplarisch zwei Kontaktbereiche ausgebildet. Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen ist es natürlich auch möglich, lediglich einen einzigen Kontaktbereich auszubilden oder mehr als zwei Kontaktbereiche. Die Kontaktbereiche weisen jeweils die Metallisierung 106 und die Schicht 108 auf.
Die Schicht 108 wird mit einer Dicke 118 von insbesondere mehr als 1 nm und weniger als 100 nm aufgebracht. Die Dicke 118 ist insbesondere entlang der Aufwachsrichtung 119 gemessen.
Die Schicht 108 wird beispielsweise mittels eines Sputterverfahrens oder eines CVD-Verfahrens abgeschieden. Auch andere Verfahren zum Aufbringen der Schicht 108 sind möglich, die es erlauben, entsprechend dünne Schichten auszubilden.
Die Schicht 108 weist Stickstoff auf, der im nachfolgenden Verfahren verwendet wird, um ein Gas auszubilden. Die Schicht 108 weist einen Halbleiter auf und um im nachfolgenden Verfahren gut mit einem Träger 123 (3) anzuhaften, der ebenfalls aus einem Halbleiter ist. Die Schicht 108 weist insbesondere Indium auf, das im nachfolgenden Verfahren als eine Art Lot zum elektrischen Koppeln der Metallisierung 106 mit einem Chipträger 117 (9) verwendet wird. Indium ist vorteilhaft, da es einen niedrigen Schmelzpunkt aufweist und zudem eine gute elektrische Leitfähigkeit.
Die Schicht 108 ist aus einem Material gebildet, das eine vergleichsweise kleine Bandlücke aufweist. Indiumnitrid weist eine ausreichend kleine Bandlücke auf. Somit ist im nachfolgenden Prozess Laserstrahlung 113 (7) verwendbar, die eine vergleichsweise lange Wellenlänge und dabei eine kleine optische Energie aufweist. Somit wird die Laserstrahlung 113 nicht oder möglichst wenig im Träger 123 absorbiert.
3 zeigt den Träger 123, der auf eine im Aufwachsubstrat 101 abgewandte Seite 111 der Schicht 108 aufgebracht wurde. Der Träger 123 ist insbesondere unmittelbar auf die Schicht 108 aufgebracht. Der Träger 123 und die Schicht 108 weisen insbesondere eine gemeinsame Kontaktfläche auf. Der Träger 123 hält mittels Halbleiter-Halbleiter-Bond an der Schicht 108.
Der Träger 123 ist beispielsweise aus Silizium. Das Halbleiterhaftverfahren (Halbleiter-Halbleiter-Bond) wird genutzt, um die Schicht 108 an dem Träger 123 anzuhaften. Der Träger 123 ist gemäß weiteren Ausführungsbeispielen aus Galliumarsenid, Germanium oder einem weiteren Material, das für das Herstellungsverfahren geeignet ist. Der Träger 123 weist insbesondere eine größere Bandlücke auf als das Material der Schicht 108.
4 zeigt eine elektrisch leitfähige Schicht 112. Die elektrisch leitfähige Schicht 112 ist nach dem Ablösen des Aufwachssubstrats 101 auf eine dem Träger 123 abgewandte Seite 124 der Halbleiterschichtenfolge 102 aufgebracht.
Das Aufwachssubstrat 101 wird beispielsweise mittels eines Laser-Lift-Offs mittels Einstrahlung von Laserstrahlung von der Halbleiterschichtenfolge 102 abgelöst. Auch andere Verfahren zum Ablösen des Aufwachssubstrats 101 sind möglich, beispielsweise ein Abschleifen.
Die elektrisch leitfähige Schicht 112 ist beispielsweise aus einem n-leitenden Material. Alternativ ist die elektrisch leitfähige Schicht 112 eine Indiumzinnoxid-Schicht. Auch weitere elektrisch leitfähige Materialien, die insbesondere optisch transparent sind, können verwendet werden.
5 zeigt die Halbleiterschichtenfolge 102, die in eine Mehrzahl einzelner Bauelemente vereinzelt wurde. Insbesondere ist je Kontaktbereich der Mehrzahl 120 von Kontaktbereichen ein Bauteil vorgesehen. Beispielsweise wird der Schichtaufbau, wie in 4 gezeigt, geätzt, um zur Struktur der 5 zu gelangen. Somit ist die Halbleiterschichtenfolge 102 mit einer beidseitigen elektrischen Kontaktierbarkeit mittels der elektrisch leitfähigen Schicht 112 und der Metallisierung 106 mit der Schicht 108 realisiert.
6 zeigt ein Ablösewerkzeug 127, das jeweils mit einem Hebekopf auf die jeweilige elektrisch leitfähige Schicht 112 aufgesetzt wird. Das Ablösewerkzeug 127 ist ausgebildet, eine Haltekraft auf die elektrisch leitfähige Schicht 112 auszuwirken. Die Köpfe des Ablösewerkzeugs 127 sind so dimensioniert, dass sie die verhältnismäßig kleinen Bauteile greifen können. Die Haltekräfte des Ablösewerkezugs werden beispielsweise durch Kleber, Haftfolien, elektrische Spannung oder weitere Möglichkeiten erzeugt.
7 zeigt die Einstrahlung der Laserstrahlung 113 durch den Träger 123 hindurch. Insbesondere wird Laserstrahlung im Infrarotbereich eingestrahlt. Es wird Laserstrahlung 113 verwendet, die der Träger 123 möglichst wenig absorbiert. Es wird Laserstrahlung 113 verwendet, die von der Schicht 108 möglichst gut absorbiert wird. Beispielsweise weist Indiumnitrid eine Bandlücke zwischen 0,6 und 0,7 Elektronenvolt auf. Folglich wird ein Laser verwendet, der eine Wellenlänge von mehr als 1500 nm bis zu 1900 nm aufweist.
Die Laserstrahlung 113 zersetzt das Indiumnitrid in Indium und Stickstoff. Somit wird ein Indiumnitrid-Laser-Lift-Off verwendet, das die kleine Bandlücke von Indiumnitrid ausnützt. Der Stickstoff wird gasförmig und trägt somit zur Ablösung eines Schichtstapels 114 von dem Träger 123 bei. Es ist auch möglich, dass durch die Verdampfung des Stickstoffs der Träger 123 vollständig von dem Schichtstapel 114 abgelöst wird, da der gasförmige Stickstoff den Träger 123 abstößt.
Das Ablösewerkzeug 127 muss somit im geringsten Fall nur noch das Eigengewicht des jeweiligen Schichtstapels 114 tragen, wie beispielsweise in 8 dargestellt. Der Schichtstapel 114 weist jeweils die elektrisch leitfähige Schicht 112, die Halbleiterschichtenfolge 102, die Metallisierung 106 sowie eine Koppelschicht 115 auf. Die Koppelschicht 115 weist den weiteren Stoff 110, also gemäß den Ausführungsbeispielen insbesondere das Indium, auf. Der Stickstoff hat sich verflüchtigt und das Indium verbleibt auf der Seite 116 der Metallisierung 106. Falls durch den gasförmigen Stickstoff der Träger 123 nicht vollständig von der Metallisierung 106 abgelöst wurde, so sind durch das Ablösewerkzeug 127 jedoch nur noch kleine Kräfte notwendig, um den Träger 123 vollständig abzulösen.
Beispielsweise weist die Koppelschicht 115 eine Mehrzahl von Indiumtropfen auf der Seite 116 der Metallisierung 106 auf. Indium weist einen vergleichsweise niedrigen Schmelzpunkt von 156,6 °C auf. Die Umgebungstemperatur wird im Verfahrensschritt der 8 bis zum Koppeln mit dem Chipträger 117 oberhalb des Schmelzpunkts gehalten, um das Material der Koppelschicht 115 flüssig zu halten. Beispielsweise wird also die Temperatur über 156 °C gehalten, um das Indium der Koppelschicht 115 flüssig zu halten.
Das flüssige Indium wird dann zur elektrischen und mechanischen Kopplung des Schichtstapels 114 mit dem Chipträger 117 genutzt, wie beispielsweise in 9 dargestellt. Der Chipträger 117 weist beispielsweise elektrisch leitfähige Bereiche oder Leiterbahnen auf, die im Betrieb zur elektrischen Kontaktierung des Halbleiterchips genutzt werden. Beispielsweise wird der Halbleiterchip und/oder der Schichtstapel 102 mittels den elektrisch leitfähigen Bereichen des Chipträgers 117 mit einer nicht dargestellten elektrischen Energiequelle gekoppelt.
Zwischen dem Chipträger 117 und der Metallisierung 106 ist folglich im dargestellten optoelektronischen Halbleiterchip 100 die Koppelschicht 115 aus dem weiteren Stoff 110, insbesondere Indium, angeordnet. Auf einer Oberfläche 125 des Chipträgers 117 ist die Koppelschicht 115 angeordnet, die die Metallisierung 106 elektrisch und/oder mechanisch mit dem Chipträger 117 verbindet. Insbesondere die elektrische Anbindung des Schichtstapels 114 mit dem Chipträger 117 ist vergleichsweise einfach, da das Indium der Schicht 108 nach dem Laser-Lift-Off in flüssiger Form auf der Metallisierung verbleibt und unmittelbar zur Kontaktierung mit dem Chipträger 117 verwendbar ist.
Die Koppelschicht 115 weist entlang einer Stapelrichtung 122 des Schichtstapels 114 eine Dicke 126 von weniger als 150 nm, insbesondere weniger als 100 nm, auf. Die Dicke 126 ist kleiner oder gleich der Dicke 118 und somit insbesondere zwischen 1 nm und 100 nm.
Das in 9 dargestellte Bauteil weist zwei optoelektronische Halbleiterchips 100 mit einem gemeinsamen Chipträger 117 auf. Natürlich ist es auch möglich, lediglich einen einzigen optoelektronischen Halbleiterchip 100 mit nur einer einzigen Halbleiterschichtenfolge 102 auszubilden oder mehr als zwei optoelektronische Halbleiterchips 100 mit einem gemeinsamen Chipträger 117. Die Halbleiterschichtenfolge 102 und insbesondere die elektrisch leitfähige Schicht 112 sind so strukturiert, dass sie eine Kantenlänge 121 quer zur Stapelrichtung 122 aufweist. Die Kantenlänge 121 ist vergleichsweise klein, insbesondere kleiner als 150 µm, beispielsweise zwischen 1 µm und 100 µm. Somit sind vergleichsweise kleine Bauteile ausgebildet, insbesondere kleine lichtemittierende Dioden.
Durch die Verwendung der Schicht 108, die Stickstoff 109 aufweist, ist es möglich, auch kleine optoelektronische Bauteile mittels SMD-Verfahren herzustellen. Der Laser-Lift-Off mittels der Laserstrahlung 113 und der Schicht 108 ermöglicht eine ausreichende Reduzierung der Haltekräfte des Ablösewerkzeugs 127, sodass auch die verhältnismäßig kleinen Schichtstapel 114 verlässlich vom Träger 123 entfernt werden können.
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.
Bezugszeichenliste

100: optoelektronischer Halbleiterchip
101: Aufwachssubstrat
102: Halbleiterschichtenfolge
103: aktive Schicht
104: erster Halbleiterbereich
105: zweiter Halbleiterbereich
106: Metallisierung
107: abgewandte Seite der Halbleiterschichtenfolge
108: Schicht
109: Stickstoff
110: weiterer Stoff
111: abgewandten Seite der Schicht
112: elektrisch leitfähige Schicht
113: Laserstrahlung
114: Schichtstapel
115: Koppelschicht
116: abgewandten Seite der Metallisierung
117: Chipträger
118: Dicke
119: Aufwachsrichtung
120: Mehrzahl von Kontaktbereichen
121: Kantenlänge quer zur Stapelrichtung
122: Stapelrichtung
123: Träger
124: abgewandte Seite der Halbleiterschichtenfolge
125: Oberfläche
126: Dicke
127: Ablösewerkzeug

Claims

Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips (100), umfassend: - Bereitstellen eines Aufwachssubstrats (101), - Aufwachsen einer Halbleiterschichtenfolge (102) auf dem Aufwachssubstrat (101), wobei die Halbleiterschichtenfolge (102) eine aktive Schicht (103) zur Strahlungserzeugung zwischen einem ersten (104) und einem zweiten (105) Halbleiterbereich aufweist, - Aufbringen einer Metallisierung (106) auf eine dem Aufwachssubstrat (101) abgewandte Seite (107) der Halbleiterschichtenfolge (102), - Aufbringen einer Schicht (108) auf die Metallisierung (106), wobei die Schicht (108) einen Halbleiter aufweist, der Stickstoff (109) und einen weiteren Stoff (110) umfasst, - Koppeln eines Trägers (123) mit der Schicht (108) auf einer der Halbleiterschichtenfolge (102) abgewandten Seite (111) der Schicht (108), - Ablösen des Aufwachssubstrats (101) von der Halbleiterschichtenfolge (102), - Aufbringen einer elektrisch leitfähigen Schicht (112) auf eine dem Träger (123) abgewandte Seite (124) der Halbleiterschichtenfolge (102), - Ablösen des Trägers (123) von der Schicht (108) mittels Laserstrahlung (113) durch den Träger (123) hindurch, und dadurch Ausbilden eines Schichtstapels (114) mit der Metallisierung (106), der Halbleiterschichtenfolge (102), der elektrisch leitfähigen Schicht (112) und einer Koppelschicht (115), die zumindest einen Teil des weiteren Stoffs (110) der Schicht (108) aufweist, der nach dem Ablösen auf einer der Halbleiterschichtenfolge (102) abgewandten Seite (116) der Metallisierung (106) verbleibt, und - Koppeln des Schichtstapels (114) mit einem Chipträger (117) mittels der Koppelschicht (115), so dass der Chipträger (117) und der Schichtstapel (114) mittels des weiteren Stoffs (110) elektrisch leitfähig miteinander gekoppelt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Schicht (108) aus einem Material aufgebracht wird, das eine kleinere Bandlücke aufweist als der Träger (123).
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Schicht (108) mit einer Dicke (118) zwischen 0,5 Nanometer und 150 Nanometer in Richtung der Aufwachsrichtung (119) der Halbleiterschichtenfolge (102) aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Schicht (108) aus Indiumnitrid gebildet ist oder Indiumnitrid aufweist oder aus Galliumnitrid gebildet ist oder Galliumnitrid aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Temperatur der Koppelschicht (115) nach dem Ablösen des Trägers (123) bis zum Koppeln mit dem Chipträger (117) größer als der Schmelzpunkt des weiteren Stoffs (110) gehalten wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Schicht (108) vor dem Ablösen des Trägers (123) in direktem Kontakt mit dem Träger (123) ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem der Träger (123) ein Halbleitermaterial umfasst und mittels Halbleiter-Halbleiterbonden mit der Schicht (108) gekoppelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem - die Metallisierung (106) vollflächig auf die dem Aufwachssubstrat (101) abgewandte Seite (107) der Halbleiterschichtenfolge (102) aufgebracht wird, - die Schicht (108) vollflächig auf die Metallisierung (106) aufgebracht wird, und nachfolgend - die Schicht (108) und die Metallisierung (106) gemeinsam bereichsweise wieder entfernt werden, um eine Mehrzahl (120) von Kontaktbereichen auszubilden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem der Schichtstapel (114) vor dem Ablösen des Trägers (123) strukturiert wird, so dass er eine Kantenlänge (121) quer zur Stapelrichtung (122) von weniger als 150 Mikrometer aufweist, insbesondere weniger als 100 Mikrometer.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem die Laserstrahlung (113) mit einer Wellenlänge eingestrahlt wird, die im infraroten Bereich liegt und die von der Schicht (108) absorbiert wird.
Optoelektronischer Halbleiterchip, aufweisend: - einen Chipträger (117), - einen Schichtstapel (114), der auf einer Oberfläche (125) des Chipträgers (117) angeordnet ist, aufweisend beginnend an dem Chipträger (117): - eine Koppelschicht (115), die Indium oder Gallium aufweist und die den Schichtstapel (114) elektrisch mit dem Chipträger (117) koppelt, - eine Metallisierung (106), - eine Halbleiterschichtenfolge (102), die eine aktive Schicht (103) zur Strahlungserzeugung zwischen einem ersten (104) und einem zweiten Halbleiterbereich (105) aufweist, - eine elektrisch leitfähige Schicht (112).
Halbleiterchip nach Anspruch 11, bei dem die Koppelschicht (115) eine Dicke (126) in Richtung der Stapelrichtung (122) des Schichtstapels (114) kleiner als 150 Nanometer aufweist.
Halbleiterchip nach Anspruch 11 oder 12, bei der der Chipträger (117) elektrisch leitfähige Bereiche aufweist zur Kopplung des Halbleiterchips (100) mit einer elektrischen Energiequelle.
Halbleiterchip nach einem der Ansprüche 11 bis 13, bei dem der Schichtstapel (114) eine Kantenlänge (121) quer zur Stapelrichtung (122) aufweist, die weniger als 150 Mikrometer ist, insbesondere weniger als 100 Mikrometer.