DE102018128896A1

DE102018128896A1 - Halbleiterchip mit einem inneren Kontaktelement und zwei äusseren Kontaktelementen und Halbleiterbauelement

Info

Publication number: DE102018128896A1
Application number: DE102018128896.4A
Authority: DE
Inventors: Christian Eichinger; Korbinian Perzlmaier
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2018-11-16
Filing date: 2018-11-16
Publication date: 2020-05-20
Also published as: WO2020099578A1

Abstract

Gemäß Ausführungsformen umfasst ein Halbleiterchip (10, 11, 12, 13) ein inneres Kontaktelement (128) und zwei äußere Kontaktelemente (129). Das innere Kontaktelement (128) und die zwei äußeren Kontaktelemente (129) sind an einer zweiten Hauptoberfläche (108) des Halbleiterchips (10, 11, 12, 13) angeordnet. Je eines der äußeren Kontaktelemente (129) ist auf jeweils gegenüberliegenden Seiten des inneren Kontaktelements (128) angeordnet. Beispielsweise ist das innere Kontaktelement (128) als ein erstes Kontaktelement ausgeführt, das mit einer ersten Halbleiterschicht (100) elektrisch verbunden ist, und die zwei äußeren Kontaktelemente (129) sind jeweils als zweite Kontaktelemente (117) ausgeführt, die mit einer zweiten Halbleiterschicht (110) elektrisch verbunden sind. Alternativ sind die zwei äußeren Kontaktelemente (129) jeweils als erste Kontaktelemente (115) ausgeführt, die mit einer ersten Halbleiterschicht (100) elektrisch verbunden sind, und das innere Kontaktelement (128) ist als zweites Kontaktelement (117) ausgeführt und mit einer zweiten Halbleiterschicht (110) elektrisch verbunden.

Description

HINTERGRUND
Optoelektronische Halbleiterchips wie beispielsweise LEDs („Light Emitting Diodes“) können zu größeren funktionalen Einheiten verbunden werden. Beispielsweise können mehrere optoelektronische Halbleiterchips mit jeweils unterschiedlicher Farbcharakteristik, z.B. Rot, Grün, und Blau (RGB) kombiniert werden. Derartige RGB-Einheiten können beispielsweise in einer Matrixverschaltung in Anzeigevorrichtungen oder Videoleinwänden verwendet werden.
Generell wird nach Möglichkeiten gesucht, in Halbleiterchip-Anordnungen die elektrische Kontaktierung der Halbleiterchips zu verbessern.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Halbleiterchip sowie ein verbessertes Halbleiterbauelement zur Verfügung zu stellen.
Die Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
ZUSAMMENFASSUNG
Gemäß Ausführungsformen umfasst ein Halbleiterchip ein inneres Kontaktelement und zwei äußere Kontaktelemente. Das innere Kontaktelement und die zwei äußeren Kontaktelemente sind an einer zweiten Hauptoberfläche des Halbleiterchips angeordnet. Je eines der äußeren Kontaktelemente ist auf jeweils gegenüberliegenden Seiten des inneren Kontaktelements angeordnet.
Beispielsweise ist das innere Kontaktelement als ein erstes Kontaktelement ausgeführt, das mit einer ersten Halbleiterschicht elektrisch verbunden ist, und die zwei äußeren Kontaktelemente sind jeweils als zweite Kontaktelemente ausgeführt, die mit einer zweiten Halbleiterschicht elektrisch verbunden sind. Alternativ sind die zwei äußeren Kontaktelemente jeweils als erste Kontaktelemente ausgeführt, die mit einer ersten Halbleiterschicht elektrisch verbunden sind, und das innere Kontaktelement ist als ein zweites Kontaktelement ausgeführt, das mit einer zweiten Halbleiterschicht elektrisch verbunden ist.
Gemäß Ausführungsformen sind die erste und die zweite Halbleiterschicht Teil eines Schichtstapels, und die zweite Halbleiterschicht ist auf einer von der zweiten Hauptoberfläche abgewandten Seite des Halbleiterschichtstapels angeordnet.
Beispielsweise sind die zwei äußeren Kontaktelemente über eine leitfähige Schicht innerhalb des Halbleiterchips miteinander elektrisch verbunden. Gemäß Ausführungsformen können die zwei äußeren Kontaktelemente miteinander über eine erste Stromaufweitungsschicht elektrisch verbunden sein.
Ein Teil der zweiten Halbleiterschicht kann nicht mit der ersten Halbleiterschicht bedeckt sein. Dadurch kann ein Teil einer ersten Hauptoberfläche der zweiten Halbleiterschicht freiliegend sein.
Der Halbleiterchip kann ferner eine Kontaktstruktur auf dem freiliegenden Teil der ersten Hauptoberfläche aufweisen, wobei die äußeren Kontaktelemente miteinander über die Kontaktstruktur elektrisch verbunden sind.
Beispielsweise kann der Halbleiterchip ein optoelektronischer Halbleiterchip, insbesondere ein Leuchtdiodenchip oder ein Sensorchip sein. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann der Halbleiterchip jedoch auch ein elektromechanischer, ein Treiber- oder ein Logik-Halbleiterchip sein.
Gemäß Ausführungsformen umfasst ein Halbleiterbauelement eine Vielzahl von Halbleiterchips wie vorstehend beschrieben sowie eine Leiterplatte, auf der die Halbleiterchips angeordnet sind. Das Halbleiterbauelement kann ferner eine Vielzahl von ersten Anschlussbereichen und zweiten Anschlussbereichen aufweisen, wobei die ersten Anschlussbereiche geeignet sind, die inneren Kontaktelemente zweier benachbarter Halbleiterchips miteinander zu verbinden.
Die zweiten Anschlussbereiche können geeignet sein, die äußeren Kontaktelemente zweier benachbarter Halbleiterchips miteinander zu verbinden.
Beispielsweise können die Halbleiterchips in Reihen und Spalten angeordnet sein. Die ersten Anschlussbereiche können in Linien, die die Spalten schneiden, ausgeführt sein.
Beispielsweise können die zweiten Anschlussbereiche jeweils in Spalten angeordnet sein.
Gemäß Ausführungsformen können die Halbleiterchips jeweils LED-Chips sein und eine erste Vielzahl von LED-Chips einer ersten Farbe, eine zweite Vielzahl von LED-Chips einer zweiten Farbe und eine dritte Vielzahl von LED-Chips einer dritten Farbe umfassen.
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 perspektivische Ansicht eines optoelektronischen Halbleiterchips gemäß Ausführungsformen.
Die 1B und 1C zeigen jeweils Ansichten einer zweiten Hauptoberfläche des Halbleiterchips gemäß Ausführungsformen.
2A zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines optoelektronischen Halbleiterchip.
2B zeigt eine weitere Querschnittsansicht des optoelektronischen Halbleiterchips gemäß Ausführungsformen.
2C zeigt eine weitere Querschnittsansicht des optoelektronischen Halbleiterchips.
3 zeigt eine vertikale Querschnittsansicht eines optoelektronischen Halbleiterchips gemäß weiteren Ausführungsformen.
4A zeigt eine schematische Ansicht einer Leiterplatte.
4B zeigt eine schematische Ansicht eines Halbleiterbauelements gemäß Ausführungsformen.

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 „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.
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 auf einem Saphirsubstrat, gewachsen sein. Weitere Beispiele für Materialien von Wachstumssubstraten umfassen Glas, Siliziumdioxid, Quarz oder eine Keramik.
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, Al-GaInBN, Phosphid-Halbleiterverbindungen, durch die beispielsweise grünes oder langwelligeres Licht erzeugt werden kann, wie beispielsweise GaAsP, AlGaInP, GaP, AlGaP, sowie weitere Halbleitermaterialien wie GaAs, AlGaAs, InGaAs, AlInGaAs, SiC, ZnSe, 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.
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. Gemäß weiteren Ausführungen kann der Begriff „elektrisch verbunden“ auch Metall-Halbleiterkontakte, beispielsweise Schottky-Kontakte oder Kontakte zwischen einem transparenten leitenden Oxid, beispielsweise Indium-Zinnoxid oder Indium-Zinkoxid, und einem Halbleitermaterial umfassen.
Nachstehend werden Ausführungsformen unter Bezugnahme auf einen optoelektronischen Halbleiterchip, insbesondere eine LED, beschrieben. Die beschriebenen Merkmale sind jedoch auf alle Arten von Halbleiterchips und optoelektronische Halbleiterchips, beispielsweise Sensoren, anwendbar, bei denen beispielsweise Kontakte angrenzend an eine Hauptoberfläche des Halbleiterchips angeordnet sind. Beispielsweise können derartige Sensoren geeignet sein, eintreffende elektromagnetische Strahlung zu detektieren.
1A zeigt eine perspektivische Ansicht eines optoelektronischen Halbleiterchips 10 gemäß Ausführungsformen. Der in 1A gezeigte optoelektronische Halbleiterchip 10 kann beispielsweise quaderförmig oder in einer anderen beliebigen Form ausgebildet sein. In dem optoelektronischen Halbleiterchip 10 erzeugte elektromagnetische Strahlung wird beispielsweise über eine erste Hauptoberfläche 107 des optoelektronischen Halbleiterchips ausgegeben. Weiterhin kann erzeugte elektromagnetische Strahlung 16 auch über Seitenflächen des optoelektronischen Halbleiterchips ausgegeben werden. Der optoelektronische Halbleiterchip 10 weist ein inneres Kontaktelement 128 und zwei äußere Kontaktelemente 129 auf. Das innere Kontaktelement 128 und die zwei äußeren Kontaktelemente 129 sind an einer zweiten Hauptoberfläche 108 des Halbleiterchips 10 angeordnet. Die zwei äußeren Kontaktelemente 129 sind miteinander elektrisch verbunden. Beispielsweise können die zwei äußeren Kontaktelemente über eine leitfähige Schicht innerhalb des Halbleiterchips miteinander elektrisch verbunden sein. Beispielsweise kann eine derartige leitfähige Schicht nach außen hin isoliert sein.
Je eines der äußeren Kontaktelemente 129 ist auf jeweils gegenüberliegenden Seiten des inneren Kontaktelements 128 angeordnet. Wie nachfolgend detaillierter erklärt werden wird, kann das innere Kontaktelement 128 als ein erstes Kontaktelement ausgeführt sein, das mit einer ersten Halbleiterschicht (nicht gezeigt in 1A) elektrisch verbunden ist. Die zwei äußeren Kontaktelemente 129 sind in diesem Fall als zweite Kontaktelemente ausgeführt und mit einer zweiten Halbleiterschicht (nicht gezeigt in 1A) elektrisch verbunden. Alternativ können die zwei äußeren Kontaktelemente 129 jeweils als erste Kontaktelemente ausgeführt sein und mit einer ersten Halbleiterschicht (nicht gezeigt in 1A) elektrisch verbunden sein. Weiterhin ist das innere Kontaktelement 128 als zweites Kontaktelement ausgeführt und mit einer zweiten Halbleiterschicht (nicht gezeigt in 1A) elektrisch verbunden.
1B zeigt eine Draufsicht auf die zweite Hauptoberfläche 108 des optoelektronischen Halbleiterchips 10. Wie in 1B dargestellt, sind die zwei äußeren Kontaktelemente 129 jeweils auf gegenüberliegenden Seiten des inneren Kontaktelements 128 angeordnet. Die zwei äußeren Kontaktelemente 129 können über eine leitfähige Schicht innerhalb des Halbleiterchips miteinander elektrisch verbunden sein. Die leitfähige Schicht kann auch eine Halbleiterschicht sein. Beispielsweise kann die leitfähige Schicht, über die die zwei äußeren Kontaktelemente 129 miteinander elektrisch verbunden sind, in einem Bereich der zweiten Hauptoberfläche 108 nicht freiliegen. Gemäß Ausführungsformen kann über dieser leitfähigen Schicht eine isolierende Schicht angeordnet sein. Als Folge werden, wie nachfolgend unter Bezugnahme auf die 4A und 4B erläutert werden wird, bei einem elektrischen Kontaktieren des inneren Kontaktelements 128 die äußeren Kontaktelemente 129 nicht mit dem inneren Kontaktelement 128 kurzgeschlossen. Beispielsweise zeigt 1B den Fall, in dem die äußeren Kontaktelemente 129 jeweils erste Kontaktelemente 115 darstellen, die mit einer ersten Halbleiterschicht elektrisch verbunden sind. Die erste Halbleiterschicht ist auf einer der zweiten Hauptoberfläche 108 zugewandten Seite des Halbleiterschichtstapels angeordnet. Das innere Kontaktelement 128 kann in diesem Fall ein zweites Kontaktelement 117 sein. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann aber auch das innere Kontaktelement 128 ein erstes Kontaktelement sein, und die beiden äußeren Kontaktelemente 129 sind jeweils zweite Kontaktelemente.
1C veranschaulicht einen Fall, in dem die zwei äußeren Kontaktelemente 129 über eine leitfähige Struktur 118 miteinander elektrisch verbunden sind. Beispielsweise können die äußeren Kontaktelemente 129 jeweils zweite Kontaktelemente 117 sein, die mit einer zweiten Halbleiterschicht elektrisch verbunden sind. Die zweite Halbleiterschicht ist auf einer von der zweiten Hauptoberfläche 108 abgewandten Seite des Halbleiterschichtstapels angeordnet. Wie unter Bezugnahme auf 2A und 2B näher erläutert werden wird, können die zweiten Kontaktelemente 117 über die Kontaktstruktur 118 miteinander elektrisch verbunden sein. Dabei kann die Kontaktstruktur 118 derart ausgebildet sein, dass sie nicht an der zweiten Hauptoberfläche 108 des Halbleiterchips 10 freiliegt. Beispielsweise kann ein Zwischenraum zwischen Kontaktstruktur 118 und zweiter Hauptoberfläche 108 des Halbleiterchips 10 vorliegen. Als Folge werden, wie nachfolgend unter Bezugnahme auf die 4A und 4B erläutert werden wird, bei einem elektrischen Kontaktieren des inneren Kontaktelements 115 die äußeren Kontaktelemente 117 nicht mit dem inneren Kontaktelement 115 kurzgeschlossen. Gemäß weiteren Ausführungsformen können bei der in 1C gezeigten Struktur die äußeren Kontaktelemente 129 auch erste Kontaktelemente 115 sein, und das innere Kontaktelement 128 ist ein zweites Kontaktelement 117.
Die Form des inneren und der äußeren Kontaktelemente kann generell beliebig sein. Beispielsweise können die Kontaktelemente rechteckig, quadratisch oder mit rundem oder ovalem Querschnitt ausgebildet sein. Die Form und die Größe der Kontaktelemente können jeweils unterschiedlich sein.
2A zeigt eine Querschnittsansicht des in 1B oder 1C gezeigten Halbleiterchips zwischen I und I'. Die gezeigte Querschnittsansicht schneidet den optoelektronischen Halbleiterchip im Bereich eines ersten Kontaktelements 115, wie nachfolgend ausgeführt werden wird. Dabei ist für den Aufbau des ersten Kontaktelements 115 unerheblich, ob das erste Kontaktelement ein inneres oder ein äußeres Kontaktelement darstellt. Das in 2A dargestellte optoelektronische Halbleiterbauelement weist einen Schichtstapel aus einer ersten Halbleiterschicht 100 von einem ersten Leitfähigkeitstyp, beispielsweise p-Typ, sowie einer zweiten Halbleiterschicht 110 von einem zweiten Leitfähigkeitstyp, beispielsweise n-Typ, auf. Eine aktive Zone 105 kann zwischen den Halbleiterschichten 100, 110 angeordnet sein.
Die aktive Zone 105 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 jede Kombination dieser Schichten.
Eine erste Stromaufweitungsschicht 123 kann in elektrischem Kontakt mit der ersten Halbleiterschicht 100 ausgebildet sein.
Die erste Stromaufweitungsschicht 123 kann eine oder mehrere Schichten aufweisen. Beispielsweise kann die erste Stromaufweitungsschicht 123 eine Silberschicht enthalten, die durch geeignete Schichten eingekapselt sein kann. Das erste Kontaktelement 115 ist über die erste Stromaufweitungsschicht 123 mit der ersten Halbleiterschicht 100 elektrisch verbunden. Gemäß Ausführungsformen kann eine erste Passivierungsschicht 120 zwischen der ersten Stromaufweitungsschicht 123 und dem ersten Kontaktelement 115 angeordnet sein. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann auf diese erste Passivierungsschicht 120 auch verzichtet werden. Die zweite Halbleiterschicht 110 ist auf der von der zweiten Hauptoberfläche 108 abgewandten Seite des optoelektronischen Halbleiterchips angeordnet. Eine zweite Hauptoberfläche der zweiten Halbleiterschicht 111 kann beispielsweise aufgeraut sein, um die Auskoppeleffizienz der erzeugten elektromagnetischen Strahlung zu erhöhen.
Die erste Halbleiterschicht 100 kann strukturiert sein, so dass eine Mesa 103 ausgebildet wird. Beispielsweise kann dadurch ein horizontaler Teil 113, 114 der zweiten Halbleiterschicht freiliegend, d.h. nicht mit der ersten Halbleiterschicht 100 bedeckt sein. Beispielsweise ist der freiliegende Teil 113, 114 der zweiten Halbleiterschicht am Rand des Halbleiterchips angeordnet. Beispielsweise kann eine Kontaktstruktur 118 auf dem freiliegenden Teil 113, 114 der ersten Hauptoberfläche angeordnet sein. Stellen die beiden äußeren Kontaktelemente 129, wie in 1B gezeigt, jeweils erste Kontaktelemente 115 dar, so können beispielsweise die ersten Kontaktelemente 115 über die erste Stromaufweitungsschicht 123 miteinander elektrisch verbunden sein. Eine Oberfläche der Kontaktstruktur 118 kann in einer Höhe angeordnet sein, die kleiner als eine Höhe der zweiten Hauptoberfläche 108 des Halbleiterchips ist. Der Begriff „zweite Hauptoberfläche“ bezeichnet dabei eine äußerste horizontale Begrenzungsfläche des Halbleiterchips 10. Beispielsweise kann die zweite Hauptoberfläche 108 des Halbleiterchips 10 in Kontakt mit einer Leiterplatte (nicht gezeigt in 2A) gebracht werden, wenn das Halbleiterbauelement ausgebildet wird. Die Kontaktstruktur 118 kann von der Leiterplatte beabstandet sein, wenn der Halbleiterchip mit der Leiterplatte in Kontakt gebracht wird.
2B zeigt eine Querschnittsansicht des in den 1B und 1C gezeigten Halbleiterchips zwischen II und II'. Die in 2B gezeigte Querschnittsansicht schneidet den Halbleiterchip im Bereich eines zweiten Kontaktelements 117. Das zweite Kontaktelement 117 ist elektrisch mit der zweiten Halbleiterschicht 110 elektrisch verbunden, die auf einer von der zweiten Hauptoberfläche 108 abgewandten Seite des Halbleiterschichtstapels angeordnet ist. Dabei ist unerheblich, ob das zweite Kontaktelement 117 ein inneres oder ein äußeres Kontaktelement ist. Wie unter Bezugnahme auf 2A erläutert worden ist, kann beispielsweise die erste Halbleiterschicht 100 zu einer Mesa strukturiert sein, so dass ein erster und zweiter horizontaler Teil 113, 114 der zweiten Halbleiterschicht 110 freiliegend ist. Beispielsweise ist der freiliegende Teil 113, 114 der zweiten Halbleiterschicht am Rand des Halbleiterchips angeordnet. Gemäß Ausführungsformen kann elektrischer Kontakt zwischen dem zweiten Kontaktelement 117 und der zweiten Halbleiterschicht 110 ausschließlich über freiliegende Teile 113, 114, die am Rand des Halbleiterchips angeordnet sind, erfolgen. Beispielsweise liegen in einem zentralen Teil des Halbleiterchips keine Kontakte zwischen dem zweiten Kontaktelementen 117 und der zweiten Halbleiterschicht vor. Eine Passivierungsschicht 120 kann über der ersten Stromaufweitungsschicht 123 sowie über freiliegenden Teilen der ersten Halbleiterschicht 100 angeordnet sein, um die erste Halbleiterschicht 100 von dem zweiten Kontaktelement 117 elektrisch zu isolieren.
Das zweite Kontaktelement 117 kann in direktem Kontakt mit der zweiten Halbleiterschicht 110 angeordnet sein und mit dieser elektrisch verbunden sein. Gemäß weiteren Ausführungsformen können weitere leitfähige Schichten zwischen der zweiten Halbleiterschicht 110 und dem zweiten Kontaktelement 117 angeordnet sein. Eine Kontaktstruktur 118 kann in Bereichen außerhalb des zweiten Kontaktelements 117 über dem freiliegenden Teil 113, 114 der zweiten Halbleiterschicht 110 angeordnet sein. Gemäß Ausführungsformen können die Kontaktstruktur 118 und das zweite Kontaktelement 117 aus demselben leitfähigen Material hergestellt sein. Gemäß weiteren Ausführungsformen können das zweite Kontaktelement 117 und die Kontaktstruktur 118 aus jeweils unterschiedlichen Materialien aufgebaut sein. Gemäß den Ausführungsformen von 1B bildet das zweite Kontaktelement 117 das innere Kontaktelement 128. Gemäß Ausführungsformen, die in 1C dargestellt sind, bilden zwei zweite Kontaktelemente 117 jeweils die äußeren Kontaktelemente 129. In diesem Fall können die zwei äußeren Kontaktelemente 117 über die Kontaktstruktur 118 miteinander elektrisch verbunden sein. Gemäß weiteren Ausführungsformen können sie jedoch auch über eine beliebige andere geeignete leitfähige Schicht des Halbleiterchips miteinander elektrisch verbunden sein.
2C zeigt eine schematische Querschnittsansicht des optoelektronischen Halbleiterchips zwischen III und III', wie in 1B dargestellt. Gemäß Ausführungsformen sind die zwei äußeren Kontaktelemente 129 jeweils erste Kontaktelemente 115, die mit der ersten Halbleiterschicht 100 elektrisch verbunden sind. Beispielsweise sind die zwei äußeren Kontaktelemente 129 über die erste Stromaufweitungsschicht 123 miteinander elektrisch verbunden. Die weiteren Komponenten des in 2C veranschaulichten Halbleiterchips sind bereits unter Bezugnahme auf die 2A und 2B erläutert worden. Beispielsweise kann die erste Stromaufweitungsschicht 123 Silber enthalten, wodurch eine hohe Leitfähigkeit und damit Stromtragfähigkeit der ersten Stromaufweitungsschicht 123 erreicht wird. Durch geeignetes Einstellen der Schichtdicke der ersten Stromaufweitungsschicht kann ihre Stromtragfähigkeit erhöht werden.
3 zeigt eine Querschnittsansicht eines optoelektronischen Halbleiterchips, bei dem die zwei äußeren Kontaktelemente 129 jeweils zweite Kontaktelemente 117 sind. Es ist aber selbstverständlich, dass weitere Veränderungen vorgenommen werden können, so dass die in 3 gezeigte Struktur auf den Fall anwendbar ist, dass die zwei äußeren Kontaktelemente 129 jeweils erste Kontaktelemente 115 sind.
Der in 3 gezeigte optoelektronische Halbleiterchip weist eine erste Halbleiterschicht 100 von einem ersten Leitfähigkeitstyp, beispielsweise p-leitend, sowie eine zweite Halbleiterschicht 110 von einem zweiten Leitfähigkeitstyp, beispielsweise n-leitend, auf. Die erste und die zweite Halbleiterschicht 100, 110 bilden einen Halbleiterschichtstapel. Eine aktive Zone 105 kann zwischen erster und zweiter Halbleiterschicht 100, 110 angeordnet sein. Von dem optoelektronischen Halbleiterchip emittierte elektromagnetische Strahlung kann beispielsweise über die zweite Hauptoberfläche 111 der zweiten Halbleiterschicht ausgegeben werden. Die zweite Hauptoberfläche 111 der zweiten Halbleiterschicht 110 kann aufgeraut sein, um die Auskoppeleffizienz der erzeugten elektromagnetischen Strahlung zu erzeugen.
Eine erste Stromaufweitungsschicht 123 kann in Kontakt mit der ersten Halbleiterschicht 100 angeordnet sein. Die erste Stromaufweitungsschicht 123 kann beispielsweise Silber enthalten oder aus Silber bestehen und durch eine geeignete Passivierungsschicht 120 eingekapselt sein. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann die erste Stromaufweitungsschicht 123 jedoch auch in unterschiedlicher Weise realisiert sein. Abweichend von den in den 2A bis 2C dargestellten Ausführungsformen ist hier eine zweite Kontaktstruktur 122 vorgesehen, die die zweite Halbleiterschicht 110 elektrisch kontaktiert. Beispielsweise kann die zweite Kontaktstruktur 122 in einer in der ersten Halbleiterschicht 100 ausgebildeten Öffnung 124 angeordnet sein und sich somit durch die erste Halbleiterschicht 100 erstrecken. Die zweite Kontaktstruktur 122 kann über ein isolierendes Material, beispielsweise einen Teil einer ersten Passivierungsschicht 120 von der ersten Halbleiterschicht 100 elektrisch isoliert sein. Die zweite Kontaktstruktur 122 kann mit einer zweiten Stromaufweitungsschicht 125 elektrisch verbunden sein. Die zweite Stromaufweitungsschicht 125 kann auf einer von der zweiten Halbleiterschicht 110 abgewandten Seite der ersten Halbleiterschicht 100 angeordnet sein. Die erste Stromaufweitungsschicht 123 kann zwischen erster Halbleiterschicht 100 und zweiter Stromaufweitungsschicht 125 angeordnet sein. Ein Teil der zweiten Stromaufweitungsschicht 125 kann sich seitlich entlang dem Halbleiterschichtstapel erstrecken und somit eine Art Trägerstruktur des optoelektronischen Halbleiterchips 10 ausbilden.
Gemäß Ausführungsformen kann der optoelektronische Halbleiterchip 10 direkt angrenzend an die zweite Stromaufweitungsschicht 125 elektrisch kontaktiert sein und somit ein Chip-Size-Package ausbilden. Gemäß weiteren Ausführungsformen können das erste und das zweite Kontaktelement 115, 117 jeweils als Kontaktsäulen ausgebildet sein, wie in 3 veranschaulicht ist. Beispielsweise kann eine Vergussmasse 130 zwischen den Kontaktsäulen angeordnet sein und somit zu einer Stabilisierung des optoelektronischen Halbleiterchips beitragen. Wie in 3 veranschaulicht, sind die zweiten Kontaktelemente 117 jeweils in Kontakt mit der zweiten Stromaufweitungsschicht 125 angeordnet. Das erste Kontaktelement 115 ist über eine erste Öffnung 121, die insbesondere in der zweiten Stromaufweitungsschicht 125 ausgebildet ist, mit der ersten Stromaufweitungsschicht 123 elektrisch verbunden. Ein erster Kontaktbereich 116 kann mit dem ersten Kontaktelement 115 elektrisch verbunden sein. Zweite Kontaktbereiche 119 können jeweils mit den zweiten Kontaktelementen 117 elektrisch verbunden sein.
Wie in 3 veranschaulicht ist, sind jeweils das innere sowie die zwei äußeren Kontaktelemente auf einer Seite der zweiten Hauptoberfläche 108 des Halbleiterchips angeordnet. Die zweite Hauptoberfläche 108 des Halbleiterchips 10 ist der Lichtemissions-Oberfläche des Halbleiterchips 10 gegenüberliegend. Entsprechend stellt der beschriebene Halbleiterchip ein Flip-Chip-Bauelement dar. Gemäß Ausführungsformen kann der Halbleiterchip eine Vielzahl zweiter Kontaktstrukturen 122 umfassen, die jeweils die zweite Halbleiterschicht 110 mit der zweiten Stromaufweitungsschicht 125 verbinden.
Wie unter Bezugnahme auf die 2A bis 2C sowie 3 beschrieben worden ist, können gemäß Ausführungsformen die zwei äußeren Kontaktelemente 129 über eine leitfähige Schicht innerhalb des Halbleiterchips 10 miteinander elektrisch verbunden sein. Beispielsweise kann diese leitfähige Schicht nach außen hin isoliert sein. Gemäß Ausführungsformen kann die leitfähige Schicht derart ausgebildet sein, dass sie nicht mit einer Leiterplatte in Kontakt kommt, wenn die zweite Hauptoberfläche des Halbleiterchips mit der Leiterplatte in Kontakt gebracht wird. Gemäß weiteren Ausführungsformen können die äußeren Kontaktelemente 129 über eine Kontaktstruktur elektrisch verbunden sein. Diese Kontaktstruktur kann beispielsweise auf einem freiliegenden Teil einer ersten Hauptoberfläche der zweiten Halbleiterschicht angeordnet sein. Als Ergebnis liegt die Kontaktstruktur nicht an der zweiten Hauptoberfläche des Halbleiterchips vor sondern ist von der zweiten Hauptoberfläche beabstandet. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann eine entsprechende Kontaktstruktur in dem Halbleiterchip vergraben sein. Als Folge kann eine elektrische Verbindung jeweils der äußeren und inneren Kontakte 129, 128 der Halbleiterchips durch Anschlussbereiche realisiert werden, die in einer einzigen Ebene angeordnet sind, wie nachfolgend beschrieben werden wird.
Ein Halbleiterbauelement 20 umfasst eine Vielzahl von Halbleiterchips 10 wie vorstehend beschrieben sowie eine Leiterplatte 200, auf der die Halbleiterchips 10 angeordnet sind. 4A veranschaulicht ein Beispiel einer Leiterplatte 200. Die in 4A gezeigte Leiterplatte 200 kann aus einem beliebigen Grundmaterial wie beispielsweise Keramik, Glas oder anderen isolierenden Materialien aufgebaut sein. Leitende Schichten oder Folien können über der Leiterplatte angeordnet und geeignet strukturiert sein. Die Leiterplatte 200 weist eine Vielzahl von ersten Anschlussbereichen 205 und eine Vielzahl von zweiten Anschlussbereichen 210 auf.
Beispielsweise können die ersten Anschlussbereiche 205 derart angeordnet sein, dass sie jeweils die inneren Kontaktelemente 128 benachbarter Halbleiterchips miteinander verbinden. Weiterhin können die zweiten Kontaktbereiche 210 jeweils die äußeren Kontaktelemente 129 zweier benachbarter optoelektronischer Halbleiterchips miteinander verbinden. Beispielsweise können die ersten Kontaktbereiche 205 linienartig ausgebildet sein. Die zweiten Kontaktbereiche 210 können jeweils als unterbrochene Linien ausgebildet sein. Dabei ist die Länge der unterbrochenen Linien derart bemessen, dass sie geeignet sind, die äußeren Kontaktelemente 129 jeweils zweiter benachbarter Halbleiterchips miteinander zu verbinden. Die ersten und zweiten Kontaktbereiche können beispielsweise durch Strukturieren einer leitfähigen Schicht hergestellt sein. Beispielsweise kann die leitfähige Schicht eine Kupferschicht oder eine andere leitende, beispielsweise eine metallische Schicht sein.
4B zeigt ein Beispiel einer Anordnung von verschiedenen optoelektronischen Halbleiterchips 11, 12, 13, die auf der Leiterplatte 200 aufgebracht sein können. Beispielsweise kann eine Vielzahl ähnlicher oder identischer optoelektronischer Halbleiterchips auf der Leiterplatte 200 aufgebracht sein und das optoelektronische Bauelement bilden. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann die Vielzahl von Halbleiterchips eine erste Vielzahl von Halbleiterchips 11 einer ersten Farbe, beispielsweise blau, eine zweite Vielzahl von Halbleiterchips 12 einer zweiten Farbe, beispielsweise grün, sowie eine dritte Vielzahl optoelektronischer Halbleiterchips 13 einer dritten Farbe, beispielsweise rot, enthalten. Beispielsweise können die Halbleiterchips in Reihen und Spalten angeordnet sein, wobei jeweils die Halbleiterchips einer Farbe derart angeordnet sind, dass sie durch benachbarte zweite Kontaktbereiche 210 miteinander elektrisch verbunden werden können. Beispielsweise können die Halbleiterchips einer Farbe jeweils in Spalten angeordnet sein, so dass sie jeweils über die zweiten Kontaktbereiche 210 miteinander elektrisch verbunden sind. Beispielsweise können jeweils die äußeren Kontaktelemente 129 zweier benachbarter Halbleiterchips über die zweiten Anschlussbereiche 210 miteinander elektrisch verbunden sein. Auf diese Weise wird eine Vielzahl von optoelektronischen Halbleiterchips einer Spalte in Reihe geschaltet. Weiterhin können jeweils die inneren Kontaktelemente 128 von Halbleiterchips einer Reihe über die ersten Anschlussbereiche 205 miteinander elektrisch verbunden sein. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann das Halbleiterbauelement 20 weiterhin noch einen Treiber umfassen, beispielsweise mit einem ersten Treiberelement 206, durch das eine vorgegebene Spannung jeweils an die Reihen oder die ersten Anschlussbereiche 205 angelegt werden kann. Der Treiber kann ferner ein zweites Treiberelement 211, durch das eine vorgegebene Spannung jeweils an die Spalten oder die zweiten Anschlussbereiche 210 angelegt werden kann, umfassen.
Beispielsweise können auf diese Weise insgesamt mehr als 50 oder mehr als 100 optoelektronische Halbleiterchips auf einfache Weise angeordnet und elektrisch angeschlossen werden. Beispielsweise kann das optoelektronische Halbleiterbauelement etwa mehr als 15 x 30, beispielsweise 18 x 32 optoelektronische Halbleiterchips aufweisen. Beispielsweise kann eine typische Größe eines Chips etwa 50 µm betragen. Die Größe kann aber auch kleiner sein, beispielsweise bis zu 10 µm.
Durch die spezielle Ausgestaltung der optoelektronischen Halbleiterchips mit zwei äußeren und einem inneren Kontaktelement ist es möglich, diese optoelektronischen Halbleiterchips derart miteinander zu verbinden, so dass der Strom über die zweiten Anschlussbereiche 210 geleitet werden kann. Wie beschrieben worden ist, wird ein Teil der elektrischen Verschaltung der äußeren Kontaktelemente 129 und damit der zweiten Anschlussbereiche über eine leitfähige oder Halbleiterschicht innerhalb des optoelektronischen Halbleiterchips bewirkt. Durch dieses spezielle Verdrahtungsschema innerhalb des Chips, durch welches zwei äußere Kontaktelemente 129 miteinander elektrisch verbunden sind und jeweils auf gegenüberliegenden Seiten eines inneren Kontaktelements 128 angeordnet sind, kann eine einfache Verschaltung einer Vielzahl von optoelektronischen Halbleiterchips in einem optoelektronischen Halbleiterbauelement realisiert werden. Entsprechend kann eine Verschaltung von verschiedenen LEDs einfach realisiert werden, ohne die Notwendigkeit, Leitungen, die eine Abschattung des Bauelements bewirken könnten oder aufwändig herzustellen sind, bereitzustellen. Wie beschrieben worden ist, kann die Verdrahtung der einzelnen Halbleiterchips 10, 11, 12, 13 durch Leiterbahnen oder Anschlussbereiche 205, 210 bewirkt werden, die in einer einzigen Ebene angeordnet sind. Entsprechend ist es nicht erforderlich, eine Isolation zwischen unterschiedlichen Verdrahtungsebenen bereitzustellen.
Das hier beschriebene Halbleiterbauelement kann beispielsweise ein Halbleiterbauelement mit einer Vielzahl von Halbleiterchips, die matrixartig angeordnet und miteinander verschaltet sind, sein. Beispiele umfassen Anzeigevorrichtungen, Videoleinwände, Sensoren und andere. Die Halbleiterchips können optoelektronische Halbleiterchips sein, die geeignet sind, elektromagnetische Strahlung zu emittieren oder zu empfangen. Gemäß weiteren Ausführungsformen können die optoelektronischen Halbleiterchips auch elektromechanische Halbleiterchips, Logik- oder Treiberchips sein.
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: Halbleiterchip
11: erster Halbleiterchip
12: zweiter Halbleiterchip
13: dritter Halbleiterchip
16: emittierte elektromagnetische Strahlung
20: Halbleiterbauelement
100: erste Halbleiterschicht
101: erste Hauptoberfläche der ersten Halbleiterschicht
103: Mesa
105: aktive Zone
107: erste Hauptoberfläche des Halbleiterchips
108: zweite Hauptoberfläche des Halbleiterchips
110: zweite Halbleiterschicht
111: zweite Hauptoberfläche der zweiten Halbleiterschicht
113: erster freiliegender Teil der zweiten Halbleiterschicht
114: zweiter freiliegender Teil der zweiten Halbleiterschicht
115: erstes Kontaktelement
116: erster Kontaktbereich
117: zweites Kontaktelement
118: Kontaktstruktur
119: zweiter Kontaktbereich
120: erste Passivierungsschicht
121: erste Öffnung
122: zweite Kontaktstruktur
123: erste Stromaufweitungsschicht
124: Öffnung
125: zweite Stromaufweitungsschicht
127: isolierende Schicht
128: inneres Kontaktelement
129: äußeres Kontaktelement
130: Vergussmasse
200: Leiterplatte
205: erster Anschlussbereich
206: erstes Treiberelement
210: zweiter Anschlussbereich
211: zweites Treiberelement

Claims

Halbleiterchip (10, 11, 12, 13) mit einem inneren Kontaktelement (128), und zwei äußeren Kontaktelementen (129), wobei das innere Kontaktelement (128) und die zwei äußeren Kontaktelemente (129) an einer zweiten Hauptoberfläche (108) des Halbleiterchips (10, 11, 12, 13) angeordnet sind und je eines der äußeren Kontaktelemente (129) auf jeweils gegenüberliegenden Seiten des inneren Kontaktelements (128) angeordnet ist, und a) das innere Kontaktelement (128) als ein erstes Kontaktelement (115) ausgeführt ist, das mit einer ersten Halbleiterschicht (100) elektrisch verbunden ist und die zwei äußeren Kontaktelemente (129) jeweils als zweite Kontaktelemente (117) ausgeführt sind, die mit einer zweiten Halbleiterschicht (110) elektrisch verbunden sind, oder b) die zwei äußeren Kontaktelemente (129) jeweils als erste Kontaktelemente (115) ausgeführt sind, die mit einer ersten Halbleiterschicht (100) elektrisch verbunden sind und das innere Kontaktelement (128) als zweites Kontaktelement (117) ausgeführt ist, das mit einer zweiten Halbleiterschicht (110) elektrisch verbunden ist.
Halbleiterchip (10, 11, 12, 13) nach Anspruch 1, bei dem die erste und die zweite Halbleiterschicht (100, 110) Teil eines Schichtstapels sind, und die zweite Halbleiterschicht (110) auf einer von der zweiten Hauptoberfläche (108) abgewandten Seite des Halbleiterschichtstapels angeordnet ist.
Halbleiterchip (10, 11, 12, 13) nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die zwei äußeren Kontaktelemente (129) über eine leitfähige Schicht (123) innerhalb des Halbleiterchips (10, 11, 12, 13) miteinander elektrisch verbunden sind.
Halbleiterchip (10, 11, 12, 13) nach Anspruch 3, bei dem die zwei äußeren Kontaktelemente (129) miteinander über eine erste Stromaufweitungsschicht (123) elektrisch verbunden sind.
Halbleiterchip (10, 11, 12, 13) nach Anspruch 2, bei dem ein Teil der zweiten Halbleiterschicht (110) nicht mit der ersten Halbleiterschicht (100) bedeckt ist, wodurch ein Teil (113, 114) einer ersten Hauptoberfläche der zweiten Halbleiterschicht (110) freiliegend ist.
Halbleiterchip (10, 11, 12, 13) nach Anspruch 5, ferner mit einer Kontaktstruktur (118) auf dem freiliegenden Teil (113, 114) der ersten Hauptoberfläche, wobei die äußeren Kontaktelemente (129) miteinander über die Kontaktstruktur (118) elektrisch verbunden sind.
Halbleiterchip (10, 11, 12, 13) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Halbleiterchip (10, 11, 12, 13) ein optoelektronischer Halbleiterchip (10, 11, 12, 13) ist.
Halbleiterchip (10, 11, 12, 13) nach Anspruch 7, wobei der Halbleiterchip (10, 11, 12, 13) ein Leuchtdiodenchip ist.
Halbleiterchip (10, 11, 12, 13) nach Anspruch 7, wobei der Halbleiterchip (10, 11, 12, 13) ein Sensorchip ist.
Halbleiterbauelement (20) mit einer Vielzahl von Halbleiterchips (10, 11, 12, 13) nach einem der vorhergehenden Ansprüche sowie einer Leiterplatte (200), auf der die Halbleiterchips (10, 11, 12, 13) angeordnet sind.
Halbleiterbauelement (20) nach Anspruch 10, ferner mit einer Vielzahl von ersten Anschlussbereichen (205) und zweiten Anschlussbereichen (210), wobei die ersten Anschlussbereiche (205) geeignet sind, die inneren Kontaktelemente (128) zweier benachbarter Halbleiterchips (10, 11, 12, 13) miteinander zu verbinden.
Halbleiterbauelement (20) nach Anspruch 11, bei dem die zweiten Anschlussbereiche (210) geeignet sind, die äußeren Kontaktelemente (129) zweier benachbarter Halbleiterchips (10, 11, 12, 13) miteinander zu verbinden.
Halbleiterbauelement (20) nach Anspruch 11 oder 12, bei dem die Halbleiterchips (10, 11, 12, 13) in Reihen und Spalten angeordnet sind und die ersten Anschlussbereiche (205) in Linien, die die Spalten schneiden, ausgeführt sind.
Halbleiterbauelement (20) nach Anspruch 13, bei dem die zweiten Anschlussbereiche (210) jeweils in Spalten angeordnet sind.
Halbleiterbauelement (20) nach einem der Ansprüche 11 bis 14, bei dem die Halbleiterchips (10, 11, 12, 13) jeweils LED-Chips sind und eine erste Vielzahl von LED-Chips (11) einer ersten Farbe, eine zweite Vielzahl von LED-Chips (12) einer zweiten Farbe und eine dritte Vielzahl von LED-Chips (13) einer dritten Farbe umfassen.