DE102021124146A1

DE102021124146A1 - Licht emittierender halbleiterchip und verfahren zur herstellung eines licht emittierenden halbleiterchips

Info

Publication number: DE102021124146A1
Application number: DE102021124146.4A
Authority: DE
Inventors: Laura Kreiner; Wolfgang Schmid
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2021-09-17
Filing date: 2021-09-17
Publication date: 2023-03-23
Also published as: WO2023041704A1; CN117999659A

Abstract

Es wird ein Licht emittierender Halbleiterchip (100) angegeben, der eine Halbleiterschichtenfolge (1) mit einer aktiven Schicht (10), die dazu vorgesehen und eingerichtet ist, im Betrieb Licht zu erzeugen und über eine Lichtauskoppelfläche (11) auszukoppeln, eine auf der Lichtauskoppelfläche abgeschiedene Filterschicht (6) und eine Kontaktstruktur (8), die auf der Lichtauskoppelfläche in einem Bereich abgeschieden ist, die frei von der Filterschicht ist, aufweist.Weiterhin wird ein Verfahren zur Herstellung des Licht emittierenden Halbleiterchips (100) angegeben.

Description

Es werden ein Licht emittierender Halbleiterchip und ein Verfahren zur Herstellung eines Licht emittierenden Halbleiterchips angegeben.
Beispielsweise in Anwendungen in den Bereichen Projektion, Sensing etc. kann Licht oftmals nur in einem bestimmten Winkelbereich genutzt werden. Typische Licht emittierende Dioden (LED) weisen jedoch eine Lambertsche Abstrahlcharakteristik auf. Es ist daher wünschenswert, die Abstrahlcharakteristik so zu verändern, dass Licht direkt vom Bauteil weg nur innerhalb eines gewünschten Winkelbereichs emittiert wird. Die Druckschrift EP 1 887 634 A1 beschreibt beispielsweise eine Vorrichtung, bei der ein separat gefertigtes Filterelement auf Basis von rückwärtsgerichteten Konzentratoren auf oder über einem LED-Chip montiert wird. Insbesondere bei Anwendungen, die durch den verfügbaren Bauraum begrenzt sind, ist jedoch eine kompaktere Ausführung wünschenswert. LEDs basierend auf InAlGaP und/oder InAlGaAs, die im roten oder infraroten Wellenlängenbereich emittieren, weisen außerdem üblicherweise Kontaktstege auf der Chipoberfläche auf, um den Strom über den gesamten Chip zu verteilen. Da eine Rückreflexion auf die Kontaktstege zu erheblichen Verlusten führt, kann ein die Abstrahlcharakteristik beeinflussendes Element nicht ohne weiteres auf der Bauteiloberfläche aufgebracht werden.
Zumindest eine Aufgabe von bestimmten Ausführungsformen ist es, einen Licht emittierenden Halbleiterchip anzugeben.
Zumindest eine weitere Aufgabe von bestimmten Ausführungsformen ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines Licht emittierenden Halbleiterchips anzugeben.
Diese Aufgaben werden durch einen Gegenstand und ein Verfahren gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen des Gegenstands und des Verfahrens sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet und gehen weiterhin aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen hervor.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist ein Licht emittierender Halbleiterchip eine Halbleiterschichtenfolge mit einer aktiven Schicht auf, die dazu vorgesehen und eingerichtet ist, im Betrieb Licht zu erzeugen.
Gemäß zumindest einer weiteren Ausführungsform wird bei einem Verfahren zur Herstellung eines Licht emittierenden Halbleiterchips eine Halbleiterschichtenfolge mit einer aktiven Schicht bereitgestellt, die dazu vorgesehen und eingerichtet ist, im Betrieb des Licht emittierenden Halbleiterchips Licht zu erzeugen.
Die nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen und Merkmale gelten gleichermaßen für den Licht emittierenden Halbleiterchip wie auch für das Verfahren zur Herstellung des Licht emittierenden Halbleiterchips.
Zur Bereitstellung der Halbleiterschichtenfolge kann diese mittels eines Epitaxieverfahrens, beispielsweise mittels metallorganischer Gasphasenepitaxie (MOVPE) oder Molekularstrahlepitaxie (MBE), auf einem Aufwachssubstrat aufgewachsen werden. Die Halbleiterschichtenfolge weist hierdurch Halbleiterschichten auf, die entlang einer Anordnungsrichtung, die durch die Aufwachsrichtung gegeben ist, übereinander angeordnet sind. Senkrecht zur Anordnungsrichtung weisen die Schichten der Halbleiterschichtenfolge eine Haupterstreckungsebene auf. Richtungen parallel zur Haupterstreckungsebene der Halbleiterschichten und damit senkrecht zur Aufwachsrichtung werden im Folgenden als laterale Richtungen bezeichnet.
Die Halbleiterschichtenfolge weist insbesondere zwei Hauptoberflächen auf, die senkrecht zur Aufwachsrichtung angeordnet sind. Eine der Hauptoberflächen ist als Lichtauskoppelfläche ausgebildet, über die das im Betrieb des Licht emittierenden Halbleiterchips erzeugte Licht aus der Halbleiterschichtenfolge ausgekoppelt wird. Weiterhin weist die Halbleiterschichtenfolge eine der Lichtauskoppelfläche gegenüber liegende Rückseitenfläche auf, die eine zweite Hauptoberfläche der Halbleiterschichtenfolge bilden kann. Die Lichtauskoppelfläche und die Rückseitenfläche sind über Seitenflächen miteinander verbunden.
Der Licht emittierende Halbleiterchip kann je nach zu erzeugendem Licht eine Halbleiterschichtenfolge auf der Basis von verschiedenen Halbleitermaterialsystemen aufweisen. Für eine langwellige, infrarote bis rote Strahlung ist beispielsweise eine Halbleiterschichtenfolge auf Basis von In_xGa_yAl_1-x-yAs geeignet, für rote bis gelbe Strahlung ist beispielsweise eine Halbleiterschichtenfolge auf Basis von In_xGa_yAl_1-x-yP geeignet und für kurzwellige sichtbare, also insbesondere für grüne bis blaue, Strahlung und/oder für UV-Strahlung ist beispielsweise eine Halbleiterschichtenfolge auf Basis von In_xGa_yAl_1-x-yN geeignet, wobei jeweils 0 ≤ x ≤ 1 und 0 ≤ y ≤ 1 gilt. Weiterhin kann eine Halbleiterschichtenfolge basierend auf einem Antimonid, beispielsweise InSb, GaSb, AlSb oder eine Kombination daraus, geeignet sein für langwellige Infrarotstrahlung.
Die Halbleiterschichtenfolge des Licht emittierenden Halbleiterchips kann als aktive Schicht beispielsweise einen herkömmlichen pn-Übergang, eine Doppelheterostruktur, eine Einfach-Quantentopfstruktur (SQW-Struktur) oder eine Mehrfach-Quantentopfstruktur (MQW-Struktur) aufweisen. Die Halbleiterschichtenfolge kann neben der aktiven Schicht weitere funktionelle Schichten und funktionelle Bereiche aufweisen, etwa p- oder n-dotierte Ladungsträgertransportschichten, undotierte oder p- oder n-dotierte Confinement-, Cladding- oder Wellenleiterschichten, Barriereschichten, Planarisierungsschichten, Pufferschichten, Schutzschichten und/oder Kontaktschichten sowie Kombinationen daraus. Weiterhin kann von der aktiven Schicht aus gesehen auf einer der Lichtauskoppelfläche gegenüberliegenden Seite eine Spiegelschicht mit einer oder mehreren reflektierenden Schichten oder Schichtenstapeln vorhanden sein, die Licht, das in die zur Lichtauskoppelfläche entgegengesetzten Richtung abstrahlt wird, in Richtung der Lichtauskoppelfläche zurückreflektiert. Weiterhin kann der Licht emittierende Halbleiterchip zur elektrischen Kontaktierung auf der Lichtauskoppelfläche und der Rückseitenfläche jeweils elektrische Kontakte aufweisen, über die ein elektrischer Strom zum Betrieb des Licht emittierenden Halbleiterchips in die Halbleiterschichtenfolge und damit in die aktive Schicht injiziert werden kann.
Das Aufwachssubstrat kann ein Isolatormaterial oder ein Halbleitermaterial, beispielsweise ein oben genanntes Verbindungshalbleitermaterialsystem, umfassen oder sein.
Insbesondere kann das Aufwachssubstrat Saphir, GaAs, GaP, GaN, InP, SiC, Si und/oder Ge umfassen oder aus einem solchen Material sein.
Der Aufwachsprozess kann insbesondere im Waferverbund stattfinden. Mit anderen Worten wird ein Aufwachssubstrat in Form eines Wafers bereitgestellt, auf den großflächig die Halbleiterschichtenfolge aufgewachsen wird.
Weiterhin kann die Halbleiterschichtenfolge vor dem Vereinzeln auf ein Trägersubstrat übertragen werden und das Aufwachssubstrat kann gedünnt werden, also zumindest teilweise oder ganz entfernt werden. Zwischen dem Trägersubstrat und der Halbleiterschichtenfolge kann eine reflektierende Schicht angeordnet sein, die die Abstrahleffizienz verbessern kann. Die reflektierende Schicht kann beispielsweise auf der Halbleiterschichtenfolge vor dem Übertragen der Halbleiterschichtenfolge auf das Trägersubstrat aufgebracht werden, so dass die Halbleiterschichtenfolge mit der reflektierenden Schicht auf dem Trägersubstrat montiert werden kann.
Die Halbleiterschichtenfolge, beispielsweise auf dem Trägersubstrat, kann in einem weiteren Verfahrensschritt in einzelne Halbleiterchips vereinzelt werden, wobei durch die Vereinzelung die Seitenflächen der Halbleiterchips gebildet werden können. Weiterhin können Mesagräben in der Halbleiterschichtenfolge ausgebildet werden, entlang derer in einem weiteren Verfahrensschritt eine Vereinzelung des Waferverbunds in eine Mehrzahl von Licht emittierenden Halbleiterchips durchgeführt werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Licht emittierende Halbleiterchip auf der Lichtauskoppelfläche eine Filterschicht auf. Besonders bevorzugt ist die Filterschicht auf der Lichtauskoppelfläche abgeschieden. Das kann insbesondere bedeuten, dass die Filterschicht nicht als separates Element getrennt vom Licht emittierenden Halbleiterchip hergestellt wird und dann auf der Lichtauskoppelfläche aufgebracht und befestigt wird, sondern dass die Filterschicht durch das Abscheiden auf der Lichtauskoppelfläche als integraler Bestandteil des Licht emittierenden Halbleiterchips hergestellt wird. Beispielsweise kann die Filterschicht mit einem oder durch ein Abscheideverfahren auf der Lichtauskoppelfläche aufgebracht und hergestellt werden, das ein physikalisches Gasphasenabscheideverfahren und/oder ein chemisches Gasphasenabscheideverfahren aufweist oder ist, etwa Aufdampfen, Sputtern, Ionplattieren, Aufwachsen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Filterschicht ein dielektrischer Winkelfilter. Beispielsweise kann es sich bei der Filterschicht um einen Filter auf Basis oder in Form eines Bragg-Spiegels handeln, der auch als DBR („distributed Bragg reflector‟) bezeichnet werden kann und der eine periodische Abfolge von zumindest zwei dielektrischen Schichten mit unterschiedlichen Brechungsindices aufweist. Beispielsweise können mehrere Paare einer ersten und einer zweiten Schicht mit unterschiedlichen Brechungsindices übereinander angeordnet sein. Weiterhin kann die Filterschicht auch eine komplizierte Schichtabfolge mit mehr als zwei unterschiedlichen Schichtarten aufweisen. Insbesondere kann die Filterschicht beispielsweise eine Abfolge von mehreren Schichten aufweisen, deren Materialien und Schichtdicken individuell so eingestellt werden, dass die Filterschicht eine gewünschte Winkelselektivität aufweist. Die Anordnung der Schichten kann auch nicht-periodisch sein. Die Schichten können jeweils ein Material wie beispielsweise ein Oxid, Nitrid oder Oxinitrid aufweisen, etwa eines oder mehrere ausgewählt aus Siliziumoxid, Siliziumnitrid, Siliziumoxinitrid, Nioboxid, Aluminiumoxid, Titanoxid und Tantaloxid. Die Schichten der Filterschicht können jeweils eine Schichtdicke, insbesondere eine optische Schichtdicke, aufweisen, die in Abhängigkeit von der Wellenlänge des in der aktiven Schicht erzeugten Lichts und dem Brechungsindex des jeweils verwendeten Materials bevorzugt so gewählt ist, dass die Filterschicht bewirkt, dass anstelle der Abstrahlcharakteristik an der Lichtauskoppelfläche, die insbesondere eine Lambertsche Abstrahlcharakteristik sein kann, eine stärker vorwärts gerichtete Abstrahlcharakteristik nach der Filterschicht vorliegt. Die Filterschicht kann das in der Halbleiterschichtenfolge erzeugte Licht beispielsweise in einem Winkelbereich von +/-45° oder +/- 30° oder +/- 15° oder sogar weniger zur Oberflächennormale transmittieren und außerhalb eines solchen Winkelkegels reflektieren. Durch Rückreflexion in der Halbleiterschichtenfolge und einer Winkelumverteilung an der Lichtauskoppelfläche kann das Licht dann in einem weiteren Umlauf im Zielwinkelbereich auf der Filterschicht auftreffen und dort transmittiert werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Licht emittierende Halbleiterchip eine elektrische Kontaktstruktur auf, die auf der Lichtauskoppelfläche in einem Bereich abgeschieden ist, die frei von der Filterschicht ist. Die elektrische Kontaktstruktur kann im Folgenden auch einfach als Kontaktstruktur bezeichnet sein. Besonders bevorzugt kann die Kontaktstruktur unmittelbar auf der Halbleiterschichtenfolge aufgebracht sein. Die Kontaktstruktur kann beispielsweise durch Aufdampfen, Sputtern oder ein anderes Abscheideverfahren auf der Lichtauskoppelfläche aufgebracht werden und für eine elektrische Kontaktierung und damit eine Stromeinprägung in die Halbleiterschichtenfolge von der Lichtauskoppelfläche her im Betrieb des Licht emittierenden Halbleiterchips vorgesehen und eingerichtet sein. Besonders bevorzugt kann die Kontaktstruktur eine Stromverteilungsstruktur bilden, um eine möglichst gleichmäßige Stromverteilung von der Seite der Lichtauskoppelfläche her in die Halbleiterschichtenfolge zu erreichen. Hierzu kann die Kontaktstruktur bevorzugt eine Mehrzahl von Kontaktstegen aufweisen. Weiterhin kann die Kontaktstruktur einen Anschlussbereich aufweisen, über den die Kontaktstruktur von außen kontaktiert werden kann und die mit den Kontaktstegen verbunden ist. Beispielsweise kann der Anschlussbereich dazu vorgesehen und eingerichtet sein, durch einen oder mehrere Bonddrähte kontaktiert zu werden. Der Anschlussbereich kann somit beispielsweise ein Bondpad sein, auf das ein oder mehrere Bonddrähte aufgebondet werden können.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die Kontaktstege auf einer von der Halbleiterschichtenfolge abgewandten Seite von der Filterschicht überdeckt. In diesem Fall wird die Kontaktstruktur vor der Filterschicht auf der Lichtauskoppelfläche abgeschieden, die somit zum Zeitpunkt des Abscheidens der Kontaktstruktur frei von der Filterschicht ist. Dadurch, dass die Filterschicht nach der Kontaktstruktur aufgebracht wird, kann die Filterschicht die Kontaktstege überdecken und somit eine Schutzschicht für die Kontaktstege bilden. Alternativ hierzu können die Kontaktstege auf einer von der Halbleiterschichtenfolge abgewandten Seite zumindest teilweise frei von der Filterschicht sein. Hierzu kann die Filterschicht zumindest teilweise von den Kontaktstegen entfernt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird die Kontaktstruktur nach der Filterschicht auf der Lichtauskoppelfläche abgeschieden. Um in diesem Fall die Kontaktstruktur, besonders bevorzugt unmittelbar, auf der Lichtauskoppelfläche aufbringen zu können, wird die Filterschicht entweder strukturiert aufgebracht oder bevorzugt nach einem großflächigen Aufbringen derart strukturiert, dass das Material der Filterschicht in dem Bereich, in dem die Kontaktstruktur aufgebracht werden soll, entfernt wird.
Insbesondere ist der Anschlussbereich auf einer von der Halbleiterschichtenfolge abgewandten Seite zumindest teilweise frei von der Filterschicht, so dass der Anschlussbereich und damit die Kontaktstruktur zur vorab beschriebenen externen Kontaktierung zugänglich ist.
Zum strukturierten Aufbringen einer Schicht oder Struktur oder zum Strukturieren einer Schicht nach einem großflächigen Aufbringen können insbesondere Fototechniken und maskenbasierte Strukturierungsverfahren verwendet werden, die beispielsweise Fotolithographieverfahren und/oder nass- und/oder trockenchemische Ätzverfahren und/oder Lift-Off-Prozesse und/oder lichtbasierte Ablationsverfahren beinhalten können.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Halbleiterschichtenfolge an der Lichtauskoppelfläche eine Lichtauskoppelstruktur auf. Durch die Lichtauskoppelstruktur, die beispielsweise regelmäßig und/oder zufällig verteilte Erhebungen und/oder Vertiefungen aufweisen kann, können beispielsweise Wellenleitereffekte in der Halbleiterschichtenfolge vermieden oder zumindest vermindert werden. Die Lichtauskoppelstruktur kann Erhebungen und/oder Vertiefungen mit Dimensionen im Bereich von einigen hundert Nanometern bis zu mehreren Mikrometern aufweisen, die beispielsweise durch Ätzen der Lichtauskoppelfläche hergestellt werden können. Besonders bevorzugt wird die Halbleiterschichtenfolge mit der Lichtauskoppelstruktur bereitgestellt. Diese Lichtauskoppelstruktur kann zusätzlich die Funktion haben, dass Licht, das an der Filterschicht zurück in den Halbleiterchip reflektiert wurde, gestreut wird und dadurch nach einer oder mehreren Reflexionen innerhalb des Halbleiterchips im gewünschten Winkelbereich auf die Filterschicht auftrifft und dann transmittiert wird. Weiterhin kann es auch möglich sein, dass zusätzlich oder alternativ zu einer Lichtauskoppelstruktur an der Lichtauskoppelfläche eine Streuschicht an einer anderen Stelle zwischen einer von der aktiven Schicht in Bezug auf die Lichtauskoppelfläche gesehenen rückseitigen Spiegelschicht und der Lichtauskoppelfläche vorgesehen ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird auf der Lichtauskoppelfläche eine Planarisierungsschicht aufgebracht. Besonders bevorzugt wird die Planarisierungsschicht unmittelbar auf der Lichtauskoppelfläche und insbesondere auf der Lichtauskoppelstruktur aufgebracht. Die Planarisierungsschicht kann beispielsweise ein Oxid, Nitrid oder Oxinitrid aufweisen oder daraus sein. Besonders bevorzugt wird ein Material für die Planarisierungsschicht verwendet, das transparent ist und einen Brechungsindex aufweist, der kleiner als der Brechungsindex der Halbleiterschichtenfolge an der Lichtauskoppelfläche ist. Beispielsweise weist die Planarisierungsschicht Siliziumoxid auf oder ist daraus. Die Planarisierungsschicht weist bevorzugt eine Dicke auf, die größer als die Höhenunterschiede der Lichtauskoppelstruktur sind, so dass die Lichtauskoppelstruktur vollständig von der Planarisierungsschicht bedeckt wird. Zur Herstellung der Planarisierungsschicht kann beispielsweise chemische Gasphasenabscheidung, zum Beispiel mit TEOS (Tetraethylorthosilikat) oder Silan, ein Sputterverfahren oder ein Aufschleuderverfahren, beispielsweise mit Spin-On-Glass, verwendet werden. Weiterhin sind auch andere Abscheideverfahren möglich. Anschließend kann das aufgebrachte Material poliert werden, beispielsweise mittels eines chemisch-mechanischen Polierverfahrens (CMP-Verfahren), so dass die der Halbleiterschichtenfolge abgewandte Oberfläche der Planarisierungsschicht möglichst eben ist.
Insbesondere wird die Filterschicht auf der Planarisierungsschicht angeordnet. Beispielsweise kann die Filterschicht unmittelbar auf der Planarisierungsschicht aufgebracht werden. Alternativ dazu kann, bevorzugt unmittelbar, auf der Planarisierungsschicht eine Passivierungsschicht, beispielsweise mit oder aus Siliziumnitrid und/oder einem anderen Nitrid, Oxid und/oder Oxinitrid, aufgebracht werden. Die Filterschicht kann in diesem Fall, bevorzugt unmittelbar, auf der Passivierungsschicht aufgebracht werden. Weiterhin kann alternativ oder zusätzlich eine Passivierungsschicht auch, bevorzugt unmittelbar, auf der Filterschicht und oder direkt auf der Halbleiterschichtenfolge aufgebracht werden.
Die Planarisierungsschicht oder die Planarisierungsschicht und die Passivierungsschicht werden bevorzugt großflächig auf der Lichtauskoppelfläche aufgebracht, bevor die Filterschicht und die Kontaktstruktur aufgebracht werden. Wird die Filterschicht vor der Kontaktstruktur aufgebracht, so wird auch diese wie vorab beschrieben bevorzugt großflächig aufgebracht. Um die Kontaktstruktur, bevorzugt unmittelbar, auf der Lichtauskoppelfläche aufbringen zu können, werden die bereits auf der Lichtauskoppelfläche aufgebrachten Schichten derart strukturiert, dass in diesen eine Öffnung in dem Bereich hergestellt wird, in dem die Kontaktstruktur aufgebracht werden soll. Die Öffnung bildet somit im Wesentlichen eine zusammenhängende negative Form zur aufzubringenden Kontaktstruktur. Folglich wird die Kontaktstruktur je nach bereits vorhandenen Schichten beispielsweise in einer Öffnung der Planarisierungsschicht oder in einer Öffnung der Planarisierungsschicht und der Passivierungsschicht oder in einer Öffnung der Planarisierungsschicht, der Filterschicht und der Passivierungsschicht angeordnet.
Die Öffnung, in der die Kontaktstruktur aufgebracht wird, kann in Bezug auf ihre laterale Ausdehnung größer als die Kontaktstruktur sein, so dass die Kontaktstruktur je nach bereits vorhandenen Schichten beispielsweise von der Planarisierungsschicht oder von der Planarisierungsschicht und der Passivierungsschicht oder von der Planarisierungsschicht, der Filterschicht und der Passivierungsschicht in lateraler Richtung beabstandet ist. Somit kann nach dem Aufbringen der Kontaktstruktur zwischen der Kontaktstruktur und der oder den vor dem Aufbringen der Kontaktstruktur bereits auf der Lichtauskoppelfläche vorhandenen Schichten ein Zwischenraum vorhanden sein. Die Lichtauskoppelfläche kann somit in der Öffnung in einem Bereich zwischen der Kontaktstruktur und der Planarisierungsschicht oder zwischen der Kontaktstruktur und der Planarisierungsschicht sowie der Passivierungsschicht oder zwischen der Kontaktstruktur und der Planarisierungsschicht, der Filterschicht sowie der Passivierungsschicht freiliegen. Wird die Filterschicht nach der Kontaktstruktur aufgebracht, kann diese in dem Zwischenraum zwischen der Kontaktstruktur und der Planarisierungsschicht unmittelbar auf der Lichtauskoppelfläche aufgebracht werden. Weiterhin kann es auch möglich sein, dass die Kontaktstruktur mit einer Breite, also einer größeren lateralen Ausdehnung, die gleich oder größer als die laterale Ausdehnung der Öffnung ist, aufgebracht wird und somit die Öffnung vollständig ausfüllen kann und diese sogar in lateraler Richtung überragen kann. Dadurch kann die Kontaktstruktur das Halbleitermaterial, das durch die Öffnung zugänglich wäre, vor äußeren Einflüssen schützen und somit eine Passivierungsfunktion haben. Weiterhin kann es dadurch möglich sein, dass der Anteil an schräg ausgekoppeltem Licht reduziert werden kann.
Gemäß weiteren Ausführungsformen können zur Herstellung des Licht emittierenden Halbleiterchips bevorzugt einer, mehrere oder auch alle der nachfolgenden Verfahrensschritte durchgeführt werden, die entsprechend der vorab beschriebenen Ausführungsformen und Merkmale weitergebildet oder modifiziert sein können:

- Bereitstellung einer auf einem Substrat, besonders bevorzugt einem Trägersubstrat, bereitgestellten Halbleiterschichtenfolge, die beispielsweise eine durch eine Aufrauhungsätzung hergestellte Lichtauskoppelstruktur auf der Lichtauskoppelfläche und/oder eine Streuschicht aufweist
- Aufbringen und Polieren einer Planarisierungsschicht, die bevorzugt eine Oxidschicht, beispielsweise aus SiO₂ unter Verwendung von TEOS und CMP sein kann, zur Planarisierung der Lichtauskoppelfläche
- Mesaätzung und Passivierung durch Aufbringen einer Passivierungsschicht, beispielsweise aus Si₃N₄
- Öffnen der Planarisierungsschicht im Bereich der aufzubringenden Kontaktstruktur, beispielsweise mittels nasschemischem Ätzen
- Aufbringen einer Kontaktstruktur, bevorzugt mit einer Mehrzahl von Kontaktstegen und einem Anschlussbereich
- Aufbringen einer, bevorzugt winkelselektiven, Filterschicht, beispielsweise aus alternierenden Schichten aus SiO₂ und Nb₂O₅
- Öffnen der Filterschicht, zumindest im Bereich und bevorzugt nur im Bereich des Anschlussbereichs der Kontaktstruktur

Gemäß weiteren Ausführungsformen können zur Herstellung des Licht emittierenden Halbleiterchips bevorzugt einer, mehrere oder auch alle der nachfolgenden Verfahrensschritte durchgeführt werden, die entsprechend der vorab beschriebenen Ausführungsformen und Merkmale weitergebildet oder modifiziert sein können:

- Bereitstellung einer auf einem Substrat, besonders bevorzugt einem Trägersubstrat, bereitgestellten Halbleiterschichtenfolge, die besonders bevorzugt eine durch eine Aufrauhungsätzung hergestellte Lichtauskoppelstruktur auf der Lichtauskoppelfläche aufweist
- Aufbringen und Polieren einer Planarisierungsschicht, die bevorzugt eine Oxidschicht, beispielsweise aus SiO₂ unter Verwendung von TEOS und CMP sein kann, zur Planarisierung der Lichtauskoppelfläche
- Aufbringen einer, bevorzugt winkelselektiven, Filterschicht, beispielsweise aus alternierenden Schichten aus SiO₂ und Nb₂O₅ Mesaätzung und Passivierung durch Aufbringen einer Passivierungsschicht, beispielsweise aus Si₃N₄
- Öffnen der Filterschicht und der Planarisierungsschicht im Bereich einer aufzubringenden Kontaktstruktur, beispielsweise mittels trockenchemischem Ätzen und/oder nasschemischem Ätzen
- Aufbringen der Kontaktstruktur, bevorzugt mit einer Mehrzahl von Kontaktstegen und einem Anschlussbereich

Bei dem hier beschriebenen Licht emittierenden Halbleiterchip und dem Verfahren zur Herstellung des Licht emittierenden Halbleiterchips kann ein bevorzugt winkelselektives Element in Form der Filterschicht zur Anpassung der Abstrahlcharakteristik als integraler Bestandteil des Halbleiterchips ausgebildet werden. Insbesondere kann die Filterschicht zusammen mit einer Kontaktstruktur auf der Lichtauskoppelfläche integriert werden, so dass anders als im Stand der Technik beschrieben kein zusätzliches vorgefertigtes die Abstrahlcharakteristik beeinflussendes Element auf dem Halbleiterchip montiert werden muss, was im Zusammenspiel mit der Kontaktstruktur zu Problemen führen könnte. Damit ist ohne zusätzliches optisches Element eine gerichtete Emission auch bei Licht emittierenden Halbleiterchips möglich, die auf der Lichtauskoppelfläche eine Kontaktstruktur aufweisen.
Weitere Vorteile, vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen.
Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Verfahrensschritts eines Verfahrens zur Herstellung eines Licht emittierenden Halbleiterchips gemäß einem Ausführungsbeispiel,
2 eine schematische Darstellung eines Verfahrensschritts eines Verfahrens zur Herstellung eines Licht emittierenden Halbleiterchips gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel,
3A und 3E schematische Darstellungen von Verfahrensschritten eines Verfahrens zur Herstellung eines Licht emittierenden Halbleiterchips gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel,
4 eine schematische Darstellung eines Licht emittierenden Halbleiterchips gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel,
5A und 5E schematische Darstellungen von Verfahrensschritten eines Verfahrens zur Herstellung eines Licht emittierenden Halbleiterchips gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel und
6A bis 7B schematische Darstellungen von Verfahrensschritten eines Verfahrens zur Herstellung eines Licht emittierenden Halbleiterchips gemäß weiteren Ausführungsbeispielen.

In den Ausführungsbeispielen und Figuren können gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen, vielmehr können einzelne Elemente, wie zum Beispiel Schichten, Bauteile, Bauelemente und Bereiche, zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
In den Figuren sind verschiedene Ausführungsbeispiele gezeigt, anhand derer Verfahrensschritte eines Verfahrens zur Herstellung eines Licht emittierenden Halbleiterchips 100 und der Licht emittierende Halbleiterchip erläutert werden, der eine Filterschicht und eine Kontaktstruktur auf einer Lichtauskoppelfläche aufweist.
In einem ersten Verfahrensschritt wird, wie in 1 gezeigt ist, eine Halbleiterschichtenfolge 1 bereitgestellt, die eine aktive Schicht 10 aufweist, die dazu vorgesehen und eingerichtet ist, im Betrieb Licht zu erzeugen. Das im Betrieb erzeugte Licht kann über eine Lichtauskoppelfläche 11 ausgekoppelt werden. Die Halbleiterschichtenfolge 1 kann besonders bevorzugt mittels eines Epitaxieverfahrens wie beispielsweise MOVPE auf einem Aufwachssubstrat aufgewachsen werden. Rein beispielhaft kann es sich beim fertiggestellten Licht emittierenden Halbleiterchip um einen rotes Licht oder infrarotes Licht emittierenden Halbleiterchip handeln, der auf einem Verbindungshalbleitermaterialsystem auf Basis von InAlGaAs oder InAlGaP basiert. Alternativ dazu kann der Licht emittierende Halbleiterchip auch auf einem anderen Halbleitermaterial basieren und/oder dazu vorgesehen und eingerichtet sein, Licht mit einer anderen Wellenlänge zu erzeugen, wie im allgemeinen Teil beschrieben ist. Die Anordnungsrichtung der Halbleiterschichten der Halbleiterschichtenfolge 1, also die Aufwachsrichtung, entspricht in der gezeigten Darstellung einer Richtung parallel zur vertikalen Richtung. Richtungen senkrecht zur Aufwachsrichtung, in der gezeigten Darstellung also horizontale Richtungen, werden im Folgenden als laterale Richtungen bezeichnet.
Die Herstellung und damit die Bereitstellung der Halbleiterschichtenfolge 1 und auch die im Folgenden beschriebenen Verfahrensschritte erfolgen bevorzugt im Waferverbund, der in 1 sowie in folgenden Figuren in einem Ausschnitt gezeigt ist. Das Aufwachssubstrat wird dazu in Form eines Wafers bereitgestellt, auf dem die Halbleiterschichtenfolge 1 großflächig aufgewachsen wird. Nach der Durchführung der im Folgenden beschriebenen Verfahrensschritte kann der Waferverbund in einzelne Licht emittierenden Halbleiterchips zerteilt werden. In den Figuren sind daher Vereinzelungslinien 99 angedeutet, an denen eine solche Vereinzelung beispielsweise durch Sägen und/oder Ätzen und/oder Lasertrennung durchgeführt wird.
Rein beispielhaft wird in den in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Verfahrensschritten ein sogenannter Dünnfilm-Halbleiterchip hergestellt, bei dem die Halbleiterschichtenfolge 1 nach dem Aufwachsen auf ein Trägersubstrat 2 übertragen wird und das Aufwachssubstrat zumindest gedünnt oder, im vorliegenden Ausführungsbeispiel, entfernt wird, so dass, wie in 1 gezeigt ist, die dem Trägersubstrat 2 gegenüber liegenden Lichtauskoppelfläche durch eine Oberfläche der Halbleiterschichtenfolge 1 gebildet wird. In der Lichtauskoppelfläche ist, beispielsweise durch eine Aufrauhungsätzung, eine Lichtauskoppelstruktur 12 ausgebildet, wie im allgemeinen Teil beschrieben ist.
Das Trägersubstrat 2 ist an der der Lichtauskoppelfläche 11 gegenüber liegenden Hauptoberfläche der Halbleiterschichtenfolge, die eine Rückseitenfläche 13 der Halbleiterschichtenfolge bildet, angeordnet und kann beispielsweise Silizium aufweisen oder daraus sein. Es sind auch andere Materialien möglich, wobei das Trägersubstrat 2 bevorzugt elektrisch leitend ist, so dass, wie in den 3E und 6B gezeigt ist, eine elektrische Kontaktierung der Halbleiterschichtenfolge 1 von der Rückseitenfläche 13 her über eine Kontaktschicht 9 auf der der Halbleiterschichtenfolge 1 abgewandten Seite des Trägersubstrats 2 erfolgen kann. Zur Montage auf dem Trägersubstrat 2 kann beispielsweise eine Lotschicht 20 verwendet werden.
Für eine hohe Effizienz des Licht emittierenden Halbleiterchips ist eine hohe Reflektivität auf der der Lichtauskoppelfläche 11 gegenüber liegenden Rückseite der Halbleiterschichtenfolge 1 nötig, insbesondere für Licht, das unter einem großen Winkel zur Oberflächennormale auftrifft. Dafür eignet sich beispielsweise eine Kombinationen mit einem dielektrischen Spiegel und einem Metallspiegel. Daher ist an der Rückseitenfläche der Halbleiterschichtenfolge eine reflektierende Schicht 3 mit Durchkontaktierungen 4 vorhanden, mittels derer die Halbleiterschichtenfolge 1 über die Lotschicht 20 auf dem Trägersubstrat 2 montiert ist. Die reflektierende Schicht 3 wird auf der Halbleiterschichtenfolge 1 vor dem Übertragen auf das Trägersubstrat 2 aufgebracht und weist einen Bragg-Spiegel 31 auf, der großflächig auf der Rückseitenfläche 13 aufgebracht ist und der eine hohe Reflektivität für das in der Halbleiterschichtenfolge 1 im Betrieb erzeugte Licht aufweist. Für rotes oder infrarotes Licht kann beispielsweise eine Schichtfolge mit mehreren Schichtpaaren mit Schichten aus Siliziumdioxid und aus Niobpentoxid vorteilhaft sein. Auf der der Halbleiterschichtenfolge 1 abgewandten Seite des Bragg-Spiegels 31 ist eine metallische Spiegelschicht 32 aufgebracht, die beispielsweise mit oder aus Silber und/oder Gold sein kann. Als Haftvermittler ist zwischen dem Bragg-Spiegel 31 und der metallischen Spiegelschicht 32 eine Haftvermittlerschicht 33, beispielsweise mit oder aus Aluminiumoxid, angeordnet, die bevorzugt mittels Atomlagenabscheidung aufgebracht wird. Dadurch kann auch eine hohe Dichtigkeit gegen Feuchtigkeit erreicht werden.
Der Bragg-Spiegel 31 und die Haftvermittlerschicht 33 sind strukturiert und weisen Öffnungen auf, durch die die metallische Spiegelschicht 32 ragt. Dadurch werden die Durchkontaktierungen 4 zur Rückseitenfläche 13 der Halbleiterschichtenfolge 1 gebildet. Auf den Durchkontaktierungen 4 sind bereichsweise Kontaktschichten 40 aus einem transparenten leitenden Oxid wie beispielsweise Indiumzinnoxid angeordnet, die einen elektrischen Anschluss zur Rückseitenfläche 13 der Halbleiterschichtenfolge 1 herstellen. Die Durchkontaktierungen 4 weisen typischerweise in lateraler Richtung eine Abmessung von einigen Mikrometern, beispielsweise 5 pm, auf, während die Kontaktschichten 40 eine größere Abmessung von 10 um oder mehr, beispielsweise 25 um, aufweisen können. Der Bragg-Spiegel 31 ist, wie in 1 erkennbar ist, von der Halbleiterschichtenfolge 1 aus gesehen zwischen und über den Kontaktschichten 40 aufgebracht.
Auf der der Halbleiterschichtenfolge 1 abgewandten Seite der metallischen Spiegelschicht 32 ist eine Schichtenfolge 34 mit einer oder mehreren Schutzschichten angeordnet, die elektrisch leitend ist und die die in der gezeigten Darstellung darüber liegenden Schichten schützen. So kann, wie in 1 angedeutet ist, die metallische Spiegelschicht 32 vom späteren Chip-Rand, der im Bereich der Vereinzelungslinie 99 liegt, in lateraler Richtung zurückgezogen sein und somit von der Halbleiterschichtenfolge 1 aus gesehen vollständig mit der Schichtenfolge 34 überdeckt und dadurch gekapselt sein. Dies kann insbesondere vorteilhaft sein, wenn für die metallische Spiegelschicht 32 ein Material wie beispielsweise Silber verwendet wird, das empfindlich gegenüber Sauerstoff und/oder Feuchtigkeit ist. Im Fall einer unempfindlichen metallischen Spiegelschicht 32, beispielsweise aus Gold, kann es auch möglich sein, dass die metallische Spiegelschicht 32 bis zum Chip-Rand reicht.
Beispielsweise kann die Schichtenfolge 34, von der metallischen Spiegelschicht 32 aus in Richtung des Trägersubstrats 2 gesehen, auch noch eine oder mehrere Schutzschichten aufweisen, die als Schutz für die darüber angeordneten reflektierenden Schichten dienen können.
Die reflektierende Schicht 3 mit den Durchkontaktierungen 4 ist derart gewählt, dass auf der Rückseitenfläche 13 der Halbleiterschichtenfolge 1 eine möglichst große Reflektivität und gleichzeitig ein möglichst guter elektrischer Anschluss erreicht werden können. Die beschriebenen Schichten und Strukturen sind jedoch lediglich als ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel und nicht beschränkend zu verstehen.
Die folgenden Verfahrensschritte sind rein beispielhaft mit der in 1 gezeigten Struktur beschrieben. Der Übersichtlichkeit halber sind nicht mehr alle vorab beschriebenen Schichten und Strukturen mit Bezugszeichen versehen.
Wie in 2 gezeigt ist, wird auf die Lichtauskoppelfläche 11 großflächig eine Planarisierungsschicht 5 aufgebracht. Insbesondere kann die Planarisierungsschicht 5, wie in 2 dargestellt ist, unmittelbar auf der Lichtauskoppelfläche 11 und damit unmittelbar auf der Lichtauskoppelstruktur 12 aufgebracht werden. Die Planarisierungsschicht 5 kann beispielsweise ein Oxid, Nitrid oder Oxinitrid aufweisen oder daraus sein. Besonders bevorzugt wird ein Material für die Planarisierungsschicht 5 verwendet, das transparent ist und einen Brechungsindex aufweist, der kleiner als der Brechungsindex der Halbleiterschichtenfolge 1 an der Lichtauskoppelfläche 11 ist. Im gezeigten Ausführungsbeispiel weist die Planarisierungsschicht 5 Siliziumdioxid auf oder ist bevorzugt auf Siliziumdioxid.
Die Planarisierungsschicht 5 kann beispielsweise mittels chemischer Gasphasenabscheidung, etwa mit TEOS oder Silan, mittels Sputtern oder mittels Aufschleudern, etwa von Spin-On-Glass, abgeschieden werden. Zur Planarisierung der von der Halbleiterschichtenfolge 1 abgewandten Oberfläche des Planarisierungsschichtmaterials kann ein Polierverfahren wie etwa ein CMP-Verfahren verwendet werden, so dass anstelle der durch die Lichtauskoppelstruktur 12 gebildeten Oberflächenstruktur der Lichtauskoppelfläche 11 für die weiteren Verfahrensschritte eine möglichst ebene Oberfläche zur Verfügung gestellt werden kann. Bei Bedarf kann die Planarisierungsschicht 5 auch noch gesintert werden.
Auf der Planarisierungsschicht 5 werden, wie im Folgenden beschrieben ist, eine Filterschicht und eine Kontaktstruktur aufgebracht. Hierzu kann, wie in Verbindung mit den 3A bis 3E erläutert wird, die Filterschicht aufgebracht werden, bevor die Kontaktstruktur aufgebracht wird.
Wie in 3A gezeigt ist, kann die Filterschicht 6, bevorzugt unmittelbar und weiterhin bevorzugt großflächig und unstrukturiert, auf der Planarisierungsschicht 5 abgeschieden werden, beispielsweise durch Aufdampfen, Sputtern oder Ionenplattieren. Besonders bevorzugt kann es sich bei der Filterschicht 6 um einen Filter auf Basis oder in Form eines Bragg-Spiegels handeln, der beispielsweise dielektrische Schichten mit oder aus Siliziumdioxid und Niobpentoxid aufweist. Weiterhin sind auch andere Materialien und Materialkombinationen möglich. Insbesondere kann die Filterschicht 6 in Bezug auf die Schichtdicken und Materialien an die Planarisierungsschicht 5 und gegebenenfalls weitere Schichten wie etwa Passivierungsschichten angepasst sein. Drüber hinaus kann die Filterschicht 6 in Bezug auf ihre optischen Eigenschaften an die beabsichtigte Verwendung angepasst sein, beispielsweise an ein darüber angeordnetes Material und/oder optisches Element wie beispielsweise eine Silikonlinse. Das Spiegeldesign der Filterschicht 6 kann optimiert sein, um die Gesamtdicke zu reduzieren und damit die Prozesszeiten bei der Beschichtung und den weiteren im Folgenden beschriebenen Verfahrensschritten zu reduzieren. Weiterhin kann das Spiegeldesign der Filterschicht 6 optimiert sein, um die Stabilität des Verfahrens und von Kontrollmechanismen zu verbessern sowie um die Anfälligkeit für Abweichungen zu reduzieren.
Die Schichten der Filterschicht 6 können jeweils eine Schichtdicke, insbesondere eine optische Schichtdicke, aufweisen, die in Abhängigkeit von der Wellenlänge des in der aktiven Schicht erzeugten Lichts und dem Brechungsindex des jeweils verwendeten Materials bevorzugt so gewählt ist, dass die Filterschicht 6 bewirkt, dass anstelle der Abstrahlcharakteristik an der Lichtauskoppelfläche 11, die insbesondere eine Lambertsche Abstrahlcharakteristik sein kann, eine stärker vorwärts gerichtete Abstrahlcharakteristik nach der Filterschicht 6 vorliegt.
Nach dem Aufbringen der Filterschicht 6 kann, wie in den 3B und 3C gezeigt ist, eine Mesaätzung im Bereich der Vereinzelungslinien 99 zur Chipdefinition durchgeführt werden. Hierzu wird mittels Fototechnik eine Maske 90, beispielsweise eine Resistmaske, auf der Filterschicht 6 in dem Bereich aufgebracht, in dem keine Mesaätzung stattfinden soll, wie in 3B gezeigt ist.
Das Öffnen der Filterschicht 6 und der Planarisierungsschicht 5 in dem Bereich, der nicht von der Maske 90 bedeckt ist, kann beispielsweise nasschemisch, etwa mit HF, oder trockenchemisch, etwa mit einem fluorbasierten Plasma, oder durch eine Kombination daraus erfolgen. Das Entfernen der Halbleiterschichtenfolge 1 kann ebenfalls nasschemisch und/oder trockenchemisch erfolgen. Nach der Mesaätzung kann ein Entlacken zur Entfernung der Maske 90 erfolgen. Weiterhin kann, wie in 3C gezeigt ist, eine Passivierungsschicht 7, beispielsweise mit oder aus Siliziumnitrid, abgeschieden werden. Alternativ dazu kann es auch möglich sein, dass keine Passivierungsschicht aufgebracht wird.
Die durch die Mesaätzung erzeugten Mesagräben 14 bilden im Waferverbund bevorzugt ein Gitter von sich kreuzenden linienförmigen Vertiefungen, durch die die später durch Vereinzeln heraustrennbaren Halbleiterchips definiert werden. Wie in 3C erkennbar ist, sind die Mesagräben frei vom Material der Filterschicht 6, so dass beim Vereinzeln nur die vom Trägersubstrat 2 ausgesehen unter der Halbleiterschichtenfolge 1 vorhandenen Schichten mit dem Trägersubstrat 2 zerteilt werden müssen.
In einem weiteren Verfahrensschritt wird zur elektrischen Kontaktierbarkeit der Halbleiterschichtenfolge 1 von der Lichtauskoppelfläche 11 her eine Kontaktstruktur auf der Lichtauskoppelfläche aufgebracht wie in 3D und 3E gezeigt. Dazu werden die Filterschicht 6 und die Planarisierungsschicht 5 sowie, soweit vorhanden, die Passivierungsschicht 7 geöffnet, um die Oberseite der Halbleiterschichtenfolge 1, also die Lichtauskoppelfläche 11, in dem Bereich freizulegen, in dem die Kontaktstruktur aufgebracht werden soll. Somit wird für jeden später vereinzelten Halbleiterchip zumindest eine Öffnung in dem Bereich hergestellt, in dem die Kontaktstruktur aufgebracht werden soll. Die Öffnung 60 bildet eine im Wesentlichen negative Form zur aufzubringenden Kontaktstruktur. Im gezeigten Ausführungsbeispiel wird mittels einer Maske 91 und Fototechnik sowie trockenchemischem Ätzen, beispielsweise mit fluorbasiertem Plasma, und/oder nasschemischem Ätzen, beispielsweise mit HF, eine Öffnung 60 in der Planarisierungsschicht 5, der Filterschicht 6 und der Passivierungsschicht 7 ausgebildet, wie in 3D gezeigt ist. Auch wenn die Maske 91 in 3D nur über der Filterschicht 6 angedeutet ist, kann sich diese auch in den Mesagräben 14 befinden.
Nach dem Herstellen der Öffnung 60 wird das Material für die Kontaktstruktur über der Maske 91 und insbesondere in die Öffnung 60 aufgebracht, beispielsweise mittels Aufdampfen und/oder Sputtern. Durch das Entlacken, also das Entfernen der Maske 91 mit dem darauf aufgebrachten Material der Kontaktstruktur verbleibt nur die Kontaktstruktur 8 in der dafür vorgesehenen Öffnung 60, wie in 3E gezeigt ist. Bei Bedarf kann hierzu zuvor zusätzlich noch eine Ätzstoppschicht auf der Kontaktstruktur 8 aufgebracht werden. Bei Bedarf kann noch ein Sintern erfolgen.
Die Kontaktstruktur 8 kann ein- oder mehrschichtig ausgebildet sein und beispielsweise eines oder mehrere Materialien wie etwa Au, Ge und Ni und darüber Ti, Pt, Au in Form eines Legierkontakts aufweisen.
Auf der der Halbleiterschichtenfolge 1 gegenüberliegenden Unterseite des Trägersubstrats 2 kann eine Kontaktschicht 9 aufgebracht werden, mittels derer eine elektrische Kontaktierung von der der Kontaktstruktur 8 gegenüber liegenden Seite möglich ist. Die Kontaktschicht 9 kann beispielsweise Au aufweisen oder daraus sein und großflächig aufgebracht werden. Mittels der Kontaktschicht 9 kann der später fertiggestellte Licht emittierende Halbleiterchip beispielsweise auf einem Träger wie etwa einer Leiterplatte oder einem Leuchtdiodengehäuse aufgelötet oder bevorzugt aufgeklebt werden, beispielsweise mit einem Silberleitkleber, und damit montiert und elektrisch angeschlossen werden.
Die Öffnung 60, in der die Kontaktstruktur 8 aufgebracht wird, kann in Bezug auf die laterale Ausdehnung größer als die Kontaktstruktur 8 sein, wie in 3E erkennbar ist, so dass die Kontaktstruktur 8 im gezeigten Ausführungsbeispiel von der Planarisierungsschicht 5, der Filterschicht 6 und der Passivierungsschicht 7 in lateraler Richtung beabstandet ist. Somit kann nach dem Aufbringen der Kontaktstruktur 8 zwischen der Kontaktstruktur 8 und den vor dem Aufbringen der Kontaktstruktur 8 bereits vorhandenen Schichten ein Zwischenraum vorhanden sein. Die Lichtauskoppelfläche 1 kann somit in der Öffnung 60 in einem Bereich zwischen der Kontaktstruktur 8 und der Planarisierungsschicht 5, der Filterschicht 6 und der Passivierungsschicht 7 freiliegen. Die Breite der Öffnung 60 kann durch die Maske 91 sowie durch das oder die verwendeten Ätzverfahren eingestellt werden. Durch eine Trockenätzung kann die Öffnung 60 wegen der im Wesentlichen gerichteten Ätzwirkung eher schmal ausgebildet werden, während bei einer Nassätzung zu einem gewissen Grad eine Unterätzung der Schichten unter der Maske 91 stattfindet und die Öffnung 60 somit mit einer etwas größeren lateralen Breite ausgebildet werden kann. Typischerweise kann der freiliegende Bereich eine Breite von 0,5 µm bis 2 µm oder bis 5 µm oder sogar bis 10 µm aufweisen.
Alternativ zum vorab beschriebenen Strukturieren der großflächig aufgebrachten Filterschicht 6 kann diese auch in den Bereichen, in denen die Kontaktstruktur 8 aufgebracht werden soll, direkt ausgespart werden, beispielsweise mit einem Lift-Off-Verfahren. Dadurch muss die vergleichsweise dicke Filterschicht 6 nicht in einem Ätzverfahren geöffnet werden.
Nach dem Aufbringen der Kontaktstruktur 8 erfolgt eine Vereinzelung des Waferverbunds entlang der Vereinzelungslinien 99 in den Mesagräben 14 in einzelne Licht emittierende Halbleiterchips. In 4 ist ein Licht emittierender Halbleiterchip 100 in einer Aufsicht auf die die Filterschicht 6 und damit entgegen der durch die Filterschicht 6 bevorzugten Abstrahlrichtung des im Betrieb in der Halbleiterschichtenfolge erzeugten Lichts gezeigt. Besonders bevorzugt kann die Kontaktstruktur 8, wie in 4 erkennbar ist, eine Stromverteilungsstruktur bilden, um eine möglichst gleichmäßige Stromverteilung von der Seite der Lichtauskoppelfläche her in die Halbleiterschichtenfolge zu erreichen. Hierzu kann die Kontaktstruktur 8 bevorzugt eine Mehrzahl von Kontaktstegen 81 aufweisen. Weiterhin kann die Kontaktstruktur 8 einen Anschlussbereich 82 aufweisen, über den die Kontaktstruktur 8 von außen kontaktiert werden kann. Beispielsweise kann der Anschlussbereich 82 dazu vorgesehen und eingerichtet sein, durch einen oder mehrere Bonddrähte kontaktiert zu werden. Der Anschlussbereich 82 kann somit beispielsweise Bondpad sein, auf das ein oder mehrere Bonddrähte, beispielsweise vier Bonddrähte, aufgebondet werden können. Die Kontaktstege 81 sind im gezeigten Ausführungsbeispiel als Kontaktfinger ausgebildet, die beispielsweise einen Abstand in einer Größenordnung von 100 um zueinander aufweisen können und die sich vom Anschlussbereich 82 weg über die Lichtauskoppelfläche erstrecken. Zwischen den Kontaktstegen 81 ist die Filterschicht 6 vorhanden, während der Chip-Rand die durch die Mesagräben 14 erzeugte Struktur aufweist. Durch das vorab beschriebene Verfahren kann die gesamte Kontaktstruktur 8 unbedeckt sein und somit an der Lichtauskoppelfläche freiliegen. Im Vergleich zur nachfolgend beschriebenen Modifikation des Verfahrens kann eine höhere Effizienz erreicht werden, da die Filterschicht 6 nicht im Bereich der Kontaktstruktur 8 verbleibt.
In Verbindung mit den 5A bis 5E sind Verfahrensschritte gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel gezeigt, die eine Modifikation des vorab beschriebenen Verfahrens darstellen. Die nachfolgende Beschreibung bezieht sich daher im Wesentlichen auf die Unterschiede zum vorab beschriebenen Verfahren. Im Vergleich zu den in Verbindung mit den 3A bis 3E gezeigten Verfahrensschritten werden, wie in den 5A und 5B gezeigt ist, nach dem in Verbindung mit der 2 gezeigten Aufbringen der Planarisierungsschicht 5 die in Verbindung mit den 3B und 3C beschriebenen Verfahrensschritte durchgeführt, nämlich das Aufbringen einer Maske 90 zur Definition der Mesagräben, das Ausbilden der Mesagräben 14 sowie das Aufbringen der Passivierungsschicht 7. Die in Verbindung mit den 3B und 3C beschriebenen Merkmale gelten auch für in den 5A und 5B gezeigten Verfahrensschritte. Die Passivierungsschicht 7 kann auch nicht vorhanden sein oder zu einem späteren Zeitpunkt aufgebracht werden.
In weiteren Verfahrensschritten, die in den 5C und 5D gezeigt sind, werden die Planarisierungsschicht 5 und die Passivierungsschicht 7 unter Verwendung einer Maske 91 geöffnet, um die Oberseite der Halbleiterschichtenfolge 1, also die Lichtauskoppelfläche 11, in dem Bereich freizulegen, in dem die Kontaktstruktur 8 aufgebracht werden soll. Die in Verbindung mit den 3D und 3E beschriebenen Merkmale gelten auch für die in den 5C und 5D gezeigten Verfahrensschritte, wobei bei Bedarf auch eine Ätzstoppschicht über die gesamte Oberfläche aufgebracht werden kann. Die oben in Verbindung mit der 3E beschriebene Kontaktschicht 9 kann auch zu einem späteren Zeitpunkt aufgebracht werden, wie unten in Verbindung mit der 6B gezeigt ist.
In einem weiteren Verfahrensschritt wird, wie in 5E gezeigt ist, die Filterschicht 6 über der Kontaktstruktur 8, der Planarisierungsschicht 5 und der Passivierungsschicht 7 aufgebracht. Die in Verbindung mit der 3A beschriebenen Merkmale gelten auch für den in 5E gezeigten Verfahrensschritt.
Wie vorab in Verbindung mit der 3E beschrieben kann die vor dem Aufbringen der Kontaktstruktur 8 erzeugte Öffnung 60 in der Planarisierungsschicht 5 und der Passivierungsschicht 7 eine größere laterale Breite als die Kontaktstruktur 8 aufweisen, so dass die Planarisierungsschicht 5 und die Passivierungsschicht 7 lateral von der Kontaktstruktur 8 beabstandet sind und nach dem Aufbringen der Kontaktstruktur 8 ein Zwischenraum zwischen der Kontaktstruktur 8 und der Planarisierungsschicht 5 sowie der Passivierungsschicht 7 in lateraler Richtung vorhanden ist, dessen Größe vom verwendeten Ätzverfahren zur Herstellung der Öffnung 60 abhängen kann. Im Vergleich zu den Verfahrensschritten der 3A bis 3E kann bei der in den 5A bis 5E gezeigten Modifikation des Verfahrens der Zwischenraum und damit der freigelegte Bereich der Lichtauskoppelfläche 11 mit der Filterschicht 6 abgedeckt werden, wie in 5E zu erkennen ist. Dadurch kann die Filterschicht 6 als Passivierung beziehungsweise Schutzschicht für die freiliegende Lichtauskoppelfläche 11 dienen. Mit anderen Worten kann die Filterschicht 6 in einem Bereich zwischen der Kontaktstruktur 8 und der Planarisierungsschicht 5 unmittelbar auf der Lichtauskoppelfläche 11 der Halbleiterschichtenfolge 1 aufgebracht sein und damit in unmittelbarem Kontakt mit dem Halbleitermaterial der Halbleiterschichtenfolge 1 stehen.
Weiterhin sind die Kontaktstege der Kontaktstruktur unter der Filterschicht angeordnet und damit von der Filterschicht bedeckt, so dass die Filterschicht auch als Passivierung beziehungsweise Schutzschicht für die Kontaktstege dienen kann. Der in 5E gezeigte Teil der Kontaktstruktur 8 kann somit, wie in der Figur angedeutet ist, ein Kontaktsteg 81 sein.
Um die Kontaktstruktur 8 von außen elektrisch anschließen zu können, kann in weiteren Verfahrensschritten, wie in den 6A und 6B gezeigt ist, mittels Fototechnik eine Maske 92 auf der Filterschicht 6 aufgebracht und so strukturiert werden, dass zumindest ein Teil des Anschlussbereichs 82 freigelegt werden kann. Zur Herstellung einer Öffnung 61 in der Filterschicht 6 kann in der dafür vorgesehenen Maskenöffnung beispielsweise ein trockenchemisches Ätzverfahren verwendet werden, um die Filterschicht 6 im gewünschten Bereich zu entfernen und die Kontaktstruktur 8 freizulegen. Um beim Öffnen der Filterschicht 6 nicht direkt auf das Metall der Kontaktstruktur 8 zu ätzen kann, eine zusätzlich Ätzstoppschicht als zusätzliche Schutzschicht, beispielsweise aus oder mit Al₂O₃ oder ITO, direkt nach dem Aufbringen der Kontaktstruktur über dieser aufgebracht werden. In diesem Fall kann das trockenchemische Ätzen bis zur Ätzstoppschicht durchgeführt werden und anschließend kann mittels nasschemischem Ätzen durch die Ätzstoppschicht bis zur Kontaktstruktur 8 geätzt werden. Durch Entlacken kann anschließend die Maske 92 entfernt werden.
Dadurch, dass die Filterschicht 6 über der Kontaktstruktur 8 aufgebracht wird, kann erreicht werden, dass die Filterschicht 6 eine zusätzliche Schutzschicht auf der Oberseite des Licht emittierenden Halbleiterchips bildet, so dass im fertiggestellten Halbleiterchip kein freiliegender Oberflächenbereich der Halbleiterschichtenfolge 1 vorhanden ist. Weiterhin muss die im Verhältnis zu den anderen beschriebenen Schichten relativ dicke Filterschicht 6 nur einmal geöffnet werden, so dass der dafür vergleichsweise aufwändige Ätzprozess nicht mehrmals durchgeführt werden muss.
Wie oben in Verbindung mit der 3E beschrieben kann auf der der Halbleiterschichtenfolge 1 abgewandten Seite des Trägersubstrats eine Kontaktschicht 9 aufgebracht werden, wie in 6B angedeutet ist.
Wie in den 5E bis 6B erkennbar ist, kann die Filterschicht 6 durch das großflächige Aufbringen auch in den Mesagräben 14 aufgebracht werden und beispielsweise dort verbleiben. In diesem Fall ist nach dem Vereinzeln in einzelne Licht emittierende Halbleiterchips die Halbleiterschichtenfolge 1 am Chip-Rand mit der Filterschicht 6 umgeben, die somit als seitliche Passivierung beziehungsweise Schutzschicht fungieren kann.
Alternativ hierzu kann, wie in 7A im Bereich eines Kontaktstegs 81 und in 7B im Bereich des Anschlussbereichs 82 gezeigt ist, im Mesagraben 14 und damit am Chip-Rand im später fertiggestellten Licht emittierenden Halbleiterchip die Filterschicht auch entfernt werden. Dies kann durch eine geeignete Maske 92 bei der vorab beschriebenen Herstellung der Öffnung über dem Anschlussbereich 82 oder auch in einem separaten Maskenprozess erfolgen.
Die in den in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Merkmale und Ausführungsbeispiele können gemäß weiteren Ausführungsbeispielen miteinander kombiniert werden, auch wenn nicht alle Kombinationen explizit beschrieben sind. Weiterhin können die in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispiele alternativ oder zusätzlich weitere Merkmale gemäß der Beschreibung im allgemeinen Teil aufweisen.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Bezugszeichenliste

1: Halbleiterschichtenfolge
2: Trägersubstrat
3: reflektierende Schicht
4: Durchkontaktierung
5: Planarisierungsschicht
6: Filterschicht
7: Passivierungsschicht
8: Kontaktstruktur
9: Kontaktschicht
10: aktive Schicht
11: Lichtauskoppelfläche
12: Lichtauskoppelstruktur
13: Rückseitenfläche
14: Mesagraben
20: Lotschicht
31: Bragg-Spiegel
32: metallische Spiegelschicht
33: Haftvermittlerschicht
34: Schichtenfolge
40: Kontaktschicht
60: Öffnung
61: Öffnung
81: Kontaktsteg
82: Anschlussbereich
90: Maske
91: Maske
99: Vereinzelungslinie
100: Licht emittierender Halbleiterchip

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1887634 A1 [0002]

Claims

Licht emittierender Halbleiterchip (100), aufweisend - eine Halbleiterschichtenfolge (1) mit einer aktiven Schicht (10), die dazu vorgesehen und eingerichtet ist, im Betrieb Licht zu erzeugen und über eine Lichtauskoppelfläche (11) auszukoppeln, - eine auf der Lichtauskoppelfläche abgeschiedene Filterschicht (6) und - eine Kontaktstruktur (8), die auf der Lichtauskoppelfläche in einem Bereich abgeschieden ist, die frei von der Filterschicht ist.
Halbleiterchip nach Anspruch 1, wobei die Filterschicht ein dielektrischer Winkelfilter ist.
Halbleiterchip nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Kontaktstruktur eine Mehrzahl von Kontaktstegen (81) aufweist.
Halbleiterchip nach Anspruch 3, wobei die Kontaktstege auf einer von der Halbleiterschichtenfolge abgewandten Seite von der Filterschicht überdeckt sind.
Halbleiterchip nach Anspruch 3, wobei die Kontaktstege auf einer von der Halbleiterschichtenfolge abgewandten Seite zumindest teilweise frei von der Filterschicht sind.
Halbleiterchip nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Kontaktstruktur einen Anschlussbereich (82) aufweist, der auf einer von der Halbleiterschichtenfolge abgewandten Seite zumindest teilweise frei von der Filterschicht ist.
Halbleiterchip nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Kontaktstruktur unmittelbar auf der Halbleiterschichtenfolge aufgebracht ist.
Halbleiterchip nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Halbleiterschichtenfolge an der Lichtauskoppelfläche eine Lichtauskoppelstruktur (12) aufweist.
Halbleiterchip nach Anspruch 8, wobei unmittelbar auf der Lichtauskoppelstruktur eine Planarisierungsschicht (5) aufgebracht ist.
Halbleiterchip nach Anspruch 9, wobei die Filterschicht unmittelbar auf der Planarisierungsschicht angeordnet ist.
Halbleiterchip nach Anspruch 9, wobei zwischen der Filterschicht und der Planarisierungsschicht eine Passivierungsschicht (7) angeordnet ist.
Halbleiterchip nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei die Kontaktstruktur in einer Öffnung der Planarisierungsschicht (60) angeordnet ist.
Halbleiterchip nach Anspruch 12, wobei die Kontaktstruktur von der Planarisierungsschicht beabstandet ist.
Halbleiterchip nach Anspruch 13, wobei die Filterschicht in einem Zwischenraum zwischen der Kontaktstruktur und der Planarisierungsschicht unmittelbar auf der Lichtauskoppelfläche aufgebracht ist.
Halbleiterchip nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die Filterschicht eine Öffnung (60) aufweist, in der die Kontaktstruktur angeordnet ist.
Halbleiterchip nach Anspruch 15, wobei die Kontaktstruktur von der Filterschicht beabstandet ist.
Halbleiterchip nach Anspruch 16, wobei die Lichtauskoppelfläche in der Öffnung in einem Bereich zwischen der Kontaktstruktur und der Filterschicht freiliegt.
Halbleiterchip nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei auf der Filterschicht eine Passivierungsschicht (7) aufgebracht ist.
Verfahren zur Herstellung eines Licht emittierenden Halbleiterchips (100) nach einem der vorherigen Ansprüche mit den Schritten: - Bereitstellen einer Halbleiterschichtenfolge (1) mit einer aktiven Schicht (10), die dazu vorgesehen und eingerichtet ist, im Betrieb Licht zu erzeugen und über eine Lichtauskoppelfläche (11) abzustrahlen, - Abscheiden einer Filterschicht (6) auf der Lichtauskoppelfläche und - Abscheiden einer Kontaktstruktur (8) auf der Lichtauskoppelfläche in einem Bereich, der frei von der Filterschicht ist.