DE102017107201A1

DE102017107201A1 - Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Halbleiterbauelements und optoelektronisches Halbleiterbauelement

Info

Publication number: DE102017107201A1
Application number: DE102017107201.2A
Authority: DE
Inventors: Isabel Otto; Christian Leirer
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2017-04-04
Filing date: 2017-04-04
Publication date: 2018-10-04
Also published as: DE112018001835A5; US20200220056A1; US11069842B2; WO2018185086A1

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Halbleiterbauelements angegeben, mit den Schritten:
a) Bereitstellen einer Halbleiterschichtenfolge (200) mit einem zum Erzeugen von Strahlung vorgesehenen aktiven Bereich (20), der eine Mehrzahl von Emissionsbereichen (3) aufweist;
b) Ausbilden einer Mehrzahl von ersten Kontaktstellen (41), die jeweils mit einem Emissionsbereich elektrisch leitend verbunden sind, auf der Halbleiterschichtenfolge;
c) Befüllen der Zwischenräume (45) zwischen den Kontaktstellen mit einer Formmasse (50); und
d) Anordnen der Halbleiterschichtenfolge auf einem Anschlussträger (6) mit einer Ansteuerschaltung (65) und einer Mehrzahl von Anschlussflächen (61), wobei die ersten Kontaktstellen jeweils mit einer Anschlussfläche elektrisch leitend verbunden werden und die Emissionsbereiche mittels der Ansteuerschaltung unabhängig voneinander ansteuerbar sind.
Weiterhin wird ein optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) angegeben.

Description

Die vorliegende Anmeldung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Halbleiterbauelements und ein optoelektronisches Halbleiterbauelement.
Bei strahlungsemittierenden Halbleiterbauelementen mit mehreren strahlungsemittierenden Bereichen können Ansteuerschaltungen auf der Basis von Silizium Anwendung finden, über die die strahlungsemittierenden Bereiche einzeln ansteuerbar sind. Eine Platzierung dieser Bereiche auf der zugehörigen Ansteuerschaltung ist jedoch aufwendig und damit kostenintensiv.
Eine Aufgabe ist es, ein Verfahren anzugeben, mit dem ein optoelektronisches Halbleiterbauelement mit mehreren Emissionsbereichen auf einfache Weise hergestellt werden kann. Weiterhin soll ein optoelektronisches Halbleiterbauelement mit mehreren Emissionsbereichen angegeben werden, das einfach und kompakt herstellbar ist.
Diese Aufgaben werden unter anderem durch ein Verfahren beziehungsweise ein optoelektronisches Halbleiterbauelement gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Weitere Ausgestaltungen und Zweckmäßigkeiten sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Es wird ein Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Halbleiterbauelements angegeben.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird eine Halbleiterschichtenfolge mit einem zum Erzeugen von Strahlung vorgesehenen aktiven Bereich bereitgestellt. Zum Beispiel emittiert der aktive Bereich Strahlung im ultravioletten, sichtbaren oder infraroten Spektralbereich. Der aktive Bereich ist beispielsweise zwischen einer ersten Halbleiterschicht eines ersten Leitungstyps und einer zweiten Halbleiterschicht eines vom ersten Leitungstyp verschiedenen zweiten Leitungstyps angeordnet. Der aktive Bereich befindet sich also in einem pn-Übergang.
Beispielsweise weist der aktive Bereich eine Mehrzahl von Emissionsbereichen auf. Die Emissionsbereiche sind in lateraler Richtung nebeneinander angeordnet und insbesondere unabhängig voneinander elektrisch kontaktierbar. Der aktive Bereich ist also funktional in mehrere Emissionsbereiche unterteilt. Beispielsweise sind benachbarte aktive Bereiche vollständig voneinander getrennt, etwa durch grabenförmige Ausnehmungen in der Halbleiterschichtenfolge, die den aktiven Bereich durchtrennen. Der aktive Bereich kann sich jedoch auch durchgängig über zwei oder mehr Emissionsbereiche, insbesondere auch über alle Emissionsbereiche erstrecken, solange die Emissionsbereiche im Betrieb mit voneinander verschiedenen Stromstärken betreibbar sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird eine Mehrzahl von ersten Kontaktstellen, die jeweils mit einem Emissionsbereich elektrisch leitend verbunden sind, auf der Halbleiterschichtenfolge ausgebildet. Insbesondere sind die ersten Kontaktstellen mit der ersten Halbleiterschicht elektrisch leitend verbunden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens werden Zwischenräume zwischen den Kontaktstellen mit einer Formmasse befüllt, insbesondere vollständig. Die Formmasse wird an die Kontaktstellen angeformt und grenzt zumindest stellenweise unmittelbar an die Kontaktstellen an. Die Formmasse ist insbesondere elektrisch isolierend. Zum Beispiel erfolgt das Befüllen mittels eines Gießverfahrens. Die Formmasse enthält beispielsweise ein Polymer-Material, etwa ein Silikon, ein Epoxid oder ein anderes durch ein Gießverfahren verarbeitbares Material.
Unter einem Gießverfahren wird allgemein ein Verfahren verstanden, mit dem eine Formmasse gemäß einer vorgegebenen Form ausgestaltet und erforderlichenfalls ausgehärtet werden kann. Insbesondere umfasst der Begriff „Gießverfahren“ Gießen (molding), Folien assistiertes Gießen (film assisted molding), Spritzgießen (injection molding), Spritzpressen (transfer molding) und Formpressen (compression molding).
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird die Halbleiterschichtenfolge auf einem Anschlussträger mit einer Ansteuerschaltung und einer Mehrzahl von Anschlussflächen angeordnet, wobei die ersten Kontaktstellen jeweils mit einer Anschlussfläche elektrisch leitend verbunden werden. Der Begriff Anschlussfläche bezeichnet allgemein einen Bereich des Anschlussträgers, der für eine elektrische Kontaktierung eines von Ansteuerschaltung zu steuernden Elements vorgesehen ist. Zum Beispiel sind die Emissionsbereiche mittels der Ansteuerschaltung unabhängig voneinander ansteuerbar. Der Anschlussträger weist zum Beispiel eine Aktiv-Matrix-Schaltung zur Ansteuerung der Emissionsbereiche auf. Zum Beispiel ist jedem Emissionsbereich mindestens ein Schalter, etwa in Form eines Transistors, zugeordnet.
In mindestens einer Ausführungsform des Verfahrens zum Herstellen eines optoelektronischen Halbleiterbauelements wird eine Halbleiterschichtenfolge mit einem zum Erzeugen von Strahlung vorgesehenen aktiven Bereich, der eine Mehrzahl von Emissionsbereichen aufweist, bereitgestellt. Eine Mehrzahl von ersten Kontaktstellen, die jeweils mit einem Emissionsbereich elektrisch leitend verbunden sind, wird auf der Halbleiterschichtenfolge ausgebildet. Zwischenräume zwischen den ersten Kontaktstellen werden mit einer Formmasse befüllt. Die Halbleiterschichtenfolge wird auf einem Anschlussträger mit einer Ansteuerschaltung und einer Mehrzahl von Anschlussflächen angeordnet, wobei die ersten Kontaktstellen jeweils mit einer Anschlussfläche elektrisch leitend verbunden werden und die Emissionsbereiche mittels der Ansteuerschaltung unabhängig voneinander ansteuerbar sind.
Mittels der Formmasse können die Zwischenräume zwischen den ersten Kontaktstellen auf einfache und zuverlässige Weise befüllt werden. Insbesondere können im Vergleich zu dielektrischen Schichten, die durch Aufdampfen oder Sputtern aufgebracht werden, schnell und kostengünstig große Schichtdicken erzielt werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird der Anschlussträger in einem Anschlussträgerverbund bereitgestellt und der Anschlussträgerverbund und die Halbleiterschichtenfolge werden nach dem Anordnen der Halbleiterschichtenfolge an dem Anschlussträger in eine Mehrzahl von Halbleiterbauelementen vereinzelt. Mit anderen Worten wird der Verbund aus Anschlussträgerverbund und Halbleiterschichtenfolge gemeinsam vereinzelt. Die beim Vereinzeln entstehenden optoelektronischen Halbleiterbauelemente weisen jeweils mehrere Emissionsbereiche und eine Ansteuerschaltung, über die die Emissionsbereiche ansteuerbar sind, auf.
Die dem Vereinzeln vorgelagerten Herstellungsschritte können im Verbund, also auf Wafer-Ebene (engl. wafer level), durchgeführt werden. Insbesondere kann die laterale Ausdehnung der Halbleiterschichtenfolge so groß sein, dass eine Vielzahl von optoelektronischen Halbleiterbauelementen hergestellt werden kann, die jeweils einen Teil dieser Halbleiterschichtenfolge mit jeweils mehreren Emissionsbereichen aufweist. Auf ein einzelnes Platzieren eines Halbleiterkörpers für jedes herzustellende optoelektronische Halbleiterbauelement kann verzichtet werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens werden beim Vereinzeln der Anschlussträgerverbund und die Formmasse durchtrennt. Beim Vereinzeln werden also zwei Elemente durchtrennt, die erst beim Ausbilden des Verbunds mit Halbleiterschichtenfolge und Anschlussträgerverbund zusammengefügt worden sind. An Stellen, an denen der Anschlussträgerverbund und die Formmasse durchtrennt werden, schließen der so gebildete Anschlussträger und der aus der Formmasse gebildete Formkörper in lateraler Richtung bündig ab. Der Anschlussträger und der Formkörper können insbesondere für das Vereinzelungsverfahren spezifische Spuren aufweisen, etwa Spuren eines Materialabtrags.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird ein Aufwachssubstrat für die Halbleiterschichtenfolge entfernt. Das für die epitaktische Abscheidung, etwa mittels MOCVD oder MBE, verwendete Aufwachssubstrat ist im fertiggestellten optoelektronischen Halbleiterbauelement nicht mehr vorhanden. Das optoelektronischen Halbleiterbauelement ist also frei von einem Aufwachssubstrat. Der Anschlussträger kann die Halbleiterschichtenfolge mechanisch stabilisieren, so dass das Aufwachssubstrat hierfür nicht mehr erforderlich ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird das Aufwachssubstrat vor dem Verbinden der Halbleiterschichtenfolge mit dem Anschlussträger entfernt. Das Aufwachssubstrat ist also zu dem Zeitpunkt, zu dem der Verbund mit Halbleiterschichtenfolge und Anschlussträgerverbund hergestellt wird, bereits entfernt. Dadurch kann die Gefahr umgangen werden, dass unterschiedliche große thermische Ausdehnungskoeffizienten für den Anschlussträger und das Aufwachssubstrat zu einer Schädigung, etwa zu Rissen in der Halbleiterschichtenfolge führen. Beispielsweise unterscheiden sich die thermischen Ausdehnungskoeffizienten von Saphir und Silizium vergleichsweise stark voneinander.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens werden die ersten Kontaktstellen beim Aufbringen der Formmasse vollständig überdeckt und nachfolgend freigelegt. Beispielsweise wird Material der Formmasse von der der Halbleiterschichtenfolge abgewandten Seite her vollflächig so lange abgetragen, bis die ersten Kontaktstellen erreicht sind. Beispielsweise erfolgt das Freilegen mittels eines mechanischen, eines chemischen oder eines chemomechanischen Verfahrens, etwa mittels chemomechanischen Polierens.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens werden die ersten Kontaktstellen vollständig überdeckt, das Aufwachssubstrat entfernt und die ersten Kontaktstellen nach dem Entfernen des Aufwachssubstrats freigelegt.
Zum Zeitpunkt des Entfernens des Aufwachssubstrats kann die Formmasse also eine größere Dicke aufweisen als im fertiggestellten optoelektronischen Halbleiterbauelement. Mit anderen Worten dient die Formmasse als ein temporärer Hilfsträger, der die Halbleiterschichtenfolge während dieses Schritts mechanisch stabilisiert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens werden die ersten Kontaktstellen und die Anschlussstellen mittels einer direkten Bondverbindung miteinander verbunden. Bei einer direkten Bondverbindung werden die zu verbindenden, insbesondere vorgefertigten Verbindungspartner ohne eine Fügeschicht, insbesondere ohne eine Klebeschicht oder Lotschicht, miteinander verbunden, beispielsweise unter Einwirkung von Druck und/oder Hitze. Eine direkte Bondverbindung erfolgt beispielsweise über van-der-Waals-Wechselwirkungen und/oder Wasserstoffbrücken-Bindungen. Davon abweichend kann aber auch eine Verbindung mittels einer insbesondere elektrisch leitfähigen Fügeschicht erfolgen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens ist der aktive Bereich zwischen einer ersten Halbleiterschicht und einer zweiten Halbleiterschicht angeordnet. Die ersten Kontaktstellen sind mit der ersten Halbleiterschicht elektrisch leitend verbunden. Die zweite Halbleiterschicht wird mit zumindest einer zweiten Kontaktstelle elektrisch leitend verbunden und Material für die ersten Kontaktstellen und die zweiten Kontaktstellen wird in einem gemeinsamen Herstellungsschritt abgeschieden. Material für Kontaktstellen, die im späteren Betrieb auf einem unterschiedlichen elektrischen Potenzial liegen, kann also in einem gemeinsamen Schritt abgeschieden werden. Die Herstellung wird so vereinfacht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens werden die ersten Kontaktstellen mittels galvanischer Abscheidung ausgebildet. Durch galvanische Abscheidung können, insbesondere im Vergleich zu Verfahren wie Aufdampfen oder Sputtern, große Schichtdicken schnell und kostengünstig realisiert werden. Zudem kann Material eingespart werden, da die Abscheidung nur an Stellen erfolgt, an denen das Material gewünscht ist. Beispielsweise eignen sich Nickel, Kupfer und Gold besonders für die galvanische Abscheidung. Es kann jedoch auch ein anderes Metall Anwendung finden. Auch eine mehrschichtige Abscheidung ist möglich.
Weiterhin wird ein optoelektronisches Halbleiterbauelement angegeben.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements weist das optoelektronische Halbleiterbauelement eine Halbleiterschichtenfolge mit einem zum Erzeugen von Strahlung vorgesehenen aktiven Bereich auf, wobei der aktive Bereiche eine Mehrzahl von Emissionsbereichen aufweist und die Emissionsbereiche jeweils mit einer ersten Kontaktstelle elektrisch leitend verbunden sind. Das optoelektronische Halbleiterbauelement weist einen Anschlussträger mit einer Ansteuerschaltung und einer Mehrzahl von Anschlussflächen auf, wobei die ersten Kontaktstellen jeweils mit einer Anschlussfläche elektrisch leitend verbunden sind und die Emissionsbereiche mittels der Ansteuerschaltung unabhängig voneinander ansteuerbar sind. Insbesondere ist in Zwischenräumen zwischen den ersten Kontaktstellen ein Formkörper angeordnet, der an die ersten Kontaktstellen angeformt ist.
Der Formkörper füllt also Zwischenräume, die in lateraler Richtung, also parallel zu einer Haupterstreckungsebene des aktiven Bereichs, zwischen benachbarten ersten Kontaktstellen und in vertikaler Richtung, also senkrecht zur Haupterstreckungsebene des aktiven Bereichs, zwischen der Halbleiterschichtenfolge und dem Anschlussträger bestehen, insbesondere vollständig.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements bilden der Formkörper und die ersten Kontaktstellen an einer dem Anschlussträger zugewandten Seite eine ebene Fläche. Die ersten Kontaktstellen ragen nicht über die Formmasse hinaus und umgekehrt. Insbesondere ist die Fläche so eben, dass zwischen den Anschlussflächen und den ersten Kontaktstellen eine direkte Bondverbindung bestehen kann. Beispielsweise weist die dem Anschlussträger zugewandte Fläche eine mittlere quadratische Rauigkeit (rms-Rauigkeit) von höchstens 10 nm, insbesondere von höchstens 5 nm auf. Es kann jedoch auch eine größere Rauigkeit ausreichend sein, etwa bei einer Verbindung mittels einer Fügeschicht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements schließen der Formkörper und der Anschlussträger in lateraler Richtung zumindest stellenweise bündig ab. Der Formkörper und die Anschlussträger mit der Ansteuerschaltung bilden also stellenweise gemeinsam eine das optoelektronische Halbleiterbauelement in lateraler Richtung begrenzende Seitenfläche.
Das optoelektronische Halbleiterbauelement zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass die laterale Ausdehnung des Halbleiterbauelements nur geringfügig größer ist als die laterale Ausdehnung des aktiven Bereichs.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements überdeckt eine innerhalb einer äußeren Umrandung des aktiven Bereichs verlaufende Fläche mindestens 80 % des Anschlussträgers. Im Zweifel kann die äußere Umrandung durch ein gedachtes elastisches Band ermittelt werden, dass den aktiven Bereich in lateraler Richtung vollständig umläuft.
Das vorstehend beschriebene Verfahren ist für die Herstellung des optoelektronischen Halbleiterbauelements besonders geeignet. Im Zusammenhang mit den Verfahren angeführte Merkmale können daher auch für das optoelektronische Halbleiterbauelement herangezogen werden und umgekehrt.
Weitere Ausgestaltungen und Zweckmäßigkeiten ergeben sich aus der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Figuren.
Es zeigen:

Die 1A, 1B, 1C, 1D, 1E, 1F und 1G ein Ausführungsbeispiel für Verfahren anhand von schematisch dargestellten Zwischenschritten in Schnittansicht (1A bis 1F) und in Draufsicht (1G), wobei die 1F und 1G ein Ausführungsbeispiel für ein optoelektronisches Halbleiterbauelement darstellen.

Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Die Figuren sind jeweils schematische Darstellungen und daher nicht unbedingt maßstabsgetreu. Vielmehr können vergleichsweise kleine Elemente und insbesondere Schichtdicken zur Verdeutlichung übertrieben groß dargestellt sein.
In den 1A bis 1G ist ein Ausführungsbeispiel für ein Verfahren anhand von Zwischenschritten gezeigt, wobei zur vereinfachten Darstellung in den 1A bis 1F nur ein Teilbereich eines herzustellenden optoelektronischen Halbleiterbauelements gezeigt ist. Mit dem Verfahren kann eine Vielzahl von derartigen optoelektronischen Halbleiterbauelementen gleichzeitig hergestellt werden.
Eine Halbleiterschichtenfolge 200 wird, wie in 1A dargestellt, bereitgestellt, beispielsweise auf einem Aufwachssubstrat 29. Die Halbleiterschichtenfolge 200 weist einen zur Erzeugung von Strahlung vorgesehenen aktiven Bereich 20 auf, der zwischen einer ersten Halbleiterschicht 21 eines ersten Leitungstyps, beispielsweise p-leitend, und einer zweiten Halbleiterschicht 22 eines zweiten Leitungstyps, beispielsweise n-leitend, angeordnet ist.
Die erste Halbleiterschicht 21 ist auf der dem Aufwachssubstrat 29 abgewandten Seite des aktiven Bereichs 20 angeordnet. Die Halbleiterschichtenfolge 200 weist eine Mehrzahl von Ausnehmungen 25 auf, die sich durch die erste Halbleiterschicht 21 und den aktiven Bereich 20 in die zweite Halbleiterschicht 22 hinein erstrecken. In den Ausnehmungen 25 ist die zweite Halbleiterschicht 22 für eine elektrische Kontaktierung freigelegt.
Die erste Halbleiterschicht 21 ist mit einer ersten Kontaktierungsschicht 43 elektrisch leitend verbunden. Die erste Kontaktierungsschicht ist beispielsweise als eine Spiegelschicht für die im aktiven Bereich 20 zu erzeugende Strahlung ausgebildet. Beispielsweise enthält die erste Kontaktierungsschicht Silber, Aluminium, Rhodium, Palladium, Nickel oder Chrom oder eine metallische Legierung mit zumindest einem der genannten Metalle.
Die zweite Halbleiterschicht 22 ist mit einer zweiten Kontaktierungsschicht 44 elektrisch leitend verbunden. Die zweite Kontaktierungsschicht 44 grenzt in den Ausnehmungen 25 an die zweite Halbleiterschicht 22 an. Die zweite Kontaktierungsschicht 44 kann beispielsweise mittels galvanischer Abscheidung ausgebildet werden. Eine Schichtdicke beträgt beispielsweise zwischen einschließlich 1 µm und einschließlich 150 µm. Die zweite Kontaktierungsschicht 44 kann der Halbleiterschichtenfolge 200 eine erhöhte mechanische Stabilität geben und im herzustellenden optoelektronischen Halbleiterbauelement die Funktion einer lateralen Stromaufweitungsschicht erfüllen.
Die erste Kontaktierungsschicht 43 und die zweite Kontaktierungsschicht 44 überlappen in vertikaler Richtung, also senkrecht zu einer Haupterstreckungsebene des aktiven Bereichs 20, stellenweise. Auf der Halbleiterschichtenfolge 200 ist eine erste Isolationsschicht 71 angeordnet. Die erste Isolationsschicht 71 bedeckt an den Seitenflächen der Ausnehmungen 25 zumindest den aktiven Bereich 20 und die erste Halbleiterschicht 21. Ein elektrischer Kurzschluss zwischen der zweiten Kontaktierungsschicht 44 und der ersten Halbleiterschicht 21 kann so zuverlässig vermieden werden. Die zweite Kontaktierungsschicht 44 weist eine Mehrzahl von Öffnungen 440 auf. In den Öffnungen liegt die erste Kontaktierungsschicht 43 frei.
Die zweite Kontaktierungsschicht 44 verläuft, insbesondere trotz der Öffnungen, durchgängig über mehrere Emissionsbereiche 3, insbesondere über alle Emissionsbereiche eines herzustellenden optoelektronischen Halbleiterbauelements.
Der aktive Bereich 20 weist eine Mehrzahl von Emissionsbereichen 3 auf. Die Emissionsbereiche sind in lateraler Richtung, also entlang einer Haupterstreckungsebene des aktiven Bereichs, nebeneinander angeordnet, beispielsweise matrixförmig.
Die Ausnehmungen 25 können einen Emissionsbereich 3 jeweils in lateraler Richtung vollständig umlaufen, sodass benachbarte Emissionsbereiche 3 vollständig voneinander getrennt sind. Davon abweichend kann sich der aktive Bereich 20 jedoch auch durchgängig über mehrere oder auch über alle Emissionsbereiche 3 erstrecken. In diesem Fall bestimmt im Wesentlichen die laterale Ausdehnung der ersten Kontaktierungsschicht 43 jeweils die laterale Ausdehnung des zugehörigen Emissionsbereichs 3.
Nachfolgend wird, wie in 1B dargestellt, eine zweite Isolationsschicht 72 auf die Halbleiterschichtenfolge 200 aufgebracht. Die zweite Isolationsschicht 72 bedeckt insbesondere die zweite Kontaktierungsschicht 44 vollständig. Die zweite Isolationsschicht 72 wird so ausgebildet, dass die erste Kontaktierungsschicht 43 in den Öffnungen 440 stellenweise freiliegt.
Nachfolgend wird eine Mehrzahl von ersten Kontaktstellen 41 abgeschieden, insbesondere mittels eines galvanischen Verfahrens. Jedem Emissionsbereich 3 ist eine erste Kontaktstelle 41 zugeordnet, insbesondere eineindeutig. Die erste Kontaktstelle 41 grenzt in den Öffnungen 440 jeweils an die erste Kontaktierungsschicht 43 des zugeordneten Emissionsbereichs 3 an.
In demselben Abscheideschritt wird eine Mehrzahl von zweiten Kontaktstellen 42 ausgebildet. Davon abweichend ist auch denkbar, dass die ersten Kontaktstellen 41 und die zweiten Kontaktstellen 42 in voneinander getrennten Herstellungsschritten ausgebildet werden.
Die zweiten Kontaktstellen 42 sind mit der zweiten Kontaktierungsschicht 44 elektrisch leitend verbunden. Die zweite Kontaktstelle 42 dient der elektrischen Kontaktierung der zweiten Halbleiterschicht 22, insbesondere als gemeinsamer Gegenkontakt für mehrere oder auch alle Emissionsbereiche 3. Für jedes herzustellende Halbleiterbauelement ist daher genau eine zweite Kontaktstelle grundsätzlich ausreichend. Das optoelektronische Halbleiterbauelement kann jedoch auch zwei oder mehr zweite Kontaktstellen aufweisen.
Zwischenräume 45 zwischen benachbarten ersten Kontaktstellen 41 werden nachfolgend, wie in 1C dargestellt, mit einer Formmasse 50 befüllt. Das Befüllen erfolgt beispielsweise mittels eines Gießverfahrens und erforderlichenfalls mit einem nachfolgenden Aushärten. Die Formmasse 50 kann insbesondere so ausgebildet werden, dass sie die Halbleiterschichtenfolge 200 vollständig überdeckt und auch die ersten Kontaktstellen 41 und die zweiten Kontaktstellen 42 überdeckt sind.
Insbesondere kann die Formmasse 50 so dick ausgebildet werden, dass sie die Halbleiterschichtenfolge 200 mechanisch stabilisiert. In diesem Verfahrensstadium kann das Aufwachssubstrat 29 entfernt werden, beispielsweise mittels eines mechanischen Verfahrens, eines chemischen Verfahrens oder mittels kohärenter Strahlung, etwa mittels eines Laserablöseverfahrens (Laser Lift-Off, LLO).
Die Formmasse 50 erfüllt also temporär die Funktion eines Hilfsträgers für die Entfernung des Aufwachssubstrats 29, wobei ein Teil dieses Hilfsträgers, also ein Teil der Formmasse 50, in dem fertiggestellten optoelektronischen Halbleiterbauelement 1 als Formkörper 5 verbleibt.
Nach dem Entfernen des Aufwachssubstrats 29 kann die so freigelegte zweite Halbleiterschicht 22 mit einer Aufrauung 28 versehen werden (1D). Mittels der Aufrauung kann die Effizienz der Strahlungsauskopplung im Betrieb des optoelektronischen Halbleiterbauelements verbessert werden.
Auf die Halbleiterschichtenfolge 200 kann optional ein Strahlungskonversionselement 8 aufgebracht werden. Beispielsweise ist das Strahlungskonversionselement dafür vorgesehen, im aktiven Bereich erzeugte Primärstrahlung, etwa im blauen Spektralbereich, teilweise in Sekundärstrahlung, etwa im gelben Spektralbereich, umzuwandeln, sodass das optoelektronische Halbleiterbauelement insgesamt Mischlicht, etwa für das menschliche Auge weiß erscheinendes Licht, abstrahlt.
Die ersten Kontaktstellen 41 und die zweiten Kontaktstellen 42 werden freigelegt, insbesondere nach dem Entfernen des Aufwachssubstrats 29. Hierfür kann Material der Formmasse 50 vollflächig von der der Halbleiterschichtenfolge 200 abgewandten Seite her solange abgetragen werden, bis die ersten Kontaktstellen 41 und die zweiten Kontaktstellen 42 freiliegen. Dies kann beispielsweise mechanisch, etwa durch Schleifen oder Polieren, chemisch, etwa durch Ätzen, oder chemomechanisch, etwa mittels eines chemomechanischen Polierens, erfolgen.
Dadurch entsteht an der der Halbleiterschichtenfolge 200 abgewandten Seite der Formmasse 50 eine ebene Fläche 55. Diese ebene Fläche wird stellenweise durch die Formmasse 50, die ersten Kontaktstellen 41 und die zweiten Kontaktstellen 42 gebildet. Eine mittlere quadratische Rauigkeit (rms-Rauigkeit) der ebenen Fläche beträgt beispielsweise höchstens 10 nm oder höchstens 5 nm.
Nachfolgend wird ein Verbund 9 ausgebildet, der die Halbleiterschichtenfolge 200 und einen Anschlussträgerverbund 60 aufweist (1E). Hierfür wird die Halbleiterschichtenfolge 200 an dem Anschlussträgerverbund 60 mittels einer Verbindung 69 befestigt, beispielsweise mittels einer direkten Bondverbindung. Anstelle einer direkten Bondverbindung kann auch eine Verbindung mittels einer Fügeschicht, etwa einer elektrisch leitfähigen Klebeschicht oder einer Lotschicht, erfolgen. In diesem Fall kann die ebene Fläche 55 auch eine größere Oberflächenrauigkeit aufweisen, beispielsweise 100 nm oder mehr.
Die Halbleiterschichtenfolge 200 kann zum Zeitpunkt der Herstellung des Verbunds 9 bereits in eine Mehrzahl von Segmenten unterteilt sein, etwa durch ein Vereinzelungsverfahren, wobei die einzelnen Segmente jeweils eine Mehrzahl von Emissionsbereichen aufweisen, insbesondere alle Emissionsbereiche des herzustellenden optoelektronischen Halbleiterbauelements. Die Segmente stellen beispielsweise jeweils einen Halbleiterchip mit einem aus der Halbleiterschichtenfolge 200 gebildeten Halbleiterkörper dar, der einzeln auf den Anschlussträgerverbund 60 aufgebracht wird, etwa durch Löten. Die Mittenabstände benachbarter Segmente im Verbund 9 können so auch größer sein als die Mittenabstände dieser Segmente vor der Ausbildung des Verbunds, etwa auf dem ursprünglichen Aufwachssubstrat 29. Die Mittenabstände der Segmente auf dem Anschlussträgerverbund sind also nicht zwingend durch den Mittenabstand der Segmente auf dem ursprünglichen Aufwachssubstrat festgelegt. Der Mittenabstand benachbarter Emissionsbereiche innerhalb eines Segments entspricht dagegen auf dem Anschlussträgerverbund dem ursprünglichen Mittenabstand der Emissionsbereiche auf dem Aufwachssubstrat.
Der Anschlussträgerverbund 60 weist für jedes herzustellende optoelektronische Halbleiterbauelement eine Ansteuerschaltung 65 mit einer Mehrzahl von Anschlussflächen 61 auf. Beispielsweise ist die Ansteuerschaltung 65 eine Aktiv-Matrix-Schaltung, wobei jedem Emissionsbereich 3 ein Schalter 650, etwa in Form eines Transistors, zugeordnet ist. Beispielsweise ist der Anschlussträgerverbund ein Siliziumbasierter Wafer, auf dem Transistoren und weitere elektronische Bauelemente in CMOS-Technologie gefertigt sind.
Die Halbleiterschichtenfolge 200 und der Anschlussträgerverbund 60 werden so miteinander verbunden, dass jede erste Kontaktstelle 41 und jede zweite Kontaktstelle 42 jeweils mit einer Anschlussfläche 61 des Anschlussträgerverbunds 60 elektrisch leitend verbunden werden.
Der Verbund 9 kann nachfolgend entlang von Vereinzelungslinien 91 vereinzelt werden (1F). Dies kann beispielsweise mechanisch, chemisch oder mittels kohärenter Strahlung erfolgen. Bei der Vereinzelung entsteht eine Mehrzahl von optoelektronischen Halbleiterbauelementen 1, wobei jedes aus dem Verbund 9 hervorgehende optoelektronische Halbleiterbauelement 1 einen Anschlussträger 6 als Teil des Anschlussträgerverbunds 60, einen Halbleiterkörper 2 als Teil der Halbleiterschichtenfolge 200 und einen Formkörper 5 als Teil der Formmasse 50 aufweist.
Beim Vereinzeln werden insbesondere der Anschlussträgerverbund 60 und die Formmasse 50 durchtrennt. Dadurch entsteht für jedes optoelektronische Halbleiterbauelement 1 der Formkörper 5 aus der Formmasse 50. Der Formkörper 5 und der Anschlussträger 6 schließen in lateraler Richtung zumindest stellenweise bündig ab, insbesondere entlang der Vereinzelungslinien 91. Der Formkörper 5 und der Anschlussträger 6 können stellenweise Spuren des Vereinzelungsverfahrens aufweisen, etwa Spuren eines Materialabtrags wie Sägespuren, Ätzspuren oder Spuren eines Materialabtrags durch kohärente Strahlung.
Die Halbleiterschichtenfolge 200 kann im Bereich der Vereinzelungslinien 91 bereits in einem vorangegangenen Verfahrensschritt entfernt sein, sodass die Halbleiterschichtenfolge 200 beim Vereinzeln nicht notwendigerweise durchtrennt werden muss. Das Ausbilden der Seitenflächen kann insbesondere von der dem Aufwachssubstrat 29 abgewandten Seite her erfolgen, beispielsweise gemeinsam mit der Ausbildung der Ausnehmungen 25 (vgl. 1A).
Dies ist in 1F schematisch anhand einer Seitenfläche 26 des Halbleiterkörpers 2 gezeigt.
Ein fertiggestelltes optoelektronisches Halbleiterbauelement 1 ist in 1G schematisch in Draufsicht gezeigt, wobei lediglich zur vereinfachten Darstellung zwölf Emissionsbereiche gezeigt sind. Die Anzahl der Emissionsbereiche kann in weiten Grenzen variiert werden und auch 100 oder mehr oder auch 1000 oder mehr betragen.
Mit dem beschriebenen Verfahren können optoelektronische Halbleiterbauelemente hergestellt werden, bei denen die Strahlung erzeugende Fläche, also die Fläche des aktiven Bereichs, in Draufsicht beinahe so groß ist wie die Gesamtgröße des optoelektronischen Halbleiterbauelements inklusive des Anschlussträgers 6 mit der Ansteuerschaltung 65. Beispielsweise überdeckt eine innerhalb einer äußeren Umrandung 27 des aktiven Bereichs 20 verlaufende Fläche mindestens 80 % des Anschlussträgers 6. Auch in vertikaler Richtung kann das optoelektronische Halbleiterbauelement besonders kompakt ausgebildet werden. Insgesamt können der Materialbedarf und die Herstellungskosten reduziert werden.
Herstellungsschritte, die die Halbleiterschichtenfolge 200 betreffen, können bereits durchgeführt werden, noch bevor der Verbund 9 ausgebildet wird. Insbesondere kann das Aufwachssubstrat 29 bereits entfernt sein, bevor der Verbund 9 ausgebildet wird. Nach der Herstellung des Verbunds 9 sind abgesehen von der Vereinzelung keine weiteren Schritte erforderlich. Für die Bearbeitung der Halbleiterschichtenfolge 200 durchzuführende Prozesse müssen daher nicht auf die Herstellungstechnologie des Anschlussträgers, etwa die Silizium-Technologie, angepasst werden. Dies betrifft beispielsweise eine Anpassung von Prozessen der LED-Technologie auf die typischerweise größeren Wafer der Silizium-Technologie.
Die Bestückung des Anschlussträgerverbunds 60 mit Halbleiterkörpern 2 kann auf Wafer-Ebene erfolgen. Eine aufwändige einzelne Platzierung von Halbleiterkörpern ist also nicht erforderlich.
Durch die gemeinsame Vereinzelung der Halbleiterschichtenfolge 200 und des Anschlussträgerverbunds 60 entstehen optoelektronische Halbleiterbauelemente 1, die jeweils eine Mehrzahl von Emissionsbereichen 3 aufweisen, welche über die in den Anschlussträger 6 integrierte Ansteuerschaltung 65 unabhängig voneinander ansteuerbar sind.
Das optoelektronische Halbleiterbauelement 1 eignet sich beispielsweise als Lichtquelle in einem adaptiven Scheinwerfer für ein Kraftfahrzeug, für ein pixellierten Blitzlicht in einem handgehaltenen elektronischen Gerät wie einem Mobiltelefon oder generell für alle Anwendungen, bei denen im Betrieb des optoelektronischen Halbleiterbauelements eine räumliche Variation der Leistungsdichte der abgestrahlten Strahlung gewünscht ist.
Die Art der elektrischen Kontaktierung der einzelnen Emissionsbereiche 3 kann von dem beschriebenen Ausführungsbeispiel abweichend in weiten Grenzen variiert werden, solange in die aktiven Bereiche 20 der einzelnen Emissionsbereiche 3 Ladungsträger von entgegengesetzten Seiten injiziert werden und dort unter Emission von Strahlung rekombinieren können. Beispielsweise können auch die dem Anschlussträger 6 zugewandte erste Halbleiterschicht 21 mit einem gemeinsamen elektrischen Kontakt für die Emissionsbereiche 3 versehen und jeweils die zweite Halbleiterschicht 22 mit einem Schalter 650 der Ansteuerschaltung 65 elektrisch leitend verbunden sein.
Verschiedene Ausgestaltungen der elektrischen Kontaktierung von einzelnen Emissionsbereichen sind in der Druckschrift WO 2013/092304 A1 beschrieben, deren gesamter Offenbarungsgehalt diesbezüglich durch Rückbezug in die vorliegende Anmeldung aufgenommen wird.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele 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 den Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Bezugszeichenliste

1: optoelektronisches Halbleiterbauelement
2: Halbleiterkörper
20: aktiver Bereich
200: Halbleiterschichtenfolge
21: erste Halbleiterschicht
22: zweite Halbleiterschicht
25: Ausnehmung
26: Seitenfläche
27: äußere Umrandung
28: Aufrauung
29: Aufwachssubstrat
3: Emissionsbereich
41: erste Kontaktstelle
42: zweite Kontaktstelle
43: erste Kontaktierungsschicht
44: zweite Kontaktierungsschicht
440: Öffnung
45: Zwischenraum
5: Formkörper
50: Formmasse
55: ebene Fläche
6: Anschlussträger
60: Anschlussträgerverbund
61: Anschlussfläche
65: Ansteuerschaltung
650: Schalter
69: Verbindung
71: erste Isolationsschicht
72: zweite Isolationsschicht
8: Strahlungskonversionselement
9: Verbund
91: Vereinzelungslinie

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2013/092304 A1 [0072]

Claims

Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Halbleiterbauelements mit den Schritten: a) Bereitstellen einer Halbleiterschichtenfolge (200) mit einem zum Erzeugen von Strahlung vorgesehenen aktiven Bereich (20), der eine Mehrzahl von Emissionsbereichen (3) aufweist; b) Ausbilden einer Mehrzahl von ersten Kontaktstellen (41), die jeweils mit einem Emissionsbereich elektrisch leitend verbunden sind, auf der Halbleiterschichtenfolge; c) Befüllen der Zwischenräume (45) zwischen den ersten Kontaktstellen mit einer Formmasse (50); und d) Anordnen der Halbleiterschichtenfolge auf einem Anschlussträger (6) mit einer Ansteuerschaltung (65) und einer Mehrzahl von Anschlussflächen (61), wobei die ersten Kontaktstellen jeweils mit einer Anschlussfläche elektrisch leitend verbunden werden und die Emissionsbereiche mittels der Ansteuerschaltung unabhängig voneinander ansteuerbar sind.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Anschlussträger in einem Anschlussträgerverbund bereitgestellt wird und wobei der Anschlussträgerverbund und die Halbleiterschichtenfolge nach Schritt d) in eine Mehrzahl von Halbleiterbauelementen vereinzelt werden.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei beim Vereinzeln der Anschlussträgerverbund und die Formmasse durchtrennt werden.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei ein Aufwachssubstrat (29) für die Halbleiterschichtenfolge entfernt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Aufwachssubstrat vor Schritt d) entfernt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die ersten Kontaktstellen in Schritt c) vollständig überdeckt und nachfolgend freigelegt werden.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, wobei die ersten Kontaktstellen in Schritt c) vollständig überdeckt werden, das Aufwachssubstrat entfernt wird und die ersten Kontaktstellen nach dem Entfernen des Aufwachssubstrats freigelegt werden.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die ersten Kontaktstellen und die Anschlussstellen mittels einer direkten Bondverbindung miteinander verbunden werden.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei - der aktive Bereich zwischen einer ersten Halbleiterschicht (21) und einer zweiten Halbleiterschicht (22) angeordnet ist; - die ersten Kontaktstellen mit der ersten Halbleiterschicht elektrisch leitend verbunden sind; - die zweite Halbleiterschicht mit zumindest einer zweiten Kontaktstelle (42) elektrisch leitend verbunden wird; und - Material für die ersten Kontaktstellen und die zweiten Kontaktstellen in einem gemeinsamen Herstellungsschritt abgeschieden wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die ersten Kontaktstellen mittels galvanischer Abscheidung ausgebildet werden.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) mit einem Halbleiterkörper (2) mit einem zum Erzeugen von Strahlung vorgesehenen aktiven Bereich, wobei - der aktive Bereiche eine Mehrzahl von Emissionsbereichen (3) aufweist; - die Emissionsbereiche jeweils mit einer ersten Kontaktstelle (41) elektrisch leitend verbunden sind; - das optoelektronische Halbleiterbauelement einen Anschlussträger (6) mit einer Ansteuerschaltung (65) und einer Mehrzahl von Anschlussflächen (61) aufweist, wobei die ersten Kontaktstellen jeweils mit einer Anschlussfläche elektrisch leitend verbunden sind und die Emissionsbereiche mittels der Ansteuerschaltung unabhängig voneinander ansteuerbar sind; und - in Zwischenräumen (45) zwischen den ersten Kontaktstellen ein Formkörper (5) angeordnet ist, der an die ersten Kontaktstellen angeformt ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement nach Anspruch 11, wobei der Formkörper und die ersten Kontaktstellen an einer dem Anschlussträger zugewandten Seite eine ebene Fläche (55) bilden.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement nach Anspruch 11 oder 12, wobei der Formkörper und der Anschlussträger in lateraler Richtung zumindest stellenweise bündig abschließen.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei eine innerhalb einer äußeren Umrandung (27) des aktiven Bereichs verlaufende Fläche mindestens 80 % des Anschlussträgers überdeckt.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 11 bis 14, das nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 hergestellt ist.