DE102018123931A1

DE102018123931A1 - Optoelektronisches Halbleiterbauelement mit Saphirträger und Verfahren zur Herstellung des optoelektronischen Halbleiterbauelements

Info

Publication number: DE102018123931A1
Application number: DE102018123931.9A
Authority: DE
Inventors: Lutz Höppel; Attila Molnar
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2018-09-27
Filing date: 2018-09-27
Publication date: 2020-04-02
Also published as: US20210343902A1; WO2020064892A1

Abstract

Gemäß Ausführungsformen umfasst ein optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) einen optoelektronischen Halbleiterchip (15), ein Verbindungsmaterial (125), welches amorphes Aluminiumoxid enthält, und einen Saphirträger (120). Das Verbindungsmaterial (125) grenzt direkt an den Saphirträger (120) an. Der optoelektronische Halbleiterchip (10) ist über das Aluminiumoxid enthaltende Verbindungsmaterial (125) mit dem Saphirträger (120) verbunden.

Description

HINTERGRUND
Eine lichtemittierende Diode (LED) ist eine lichtemittierende Vorrichtung, die auf Halbleitermaterialien basiert. Beispielsweise umfasst eine LED einen pn-Übergang. Wenn Elektronen und Löcher miteinander im Bereich des pn-Übergangs rekombinieren, beispielsweise weil eine entsprechende Spannung angelegt wird, wird elektromagnetische Strahlung erzeugt.
Generell wird nach Konzepten gesucht, mit denen die Auskoppeleffizienz von optoelektronischen Halbleiterbauelementen verbessert werden kann.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes optoelektronischen Halbleiterbauelement und ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements zur Verfügung zu stellen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Aufgabe durch den Gegenstand und das Verfahren der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterentwicklungen sind in den abhängigen Patentansprüchen definiert.
ZUSAMMENFASSUNG
Gemäß Ausführungsformen umfasst ein optoelektronisches Halbleiterbauelement einen optoelektronischen Halbleiterchip, ein Verbindungsmaterial, welches amorphes Aluminiumoxid enthält, und einen Saphirträger. Das Verbindungsmaterial grenzt direkt an den Saphirträger an. Der optoelektronische Halbleiterchip ist über das amorphes Aluminiumoxid enthaltende Verbindungsmaterial mit dem Saphirträger verbunden.
Gemäß Ausführungsformen weist der optoelektronisches Halbleiterchip eine erste Halbleiterschicht von einem ersten Leitfähigkeitstyp und eine zweite Halbleiterschicht von einem zweiten Leitfähigkeitstyp auf, die einen Halbleiterschichtstapel ausbilden. Die erste Halbleiterschicht ist zwischen der zweiten Halbleiterschicht und dem Saphirträger angeordnet.
Beispielsweise kann eine von der zweiten Halbleiterschicht abgewandte erste Hauptoberfläche der ersten Halbleiterschicht aufgeraut sein. Eine von der ersten Halbleiterschicht abgewandte erste Hauptoberfläche des Verbindungsmaterials kann eine planare Oberfläche ausbilden.
Gemäß Ausführungsformen kann das Verbindungsmaterial direkt an die erste Halbleiterschicht angrenzen.
Das optoelektronische Halbleiterbauelement kann ferner eine erste Stromaufweitungsschicht, die mit der ersten Halbleiterschicht elektrisch leitend verbunden ist, aufweisen. Beispielsweise kann die erste Stromaufweitungsschicht auf einer von der zweiten Halbleiterschicht abgewandten Seite der ersten Halbleiterschicht angeordnet sein. Die erste Stromaufweitungsschicht kann direkt an die erste Halbleiterschicht angrenzen.
Gemäß Ausführungsformen ist eine erste Hauptoberfläche der ersten Halbleiterschicht aufgeraut und eine von der ersten Halbleiterschicht abgewandte erste Hauptoberfläche der ersten Stromaufweitungsschicht ist aufgeraut.
Beispielsweise kann die erste Stromaufweitungsschicht aus einem transparenten leitfähigen Material bestehen.
Das optoelektronische Halbleiterbauelement kann ferner eine dielektrische Zwischenschicht auf einer von der ersten Halbleiterschicht abgewandten Seite der ersten Stromaufweitungsschicht aufweisen.
Beispielsweise kann eine von der ersten Stromaufweitungsschicht abgewandte erste Hauptoberfläche der dielektrischen Zwischenschicht aufgeraut sein. Das Verbindungsmaterial kann zwischen der dielektrischen Zwischenschicht und dem Saphirträger angeordnet sein.
Die erste Stromaufweitungsschicht kann ganzflächig ausgebildet sein.
Gemäß weiteren Ausführungsformen kann die erste Stromaufweitungsschicht ringförmig ausgebildet sein.
Gemäß Ausführungsformen umfasst ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements das Ausbilden eines optoelektronischen Halbleiterchips, Ausbilden eines Verbindungsmaterials, welches amorphes Aluminiumoxid enthält, über dem optoelektronischen Halbleiterchip, und in Kontakt Bringen eines Saphirträgers mit dem Verbindungsmaterial und Verbinden des optoelektronischen Halbleiterchips mit dem Saphirträger über das Verbindungsmaterial.
Beispielsweise kann das Ausbilden des optoelektronischen Halbleiterchips das Ausbilden einer ersten Halbleiterschicht von einem ersten Leitfähigkeitstyp über einem Wachstumssubstrat und das Ausbilden einer zweiten Halbleiterschicht von einem zweiten Leitfähigkeitstyp über der ersten Halbleiterschicht umfassen.
Das Verfahren kann ferner das Aufbringen eines Zwischenträgers über der zweiten Halbleiterschicht und Ablösen des Wachstumssubstrats umfassen, wobei das amorphes Aluminiumoxid enthaltende Verbindungsmaterial und der Saphirträger auf einer Seite der ersten Halbleiterschicht aufgebracht werden.
Das Verfahren kann weiterhin das Aufrauen einer ersten Hauptoberfläche der ersten Halbleiterschicht vor Aufbringen des amorphes Aluminiumoxid enthaltenden Verbindungsmaterials umfassen.
Gemäß Ausführungsformen umfasst das Verfahren weiterhin das Ausbilden einer ersten Stromverteilungsschicht über der ersten Halbleiterschicht nach Ablösen des Wachstumssubstrats.
Figurenliste
Die begleitenden Zeichnungen dienen dem Verständnis von Ausführungsbeispielen der Erfindung. Die Zeichnungen veranschaulichen Ausführungsbeispiele und dienen zusammen mit der Beschreibung deren Erläuterung. Weitere Ausführungsbeispiele und zahlreiche der beabsichtigten Vorteile ergeben sich unmittelbar aus der nachfolgenden Detailbeschreibung. Die in den Zeichnungen gezeigten Elemente und Strukturen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander dargestellt. Gleiche Bezugszeichen verweisen auf gleiche oder einander entsprechende Elemente und Strukturen.

1A zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß Ausführungsformen.
1B zeigt eine schematische vertikale Querschnittsansicht eines optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß weiteren Ausführungsformen.
2A und 2B zeigen schematische Querschnittsansichten eines optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß weiteren Ausführungsformen.
2C zeigt ein schematisches Layout eines optoelektronischen Halbleiterbauelements.
3A bis 3D zeigen schematische vertikale Querschnittsansichten eines Werkstücks bei Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß Ausführungsformen.
4 fasst ein Verfahren gemäß Ausführungsformen zusammen.

DETAILBESCHREIBUNG
In der folgenden Detailbeschreibung wird auf die begleitenden Zeichnungen Bezug genommen, die einen Teil der Offenbarung bilden und in denen zu Veranschaulichungszwecken spezifische Ausführungsbeispiele gezeigt sind. In diesem Zusammenhang wird eine Richtungsterminologie wie „Oberseite“, „Boden“, „Vorderseite“, „Rückseite“, „über“, „auf“, „vor“, „hinter“, „vorne“, „hinten“ usw. auf die Ausrichtung der gerade beschriebenen Figuren bezogen. Da die Komponenten der Ausführungsbeispiele in unterschiedlichen Orientierungen positioniert werden können, dient die Richtungsterminologie nur der Erläuterung und ist in keiner Weise einschränkend.
Die Beschreibung der Ausführungsbeispiele ist nicht einschränkend, da auch andere Ausführungsbeispiele existieren und strukturelle oder logische Änderungen gemacht werden können, ohne dass dabei vom durch die Patentansprüche definierten Bereich abgewichen wird. Insbesondere können Elemente von im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen mit Elementen von anderen der beschriebenen Ausführungsbeispiele kombiniert werden, sofern sich aus dem Kontext nichts anderes ergibt.
Die hier beschriebenen Halbleiterschichten können insbesondere einkristalline, die beispielsweise epitaktisch gewachsen sein können. Je nach Verwendungszweck kann der Halbleiter auf einem direkten oder einem indirekten Halbleitermaterial basieren. Beispiele für zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung besonders geeignete Halbleitermaterialien umfassen insbesondere Nitrid-Halbleiterverbindungen, durch die beispielsweise ultraviolettes, blaues oder langwelligeres Licht erzeugt werden kann, wie beispielsweise GaN, InGaN, AlN, AlGaN, AlGaInN, Phosphid-Halbleiterverbindungen, durch die beispielsweise grünes oder langwelligeres Licht erzeugt werden kann, wie beispielsweise GaAsP, AlGaInP, GaP, AlGaP, sowie weitere Halbleitermaterialien wie AlGaAs, SiC, ZnSe, GaAs, ZnO, Ga₂O₃, Diamant, hexagonales BN und Kombinationen der genannten Materialien. Das stöchiometrische Verhältnis der Verbindungshalbleitermaterialien kann variieren. Weitere Beispiele für Halbleitermaterialien können Silizium, Silizium-Germanium und Germanium umfassen. Im Kontext der vorliegenden Beschreibung schließt der Begriff „Halbleiter“ auch organische Halbleitermaterialien ein.
Der Begriff „Substrat“ umfasst generell isolierende, leitende oder Halbleitersubstrate.
Die Begriffe „lateral“ und „horizontal“, wie in dieser Beschreibung verwendet, sollen eine Orientierung oder Ausrichtung beschreiben, die im Wesentlichen parallel zu einer ersten Oberfläche eines Substrats oder Halbleiterkörpers verläuft.
Dies kann beispielsweise die Oberfläche eines Wafers oder eines Chips (Die) sein.
Die horizontale Richtung kann beispielsweise in einer Ebene senkrecht zu einer Wachstumsrichtung beim Aufwachsen von Schichten liegen.
Der Begriff „vertikal“, wie er in dieser Beschreibung verwendet wird, soll eine Orientierung beschreiben, die im Wesentlichen senkrecht zu der ersten Oberfläche eines Substrats oder Halbleiterkörpers verläuft. Die vertikale Richtung kann beispielsweise einer Wachstumsrichtung beim Aufwachsen von Schichten entsprechen.
Soweit hier die Begriffe „haben“, „enthalten“, „umfassen“, „aufweisen“ und dergleichen verwendet werden, handelt es sich um offene Begriffe, die auf das Vorhandensein der besagten Elemente oder Merkmale hinweisen, das Vorhandensein von weiteren Elementen oder Merkmalen aber nicht ausschließen. Die unbestimmten Artikel und die bestimmten Artikel umfassen sowohl den Plural als auch den Singular, sofern sich aus dem Zusammenhang nicht eindeutig etwas anderes ergibt.
Im Kontext dieser Beschreibung bedeutet der Begriff „elektrisch verbunden“ eine niederohmige elektrische Verbindung zwischen den verbundenen Elementen. Die elektrisch verbundenen Elemente müssen nicht notwendigerweise direkt miteinander verbunden sein. Weitere Elemente können zwischen elektrisch verbundenen Elementen angeordnet sein.
Der Begriff „elektrisch verbunden“ umfasst auch Tunnelkontakte zwischen den verbundenen Elementen.
1A zeigt eine schematische vertikale Querschnittsansicht eines optoelektronischen Bauelements gemäß Ausführungsformen. Das optoelektronische Halbleiterbauelement 10 weist einen optoelektronischen Halbleiterchip 15, ein Verbindungsmaterial (interface material) 125 sowie einen Saphirträger 120 auf. Das Verbindungsmaterial 125 enthält amorphes Aluminiumoxid und grenzt direkt an den Saphirträger an. Der optoelektronische Halbleiterchip 15 ist über das amorphes Aluminiumoxid enthaltende Verbindungsmaterial 125 mit dem Saphirträger 120 mechanisch verbunden.
Beispielsweise umfasst der Halbleiterchip 15 eine erste Halbleiterschicht 110 von einem ersten Leitfähigkeitstyp, beispielsweise n-Typ und eine zweite Halbleiterschicht 100 von einem zweiten Leitfähigkeitstyp, beispielsweise p-Typ. Die erste und die zweite Halbleiterschicht können einen Halbleiterschichtstapel ausbilden, wobei die erste Halbleiterschicht 110 zwischen der zweiten Halbleiterschicht 100 und dem Saphirträger 120 angeordnet ist. Eine aktive Zone 105 kann zwischen der ersten Halbleiterschicht 110 und der zweiten Halbleiterschicht 100 angeordnet sein.
Die aktive Zone kann beispielsweise einen pn-Übergang, eine Doppelheterostruktur, eine Einfach-Quantentopf-Struktur (SQW, single quantum well) oder eine Mehrfach-Quantentopf-Struktur (MQW, multi quantum well) zur Strahlungserzeugung aufweisen. Die Bezeichnung „Quantentopf-Struktur“ entfaltet hierbei keine Bedeutung hinsichtlich der Dimensionalität der Quantisierung. Sie umfasst somit unter anderem Quantentröge, Quantendrähte und Quantenpunkte sowie jeder Kombination dieser Schichten.
Beispielsweise ist der optoelektronische Halbleiterchip 15 in Dünnfilmtechnologie ausgeführt. Wie auch nachfolgend noch ausgeführt werden wird, können derartige Dünnfilm-Halbleiterchips hergestellt werden, indem eine Halbleiterschichtfolge nach epitaktischem Aufwachsen von dem Wachstumssubstrat getrennt wird. Sodann wird die Halbleiterschichtfolge auf einen von dem Wachstumssubstrat verschiedenen Träger, beispielsweise einen Saphirträger, aufgebracht. Beispielsweise hat der Halbleiterschichtstapel eine Schichtdicke von weniger als 10 µm. Sowohl die erste als auch zweite Halbleiterschicht 110, 100 können GaN enthalten und können beispielsweise aus einem GaN-haltigen Verbindungshalbleitermaterial aufgebaut sein. Eine Schichtdicke der ersten Halbleiterschicht 110 kann beispielsweise größer als 3 µm sein. Die Schichtdicke kann weiterhin kleiner als 7 µm sein. Eine Schichtdicke der zweiten Halbleiterschicht 100 kann beispielsweise kleiner als 1 µm sein, beispielsweise mehr als 60 nm und weniger als 250 nm.
Gemäß Ausführungsformen ist vorgesehen, dass der optoelektronische Halbleiterchip 15 über das amorphes Aluminiumoxid enthaltende Verbindungsmaterial 125 mit dem Saphirträger 120 verbunden ist. Das heißt, anstelle eines üblicherweise verwendeten Klebers kann amorphes Aluminiumoxid oder ein amorphes Aluminiumoxid enthaltendes Verbindungsmaterial verwendet werden. Das amorphes Aluminiumoxid enthaltende Verbindungsmaterial 125 grenzt direkt an die erste Halbleiterschicht 110 an. Aufgrund der Tatsache, dass amorphes Aluminiumoxid und Saphir dieselbe chemische Zusammensetzung haben, weisen Verbindungsmaterial 125 und Saphirträger 120 denselben oder einen ähnlichen Brechungsindex auf. Als Folge können Rückreflexionen an der Grenzfläche zwischen Verbindungsmaterial 125 und Saphirträger 120 vermieden werden. Als Ergebnis kann auf diese Weise der Übergang von Licht aus dem optoelektronischen Halbleiterchip in den transparenten Träger 120 verbessert werden. Das amorphe Aluminiumoxid enthaltende Verbindungsmaterial 125 kann beispielsweise amorphes Aluminiumoxid enthalten oder aus amorphem Aluminiumoxid bestehen. Der Begriff Aluminiumoxid schließt Al₂O₃ und andere Aluminiumoxide mit unterschiedlichem stöchiometrischem Verhältnis ein. Für optoelektronische Halbleiterbauelemente verwendete Saphirträger sind aus einkristallinem Aluminiumoxid aufgebaut. Das Verbindungsmaterial unterscheidet sich von dem Saphirträger durch seine amorphe Eigenschaft. Dadurch, dass, wie nachfolgend erläutert werden wird, das Verbindungsmaterial beispielsweise durch Sputtern oder andere Abscheideverfahren über dem optoelektronischen Halbleiterchip aufgebracht wird, ist das Verbindungsmaterial nicht kristallin sondern weitestgehend amorph. Dadurch, dass das Verbinden mit dem Saphirträger über das amorphes Aluminiumoxid enthaltende Verbindungsmaterial erfolgt, ist es möglich, die Verbindung ohne ein organische Materialien enthaltendes Medium, beispielsweise BCB (Benzocyclobuten) oder Silikon, zu erreichen. Entsprechend wird eine maximale Lichtstabilität erreicht.
Gemäß Ausführungsformen kann, wie in 1A dargestellt, eine erste Hauptoberfläche 111 der ersten Halbleiterschicht 110 aufgeraut sein. Der untere Teil der 1A zeigt einen Teil der Grenzfläche zwischen erster Halbleiterschicht 110 und Verbindungsmaterial 125. Die Rauigkeit der ersten Hauptoberfläche 111 der ersten Halbleiterschicht 110 ist derart ausgeführt, dass die Rauigkeit mehr als 300 nm, beispielsweise 300 bis 500 nm oder mehr, beispielsweise bis zu 1,5 µm beträgt. Diese Rauigkeit gibt die Höhe h von Erhebungen 127 gegenüber einer gedachten Basislinie 128 an. Die Basislinie 128 bezeichnet diejenige horizontale Oberfläche, die vollständig mit der ersten Halbleiterschicht 110 belegt ist. Anders ausgedrückt, kann die erste Hauptoberfläche 111 der ersten Halbleiterschicht 110 eine Vielzahl von Vertiefungen und Erhebungen aufweisen. Dabei bezeichnet die Basislinie 128 diejenige horizontale Ebene, die in der ersten Halbleiterschicht 110 liegt und die maximale(n) Vertiefung(en) oder Erhebung(en) berührt. Bezogen auf diese Basislinie 128 haben die Erhebungen eine maximale Höhe h. Eine horizontale Abmessung der Erhebungen 127 kann bis zu dem Zehnfachen der angegebenen Werte für die Höhe betragen. Durch die Aufrauhung kann eine ortsabhängig variable Brechung des emittierten Lichts bewirkt werden. Als Ergebnis findet ein großes Maß an Streuung an der Grenzfläche zwischen dem Verbindungsmaterial 125 und dem angrenzenden Material, beispielsweise der ersten Halbleiterschicht 110 statt.
Das amorphes Aluminiumoxid enthaltende Verbindungsmaterial 125 weist eine Schichtdicke d auf, die größer als die Höhe h der Erhebungen 127 ist. Eine erste Hauptoberfläche 126 des Verbindungsmaterials 125 ist als eine planare Oberfläche ausgeführt. Das optoelektronische Halbleiterbauelement 10 kann weiterhin ein erstes Kontaktelement 113 umfassen, durch das die erste Halbleiterschicht 110 kontaktierbar ist. Weiterhin kann das optoelektronische Halbleiterbauelement ein zweites Kontaktelement 117 aufweisen, über das die zweite Halbleiterschicht 100 kontaktierbar ist. Beispielsweise ist eine zweite Stromaufweitungsschicht 115 vorgesehen, über die die zweite Halbleiterschicht 100 angeschlossen werden kann. Die zweite Stromaufweitungsschicht 115 kann beispielsweise großflächig ausgebildet sein. Das erste Kontaktelement 113 kann sich auch teilweise bis in die erste Halbleiterschicht 110 hinein erstrecken. Von dem optoelektronischen Halbleiterbauelement 10 emittierte elektromagnetische Strahlung kann beispielsweise über eine erste Hauptoberfläche 121 sowie über Seitenflächen des Saphirträgers 120 emittiert werden.
1B zeigt eine vertikale Querschnittsansicht des optoelektronischen Halbleiterbauelements 10 gemäß weiteren Ausführungsformen. Abweichend zu dem in 1A dargestellten Halbleiterbauelement ist hier die erste Hauptoberfläche 111 der ersten Halbleiterschicht 110 als planare Oberfläche ausgebildet. Weiterhin ist eine dielektrische Zwischenschicht 130 zwischen erster Halbleiterschicht 110 und dem amorphes Aluminiumoxid enthaltenden Verbindungsmaterial 125 angeordnet. Beispielsweise kann die dielektrische Zwischenschicht 130 direkt an die erste Halbleiterschicht 110 angrenzen. Weiterhin kann die dielektrische Zwischenschicht 130 direkt an das amorphes Aluminiumoxid enthaltende Verbindungsmaterial 125 angrenzen. Beispielsweise kann eine erste Hauptoberfläche 131 der dielektrischen Zwischenschicht in ähnlicher Weise wie vorstehend in Bezug auf die erste Halbleiterschicht 110 erläutert strukturiert sein. Die dielektrische Zwischenschicht 130 umfasst ein transparentes Material. Beispielsweise kann die dielektrische Zwischenschicht ein transparentes Polymer oder eine beliebige transparente dielektrische Schicht, beispielsweise Siliziumoxid, Siliziumnitrid oder eine Kombination dieser Materialien umfassen.
Gemäß weiteren Ausführungsformen kann das optoelektronische Halbleiterbauelement zusätzlich eine erste Stromaufweitungsschicht 112 aufweisen, die in Kontakt mit der ersten Halbleiterschicht 110 ausgebildet ist, wie in 2A veranschaulicht ist. Beispielsweise kann die erste Stromaufweitungsschicht 112 lichtdurchlässig sein und beispielsweise aus einem leitfähigen Oxid, wie beispielsweise ITO (Indium-Zinnoxid), Indium-Zinkoxid, Zinkoxid und anderen aufgebaut sein. Beispielsweise kann die erste Stromaufweitungsschicht 112 eine Schichtdicke von weniger als 100 nm haben. Beispielsweise kann eine Schichtdicke mehr als 30 nm, beispielsweise 50 oder 60 nm betragen. Die erste Stromaufweitungsschicht 112 kann beispielsweise ganzflächig ausgebildet sein. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann sie aber auch nur über einem Teil der ersten Hauptoberfläche 111 der ersten Halbleiterschicht 110 ausgebildet sein. Sie kann beispielsweise symmetrisch über dem Halbleiterbauelement ausgebildet sein. Beispielsweise kann die erste Stromaufweitungsschicht 112 einen Ring ausbilden, wie nachstehend unter Bezugnahme auf 2C noch erläutert werden wird. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann sie aber auch in anderer Weise strukturiert sein, beispielsweise durch Ausbildung von leitfähigen Fingern. Die Schichtdicke der ersten Stromaufweitungsschicht 112 kann beispielsweise derart bemessen sein, dass bei nicht ganzflächiger Ausbildung der ersten Stromaufweitungsschicht 112 innerhalb des optoelektronischen Halbleiterbauelements keine Topographie erzeugt wird.
Gemäß Ausführungsformen, die in 2A gezeigt sind, ist die erste Hauptoberfläche 111 der ersten Halbleiterschicht 110 ähnlich wie in 1A dargestellt strukturiert. Eine von der ersten Halbleiterschicht 110 abgewandte Oberfläche der ersten Stromaufweitungsschicht 112 kann ebenfalls aufgeraut sein. Beispielsweise kann die erste Stromaufweitungsschicht 112 konform ausgebildet sein. Das amorphes Aluminiumoxid enthaltende Verbindungsmaterial 125 ist, wie in 2A dargestellt ist, angrenzend an die erste Stromaufweitungsschicht 112 angeordnet. Eine erste Hauptoberfläche 126 des Verbindungsmaterials ist planar ausgebildet. Der Saphirträger 120 grenzt an das amorphes Aluminiumoxid enthaltende Verbindungsmaterial 125 an.
Gemäß Ausführungsformen, die in 2B dargestellt sind, ist die erste Hauptoberfläche 111 der ersten Halbleiterschicht 110 planar ausgebildet. Die erste Stromaufweitungsschicht 112 grenzt an die erste Hauptoberfläche 111 der ersten Halbleiterschicht 110 an und ist ebenfalls planar ausgebildet. Weiterhin ist eine dielektrische Zwischenschicht 130 zwischen erster Stromaufweitungsschicht 112 und dem amorphes Aluminiumoxid enthaltenden Verbindungsmaterial 125 angeordnet. Eine erste Hauptoberfläche 131 der dielektrischen Zwischenschicht ist aufgeraut, so dass die Grenzfläche zwischen der dielektrischen Zwischenschicht 131 und dem amorphes Aluminiumoxid enthaltenden Verbindungsmaterial 125 aufgeraut ist. Der Saphirträger 120 grenzt an das Verbindungsmaterial 125 an. Dadurch, dass die entsprechenden Schichten eine Oberflächenrauigkeit aufweisen, kann die Auskoppeleffizienz des emittierten Lichts erhöht werden.
Dadurch, dass gemäß Ausführungsformen zusätzlich die erste Stromaufweitungsschicht 112 vorgesehen wird, ist es möglich, die erste Halbleiterschicht 110 großflächiger anzuschließen, verglichen mit einem Fall, in dem keine erste Stromaufweitungsschicht vorliegt. Insbesondere kann vermieden werden, dass jeweils unterschiedliche Bereiche des optoelektronischen Halbleiterchips 15 mit unterschiedlichen Potentialen verbunden werden. Weiterhin können durch das Vorsehen der ersten Stromaufweitungsschicht zusätzliche Kontakte zur Kontaktierung der ersten Halbleiterschicht 110 eingespart werden. Als Ergebnis kann die Effizienz des Bauelements verbessert werden.
Aufgrund des mit der Herstellung der ersten Stromverteilungsschicht verbundenen Aufwands ist bislang eine erste Stromaufweitungsschicht zwischen der ersten Halbleiterschicht 110 und dem Saphirträger 120 vermieden worden. Dadurch, dass wie nachstehend beschrieben werden wird, das Aufbringen des amorphes Aluminiumoxid enthaltenden Verbindungsmaterials 125 separat durchgeführt wird, kann die erste Stromaufweitungsschicht 112 mit unbeträchtlichem Zusatzaufwand bereitgestellt werden.
2C zeigt ein schematisches Layout eines Halbleiterbauelements 10. Das zweite Kontaktelement 117 kann streifenförmig, beispielsweise als Kreuz ausgeführt sein und sich horizontal über das Halbleiterbauelement 10 erstrecken. Die zweite Stromaufweitungsschicht 115 kann ganzflächig über dem Halbleiterbauelement bzw. Halbleiterchip 15 ausgebildet sein und lediglich die Bereiche, in denen das erste Kontaktelement 113 angeordnet ist, ausgespart sein. Die erste Stromaufweitungsschicht 112 kann beispielsweise zu einem ringförmigen Bereich strukturiert sein. Die erste Stromaufweitungsschicht 112 kann aber auch unstrukturiert sein.
Gemäß Ausführungsformen können, da die erste und die zweite Stromaufweitungsschicht 112, 115 auf jeweils gegenüberliegenden Seiten des Halbleiterschichtstapels ausgebildet sind, die zweite und gegebenenfalls die erste Stromaufweitungsschicht 115, 112 großflächig ausgebildet sein.
Die 3A bis 3D veranschaulichen ein Werkstück 14 bei Durchführung eines Verfahrens zur Herstellung des beschriebenen Halbleiterbauelements. Eine erste Halbleiterschicht 110 von einem ersten Leitfähigkeitstyp, eine aktive Zone 105 sowie eine zweite Halbleiterschicht 100 von einem zweiten Leitfähigkeitstyp können über einem geeigneten Wachstumssubstrat 140, beispielsweise aus GaN, epitaktisch aufgewachsen werden. Anschließend wird der aufgebrachte Schichtstapel über ein Verbindungsmaterial bzw. einen Klebstoff 141 mit einem Zwischenträger 142 verbunden. 3A zeigt eine vertikale Querschnittsansicht eines Beispiels eines Werkstücks 14. Anschließend wird der Halbleiterschichtstapel, beispielsweise durch ein Laser-Lift-off-Verfahren von dem Wachstumssubstrat 140 abgelöst. Gemäß Ausführungsformen wird eine erste Hauptoberfläche 111 der ersten Halbleiterschicht 110 aufgeraut, beispielsweise durch Ätzen, beispielsweise in heißer KOH.
3B zeigt eine vertikale Querschnittsansicht eines Werkstücks nach diesem Verfahrensschritt. Anschließend kann ein amorphes Aluminiumoxid enthaltendes Verbindungsmaterial 125 auf der ersten Hauptoberfläche 111 der ersten Halbleiterschicht 110 aufgebracht werden. Beispielsweise kann das Aluminiumoxid enthaltende Verbindungsmaterial 125 durch Sputtern, durch ein PVD-Verfahren oder durch ein ALD („atomic layer deposition“) Verfahren aufgebracht werden. Dabei ist wichtig, dass die erste Hauptoberfläche 126 des Verbindungsmaterials extrem plan ist. Bei hoher Planarität der ersten Hauptoberfläche 126 können an der Oberfläche vorliegende freie OH-Gruppen mit den OH-Gruppen des später aufzubringenden Saphirträgers 120 großflächig verbunden werden.
Sodann wird ein Saphirträger 120 in Kontakt mit dem amorphes Aluminiumoxid enthaltenden Verbindungsmaterial 125 gebracht. Beim Verbindungsprozess entsteht auf beiden Seiten eine kovalente Bindung zwischen Aluminium und Sauerstoff über die OH-Gruppen des Saphirsubstrats und dem Verbindungsmaterial 125 unter Abspaltung von Wasser oder Wasserstoff.
3C zeigt eine vertikale Querschnittsansicht eines sich ergebenden Werkstücks. Sodann wird der Zwischenträger 142 und gegebenenfalls verbleibende Klebstoffreste 141 von der freiliegenden Oberfläche der zweiten Halbleiterschicht 100 entfernt. 3D zeigt eine vertikale Querschnittsansicht eines sich ergebenden Werkstücks. Sodann können weitere Schichten zum Kontaktieren der ersten und zweiten Halbleiterschicht aufgebracht werden.
Abweichend von dem in den 3A bis 3D beschriebenen Verfahrensablauf können nach Ablösen des Wachstumssubstrats 140 gegebenenfalls dielektrische Zwischenschichten und/oder die erste Stromverteilungsschicht 112 über der ersten Hauptoberfläche 111 der ersten Halbleiterschicht 110 aufgebracht werden. Weiterhin können alternative Strukturierungsverfahren zum Aufrauen von beispielsweise der dielektrischen Zwischenschicht durchgeführt werden.
4 fasst ein Verfahren gemäß Ausführungsformen zusammen. Ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements umfasst das Ausbilden (S100) eines optoelektronischen Halbleiterchips, das Ausbilden (S110) eines Verbindungsmaterials, welches amorphes Aluminiumoxid enthält, über dem optoelektronischen Halbleiterchip, das in Kontakt Bringen (S120) eines Saphirträgers mit dem Verbindungsmaterial und Verbinden des optoelektronischen Halbleiterchips mit dem Saphirträger über das Verbindungsmaterial.
Gemäß Ausführungsformen umfasst das Ausbilden (S100) des optoelektronischen Halbleiterchips das Ausbilden (S101) einer ersten Halbleiterschicht von einem ersten Leitfähigkeitstyp über einem Wachstumssubstrat und das Ausbilden (S102) einer zweiten Halbleiterschicht von einem zweiten Leitfähigkeitstyp über der ersten Halbleiterschicht. Das Verfahren kann ferner das Aufbringen (S103) eines Zwischenträgers über der zweiten Halbleiterschicht und das Ablösen (S104) des Wachstumssubstrats umfassen. Dabei werden das amorphes Aluminiumoxid enthaltende Verbindungsmaterial und der Saphirträger auf einer Seite der ersten Halbleiterschicht aufgebracht.
Obwohl hierin spezifische Ausführungsformen veranschaulicht und beschrieben worden sind, werden Fachleute erkennen, dass die gezeigten und beschriebenen spezifischen Ausführungsformen durch eine Vielzahl von alternativen und/oder äquivalenten Ausgestaltungen ersetzt werden können, ohne vom Schutzbereich der Erfindung abzuweichen. Die Anmeldung soll jegliche Anpassungen oder Variationen der hierin diskutierten spezifischen Ausführungsformen abdecken. Daher wird die Erfindung nur durch die Ansprüche und deren Äquivalente beschränkt.
Bezugszeichenliste

10: Optoelektronisches Halbleiterbauelement
14: Werkstück
15: Optoelektronischer Halbleiterchip
20: emittierte Strahlung
100: zweite Halbleiterschicht
105: aktive Zone
110: erste Halbleiterschicht
111: erste Hauptoberfläche der ersten Halbleiterschicht
112: erste Stromaufweitungsschicht
113: erstes Kontaktelement
115: zweite Stromaufweitungsschicht
117: zweites Kontaktelement
120: Saphirträger
121: erste Hauptoberfläche des Saphirträgers
125: Verbindungsmaterial
126: erste Hauptoberfläche des Verbindungsmaterials
127: Erhebung
128: Basislinie
130: dielektrische Zwischenschicht
131: erste Hauptoberfläche der dielektrischen Zwischenschicht
140: Wachstumssubstrat
141: Klebstoff
142: Zwischenträger

Claims

Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) mit einem optoelektronischen Halbleiterchip (15), einem Verbindungsmaterial (125), welches amorphes Aluminiumoxid enthält, und einem Saphirträger (120), wobei das Verbindungsmaterial (125) direkt an den Saphirträger (120) angrenzt und der optoelektronische Halbleiterchip (15) über das amorphes Aluminiumoxid enthaltende Verbindungsmaterial (125) mit dem Saphirträger (120) verbunden ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) nach Anspruch 1, bei dem der optoelektronisches Halbleiterchip (15) eine erste Halbleiterschicht (110) von einem ersten Leitfähigkeitstyp und eine zweite Halbleiterschicht (100) von einem zweiten Leitfähigkeitstyp aufweist, die einen Halbleiterschichtstapel ausbilden, wobei die erste Halbleiterschicht (110) zwischen der zweiten Halbleiterschicht (100) und dem Saphirträger (120) angeordnet ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) nach Anspruch 2, wobei eine von der zweiten Halbleiterschicht (100) abgewandte erste Hauptoberfläche (111) der ersten Halbleiterschicht (110) aufgeraut ist und eine von der ersten Halbleiterschicht (110) abgewandte erste Hauptoberfläche (126) des Verbindungsmaterials (125) eine planare Oberfläche ausbildet.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) nach Anspruch 2 oder 3, bei dem das Verbindungsmaterial (125) direkt an die erste Halbleiterschicht (110) angrenzt.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, ferner mit einer ersten Stromaufweitungsschicht (112), die mit der ersten Halbleiterschicht (110) elektrisch leitend verbunden ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) nach Anspruch 5, bei dem die erste Stromaufweitungsschicht (112) auf einer von der zweiten Halbleiterschicht (100) abgewandten Seite der ersten Halbleiterschicht (110) angeordnet ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) nach Anspruch 6, bei dem die erste Stromaufweitungsschicht (112) direkt an die erste Halbleiterschicht (110) angrenzt.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) nach einem der Ansprüche 5 oder 7, bei dem eine erste Hauptoberfläche (111) der ersten Halbleiterschicht (110) aufgeraut ist und eine von der ersten Halbleiterschicht (110) abgewandte erste Hauptoberfläche der ersten Stromaufweitungsschicht (112) aufgeraut ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, bei dem die erste Stromaufweitungsschicht (112) aus einem transparenten leitfähigen Material besteht.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) nach einem der Ansprüche 5 bis 7 und 9, ferner mit einer dielektrischen Zwischenschicht (130) auf einer von der ersten Halbleiterschicht (110) abgewandten Seite der ersten Stromaufweitungsschicht (112).
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) nach Anspruch 10, bei dem eine von der ersten Stromaufweitungsschicht (112) abgewandte erste Hauptoberfläche (131) der dielektrischen Zwischenschicht (130) aufgeraut ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) nach Anspruch 10 oder 11, bei dem das Verbindungsmaterial (125) zwischen der dielektrischen Zwischenschicht (130) und dem Saphirträger (120) angeordnet ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) nach einem der Ansprüche 6 bis 12, bei dem die erste Stromaufweitungsschicht (112) ganzflächig ausgebildet ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) nach einem der Ansprüche 6 bis 12, bei dem die erste Stromaufweitungsschicht (112) ringförmig ausgebildet ist.
Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements umfassend: Ausbilden (S100) eines optoelektronischen Halbleiterchips, Ausbilden (S110) eines Verbindungsmaterials, welches amorphes Aluminiumoxid enthält, über dem optoelektronischen Halbleiterchip, und In Kontakt Bringen (S120) eines Saphirträgers mit dem Verbindungsmaterial und Verbinden des optoelektronischen Halbleiterchips mit dem Saphirträger über das Verbindungsmaterial.
Verfahren nach Anspruch 15, bei dem das Ausbilden des optoelektronischen Halbleiterchips (S100) das Ausbilden einer ersten Halbleiterschicht (S101) von einem ersten Leitfähigkeitstyp über einem Wachstumssubstrat und das Ausbilden (S102) einer zweiten Halbleiterschicht von einem zweiten Leitfähigkeitstyp über der ersten Halbleiterschicht umfasst.
Verfahren nach Anspruch 16, ferner mit Aufbringen (S103) eines Zwischenträgers über der zweiten Halbleiterschicht und Ablösen des Wachstumssubstrats (S104), wobei das amorphes Aluminiumoxid enthaltende Verbindungsmaterial und der Saphirträger auf einer Seite der ersten Halbleiterschicht aufgebracht werden.
Verfahren nach Anspruch 17, ferner mit Aufrauen einer ersten Hauptoberfläche der ersten Halbleiterschicht vor Aufbringen des amorphes Aluminiumoxid enthaltenden Verbindungsmaterials.
Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, ferner mit Ausbilden einer ersten Stromverteilungsschicht über der ersten Halbleiterschicht nach Ablösen des Wachstumssubstrats.