DE102018123932A1 - Optoelektronisches Bauelement mit dielektrischer Spiegelschicht und Verfahren zur Herstellung des optoelektronischen Bauelements - Google Patents

Optoelektronisches Bauelement mit dielektrischer Spiegelschicht und Verfahren zur Herstellung des optoelektronischen Bauelements Download PDF

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Abstract

Ein optoelektronisches Bauelement (10) umfasst einen optoelektronischen Halbleiterchip (11), der geeignet ist, elektromagnetische Strahlung (15) zu emittieren. Der optoelektronische Halbleiterchip (11) weist eine erste Halbleiterschicht (140) von einem ersten Leitfähigkeitstyp, eine zweite Halbleiterschicht (150) von einem zweiten Leitfähigkeitstyp, eine erste und eine zweite Stromverteilungsschicht (120, 130), eine dielektrische Spiegelschicht (115) sowie eine Vielzahl erster elektrischer Verbindungselemente (125) auf. Die erste Halbleiterschicht (140) und die zweite Halbleiterschicht (150) sind übereinandergestapelt. Von dem optoelektronischen Halbleiterchip (11) emittierte elektromagnetische Strahlung (15) wird über eine erste Hauptoberfläche (110) der zweiten Halbleiterschicht (150) ausgegeben. Die erste Stromverteilungsschicht (120) und die zweite Stromverteilungsschicht (130) sind auf einer von der zweiten Halbleiterschicht (150) abgewandten Seite der ersten Halbleiterschicht (140) angeordnet. Die dielektrische Spiegelschicht (115) ist zwischen der ersten Halbleiterschicht (140) und der ersten Stromverteilungsschicht (120) angeordnet. Die Vielzahl erster elektrischer Verbindungselemente (125) erstrecken sich durch die dielektrische Spiegelschicht (115) und sind geeignet, die erste Halbleiterschicht (140) mit der ersten Stromverteilungsschicht (180) elektrisch zu verbinden. Die zweite Stromverteilungsschicht (130) ist mit der zweiten Halbleiterschicht elektrisch 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.
  • Elektrische Kontakte zum Kontaktieren der p- und n-leitenden Schicht können auf einer von der Lichtemission abgewandten Seite der Halbleiterschichten liegen. Generell wird nach Konzepten gesucht, mit denen derartige Flip-Chip-Bauelemente weiter verbessert werden können.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes optoelektronisches Bauelement sowie ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements 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 enthält ein optoelektronisches Bauelement einen optoelektronischen Halbleiterchip, der geeignet ist, elektromagnetische Strahlung zu emittieren. Der optoelektronische Halbleiterchip weist eine erste Halbleiterschicht von einem ersten Leitfähigkeitstyp, eine zweite Halbleiterschicht von einem zweiten Leitfähigkeitstyp, eine erste und eine zweite Stromverteilungsschicht, eine dielektrische Spiegelschicht und eine Vielzahl erster elektrischer Verbindungselemente auf. Die erste Halbleiterschicht und die zweite Halbleiterschicht sind übereinandergestapelt. Von dem optoelektronischen Halbleiterchip emittierte elektromagnetische Strahlung wird über eine erste Hauptoberfläche der zweiten Halbleiterschicht ausgegeben. Die erste Stromverteilungsschicht ist auf einer von der zweiten Halbleiterschicht abgewandten Seite der ersten Halbleiterschicht angeordnet. Die dielektrische Spiegelschicht ist zwischen der ersten Halbleiterschicht und der ersten Stromverteilungsschicht angeordnet ist. Die Vielzahl erster elektrischer Verbindungselemente erstreckt sich durch die dielektrische Spiegelschicht und ist geeignet, die erste Halbleiterschicht mit der ersten Stromverteilungsschicht elektrisch zu verbinden. Die zweite Stromverteilungsschicht ist auf der von der zweiten Halbleiterschicht abgewandten Seite der ersten Halbleiterschicht angeordnet und mit der zweiten Halbleiterschicht elektrisch verbunden.
  • Das optoelektronische Bauelement kann ferner eine Vielzahl zweiter elektrischer Verbindungselemente aufweisen, die geeignet sind, die zweite Halbleiterschicht mit der zweiten Stromverteilungsschicht elektrisch zu verbinden.
  • Beispielsweise ist die erste Halbleiterschicht zu einer Mesa strukturiert, und die dielektrische Spiegelschicht ist über einer Mesaflanke angeordnet.
  • Der optoelektronische Halbleiterchip kann ferner eine aktive Zone zwischen erster und zweiter Halbleiterschicht aufweisen, wobei die aktive Zone im Bereich der Mesaflanke freiliegt.
  • Das optoelektronisches kann weiterhin ein transparentes Substrat aufweisen, das auf der Seite der zweiten Halbleiterschicht angeordnet ist.
  • Gemäß Ausführungsformen können die erste Stromverteilungsschicht und die zweite Stromverteilungsschicht jeweils fingerartig strukturiert sein, so dass eine Fingerstruktur der ersten Stromverteilungsschicht zwischen Fingerstrukturen der zweiten Stromverteilungsschicht angeordnet ist. Beispielsweise können die zweite Stromverteilungsschicht sowie gegebenenfalls die zweiten Verbindungselemente Teil eines leitfähigen Trägers sein.
  • Das optoelektronisches Bauelement kann ferner ein erstes und ein zweites Kontaktelement aufweisen, wobei das erste Kontaktelement mit der ersten Stromverteilungsschicht und das zweite Kontaktelement mit der zweiten Stromverteilungsschicht verbunden ist. Das erste und das zweite Kontaktelement sind auf einer von der zweiten Halbleiterschicht abgewandten Seite der ersten Halbleiterschicht angeordnet. Beispielsweise kann das optoelektronische Bauelement jeweils mehrere erste Kontaktelemente oder mehrere zweite Kontaktelemente aufweisen.
  • Das optoelektronisches Bauelement kann darüber hinaus eine erste Kontaktsäule und eine zweite Kontaktsäule aufweisen, wobei die erste Kontaktsäule mit dem ersten Kontaktelement und die zweite Kontaktsäule mit dem zweiten Kontaktelement verbunden ist. Beispielsweise kann das optoelektronische Bauelement jeweils mehrere erste Kontaktsäulen oder mehrere zweite Kontaktsäulen aufweisen.
  • Der optoelektronische Halbleiterchip kann ferner eine transparente leitfähige Verbindungsschicht in Kontakt mit der ersten Halbleiterschicht enthalten.
  • Gemäß Ausführungsformen ist ein Abstand erster Verbindungselemente kleiner als 100 µm. Gemäß Ausführungsformen ist ein Abstand zweiter Verbindungselemente kleiner als 700 µm.
  • Das optoelektronisches Bauelement kann darüber hinaus einen Leitungsträger (lead frame) enthalten, wobei der optoelektronische Halbleiterchip auf dem Leitungsträger aufgebracht ist.
  • Gemäß Ausführungsformen umfasst ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements mit einem optoelektronischen Halbleiterchip, der geeignet ist, elektromagnetische Strahlung zu emittieren, das Ausbilden eines Schichtstapels, der eine erste Halbleiterschicht von einem ersten Leitfähigkeitstyp und eine zweite Halbleiterschicht von einem zweiten Leitfähigkeitstyp. Das Verfahren beinhaltet weiterhin das Ausbilden einer dielektrischen Spiegelschicht auf einer von der zweiten Halbleiterschicht abgewandten Seite der ersten Halbleiterschicht, das Ausbilden einer Vielzahl erster elektrischer Verbindungselemente, die sich durch die dielektrische Spiegelschicht erstrecken und das Ausbilden einer ersten und einer zweiten Stromverteilungsschicht jeweils auf einer von der zweiten Halbleiterschicht abgewandten Seite der ersten Halbleiterschicht. Dabei ist die dielektrische Spiegelschicht zwischen der ersten Halbleiterschicht und der ersten Stromverteilungsschicht angeordnet. Die Vielzahl erster elektrischer Verbindungselemente ist geeignet, die erste Halbleiterschicht mit der ersten Stromverteilungsschicht elektrisch zu verbinden. Die zweite Stromverteilungsschicht ist auf der von der zweiten Halbleiterschicht abgewandten Seite der ersten Halbleiterschicht angeordnet und mit der zweiten Halbleiterschicht elektrisch verbunden.
  • Das Verfahren kann weiterhin das Ausbilden einer Vielzahl zweiter elektrischer Verbindungselemente umfassen. Die Vielzahl zweiter elektrischer Verbindungselemente ist geeignet, die zweite Halbleiterschicht mit der zweiten Stromverteilungsschicht elektrisch zu verbinden. Beispielsweise können die zweiten elektrischen Verbindungselemente in der dielektrischen Spiegelschicht ausgebildet werden. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann die zweite Stromverteilungsschicht auch auf andere Weise mit der zweiten Halbleiterschicht verbunden werden.
  • Das Verfahren kann ferner das Strukturieren der ersten Halbleiterschicht zu einer Mesa vor Ausbilden der dielektrischen Spiegelschicht enthalten, wobei die dielektrische Spiegelschicht über einer Mesaflanke ausgebildet wird.
  • Beispielsweise kann das Ausbilden der ersten Verbindungselemente und der ersten Stromverteilungsstruktur das Ausbilden von ersten Öffnungen in der dielektrischen Spiegelschicht und das Ausbilden einer metallischen Schicht umfassen.
  • Das Verfahren kann ferner das Aufbringen des optoelektronischen Halbleiterchips auf einen Leitungsträger und das Aufbringen einer Vergussmasse zwischen optoelektronischem Halbleiterchip und Leitungsträger umfassen.
  • Das Verfahren kann darüber hinaus das Einbringen eines reflektierenden Elements zwischen optoelektronischem Halbleiterchip und der Vergussmasse umfassen.
  • Gemäß weiteren Ausführungsformen umfasst ein optoelektronisches Bauelement einen optoelektronischen Halbleiterchip, der geeignet ist, elektromagnetische Strahlung zu emittieren. Der optoelektronische Halbleiterchip weist eine erste Halbleiterschicht von einem ersten Leitfähigkeitstyp, eine zweite Halbleiterschicht von einem zweiten Leitfähigkeitstyp sowie eine Vielzahl erster und zweiter Kontaktelemente auf. Die erste Halbleiterschicht und die zweite Halbleiterschicht sind übereinandergestapelt. Von dem optoelektronischen Halbleiterchip emittierte elektromagnetische Strahlung wird über eine erste Hauptoberfläche der zweiten Halbleiterschicht ausgegeben. Die Vielzahl erster Kontaktelemente sind mit der ersten Halbleiterschicht elektrisch verbunden, und die Vielzahl zweiter Kontaktelemente sind mit der zweiten Halbleiterschicht elektrisch verbunden. Die Vielzahl erster und zweiter Kontaktelemente sind auf einer von der zweiten Halbleiterschicht abgewandten Seite der ersten Halbleiterschicht angeordnet.
  • 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 von Teilen eines optoelektronischen Halbleiterchips gemäß Ausführungsformen.
    • 1B zeigt eine schematische Querschnittsansicht von Teilen eines optoelektronischen Halbleiterchips gemäß weiteren Ausführungsformen .
    • 2A zeigt eine schematische Draufsicht auf eine Kontaktstruktur eines optoelektronischen Halbleiterchips.
    • 2B zeigt eine perspektivische Ansicht einer Kontaktstruktur.
    • 3A bis 3F zeigen Querschnittsansichten eines Werkstücks bei Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips.
    • 4A zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines optoelektronischen Bauelements gemäß Ausführungsformen.
    • 4B veranschaulicht Elemente des optoelektronischen Bauelements gemäß Ausführungsführen.
    • 4C veranschaulicht weitere Elemente des optoelektronischen Bauelements gemäß Ausführungsführen.
    • 4D zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines optoelektronischen Bauelements gemäß weiteren Ausführungsformen.
    • 4E zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines optoelektronischen Bauelements gemäß weiteren Ausführungsformen.
    • 5A bis 5D veranschaulichen Beispiele von Leitungsträgern eines optoelektronischen Bauelements.
    • 6 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 Begriffe „Wafer“ oder „Halbleitersubstrat“, die in der folgenden Beschreibung verwendet sind, können jegliche auf Halbleiter beruhende Struktur umfassen, die eine Halbleiteroberfläche hat. Wafer und Struktur sind so zu verstehen, dass sie dotierte und undotierte Halbleiter, epitaktische Halbleiterschichten, gegebenenfalls getragen durch eine Basisunterlage, und weitere Halbleiterstrukturen einschließen. Beispielsweise kann eine Schicht aus einem ersten Halbleitermaterial auf einem Wachstumssubstrat aus einem zweiten Halbleitermaterial oder aus einem isolierenden Material, beispielsweise Saphir, gewachsen sein. 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, Al-GaP, sowie weitere Halbleitermaterialien wie AlGaAs, SiC, ZnSe, GaAs, ZnO, Ga2O3, Diamant, hexagonales BN und Kombinationen der genannten Materialien. Das stöchiometrische Verhältnis der ternären Verbindungen 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.
  • 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 Halbleitersubstrats oder Halbleiterkörpers verläuft. Dies kann beispielsweise die Oberfläche eines Wafers oder eines Die oder eines Chips sein.
  • Der Begriff „vertikal“, wie er in dieser Beschreibung verwendet wird, soll eine Orientierung beschreiben, die im Wesentlichen senkrecht zu der ersten Oberfläche des Halbleitersubstrats oder Halbleiterkörpers verläuft.
  • 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 Querschnittsansicht von Komponenten eines optoelektronischen Halbleiterchips 11 der Bestandteil eines optoelektronischen Bauelements 10 ist. Der in 1A gezeigte optoelektronische Halbleiterchip 11 ist geeignet, elektromagnetische Strahlung 15 zu emittieren. Der optoelektronische Halbleiterchip 11 weist eine erste Halbleiterschicht 140 von einem ersten Leitfähigkeitstyp, beispielsweise p-Typ und eine zweite Halbleiterschicht 150 von einem zweiten Leitfähigkeitstyp, beispielsweise n-Typ auf. Die erste und die zweite Halbleiterschicht 140, 150 sind übereinander gestapelt. Beispielsweise sind sie über einem geeigneten, beispielsweise transparenten Substrat (nicht gezeigt in 1A) angeordnet. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann das transparente Substrat aber auch weggelassen sein, wie in 1A dargestellt. Der optoelektronische Halbleiterchip 11 weist darüber hinaus eine erste Stromverteilungsschicht 120 auf. Die erste Stromverteilungsschicht 120 ist mit der ersten Halbleiterschicht 140 elektrisch leitend verbunden. Der optoelektronische Halbleiterchip 11 weist darüber hinaus eine zweite Stromverteilungsschicht 130 auf. Die zweite Stromverteilungsschicht 130 ist mit der zweiten Halbleiterschicht 150 elektrisch leitend verbunden. Beispielsweise wird von dem optoelektronischen Halbleiterchip 11 emittierte elektromagnetische Strahlung 15 über eine erste Hauptoberfläche 110 der zweiten Halbleiterschicht 150 ausgegeben.
  • Die erste Stromverteilungsschicht 120 und die zweite Stromverteilungsschicht 130 sind jeweils auf der von der zweiten Halbleiterschicht 150 abgewandten Seite der ersten Halbleiterschicht 140 angeordnet. Eine dielektrische Spiegelschicht ist zwischen der ersten Halbleiterschicht 140 und der ersten Stromverteilungsschicht 120 angeordnet. Eine Vielzahl erster elektrischer Verbindungselemente 125 erstreckt sich durch die dielektrische Spiegelschicht 115 und ist geeignet, die erste Halbleiterschicht 140 mit der ersten Stromverteilungsschicht 120 elektrisch zu verbinden. Weiterhin kann sich eine Vielzahl zweiter Verbindungselemente 135 durch die dielektrische Spiegelschicht 115 erstrecken. Die zweiten Verbindungselemente 135 sind beispielsweise geeignet, die zweite Stromverteilungsschicht 130 mit der zweiten Halbleiterschicht 150 zu verbinden. Gemäß in 1A dargestellten Ausführungsformen hat die zweite Stromverteilungsschicht 130 einen größeren Abstand zur ersten Halbleiterschicht 140 als die erste Stromverteilungsschicht 120. Beispielsweise ist die erste Stromverteilungsschicht 120 durch eine isolierende Schicht 132 von der zweiten Stromverteilungsschicht 130 elektrisch isoliert. Die erste sowie die zweite Stromverteilungsschicht 120, 130 können jeweils aus Aluminium oder einem anderen geeigneten leitfähigen Material aufgebaut sein. Beispielsweise kann das Material der ersten Stromverteilungsschicht 120 auch das elektrisch leitende Material der ersten Verbindungselemente 125 sein. Weiterhin kann ein elektrisch leitendes Material der zweiten Stromverteilungsschicht 130 das elektrisch leitende Material der zweiten Verbindungselemente 135 sein. Die isolierende Schicht 132 kann beispielsweise aus Siliziumdioxid aufgebaut sein. Gemäß weiteren Ausführungsformen können aber auch alternative isolierende Materialien wie beispielsweise Siliziumnitrid, Aluminiumoxid, Kombinationen dieser Materialien oder andere verwendet werden.
  • Generell umfasst der Begriff „dielektrische Spiegelschicht“ jegliche Anordnung, die einfallende elektromagnetische Strahlung zu einem großen Grad (beispielsweise >90%) reflektiert und nicht leitend ist. Beispielsweise kann eine dielektrische Spiegelschicht durch eine Abfolge von sehr dünnen dielektrischen Schichten mit jeweils unterschiedlichen Brechungsindizes ausgebildet werden. Beispielsweise können die Schichten abwechselnd einen hohen Brechungsindex (n>1,7) und einen niedrigen Brechungsindex (n<1,7) haben und als Bragg-Reflektor ausgebildet sein. Beispielsweise kann die Schichtdicke λ/4 betragen, wobei λ die Wellenlänge des zu reflektierenden Lichts in dem jeweiligen Medium angibt. Die vom einfallenden Licht her gesehene Schicht kann eine größere Schichtdicke, beispielsweise 3λ/4 haben. Aufgrund der geringen Schichtdicke und des Unterschieds der jeweiligen Brechungsindizes stellt die dielektrische Spiegelschicht ein hohes Reflexionsvermögen bereit und ist gleichzeitig nicht leitend. Die dielektrische Spiegelschicht ist somit geeignet, Komponenten des Halbleiterbauelements voneinander zu isolieren. Eine dielektrische Spiegelschicht kann beispielsweise 2 bis 50 dielektrische Schichten aufweisen. Eine typische Schichtdicke der einzelnen Schichten kann etwa 30 bis 90 nm, beispielsweise etwa 50 nm betragen. Der Schichtstapel kann weiterhin eine oder zwei oder mehrere Schichten enthalten, die dicker als etwa 180 nm, beispielsweise dicker als 200 nm sind.
  • Beispielsweise kann die dielektrische Spiegelschicht abwechselnde Schichten aus TiO2 und SiO2 enthalten. Beispielsweise können jeweils acht Paare aus SiO2 / TiO2 ein Element bilden. Gemäß Ausführungsformen können zwei dieser Elemente übereinander gestapelt sein. Eine Schichtdicke der dielektrischen Spiegelschicht kann beispielsweise insgesamt mehrere hundert Nanometer, beispielsweise mehr als 1000 nm, beispielsweise mehr als 1500 nm, beispielsweise etwa 1800 nm betragen.
  • Gemäß Ausführungsformen kann die erste Halbleiterschicht 140 zu einer Mesa strukturiert sein. Die dielektrische Spiegelschicht 115 kann über einer Mesaflanke angeordnet sein. Dadurch, dass die dielektrische Spiegelschicht 115 zwischen erster Halbleiterschicht 140 und erster Stromverteilungsschicht 120 angeordnet ist, kann ein großer Anteil der von dem optoelektronischen Halbleiterchip 11 emittierten elektromagnetischen Strahlung reflektiert werden. Dadurch, dass eine Vielzahl von ersten und zweiten Verbindungselementen 125, 135 vorgesehen ist, kann ein guter elektrischer Kontakt zwischen der ersten Stromverteilungsschicht 120 und der ersten Halbleiterschicht sowie zwischen der zweiten Stromverteilungsschicht 130 und der zweiten Halbleiterschicht 150 bewirkt werden. Beispielsweise haben die ersten Verbindungselemente 125 einen Durchmesser von ca. 2 bis 8 µm, beispielsweise 4 bis 6 µm, beispielsweise 5 µm. Die zweiten Verbindungselemente 135 haben beispielsweise einen Durchmesser von ca. 20 bis 50 µm, beispielsweise 30 bis 40 µm, beispielsweise 36 µm. Der Abstand der ersten Verbindungselemente 125 kann beispielsweise kleiner 200 µm, beispielsweise kleiner 100 µm, beispielsweise kleiner 60 µm sein. Der Abstand der zweiten Verbindungselemente 135 kann beispielsweise kleiner als 1 mm, beispielsweise kleiner als 0,6 mm, beispielsweise kleiner 0,5 mm sein. Beispielsweise kann die Anzahl der ersten Verbindungselemente 125 größer als die Anzahl der zweiten Verbindungselemente 135 sein. Gemäß Ausführungsformen kann der Abstand zwischen den zweiten Verbindungselementen 135 von verwendeten Stromdichten beim Betrieb des optoelektronischen Bauelements abhängen. Beispielsweise können die vorstehend angegebenen Werte für Niederstrombauelemente mit einer Stromdichte von kleiner oder gleich 200 mA/m2 gelten. Für Hochstrombauelemente mit größerer Stromdichte kann ein kleinerer Abstand der zweiten Verbindungselemente verwendet werden.
  • Beispielsweise ist die erste Stromverteilungsschicht 120 ganzflächig über der strukturierten ersten Halbleiterschicht 140 angeordnet. Mit anderen Worten erstreckt sich die erste Stromverteilungsschicht 120 in horizontaler Richtung ungefähr bis jeweils zu den seitlichen Begrenzungen der ersten Halbleiterschicht 140. Gemäß Ausführungsformen kann die erste Stromverteilungsschicht 120 die erste Halbleiterschicht 140 um bis zu 100 nm überragen. Weiterhin kann die erste Halbleiterschicht 140 die erste Stromverteilungsschicht 120 um maximal 100 nm überragen.
  • Beispielsweise kann eine aktive Zone 145 zwischen erster und zweiter Halbleiterschicht 140, 150 angeordnet sein. Die aktive Zone 145 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.
  • Dadurch, dass die dielektrische Spiegelschicht 115 angrenzend an die Mesaflanke angeordnet ist, kann die aktive Zone 145 isoliert werden. Weiterhin wird auch der optoelektronische Halbleiterchip 11 im Bereich der aktiven Zone 145 verspiegelt, so dass keine Emission über die Kante erfolgt.
  • Ein Teil der zweiten Stromverteilungsschicht 130 kann über der ersten Stromverteilungsschicht 120 angeordnet sein. Auf diese Weise wird ein hoher Grad an Reflexion an der ersten und der zweiten Stromverteilungsschicht 120, 130 erreicht. Beispielsweise kann sich die elektrisch leitfähige Schicht, die die zweite Stromverteilungsschicht 130 ausbildet, entlang der Seitenwand 115a der dielektrischen Spiegelschicht 115 in Richtung der zweiten Halbleiterschicht 150 erstrecken. Auf diese Weise bildet das elektrisch leitfähige Material der zweiten Stromverteilungsschicht 130 einen metallischen Rahmen, beispielsweise einen Aluminium-Rahmen des optoelektronischen Halbleiterchips. Die Kombination aus dielektrischer Spiegelschicht und zweiten Verbindungselementen 135 am Rand der Mesa ermöglicht ein besonders effizientes Einprägen der Ladungsträger bei größerer Entfernung von metallisch absorbierenden Stromführungspfaden. Weiterhin wird durch die spezielle Anordnung der ersten und zweiten Stromverteilungsschicht, die jeweils ganzflächig über der strukturierten ersten Halbleiterschicht 140 angeordnet sind, die absorberfreie Chipfläche stark vergrößert. Insbesondere sind große Bereiche der Fläche unter der dielektrischen Spiegelschicht 115 frei von absorbierenden Materialien in Abstrahlrichtung. Beispielsweise kann der optoelektronische Halbleiterchip 11 ohne Verwendung von Silber realisiert sein. Dadurch, dass die dielektrische Spiegelschicht 115 im Bereich der Mesakante vorliegt, wird die Effizienz erhöht.
  • Der optoelektronische Halbleiterchip 11 kann ferner eine transparente leitfähige Verbindungsschicht 105 in Kontakt mit der ersten Halbleiterschicht 140 aufweisen. Beispielsweise kann die transparente leitfähige Verbindungsschicht 105 aus einem transparenten Oxid, beispielsweise Indium-Zinnoxid, Indium-Zinkoxid und anderen aufgebaut sein. Beispielsweise kann die erste und die zweite Halbleiterschicht jeweils ein Nitridhalbleitermaterial, beispielsweise GaN oder einen Verbindungshalbleiter, der GaN enthält, enthalten.
  • Das optoelektronische Bauelement 10 weist darüber hinaus ein erstes und ein zweites Kontaktelement 127, 137 auf. Das erste Kontaktelement 127 ist mit der ersten Stromverteilungsschicht 120 elektrisch leitend verbunden. Das zweite Kontaktelement 137 ist mit der zweiten Stromverteilungsschicht 130 elektrisch leitend verbunden.
  • 1B zeigt eine Querschnittsansicht des optoelektronischen Halbleiterchips 11 gemäß weiteren Ausführungsformen. Gemäß den in 1B dargestellten Ausführungsformen weist der optoelektronische Halbleiterchip 11 ferner ein transparentes Substrat 100, beispielsweise ein Saphirsubstrat auf. Die erste Hauptoberfläche 110 der zweiten Halbleiterschicht 150 grenzt direkt an das transparente Substrat 100 an. Emittierte elektromagnetische Strahlung 15 kann beispielsweise über die erste Hauptoberfläche 101 des transparenten Substrats sowie über Seitenwände des transparenten Substrats 100 emittiert werden. Gemäß Ausführungsformen kann die erste Hauptoberfläche 110 der zweiten Halbleiterschicht 150 aufgeraut oder strukturiert sein, um die Auskoppeleffizienz zu erhöhen.
  • 2A zeigt eine Draufsicht auf eine Kontaktstruktur 112, die jeweils die erste und zweite Halbleiterschicht 140, 150 des Halbleiterchips 11 kontaktiert. Der Begriff „Kontaktstruktur“ umfasst dabei die erste und die zweite Stromverteilungsschicht 120, 130, die ersten und zweiten Verbindungselemente 125, 135 sowie das erste und zweite Kontaktelement 127, 137.
  • Wie in 2A dargestellt ist, sind die erste Stromverteilungsschicht 120 und die zweite Stromverteilungsschicht 130 jeweils durch die Isolationsschicht 132 voneinander isoliert. Beispielsweise sind sowohl die erste als auch die zweite Stromverteilungsschicht 120, 130 unter Ausbildung fingerartiger Strukturen strukturiert. Die fingerartigen Strukturen der ersten Stromverteilungsschicht 120 erstrecken sich dabei zwischen benachbarten fingerartigen Strukturen der zweiten Stromverteilungsschicht 130 und umgekehrt. Auf diese Weise wird eine Interdigital- oder Kammstruktur ausgebildet.
  • Erste Kontaktelemente 127 sind jeweils in Kontakt mit der ersten Stromverteilungsschicht 120 ausgebildet. Zweite Kontaktelemente 137 sind jeweils mit der zweiten Stromverteilungsschicht 130 verbunden. Wie in 2A veranschaulicht ist, weist die Kontaktstruktur 112 des optoelektronischen Halbleiterchips 11 mehr als ein erstes Kontaktelement 127, in diesem Fall zwei, auf. Weiterhin weist die Kontaktstruktur 112 mehr als zwei zweite Kontaktelemente 137, in diesem Fall zwei, auf. Durch diese Anordnung, bei der die ersten und zweiten Stromverteilungsschichten entsprechend angeordnet sind, können Temperaturausdehnungseffekte effizient abgefangen werden. Als Ergebnis wird eine erhöhte mechanische Stabilität erzielt. Weiterhin ist es möglich, die Kontaktelemente 127, 137 großflächig anzuschließen, wodurch der thermische Widerstand reduziert wird und die mechanische Stabilität verbessert wird. Weiterhin wird dadurch, dass jeweils mehrere Kontaktelemente vorgesehen sind, die mechanische Stabilität weiterhin erhöht. Insbesondere können dadurch Temperaturausdehnungseffekte wirkungsvoll kompensiert werden. Weiterhin wird durch die Anwesenheit mehrerer Kontaktelemente die mechanische Verspannung bei Erhitzen des optoelektronischen Halbleiterchips in verbesserter Weise ausgeglichen.
  • Gemäß einer alternativen Betrachtungsweise umfasst ein optoelektronisches Bauelement 10 einen optoelektronischen Halbleiterchip 11, der geeignet ist, elektromagnetische Strahlung 15 zu emittieren. Der optoelektronische Halbleiterchip 11 weist eine erste Halbleiterschicht 140 von einem ersten Leitfähigkeitstyp, eine zweite Halbleiterschicht 150 von einem zweiten Leitfähigkeitstyp sowie eine Vielzahl erster und zweiter Kontaktelemente 127, 137 auf. Die erste Halbleiterschicht 140 und die zweite Halbleiterschicht 150 sind übereinandergestapelt. Von dem optoelektronischen Halbleiterchip 11 emittierte elektromagnetische Strahlung 15 wird über eine erste Hauptoberfläche 110 der zweiten Halbleiterschicht 150 ausgegeben. Die Vielzahl erster Kontaktelemente 127 sind mit der ersten Halbleiterschicht elektrisch verbunden, und die Vielzahl zweiter Kontaktelemente 137 sind mit der zweiten Halbleiterschicht verbunden. Die Vielzahl erster und zweiter Kontaktelemente sind auf einer von der zweiten Halbleiterschicht abgewandten Seite der ersten Halbleiterschicht angeordnet. Der optoelektronische Halbleiterchip 11 stellt somit ein Flip-Chip-Bauelement mit einer Vielzahl erster und zweiter Kontaktelemente dar. Der optoelektronische Halbleiterchip 11 kann ferner eine erste und eine zweite Stromverteilungsschicht 120, 130 wie vorstehend beschrieben aufweisen. Die erste Stromverteilungsschicht 120 ist mit der ersten Halbleiterschicht 140 verbunden. Die ersten Kontaktelemente 127 sind mit der ersten Stromverteilungsschicht 120 verbunden. Die zweite Stromverteilungsschicht 130 ist mit der zweiten Halbleiterschicht 150 verbunden. Die zweiten Kontaktelemente 137 sind mit der zweiten Stromverteilungsschicht 130 verbunden. Die erste und die zweite Stromverteilungsschicht 120, 130 können wie vorstehend beschrieben, eine Interdigital- oder Kammstruktur ausbilden.
  • 2B zeigt eine perspektivische Ansicht der Verbindungsstruktur 112. Die zweiten Verbindungselemente 135 sind jeweils mit der zweiten Stromverteilungsschicht 130 verbunden. Die ersten Verbindungselemente 125 sind jeweils mit der ersten Stromverteilungsschicht 120 verbunden, die in einer anderen Ebene als die zweite Stromverteilungsschicht 130 angeordnet ist.
  • Die 3A bis 3F zeigen jeweils Querschnittsansichten eines Werkstücks bei Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips gemäß Ausführungsformen.
  • Zur Herstellung des optoelektronischen Halbleiterchips wird zunächst eine zweite Halbleiterschicht 150 vom zweiten Leitfähigkeitstyp sowie eine erste Halbleiterschicht 140 vom ersten Leitfähigkeitstyp über einem geeigneten Substrat, beispielsweise einem transparenten Substrat 100 aufgebracht. Die zweite Halbleiterschicht 150 wird dabei auf einer von der ersten Hauptoberfläche 101 abgewandten Seite des Substrats 100 aufgebracht, gefolgt von der aktiven Zone 145 sowie der ersten Halbleiterschicht 140. Weiterhin kann eine transparente leitfähige Schicht 105, beispielsweise aus Indium-Zinnoxid über der ersten Halbleiterschicht ausgebildet werden. Sodann wird die erste Halbleiterschicht 140 sowie gegebenenfalls die transparente leitfähige Schicht 105 durch geeignete Verfahren strukturiert, wodurch eine Mesa 103 ausgebildet wird. Beispielsweise kann ein Teil der aktiven Zone 145 durch diesen Strukturierungsprozess freigelegt werden, d.h. ein Teil der aktiven Zone 145 ist im Bereich der Mesakante nicht bedeckt.
  • 3A zeigt eine Querschnittsansicht eines Beispiels einer sich ergebenden Struktur. In einem nächsten Schritt wird die dielektrische Spiegelschicht aufgebracht. Beispielsweise kann die dielektrische Spiegelschicht 115 eine Schichtdicke von mehreren hundert Nanometer, beispielsweise mehr als 500 nm, beispielsweise etwa 550 bis 580 nm haben. Anschließend werden erste Öffnungen 116 ausgebildet. Gegebenenfalls werden auch zweite Öffnungen 117 ausgebildet. Beispielsweise können die ersten Öffnungen 116 sich bis zu der transparenten leitfähigen Schicht 105 erstrecken. Beispielsweise haben die ersten Öffnungen 116 einen Durchmesser von ca. 2 bis 8 µm, beispielsweise 4 bis 6 µm, beispielsweise 5 µm. Die zweiten Öffnungen 117 können einen Durchmesser von ca. 20 bis 50 µm, beispielsweise 30 bis 40 µm, beispielsweise 36 µm haben. Der Abstand der ersten Öffnungen 116 kann beispielsweise kleiner 200 µm, beispielsweise kleiner 100 µm, beispielsweise kleiner 60 µm sein. Der Abstand der zweiten Öffnungen 117 kann beispielsweise kleiner als 1 mm, beispielsweise kleiner als 0,6 mm, beispielsweise kleiner 0,5 mm sein.
  • 3B zeigt eine Querschnittsansicht eines sich ergebenden Werkstücks. In einem nächsten Schritt wird ein Teil der Oberfläche durch ein geeignetes Fotoresistmaterial abgedeckt, wobei der Bereich, der oberhalb der ersten Halbleiterschicht 140 angeordnet ist, unbedeckt ist. Anschließend wird auf dem freiliegenden Bereich, wie in 3C veranschaulicht ist, eine erste leitfähige Schicht abgeschieden, beispielsweise durch Sputtern, gegebenenfalls gefolgt durch einen Lift-Off Prozess. Die erste leitfähige Schicht 121 füllt einerseits die ersten Öffnungen 116 und bildet somit die ersten Verbindungselemente 125. Weiterhin wird durch die erste leitfähige Schicht 121, beispielsweise eine Aluminiumschicht, ein Teil der ersten Stromverteilungsschicht ausgebildet.
  • Anschließend wird, wie in 3D veranschaulicht ist, eine Isolationsschicht 132, beispielsweise aus SiO2, ganzflächig abgeschieden. Die SiO2 Schicht bedeckt einerseits die erste leitfähige Schicht 121 und weiterhin Seitenwände der zweiten Öffnungen 117. Durch ein weiteres fotolithographisches Verfahren wird ein Teil der Isolationsschicht 132 von Teilen der ersten leitfähigen Schicht 121 entfernt. An diesen Teilen wird in einem späteren Verfahrensstadium beispielsweise das erste Kontaktelement ausgebildet werden.
  • Sodann wird ein weiteres Photoresistmaterial aufgebracht und geeignet strukturiert, so dass die Bereiche, auf denen eine zweite leitfähige Schicht auszubilden ist, freiliegen. Anschließend wird die zweite leitfähige Schicht 122 abgeschieden. Nach Entfernen des Photoresistmaterials ist, wie in 3E veranschaulicht ist, ein Teil der zweiten leitfähigen Schicht 122 in Kontakt mit der ersten leitfähigen Schicht 121 angeordnet und bildet somit einen Teil der ersten Stromverteilungsschicht 120. Ein weiterer Teil der zweiten leitfähigen Schicht 122 ist oberhalb der Isolationsschicht 132 angeordnet und bildet die zweite Stromverteilungsschicht 130. Weiterhin bildet gemäß Ausführungsformen der Teil der leitfähigen Schicht, der in den zweiten Kontaktöffnungen 117 angeordnet ist, die zweiten Verbindungselemente 135. Ein weiterer Teil der zweiten leitfähigen Schicht 122 erstreckt sich entlang der Seitenwand 115a der dielektrischen Spiegelschicht 115 und bildet ein Trägerelement des Halbleiterchips.
  • Anschließend wird ein weiteres fotolithographisches Verfahren zum Definieren der Bereiche, an denen das erste und das zweite Kontaktelement 127, 137 jeweils auszubilden ist, durchgeführt. Eine Fotoresistschicht wird abgeschieden und geeignet strukturiert. Anschließend wird das Metall für die Kontaktelemente 127, 137 gesputtert. Beispiele für Materialien umfassen Ti, Pt, Au, Ni und Kombinationen dieser Materialien. Beispielsweise können mehrere Schichten aus unterschiedlichen Metallen übereinander abgeschieden werden. 3F zeigt eine Querschnittsansicht eines Beispiels eines sich ergebenden Werkstücks.
  • Gemäß weiteren Ausführungsformen kann ein weiteres Fotoresistmaterial aufgebracht und strukturiert werden, gefolgt von einem galvanischen Verfahren zur Ausbildung von ersten und gegebenenfalls zweiten Kontaktsäulen (nicht gezeigt in 3F). Die erste und die zweite Kontaktsäule können jeweils aus Nickel oder Kupfer hergestellt werden. Beispielsweise können die erste und die zweite Kontaktsäule galvanisch hergestellt werden. Weiterhin können jeweils mehrere erste und mehrere zweite Kontaktsäulen vorgesehen werden. Dabei können pro Kontaktelement jeweils eine oder mehrere Kontaktsäulen vorgesehen werden. Aufgrund der speziellen Ausgestaltung der ersten und der zweiten Stromverteilungsschicht wie vorstehend beschrieben ist es möglich, die ersten und die zweiten Kontaktsäulen großflächig anzuschließen. Dadurch kann der thermische Widerstand reduziert und die mechanische Stabilität begünstigt werden. Gegebenenfalls kann weiterhin ein Mold-Material, beispielsweise eine Vergussmasse aus Kunststoff wie beispielsweise Epoxidharz, zwischen den Kontaktsäulen eingebracht und anschließend zurückgeschliffen werden.
  • Wie beschrieben worden ist, kann das optoelektronische Bauelement in einfacher Weise hergestellt werden. Aufgrund des speziellen elektrischen Anschlusses der ersten und der zweiten Halbleiterschicht kann die Anzahl an Umverdrahtungsebenen reduziert werden.
  • Nachfolgend kann der optoelektronische Halbleiterchip 11 auf einen Leitungsträger (lead frame) montiert werden. Beispielsweise kann der optoelektronische Halbleiterchip direkt auf einem Leitungsträger montiert werden. Anschließend können beispielsweise verschiedene Vergussmaterialien aufgebracht werden. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann der Chip auch auf einen Leitungsträger mit vorab aufgebrachter Vergussmasse aufgebracht werden.
  • 4A zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines optoelektronischen Bauelements 10. Ein optoelektronischer Halbleiterchip 11, der beispielsweise den mit Bezug auf 1A oder 1B beschriebenen Aufbau haben kann, ist auf einem Leitungsträger 160 befestigt. Zusätzlich zu den mit Bezugnahme auf die 1A und 1B beschriebenen Elementen kann der optoelektronische Halbleiterchip 11 zusätzlich jeweils eine oder mehrere erste und zweite Kontaktsäulen 155, 157 enthalten. Beispielsweise kann jeweils eine erste Kontaktsäulen 155 auf jeweils einem ersten Kontaktelement 127 vorgesehen sein. Weiterhin kann jeweils eine zweite Kontaktsäule 157 auf jeweils einem zweiten Kontaktelement 137 vorgesehen sein. Eine laterale Abmessung der Kontaktsäulen 155, 157 kann jeweils kleiner als eine laterale Abmessung der Kontaktelemente 127, 137 sein. Die Kontaktsäulen 155, 157 können eine beliebige Querschnittsform, beispielsweise rechteckig, quadratisch, rund oder oval haben. Beispielsweise kann eine Höhe h der ersten und zweiten Kontaktsäule 155, 157 20 bis 80 µm, beispielsweise 40 bis 60 µm, beispielsweise 50 µm betragen.
  • Der Leitungsträger 160 kann ein erstes Teilelement 165 und ein zweites Teilelement 167 aufweisen. Dabei wird das erste Teilelement 165 mit der oder den ersten Kontaktsäulen 155 des optoelektronischen Halbleiterchips 11 in Verbindung gebracht. Weiterhin wird das zweite Teilelement 167 mit der oder den zweiten Kontaktsäulen 157 des optoelektronischen Halbleiterchips 11 in Verbindung gebracht. Die in 4A dargestellten Pfeile zeigen Temperaturausdehnungseffekte, die beispielsweise beim Auflöten des Halbleiterchips 11 auf den Leitungsträger 160 auftreten können. Dadurch, dass der Leitungsträger 160 zweigeteilt ist und ein erstes Teilelement 165 und ein zweites Teilelement 167 aufweist, kann auftretender Stress in geeigneter Weise kompensiert werden.
  • 4B zeigt eine schematische Draufsicht auf das erste Teilelement 165 und das zweite Teilelement 167 sowie auf die ersten und zweiten Kontaktsäulen 155, 157. Der Halbleiterchip 11 weist mehrere erste Kontaktsäulen 155 und mehrere zweite Kontaktsäulen 157 auf. Diese sind durch die isolierende Schicht 132 voneinander isoliert. Dadurch, dass der Halbleiterchip mehrere erste Kontaktsäulen 155 und mehrere zweite Kontaktsäulen 157 aufweist, kann der mechanische Stress bei gleichbleibender Anschlussfläche verringert werden. Weiterhin kann die mechanische Spannung ausgeglichen werden. Dadurch, dass die Anschlussfläche in etwa gleich bleibt, kann die Wärmeableitung beibehalten werden.
  • Wie in der schematischen Draufsicht auf die ersten und die zweiten Kontaktsäulen 155, 157 dargestellt ist, können jeweils mehrere erste und zweite Kontaktsäulen auch bei alternativer Ausgestaltung des optoelektronischen Halbleiterchips realisiert sein. Genauer gesagt kann der optoelektronische Halbleiterchip jeweils ein erstes und ein zweites Kontaktelement auf der von der Lichtemissionsseite abgewandten Seite des optoelektronischen Halbleiterchips aufweisen. Dabei ist unerheblich, ob die erste und die zweite Stromverteilungsstruktur in der vorstehend beschriebenen Weise ausgebildet sind. Weiterhin können insbesondere auch nur ein erstes und ein zweites Kontaktelement vorgesehen sein. Folglich sind die in den 4A bis 4E beschriebenen Konzepte auch auf Flip-Chip-Halbleiterchips mit unterschiedlicher Gestaltung der einzelnen Komponenten anwendbar.
  • 4C zeigt eine schematische Querschnittsansicht des optoelektronischen Halbleiterchips 11 mit ersten und zweiten Kontaktelementen 127, 137, ersten und zweiten Kontaktsäulen 155, 157 sowie einem ersten und einem zweiten Teilelement 165, 167 des Leitungsträgers 160. Der unterschiedliche thermische Expansionskoeffizient zwischen Leitungsträger und Halbleiterchip verursacht eine starke Verbiegung, die wiederum einen hohen Stress, der direkt auf den Chip übertragen wird, verursacht. Dadurch besteht die Gefahr einer Rissbildung und Delamination. Durch Verwendung einer ersten Anschlussfläche 168 und einer zweiten Anschlussfläche 169 direkt in Verbindung mit dem ersten Teilelement 165 bzw. dem zweiten Teilelement 167 kann ein Teil des Stresses kompensiert werden. Insbesondere kann dadurch die erste Kontaktsäule 155 bzw. die zweite Kontaktsäule 157 in steiferer Weise befestigt werden. Auf diese Weise ist es möglich, den Stress über einer großen Fläche zu verteilen. Durch Auswahl eines entsprechenden Lotmaterials 166 kann weiterhin der Stress abgepuffert werden. Dadurch kann vermieden werden, dass der Stress direkt zur Chipoberfläche transferiert wird.
  • 4D zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines optoelektronischen Bauelements 10 gemäß weiteren Ausführungsformen. Der auf einem Leitungsträger 160 montierte optoelektronische Halbleiterchip 11 ist zusätzlich mit einer Vergussmasse 170 vergossen. Die Vergussmasse kann beispielsweise Silikon, Epoxidharz oder ein Hybridmaterial, das beispielsweise auf einer Silikon-Epoxidmischung beruht, sein. Die Vergussmasse 170 kann beispielsweise zwischen Halbleiterchip 11 und Leitungsträger 160 angeordnet sein. Die Vergussmasse 170 kann den Halbleiterchip 11 einbetten. Eine Oberfläche 173 der Vergussmasse 170 kann sich auf einer gleichen Höhe wie die Lichtemissionsoberfläche 111 des Halbleiterchips 11 befinden. Beispielsweise können eine Oberfläche 173 der Vergussmasse 170 und die Lichtemissionsoberfläche 111 des optoelektronischen Halbleiterchips gemeinsam eine Oberfläche des optoelektronischen Halbleiterbauelements bilden. Beispielsweise kann der optoelektronische Halbleiterchip 11 zunächst auf den Leitungsträger 160 montiert werden. Nachfolgend kann die Vergussmasse 170 eingebracht werden.
  • 4E zeigt eine Querschnittsansicht eines optoelektronischen Bauelements 10 gemäß weiteren Ausführungsformen. Auch hier ist der optoelektronische Halbleiterchip 11 auf einen Leitungsträger 160 montiert und mit einer Vergussmasse 170 vergossen. Weiterhin ist der optoelektronische Halbleiterchip 11 von einer reflektiven Vergussmasse 171 umgeben. Beispielsweise kann die reflektive Vergussmasse 171 TiO2 als reflektierendes Material enthalten. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann die reflektive Vergussmasse 171 zusätzlich ein Konvertermaterial zum Konvertieren der emittierten Lichtwellenlänge enthalten. Beispielsweise kann die reflektive Vergussmasse 171, die optional das Konvertermaterial enthält, den optoelektronischen Halbleiterchip 11 an allen Seiten außer der Lichtemissionsoberfläche 111 des Halbleiterchips 11 umschließen. Zusätzlich kann die Vergussmasse 170 zwischen reflektiver Vergussmasse 171 und Leitungsträger 160 angeordnet sein. Die Vergussmasse 170 kann reflektive Vergussmasse 171 seitlich umschließen. Beispielsweise können eine Oberfläche 173 der Vergussmasse 170, eine Oberfläche 174 der reflektiven Vergussmasse 171 und die Lichtemissionsoberfläche 111 des optoelektronischen Halbleiterchips gemeinsam eine Oberfläche des optoelektronischen Halbleiterbauelements bilden. Beispielsweise kann der optoelektronische Halbleiterchip 11 zunächst auf den Leitungsträger 160 montiert werden. Nachfolgend können die reflektive Vergussmasse 171 und die Vergussmasse 170 eingebracht werden.
  • Die 5A bis 5D zeigen verschiedene Beispiele des Leitungsträgers bzw. lead frames 160. Der Leitungsträger 160 weist jeweils ein erstes und ein zweites Teilelement 165, 167 auf. Verschiedene Geometrien, wie in den 5A bis 5D dargestellt, können realisiert werden, um beispielsweise eine effiziente Kontaktierung herzustellen, Wärme günstig abzuleiten und weiterhin Stress abzuleiten.
  • 6 fasst ein Verfahren gemäß Ausführungsformen zusammen. Wie dargestellt ist, umfasst ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements mit einem optoelektronischen Halbleiterchip, der geeignet ist, elektromagnetische Strahlung zu emittieren, das Ausbilden (S100) eines Schichtstapels, der eine erste Halbleiterschicht von einem ersten Leitfähigkeitstyp und eine zweite Halbleiterschicht von einem zweiten Leitfähigkeitstyp umfasst. Das Verfahren beinhaltet weiterhin das Ausbilden (S110) einer dielektrischen Spiegelschicht auf einer von der zweiten Halbleiterschicht abgewandten Seite der ersten Halbleiterschicht, das Ausbilden (S120) einer Vielzahl erster elektrischer Verbindungselemente, die sich durch die dielektrische Spiegelschicht erstrecken, das Ausbilden (S130) einer Vielzahl zweiter elektrischer Verbindungselemente, und das Ausbilden (S140) einer ersten und einer zweiten Stromverteilungsschicht jeweils auf einer von der zweiten Halbleiterschicht abgewandten Seite der ersten Halbleiterschicht. Dabei ist die dielektrische Spiegelschicht zwischen der ersten Halbleiterschicht und der ersten Stromverteilungsschicht angeordnet. Die Vielzahl erster elektrischer Verbindungselemente ist geeignet, die erste Halbleiterschicht mit der ersten Stromverteilungsschicht elektrisch zu verbinden. Die Vielzahl zweiter elektrischer Verbindungselemente ist geeignet, die zweite Halbleiterschicht mit der zweiten Stromverteilungsschicht elektrisch zu verbinden.
  • Die Reihenfolge der Schritte zum Ausbilden der ersten und der zweiten elektrischen Verbindungselemente ist dabei beliebig und kann vertauscht werden. Weiterhin können die Verfahren zur Ausbildung der ersten und zweiten Verbindungselemente gemeinsame Verfahrensschritte, beispielsweise Ätz- oder Lithografieverfahren umfassen. Weiterhin können beispielsweise die Verfahren zum Ausbilden einer ersten Stromverteilungsschicht und zum Ausbilden der ersten Verbindungselemente gemeinsame Verfahrensschritte enthalten. Entsprechend können die Verfahren zum Ausbilden einer zweiten Stromverteilungsschicht und zum Ausbilden der zweiten Verbindungselemente gemeinsame Verfahrensschritte enthalten. Gemäß Ausführungsformen können die Verfahren zum Ausbilden der ersten Stromverteilungsschicht und der zweiten Stromverteilungsschicht gemeinsame Verfahrensschritte enthalten. Weiterhin können sie getrennte Verfahrensschritte enthalten, die nacheinander ausgeführt werden. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann das Ausbilden der zweiten Verbindungselemente auch weggelassen werden. Beispielsweise kann die zweite Stromverteilungsschicht auf andere Weise als über Verbindungselemente mit der zweiten Halbleiterschicht verbunden werden.
  • Das Verfahren kann ferner das Aufbringen (S150) des optoelektronischen Halbleiterchips auf einen Leitungsträger und das Aufbringen (S160) einer Vergussmasse zwischen optoelektronischem Halbleiterchip und Leitungsträger umfassen.
  • 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 Bauelement
    11
    Optoelektronischer Halbleiterchip
    15
    emittierte elektromagnetische Strahlung
    100
    Substrat
    101
    erste Hauptoberfläche des Substrats
    103
    Mesa
    105
    leitfähige Verbindungsschicht
    110
    erste Hauptoberfläche der zweiten Halbleiterschicht
    111
    Lichtemissionsoberfläche des Halbleiterchips
    112
    Kontaktstruktur
    115
    dielektrische Spiegelschicht
    116
    erste Öffnung
    117
    zweite Öffnung
    120
    erste Stromverteilungsschicht
    121
    erste Aluminiumschicht
    122
    zweite Aluminiumschicht
    125
    erstes Verbindungselement
    127
    erstes Kontaktelement
    130
    zweite Stromverteilungsschicht
    132
    Isolationsschicht
    133
    leitende Füllung
    135
    zweites Verbindungselement
    137
    zweites Kontaktelement
    140
    erste Halbleiterschicht
    145
    aktive Zone
    150
    zweite Halbleiterschicht
    155
    erste Kontaktsäule
    157
    zweite Kontaktsäule
    160
    Leitungsträger
    165
    erstes Teilelement
    166
    Lotmaterial
    167
    zweites Teilelement
    168
    erste Anschlussfläche
    169
    zweite Anschlussfläche
    170
    Vergussmasse
    171
    reflektive Vergussmasse
    173
    Oberfläche der Vergussmasse
    174
    Oberfläche der reflektiven Vergussmasse

Claims (21)

  1. Optoelektronisches Bauelement (10) mit einem optoelektronischen Halbleiterchip (11), der geeignet ist, elektromagnetische Strahlung (15) zu emittieren und eine erste Halbleiterschicht (140) von einem ersten Leitfähigkeitstyp; eine zweite Halbleiterschicht (150) von einem zweiten Leitfähigkeitstyp; eine erste und eine zweite Stromverteilungsschicht (120, 130), eine dielektrische Spiegelschicht (115), und eine Vielzahl erster elektrischer Verbindungselemente (125) umfasst, wobei die erste Halbleiterschicht (140) und die zweite Halbleiterschicht (150) übereinandergestapelt sind, von dem optoelektronischen Halbleiterchip (11) emittierte elektromagnetische Strahlung (15) über eine erste Hauptoberfläche (110) der zweiten Halbleiterschicht (150) ausgegeben wird, die erste Stromverteilungsschicht (120) auf einer von der zweiten Halbleiterschicht (150) abgewandten Seite der ersten Halbleiterschicht (140) angeordnet ist, die dielektrische Spiegelschicht (115) zwischen der ersten Halbleiterschicht (140) und der ersten Stromverteilungsschicht (120) angeordnet ist, die Vielzahl erster elektrischer Verbindungselemente (125) sich durch die dielektrische Spiegelschicht (115) erstrecken und geeignet sind, die erste Halbleiterschicht (140) mit der ersten Stromverteilungsschicht (180) elektrisch zu verbinden, die zweite Stromverteilungsschicht (130) auf der von der zweiten Halbleiterschicht (150) abgewandten Seite der ersten Halbleiterschicht (140) angeordnet ist und mit der zweiten Halbleiterschicht (150) elektrisch verbunden ist.
  2. Optoelektronisches Bauelement (10) nach Anspruch 1, ferner mit einer Vielzahl zweiter elektrischer Verbindungselemente (135), die geeignet sind, die zweite Halbleiterschicht (150) mit der zweiten Stromverteilungsschicht (130) elektrisch zu verbinden.
  3. Optoelektronisches Bauelement (10) nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die erste Halbleiterschicht zu einer Mesa (103) strukturiert ist und die dielektrische Spiegelschicht (115) über einer Mesaflanke angeordnet ist.
  4. Optoelektronisches Bauelement (10) nach Anspruch 3, ferner mit einer aktiven Zone (145) zwischen erster und zweiter Halbleiterschicht (140, 150), wobei die aktive Zone (145) im Bereich der Mesaflanke freiliegt.
  5. Optoelektronisches Bauelement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit einem transparenten Substrat (100), das auf der Seite der zweiten Halbleiterschicht (150) angeordnet ist.
  6. Optoelektronisches Bauelement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die erste Stromverteilungsschicht (120) und die zweite Stromverteilungsschicht (130) jeweils fingerartig strukturiert sind, so dass eine Fingerstruktur der ersten Stromverteilungsschicht (120) zwischen Fingerstrukturen der zweiten Stromverteilungsschicht (130) angeordnet ist.
  7. Optoelektronisches Bauelement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die zweite Stromverteilungsschicht (130) Teil eines leitfähigen Trägers ist.
  8. Optoelektronisches Bauelement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit einem ersten und einem zweiten Kontaktelement (127, 137), wobei das erste Kontaktelement (127) mit der ersten Stromverteilungsschicht (120) und das zweite Kontaktelement (137) mit der zweiten Stromverteilungsschicht (130) verbunden ist und das erste und das zweite Kontaktelement (127, 137) auf einer von der zweiten Halbleiterschicht (150) abgewandten Seite der ersten Halbleiterschicht (140) angeordnet sind.
  9. Optoelektronisches Bauelement (10) nach Anspruch 8, welches jeweils mehrere erste Kontaktelemente (127) oder mehrere zweite Kontaktelemente (137) aufweist.
  10. Optoelektronisches Bauelement (10) nach Anspruch 8, ferner mit einer ersten Kontaktsäule (155) und einer zweiten Kontaktsäule (157), wobei die erste Kontaktsäule (155) mit dem ersten Kontaktelement (127) und die zweite Kontaktsäule (157) mit dem zweiten Kontaktelement (137) verbunden ist.
  11. Optoelektronisches Bauelement (10) nach Anspruch 10, welches jeweils mehrere erste Kontaktsäulen (155) oder mehrere zweite Kontaktsäulen (157) aufweist.
  12. Optoelektronisches Bauelement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit einer transparenten leitfähigen Verbindungsschicht (105) in Kontakt mit der ersten Halbleiterschicht (140).
  13. Optoelektronisches Bauelement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein Abstand erster Verbindungselemente (125) kleiner als 100 µm ist.
  14. Optoelektronisches Bauelement (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 13, bei dem ein Abstand zweiter Verbindungselemente (135) kleiner als 700 µm ist.
  15. Optoelektronisches Bauelement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit einem Leitungsträger (160), wobei der optoelektronische Halbleiterchip (11) auf dem Leitungsträger (160) aufgebracht ist.
  16. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements mit einem optoelektronischen Halbleiterchip (11), der geeignet ist, elektromagnetische Strahlung (15) zu emittieren, mit Ausbilden (S100) eines Schichtstapels, der eine erste Halbleiterschicht von einem ersten Leitfähigkeitstyp und eine zweite Halbleiterschicht von einem zweiten Leitfähigkeitstyp umfasst, Ausbilden (S110) einer dielektrischen Spiegelschicht auf einer von der zweiten Halbleiterschicht abgewandten Seite der ersten Halbleiterschicht, Ausbilden (S120) einer Vielzahl erster elektrischer Verbindungselemente, die sich durch die dielektrische Spiegelschicht erstrecken, Ausbilden (S140) einer ersten und einer zweiten Stromverteilungsschicht jeweils auf einer von der zweiten Halbleiterschicht abgewandten Seite der ersten Halbleiterschicht, wobei die dielektrische Spiegelschicht zwischen der ersten Halbleiterschicht und der ersten Stromverteilungsschicht angeordnet ist, und die Vielzahl erster elektrischer Verbindungselemente geeignet sind, die erste Halbleiterschicht mit der ersten Stromverteilungsschicht elektrisch zu verbinden.
  17. Verfahren nach Anspruch 16, ferner mit Ausbilden einer Vielzahl zweiter elektrischer Verbindungselemente, wobei die Vielzahl zweiter elektrischer Verbindungselemente geeignet sind, die zweite Halbleiterschicht mit der zweiten Stromverteilungsschicht elektrisch zu verbinden.
  18. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, bei dem das Ausbilden der ersten Verbindungselemente und der ersten Stromverteilungsstruktur das Ausbilden von ersten Öffnungen in der dielektrischen Spiegelschicht und das Ausbilden einer metallischen Schicht umfasst.
  19. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, ferner umfassend das Aufbringen (S150) des optoelektronischen Halbleiterchips auf einen Leitungsträger und das Aufbringen (S160) einer Vergussmasse zwischen optoelektronischem Halbleiterchip und Leitungsträger.
  20. Verfahren nach Anspruch 19, ferner umfassend das Einbringen eines reflektierenden Elements zwischen optoelektronischem Halbleiterchip und der Vergussmasse.
  21. Optoelektronisches Bauelement (10) mit einem optoelektronischen Halbleiterchip (11), der geeignet ist, elektromagnetische Strahlung (15) zu emittieren und eine erste Halbleiterschicht (140) von einem ersten Leitfähigkeitstyp; eine zweite Halbleiterschicht (150) von einem zweiten Leitfähigkeitstyp; sowie eine Vielzahl erster und zweiter Kontaktelemente (127, 137) umfasst, wobei die erste Halbleiterschicht (140) und die zweite Halbleiterschicht (150) übereinandergestapelt sind, von dem optoelektronischen Halbleiterchip (11) emittierte elektromagnetische Strahlung (15) über eine erste Hauptoberfläche (110) der zweiten Halbleiterschicht (150) ausgegeben wird, die Vielzahl erster Kontaktelemente (127) mit der ersten Halbleiterschicht elektrisch verbunden sind und die Vielzahl zweiter Kontaktelemente (137) mit der zweiten Halbleiterschicht elektrisch verbunden sind, und die Vielzahl erster und zweiter Kontaktelemente auf einer von der zweiten Halbleiterschicht abgewandten Seite der ersten Halbleiterschicht angeordnet sind.
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