EP2316133A1 - Optoelektronischer halbleiterchip mit gas-gefülltem spiegel - Google Patents

Optoelektronischer halbleiterchip mit gas-gefülltem spiegel

Info

Publication number
EP2316133A1
EP2316133A1 EP09776069A EP09776069A EP2316133A1 EP 2316133 A1 EP2316133 A1 EP 2316133A1 EP 09776069 A EP09776069 A EP 09776069A EP 09776069 A EP09776069 A EP 09776069A EP 2316133 A1 EP2316133 A1 EP 2316133A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
mirror layer
contact points
semiconductor body
semiconductor chip
optoelectronic semiconductor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP09776069A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Vincent Grolier
Andreas PLÖSSL
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ams Osram International GmbH
Original Assignee
Osram Opto Semiconductors GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Osram Opto Semiconductors GmbH filed Critical Osram Opto Semiconductors GmbH
Publication of EP2316133A1 publication Critical patent/EP2316133A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F77/00—Constructional details of devices covered by this subclass
    • H10F77/20—Electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F77/00—Constructional details of devices covered by this subclass
    • H10F77/30—Coatings
    • H10F77/306—Coatings for devices having potential barriers
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F77/00—Constructional details of devices covered by this subclass
    • H10F77/40—Optical elements or arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/80—Constructional details
    • H10H20/83—Electrodes
    • H10H20/831—Electrodes characterised by their shape
    • H10H20/8316—Multi-layer electrodes comprising at least one discontinuous layer
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/80—Constructional details
    • H10H20/83—Electrodes
    • H10H20/832—Electrodes characterised by their material
    • H10H20/835—Reflective materials

Definitions

  • An optoelectronic semiconductor chip is specified.
  • An object to be solved is to provide an optoelectronic semiconductor chip having an improved efficiency.
  • the optoelectronic semiconductor chip comprises a semiconductor body having an active region.
  • the semiconductor body is preferably an epitaxially grown semiconductor body.
  • Semiconductor body may be connected to a growth substrate. However, it is also possible that the growth substrate is removed from the semiconductor body or at least thinned.
  • the active region of the semiconductor body is preferably suitable for generating or detecting electromagnetic radiation.
  • the optoelectronic semiconductor chip is preferably a luminescence diode chip. That is, the optoelectronic semiconductor chip is formed by a laser diode chip or a light-emitting diode chip. If the active region is suitable for detecting electromagnetic radiation, then the optoelectronic semiconductor chip is a detector chip, for example a photodiode chip. For example, the photodiode chip can be provided for the detection of infrared radiation.
  • the optoelectronic semiconductor chip further comprises a mirror layer.
  • the mirror layer is a metallic mirror layer. That is, the mirror layer consists of or contains a metal and is characterized by metallic properties such as good electrical conductivity and high reflectivity.
  • the mirror layer is a Bragg mirror consisting of alternately arranged layers of a high refractive and a low refractive material.
  • the mirror layer may be a combination of Bragg mirror and metallic mirror.
  • the metallic mirror is, for example, facing the active region and arranged on the Bragg mirror.
  • the mirror layer preferably has a reflectivity of at least 90% for electromagnetic radiation generated or to be detected in the active region.
  • the optoelectronic semiconductor chip comprises contact points.
  • the contact points establish a mechanical connection between the mirror layer and the semiconductor body. That is, the mirror layer and the semiconductor body are over the
  • the optoelectronic semiconductor chip comprises at least one of these contact points, preferably comprising Optoelectronic semiconductor chip a variety of these contact points.
  • the contact points are arranged between the semiconductor body and the mirror layer.
  • the contact points can be directly adjacent to the semiconductor body and / or directly to the mirror layer. That is, the pads may, for example, be in direct contact with the semiconductor body and / or in direct contact with the mirror layer.
  • the contact points provide a distance between the semiconductor body and the mirror layer. That is, the contact points are formed, for example, in the manner of columns or posts, which in addition to a mechanical attachment also convey a distance between the semiconductor body and the mirror layer. This means that the semiconductor body and mirror layer preferably do not touch each other. Semiconductor body and mirror layer are therefore not in direct contact with each other, but are separated by the contact points.
  • At least one cavity is formed between the semiconductor body and the mirror layer. That is, the semiconductor body and mirror layer are spaced apart from each other, where there are no contact points, there is a cavity between the semiconductor body and mirror layer.
  • the cavity contains a gas.
  • the cavity can be filled with air, for example. It is but also possible that the cavity is filled with a noble gas such as helium. In addition, the cavity may also be filled with nitrogen or with hydrogen. That is, the at least one cavity formed by the contact points contains a gas and is preferably filled with this gas.
  • the gas is located between the semiconductor body and the mirror layer. It is possible that between the semiconductor body and mirror layer only the contact points and the gas are. Another material is then not between the semiconductor body and mirror layer.
  • the optoelectronic semiconductor chip contains a semiconductor body which contains an active region.
  • the semiconductor chip contains a mirror layer and contact points between semiconductor body and
  • Mirror layer are arranged.
  • the contact points mediate a distance between the semiconductor body and the mirror layer, whereby at least one cavity is formed between the mirror layer and the semiconductor body.
  • the at least one cavity contains a gas.
  • the contact points for electrical contacting of the active region of the semiconductor body are provided.
  • an electrical current is impressed into the semiconductor body and thus into the active region via the contact points during operation of the optoelectronic semiconductor chip, which makes it possible to ensure that in the active region electromagnetic radiation is generated or detected.
  • the contact points are preferably electrically conductive in this case.
  • the optoelectronic semiconductor chip described here is based inter alia on the finding that the filling of the cavity between mirror layer and semiconductor body with a gas has advantages over the filling of the cavity with a dielectric solid such as silicon nitride or silicon oxide.
  • Electromagnetic radiation which is generated in the active region and is emitted in the direction of the cavity, can be reflected by total reflection at the interface and deflected in the direction of a radiation exit surface or an active region of the semiconductor body. The same applies to electromagnetic radiation which is to be detected in the active region. Electromagnetic radiation, the is not totally reflected, but penetrates the interface between the semiconductor body and cavity, applies in the further course on the contact points and / or the • mirror layer and is reflected by these elements in the direction of a radiation exit surface and / or in the direction of the active region of the optoelectronic semiconductor chip.
  • the efficiency of the optoelectronic semiconductor chip is thus increased.
  • the filling of the cavity with a gas also proves to be particularly advantageous for improved heat dissipation.
  • Heat generated during operation in the optoelectronic semiconductor chip can be released particularly well from the semiconductor body to the mirror layer and from there, for example, to a carrier by gas introduced in the cavity.
  • fillings of the cavity with helium or with hydrogen (H 2 ) are particularly well suited.
  • other gases such as nitrogen or argon are conceivable.
  • the gas-filled cavity thus replaces a dielectric material, for example a dielectric mirror layer. It distinguishes itself from such by improved optical and thermal properties. Overall, the gas-filled cavity thus contributes to an improved efficiency of the optoelectronic semiconductor chip.
  • At least one of the contact points forms a closed path. That is, at least one of Contact points has, for example, a frame-shaped course. This contact point thus runs continuously and encloses a region between the mirror layer and the semiconductor body.
  • the contact point surrounds at least a region between the mirror layer and the semiconductor body like a frame, wherein "frame-like" is not an indication of the geometry of this contact point.
  • the contact point may be formed in the manner of a round, rectangular or oval frame.
  • the contact point formed as a closed path is preferably arranged in the edge region of the optoelectronic semiconductor chip.
  • a frame-shaped contact point is arranged on the side of the semiconductor body facing the mirror layer, which contact point extends as a closed path along the edge of the semiconductor body.
  • the contact point may be in direct contact with the mirror layer and / or the semiconductor body.
  • Such a contact point, which forms a closed path is particularly well suited to form a particularly large cavity between mirror layer and semiconductor body, which is filled with the gas.
  • the gas is then also hermetically sealed in the cavity formed by the contact point, the mirror layer and the semiconductor body.
  • closed by the formed as a closed path contact pad cavity are preferably arranged many other contact points that as posts or columns can be trained.
  • a continuously running at the edge, formed as a closed path contact point can therefore be tightly enclosed in the connection of the semiconductor body and mirror layer a good thermally conductive gas in the optoelectronic semiconductor chip.
  • the at least one cavity is sealed with a passivation material.
  • a passivation material For example, that can
  • Passivitationsmaterial be applied in the edge region of the optoelectronic semiconductor chip around the optoelectronic semiconductor chip around.
  • the passivation material may alternatively or in addition to a contact point, which is designed as a closed path, find use.
  • the passivation material may, for example, be dense for gas trapped in the cavity between the mirror layer and the semiconductor body. The passivation material then forms a seal for the gas.
  • the passivation material may therefore additionally or alternatively to a closed
  • the gas is enclosed at a pressure less than the normal pressure in at least one of the cavities. If the cavity formed between the mirror layer and the semiconductor body is sealed by a pad formed as a closed path and / or a Passivitationsmaterial, it is possible to introduce the gas with this pressure between the mirror layer and the semiconductor body, which is smaller than the normal external pressure. A gas introduced with negative pressure thereby improves the thermal properties of the gas in the cavity. That is, the heat dissipation by the gas in the cavity is in this Case further improved.
  • the gas is sealed at a pressure between 0.9 and 1.1 bar in the cavity. But it is also possible to seal the gas with pressure in the cavity. In particular, pressure ranges between 1 mbar and 5 bar are conceivable.
  • the distance between mirror layer and semiconductor body is at least 10 nm and preferably at most 10 ⁇ m. The distance is thereby by the
  • the pads preferably have a height of at least 10 nm and at most 10 ⁇ m.
  • the distance between the mirror layer and the semiconductor body is between 100 nm and 1 ⁇ m.
  • the specified range for the distance between mirror layer and semiconductor body has been found to be optimal in terms of heat dissipation, which is due to the gas in at least one hollow body from the semiconductor body to the mirror layer.
  • contact points and mirror layer contain at least one common metal. That is, pads and mirror layer may each contain at least one metal. At least one of the metals, the contact point and mirror layer, they have in common. For example, both pads and mirror layer contain silver, aluminum or gold.
  • the contact points and the mirror layer consist of the same material.
  • the contact points contain at least one solder material.
  • the contact points contain at least one of the following solder materials: tin, indium, gallium, bismuth. These solder materials are characterized by a particularly low melting point. Contact points containing at least one of these solder materials can be applied particularly well by means of soldering to the semiconductor body and the mirror layer.
  • a silver-tin or silver-indium compound can be used as a solder for the contact points.
  • the contact points can be applied to the semiconductor body in the production of the semiconductor chip, wherein the contact points can also contain blocking or adhesion-promoting layers, which face the semiconductor body. For example, these layers may have adhesion
  • the semiconductor body with the contact points is then bonded to the mirror layer, which is for example applied to a carrier.
  • a carrier for example, forms an Ag-Sn phase or an Ag-In phase, which the temperature resistance of the semiconductor chip in the further processing - for example, when soldered to a
  • the bonding is preferably done by means of isothermal solidification.
  • the phases formed have a re-melting point which is higher, as the bond temperature. This brings advantages in the further processing of the chip after bonding and in the operation of the chip with it, since the probability of undesired loosening of the bond is reduced.
  • a method for producing an optoelectronic semiconductor chip is specified.
  • the method for producing an optoelectronic semiconductor chip according to at least one of the embodiments listed here is suitable. That is, a 'described herein optoelectronic semiconductor chip is manufactured using the method described or is prepared using the described method. All features disclosed in connection with the optoelectronic semiconductor chip are therefore also disclosed in connection with the method.
  • the method comprises the following steps:
  • a semiconductor body which has at least one active region, which can be provided, for example, for radiation generation or detection.
  • a carrier is provided on which a mirror layer is applied. Between carrier and
  • Mirror layer for example, a layer or layer sequence can be arranged, which serves as a diffusion barrier for material from the mirror layer.
  • the semiconductor body is applied with its underside to the upper side of the mirror layer, which faces away from the carrier.
  • first contact points on the top of the mirror layer are applied and / or on the underside of the The semiconductor body. That is, the pads can be applied to the mirror layer, to the semiconductor body, or to both of these elements.
  • the semiconductor body and the mirror layer are connected to one another by the contact points by thermocompression. By this thermocompression, a mechanically fixed connection of the contact points with the semiconductor body and the mirror layer takes place.
  • thermocompression is preferably carried out at temperatures between 150 0 C and 450 0 C.
  • the pressure is adjusted between 0.4 MPa and 15 MPa.
  • the thermocompression takes place between 2 minutes and 10 hours, depending on the temperature and pressure, whereby the thermocompression takes longer the lower the temperature and pressure are set.
  • the contact points consist of the same material as the mirror layer.
  • the mirror layer consists of a silver layer, which is deposited by means of PVD (physical vapor deposition), for example.
  • Contact points made of silver are then introduced between the mirror layer and the semiconductor body.
  • the contact points by means of a
  • Printing method such as screen printing or ink jet printing (inkjet), by PVD or as preformed particles, in particular as beads, are applied.
  • FIG. 1A shows an optoelectronic semiconductor chip described here according to a first exemplary embodiment in a schematic sectional view
  • FIG. 1B shows the optoelectronic semiconductor chip according to the first exemplary embodiment in a schematic plan view of the mirror layer
  • FIG. 2A shows an optoelectronic semiconductor chip described here according to a second exemplary embodiment in a schematic sectional representation
  • FIG. 2B shows the optoelectronic semiconductor chip according to the second exemplary embodiment in a schematic top view of the mirror layer
  • FIG. 3A shows an optoelectronic semiconductor chip described here according to a third exemplary embodiment in a schematic sectional representation
  • FIG. 3B shows the optoelectronic semiconductor chip according to the third exemplary embodiment in a schematic plan view of the mirror layer 2.
  • FIG. 1A shows an optoelectronic semiconductor chip according to a first exemplary embodiment described here.
  • the semiconductor chip comprises a semiconductor body 1.
  • the semiconductor body 1 is produced epitaxially, for example. An original on the top Ia of the semiconductor body 1
  • the semiconductor body 1 arranged growth substrate is removed from the semiconductor body 1.
  • the optoelectronic semiconductor chip is therefore a so-called thin-film chip.
  • the semiconductor body 1 comprises an active region 10.
  • the active region is provided, for example, for radiation generation or detection.
  • the semiconductor body 1 faces on its underside 1 b the upper side 2 a of the mirror layer 2.
  • the mirror layer consists for example of silver, gold or aluminum. If aluminum is used for the mirror layer, it is preferably treated with a flux which removes the oxide layer from the upper side 2 a of the mirror layer 2 before the mirror layer 2 is connected to the semiconductor body 1.
  • Semiconductor body 1 and mirror layer 2 are mechanically and electrically connected to each other by means of contact points 3, which are formed for example as posts or columns.
  • the contact points 3 may be formed from a solder system which comprises the material of the mirror layer 2 and at least one low-melting solder material such as tin, Indium, gallium or bismuth contains.
  • the contact points 3 preferably contain a silver-tin or a silver-indium solder.
  • the contact points 3 preferably contain a gold-indium solder.
  • the mirror layer 2 consists of aluminum, then the contact points 3 are preferably formed with an aluminum-gallium solder.
  • the contact points 3 can preferably have blocking and adhesion promoter layers on their side facing the semiconductor body 1.
  • the barrier layer may, for example, contain at least one of the following materials or be made of one of the following materials: Ni, Pd, Pt, Ti, TiW, TiN, TiW: N.
  • the primer layer may, for example, contain at least one of the following materials or be made of one of the following materials: Cr, Ni, Pd, Pt, Ti.
  • the semiconductor body 1 and the mirror layer 2 are preferably interconnected by means of thermocompression.
  • the contact points 3 set a distance D between the semiconductor body 1 and the mirror layer 2. Due to this distance D, at least one cavity 4 is formed between the semiconductor body 1 and the mirror layer 2. In the present exemplary embodiment, exactly one cavity 4 is formed in which numerous contact points 3 are arranged (compare also the schematic plan view of the mirror layer 2 of FIG. The cavity is in this case with a gas 40, in this case filled with air. As optimal distance, a distance of at least 100 nm and at most 1500 nm, preferably 1000 nm, has been found.
  • the semiconductor chip further comprises a carrier 7, on which the mirror layer 2 is applied.
  • a barrier layer 6 can be arranged between carrier 7 and mirror layer 2, which prevents diffusion of metal from the mirror layer 2 to the carrier 7 out.
  • the carrier 7 may contain a metal or consist of a metal.
  • the carrier may be formed by a molybdenum foil.
  • the carrier contains or consists of a ceramic material such as alumina.
  • the carrier may contain or consist of a semiconductor material.
  • the following materials are available: silicon, germanium, GaAs.
  • the barrier layer 6 may contain, for example, at least one of the following materials or consist of one of the following materials: Ni, Pd, Pt, Ti, TiW, TiN, TiW: N.
  • the contact points 3 conduct the electric current from the carrier 7 to the semiconductor body 1 and a Part of the heat flow from the semiconductor body 1 to the carrier 7.
  • Contact points that is, the contact points 3, it must be kept as small as possible in order to keep the effectiveness of the mirror layer 2 and the refractive index jump on the cavity 4 as high as possible.
  • the density and the size of the contact points must be sufficiently large, so that the chip is electrically and thermally stable while remaining mechanically stable.
  • a size of the contact points 3, that is, a diameter of at least 1 ⁇ m and not more than 50 ⁇ m are found to be advantageous.
  • the density of the contact points 3 preferably corresponds to a surface coverage of the mirror layer 2 of 0.5% to 50%.
  • the contact points can be arranged, for example, at the grid points of a regular grid, for example a rectangular grid or triangular grid.
  • Contact points 3 can be introduced by means of PVD, a printing process or as preformed particles between the mirror layer 2 and the semiconductor body 1 or applied to these components.
  • a sacrificial layer for the time of processing. That is, a sacrificial layer is applied to the side surfaces of the chip, which allows further processing of the chip, without the contact points 3 can be etched. This sacrificial layer may be removed after completion of the manufacturing process and may contain, for example, one of the following materials or be made of one of the following materials: negative photoresist, positive photoresist, silicon nitride, silicon oxide.
  • a passivation material 5 is arranged in the form of a frame around the hollow body between the semiconductor body 1 and the mirror layer 2 in this exemplary embodiment.
  • the passivation material 5 hermetically seals the cavity 4. This way you can another gas 40 is introduced into the cavity 4 as air.
  • the gas can also be at a pressure less than the normal pressure between
  • the passivation material 5 may contain one of the following materials or may be made of one of the following materials: silicon nitride, silicon oxide, silicone, bisbenzocyclobutene.
  • FIGS. 3A and 3B A third exemplary embodiment of an optoelectronic semiconductor chip described here is explained in more detail in conjunction with FIGS. 3A and 3B. In this embodiment, in contrast to
  • a contact point 3 designed as a closed path.
  • This contact point 3 encloses further contact points 3 frame-shaped.
  • the designed as a closed path pad 3 is in
  • the contact point 3 also serves for the hermetic sealing of the cavity 4 between the semiconductor body and the mirror layer. In this way, a gas 40 can be sealed under a pressure less than the normal pressure in the optoelectronic semiconductor chip.
  • Such a frame-shaped contact layer proves to be particularly advantageous in the case of optoelectronic semiconductor chips with a large area of the mirror layer 2, in which the absorption occurring at the edge in the contact point 3 is of less importance than in the case of smaller chips.
  • the contact point 3 designed as a closed web comes in smaller Chips for use, it is advisable to form the contact point 3 of silver, which has a high reflectivity. In this way, hardly any absorption losses occur at the contact point 3 designed as a closed web.
  • chips with an edge length greater than 500 ⁇ m are referred to as large chips. Small chips are correspondingly smaller.
  • the contacting of the semiconductor chips described here can be done in different ways: It can be a structured top contact - such as a bond pad - and a full-surface ünterseitetern used.
  • a structured top contact - such as a bond pad - and a full-surface ünterseitetern used.
  • two structured top contacts - for example two bond pads - can be used.
  • two structured underside contacts can be used - the semiconductor chip can then be mounted like a flip chip and electrically connected, for example.

Landscapes

  • Led Device Packages (AREA)
  • Light Receiving Elements (AREA)

Abstract

Es wird ein optoelektronischer Halbleiterchip angegeben, mit - einem Halbleiterkörper (1), der einen aktiven Bereich (10) enthält, - einer Spiegelschicht (2), und - Kontaktstellen (3), die zwischen Halbleiterkörper (1) und Spiegelschicht (2) angeordnet sind und einen Abstand (D) zwischen Halbleiterkörper (1) und Spiegelschicht (2) vermitteln, wodurch zumindest ein Hohlraum (4) zwischen Spiegelschicht (2) und Halbleiterkörper (1) gebildet ist, wobei - der zumindest eine Hohlraum (4) ein Gas (40) enthält.

Description

Beschreibung
OPTOELEKTRONISCHER HALBLEITERCHIP MIT GAS-GEFÜLLTEM SPIEGEL
Es wird ein optoelektronischer Halbleiterchip angegeben.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, einen optoelektronischen Halbleiterchip anzugeben, der eine verbesserte Effizienz aufweist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterchips umfasst der optoelektronische Halbleiterchip einen Halbleiterkörper, der einen aktiven Bereich aufweist. Bei dem Halbleiterkörper handelt es sich vorzugsweise um einen epitaktisch gewachsenen Halbleiterkörper. Der
Halbleiterkörper kann mit einem AufwachsSubstrat verbunden sein. Es ist jedoch auch möglich, dass das Aufwachssubstrat vom Halbleiterkörper entfernt oder zumindest gedünnt ist . Der aktive Bereich des Halbleiterkörpers ist vorzugsweise zur Erzeugung oder Detektion von elektromagnetischer Strahlung geeignet .
Ist der aktive Bereich zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung geeignet, so handelt es sich bei dem optoelektronischen Halbleiterchip vorzugsweise um einen Lumineszenzdiodenchip. Das heißt, der optoelektronische Halbleiterchip ist durch einen Laserdiodenchip oder einen Leuchtdiodenchip gebildet. Ist der aktive Bereich zur Detektion von elektromagnetischer Strahlung geeignet, so handelt es sich bei dem optoelektronischen Halbleiterchip um einen Detektorchip, beispielsweise um einen Fotodiodenchip. Beispielsweise kann der Fotodiodenchip zur Detektion von Infrarotstrahlung vorgesehen sein. Der optoelektronische Halbleiterchip umfasst ferner eine Spiegelschicht .
Beispielsweise handelt es -sich bei der Spiegelschicht um eine metallische Spiegelschicht. Das heißt, die Spiegelschicht besteht aus oder enthält ein Metall und zeichnet sich durch metallische Eigenschaften wie gute elektrische Leitfähigkeit und hohe Reflektivität aus.
Ferner ist es möglich, dass es sich bei der Spiegelschicht um einen Bragg-Spiegel handelt, der aus abwechselnd angeordneten Schichten eines hoch-brechenden und eines niedrig-brechenden Materials besteht .
Darüber hinaus kann es sich bei der Spiegelschicht um eine Kombination von Bragg-Spiegel und metallischem Spiegel handeln. Der metallische Spiegel ist dabei zum Beispiel dem aktiven Bereich zugewandt und auf dem Bragg-Spiegel angeordnet .
Die Spiegelschicht weist dabei für im aktiven Bereich erzeugte oder zu detektierende elektromagnetische Strahlung vorzugsweise eine Reflektivität von wenigstens 90 % auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der optoelektronische Halbleiterchip Kontaktstellen. Die Kontaktstellen stellen eine mechanische Verbindung zwischen Spiegelschicht und Halbleiterkörper her. Das heißt, die Spiegelschicht und der Halbleiterkörper sind über die
Kontaktstellen mechanisch miteinander verbunden. Der optoelektronische Halbleiterchip umfasst dabei wenigstens eine dieser Kontaktstellen, vorzugsweise umfasst der optoelektronische Halbleiterchip eine Vielzahl dieser Kontaktstellen.
Die Kontaktstellen sind zwischen Halbleiterkörper und Spiegelschicht angeordnet. Die Kontaktstellen können dabei direkt an den Halbleiterkörper und/oder direkt an die Spiegelschicht grenzen. Das heißt, die Kontaktstellen können sich beispielsweise in direktem Kontakt mit dem Halbleiterkörper und/oder in direktem Kontakt mit der Spiegelschicht befinden.
Die Kontaktstellen vermitteln dabei einen Abstand zwischen dem Halbleiterkörper und der Spiegelschicht. Das heißt, die Kontaktstellen sind beispielsweise nach Art von Säulen oder Pfosten ausgebildet, die neben einer mechanischen Befestigung auch einen Abstand zwischen Halbleiterkörper und Spiegelschicht vermitteln. Das bedeutet, Halbleiterkörper und Spiegelschicht berühren sich vorzugsweise nicht. Halbleiterkörper und Spiegelschicht stehen also nicht in direktem Kontakt zueinander, sondern sind durch die Kontaktstellen voneinander getrennt.
Aufgrund des Abstands, den die Kontaktstellen zwischen Halbleiterkörper und Spiegelschicht vermitteln, ist zwischen Halbleiterkörper und Spiegelschicht zumindest ein Hohlraum gebildet. Das heißt, Halbleiterkörper und Spiegelschicht sind beabstandet zueinander angeordnet, dort, wo sich keine Kontaktstellen befinden, befindet sich ein Hohlraum zwischen Halbleiterkörper und Spiegelschicht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterchips enthält der Hohlraum ein Gas . Der Hohlraum kann dabei beispielsweise mit Luft gefüllt sein. Es ist jedoch auch möglich, dass der Hohlraum mit einem Edelgas wie beispielsweise Helium gefüllt ist. Darüber hinaus kann der Hohlraum auch mit Stickstoff oder mit Wasserstoff gefüllt sein. Das heißt, der zumindest eine Hohlraum, der durch die Kontaktstellen gebildet ist, enthält ein Gas und ist vorzugsweise mit diesem Gas gefüllt. Beispielsweise ist es dadurch möglich, dass Halbleiterkörper, Spiegelschicht und Kontaktstellen an das Gas im Hohlkörper grenzen. Zumindest im Bereich des Halbleiterkörpers befindet sich also zwischen Halbleiterkörper und Spiegelschicht das Gas. Es ist dabei möglich, dass sich zwischen Halbleiterkörper und Spiegelschicht ausschließlich die Kontaktstellen und das Gas befinden. Ein anderes Material befindet sich dann nicht zwischen Halbleiterkörper und Spiegelschicht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterchips utnfasst der optoelektronische Halbleiterchip einen Halbleiterkörper, der einen aktiven Bereich enthält. Darüber hinaus enthält der Halbleiterchip eine Spiegelschicht und Kontaktstellen, die zwischen Halbleiterkörper und
Spiegelschicht angeordnet sind. Die Kontaktstellen vermitteln dabei einen Abstand zwischen Halbleiterkörper und Spiegelschicht, wodurch zumindest ein Hohlraum zwischen Spiegelschicht und Halbleiterkörper gebildet ist. Der zumindest eine Hohlraum enthält dabei ein Gas.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterchips sind die Kontaktstellen zur elektrischen Kontaktierung des aktiven Bereichs des Halbleiterkörpers vorgesehen. Das heißt, über die Kontaktstellen wird im Betrieb des optoelektronischen Halbleiterchips ein elektrischer Strom in den Halbleiterkörper und damit in den aktiven Bereich eingeprägt, der es ermöglicht, dass im aktiven Bereich elektromagnetische Strahlung erzeugt oder detektiert wird. Die Kontaktstellen sind in diesem Fall vorzugsweise elektrisch leitend ausgebildet.
Der hier beschriebene optoelektronische Halbleiterchip beruht unter anderem auf der Erkenntnis, dass das Befüllen des Hohlraums zwischen Spiegelschicht und Halbleiterkörper mit einem Gas Vorteile gegenüber der Befüllung des Hohlraums mit einem dielektrischen Festkörper wie beispielsweise Siliziumnitrid oder Siliziumoxid aufweist.
Zum einen ist durch das Befüllen des Hohlraums mit einem Gas ein besonders hoher Brechungsindexsprung zwischen Halbleiterkörper und Hohlraum vorhanden. Dieser hohe Brechungsindexsprung führt dazu, dass für elektromagnetische Strahlung, die an die Grenzfläche zwischen Halbleiterkörper und Hohlraum tritt, ein besonders niedriger Winkel für die Totalreflexion erreicht wird. Die Grenzfläche zwischen Halbleiterkörper und Hohlraum dient daher aufgrund des hohen Brechungsindexunterschieds als Spiegel. Der derart gebildete „Gasspiegel" ermöglicht daher eine verbesserte Reflektion für flache Winkel . Elektromagnetische Strahlung, die unter steilen Winkeln einfällt wird durch die Spiegelschicht, die metallische ist und / oder als Bragg-Spiegel ausgebildet ist, reflektiert.
Elektromagnetische Strahlung, die im aktiven Bereich erzeugt wird und in Richtung Hohlraum abgestrahlt wird, kann mittels Totalreflexion an der Grenzfläche reflektiert und in Richtung einer Strahlungsaustrittsfläche oder eines aktiven Bereichs des Halbleiterkörpers umgelenkt werden. Gleiches gilt für elektromagnetische Strahlung, welche im aktiven Bereich detektiert werden soll. Elektromagnetische Strahlung, die nicht total reflektiert wird, sondern die Grenzfläche zwischen Halbleiterkörper und Hohlraum durchdringt, trifft im weiteren Verlauf auf die Kontaktstellen und/oder die • Spiegelschicht und wird von diesen Elementen in Richtung einer Strahlungsaustrittsfläche und/oder in Richtung des aktiven Bereichs des optoelektronischen Halbleiterchips reflektiert .
Durch die Befüllung des Hohlraums mit einem Gas, das heißt die .Bildung eines Hohlraums zwischen Halbleiterkörper und
Spiegelschicht aufgrund der Kontaktstellen, ist die Effizienz des optoelektronischen Halbleiterchips also erhöht. Darüber hinaus erweist sich die Befüllung des Hohlraums mit einem Gas auch als besonders vorteilhaft für eine verbesserte Wärmeabfuhr. Bei Betrieb im optoelektronischen Halbleiterchip erzeugte Wärme kann durch im Hohlraum eingebrachtes Gas besonders gut vom Halbleiterkörper an die Spiegelschicht und von dort beispielsweise an einen Träger abgegeben werden. Zur verbesserten Wärmeabfuhr eignen sich besonders gut Füllungen des Hohlraums mit Helium oder mit Wasserstoff (H2) . Es sind jedoch auch andere Gase wie Stickstoff oder Argon vorstellbar.
Der Gas gefüllte Hohlraum ersetzt also ein dielektrisches Material, beispielsweise eine dielektrische Spiegelschicht. Er zeichnet sich gegenüber einer solchen durch verbesserte optische und thermische Eigenschaften aus. Insgesamt trägt der Gas gefüllte Hohlraum damit zu einer verbesserten Effizienz des optoelektronischen Halbleiterchips bei.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterchips bildet zumindest eine der Kontaktstellen eine geschlossene Bahn. Das heißt, zumindest eine der Kontaktstellen weist einen beispielsweise rahmenförmigen Verlauf auf. Diese Kontaktstelle verläuft also kontinuierlich und umschließt einen Bereich zwischen der Spiegelschicht und dem Halbleiterkörper.
Mit anderen Worten umschließt die Kontaktstelle zumindest einen Bereich zwischen der Spiegelschicht und dem Halbleiterkörpers rahmenartig, wobei "rahmenartig" kein Hinweis auf die Geometrie dieser Kontaktstelle ist. Beispielsweise kann die Kontaktstelle nach Art eines runden, rechteckigen oder ovalen Rahmens ausgebildet sein. Die als eine geschlossene Bahn ausgebildete Kontaktstelle ist vorzugsweise im Randbereich des optoelektronischen Halbleiterchips angeordnet .
Das heißt beispielsweise, am Rand des Halbleiterkörpers ist auf der der Spiegelschicht zugewandten Seite des Halbleiterkörpers eine rahmenförmig ausgebildete Kontaktstelle angeordnet, die als geschlossene Bahn entlang des Randes des Halbleiterkörpers verläuft. Die Kontaktstelle kann sich dabei in direktem Kontakt mit der Spiegelschicht und/oder dem Halbleiterkörper befinden. Eine solche Kontaktstelle, die eine geschlossene Bahn bildet, eignet sich besonders gut, um einen besonders großen Hohlraum zwischen Spiegelschicht und Halbleiterkörper zu bilden, der mit dem Gas befüllt ist. Durch diese Kontaktstelle ist das Gas dann auch hermetisch dicht im durch die Kontaktstelle, der Spiegelschicht und dem Halbleiterkörper gebildeten Hohlraum eingeschlossen .
Im durch die als geschlossene Bahn ausgebildete Kontaktstelle abgeschlossenen Hohlraum sind vorzugsweise zahlreiche weitere Kontaktstellen angeordnet, die als Pfosten oder Säulen ausgebildet sein können. Durch, eine kontinuierlich am Rand verlaufende, als geschlossene Bahn ausgebildete Kontaktstelle kann also beim Verbinden von Halbleiterkörper und Spiegelschicht ein gut thermisch leitendes Gas im optoelektronischen Halbleiterchip dicht eingeschlossen werden .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterchips ist der zumindest eine Hohlraum mit einem Passivierungsmaterial versiegelt. Beispielsweise kann das
Passivierungsmaterial im Randbereich des optoelektronischen Halbleiterchips um den optoelektronischen Halbleiterchip herum aufgebracht sein. Das Passivierungsmaterial kann alternativ oder zusätzlich zu einer Kontaktstelle, welche als geschlossene Bahn ausgebildet ist, Einsatz finden. Das Passivierungsmaterial kann zum Beispiel für im Hohlraum zwischen Spiegelschicht und Halbleiterkörper eingeschlossenes Gas dicht sein. Das Passivierungsmaterial bildet dann eine Versiegelung für das Gas. Das Passivierungsmaterial kann daher zusätzlich oder alternativ zu einer als geschlossene
Bahn ausgebildeten Kontaktstelle Einsatz finden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Gas mit einem Druck kleiner als der Normaldruck in zumindest einem der Hohlräume eingeschlossen. Wenn der zwischen Spiegelschicht und Halbleiterkörper gebildete Hohlraum durch eine als geschlossene Bahn ausgebildete Kontaktstelle und/oder ein Passivierungsmaterial versiegelt ist, ist es möglich, das Gas mit diesem Druck zwischen Spiegelschicht und Halbleiterkörper einzubringen, der kleiner ist als der normale Außendruck. Ein mit Unterdruck eingebrachtes Gas verbessert dabei die thermischen Eigenschaften des Gases im Hohlraum. Das heißt, die Wärmeableitung durch das Gas im Hohlraum ist in diesem Fall weiter verbessert. Bevorzugt wird das Gas mit einem Druck zwischen 0,9 und 1,1 bar im Hohlraum versiegelt. Es ist aber auch möglich, dass Gas mit Überdruck im Hohlraum zu versiegeln. Insbesondere sind Druckbereiche zwischen 1 mbar und 5 bar vorstellbar.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterchips beträgt der Abstand zwischen Spiegelschicht und Halbleiterkörper mindestens 10 nm und vorzugsweise höchstens 10 μm. Der Abstand wird dabei durch die
Kontaktstellen vermittelt. Das heißt, die Kontaktstellen weisen vorzugsweise eine Höhe von mindestens 10 nm und höchstens 10 μm auf. Beispielsweise beträgt der Abstand zwischen Spiegelschicht und Halbleiterkörper zwischen 100 nm und 1 μm. Der angegebene Bereich für den Abstand zwischen Spiegelschicht und Halbleiterkörper hat sich dabei als optimal hinsichtlich der Wärmeableitung ergeben, die aufgrund des Gases in zumindest einem Hohlkörper vom Halbleiterkörper hin zur Spiegelschicht erfolgt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterchips enthalten Kontaktstellen und Spiegelschicht zumindest ein gemeinsames Metall. Das heißt, Kontaktstellen und Spiegelschicht können jeweils zumindest ein Metall enthalten. Zumindest eines der Metalle, die Kontaktstelle und Spiegelschicht enthalten, haben sie dabei gemeinsam. Beispielsweise enthalten sowohl Kontaktstellen als auch Spiegelschicht Silber, Aluminium oder Gold.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterchips bestehen die Kontaktstellen und die Spiegelschicht aus dem gleichen Material. Beispielsweise bestehen Kontaktstellen und Spiegelschicht aus Aluminium, Silber oder aus Gold.
•Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterchips enthalten die Kontaktstellen zumindest ein Lotmaterial . Beispielsweise enthalten die Kontaktstellen dabei zumindest eines der folgenden Lotmaterialien: Zinn, Indium, Gallium, Wismuth. Diese Lotmaterialien zeichnen sich durch einen besonders niedrigen Schmelzpunkt aus . Kontaktstellen, die zumindest eines dieser Lotmaterialien enthalten, können besonders gut mittels Löten auf den Halbleiterkörper und die Spiegelschicht aufgebracht werden.
Beispielsweise kann für die Kontaktstellen eine Silber-Zinn- oder Silber- Indium-Verbindung als Lot Verwendung finden. Die Kontaktstellen können bei der Herstellung des Halbleiterchips auf den Halbleiterkörper aufgebracht werden, wobei die Kontaktstellen auch Sperr- oder Haftvermittlungsschichten enthalten können, welche dem Halbleiterkörper zugewandt sind. Diese Schichten können beispielsweise eine Haftung der
Kontaktstellen an den Halbleiterkörper verbessern oder eine Diffusion von Metall wie beispielsweise Silber aus den Kontaktstellen in den Halbleiterkörper verhindern.
Der Halbleiterkδrper mit den Kontaktstellen wird dann auf die Spiegelschicht gebondet, die beispielsweise auf einen Träger aufgebracht ist. Dabei bildet sich beispielsweise eine Ag-Sn- Phase oder eine Ag-In-Phase aus, welche die Temperaturbeständigkeit des Halbleiterchips bei der weiteren Verarbeitung - beispielsweise beim Auflöten auf eine
Leiterplatte - gewährleistet. Das heißt, das Bonden geschieht vorzugsweise mittels isothermen Erstarrens. Die gebildeten Phasen weisen einen WiederaufSchmelzpunkt auf, der höher ist, als die Bondtemperatur. Dies bringt Vorteile bei der Weiterprozessierung des Chips nach dem Bonden und beim Betreiben des Chips mit sich, da die Wahrscheinlichkeit für ein unerwünschtes Lösen der Bondverbindung reduziert ist.
Es wird darüber hinaus ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips angegeben. Vorzugsweise eignet sich das Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips nach zumindest einer der hier aufgeführten Ausführungsformen. Das heißt, ein' hier beschriebener optoelektronischer Halbleiterchip ist mit dem beschriebenen Verfahren herstellbar oder wird mit dem beschriebenen Verfahren hergestellt. Sämtliche in Verbindung mit dem optoelektronischen Halbleiterchip offenbarten Merkmale sind daher auch in Verbindung mit dem Verfahren offenbart .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Verfahren die folgenden Schritte:
Zunächst wird ein Halbleiterkörper bereitgestellt, der zumindest einen aktiven Bereich aufweist, der beispielsweise zur Strahlungserzeugung oder -detektion vorgesehen sein kann. Zudem wird ein Träger bereitgestellt, auf den eine Spiegelschicht aufgebracht ist. Zwischen Träger und
Spiegelschicht kann beispielsweise auch eine Schicht oder Schichtenfolge angeordnet sein, die als Diffusionssperre für Material aus der Spiegelschicht dient. Der Halbleiterkörper wird im nachfolgenden Verfahrensschritt mit seiner Unterseite auf die Oberseite der Spiegelschicht, welche dem Träger abgewandt ist, aufgebracht. Dazu werden zunächst Kontaktstellen auf der Oberseite -der Spiegelschicht aufgebracht und/oder auf der Unterseite des Halbleiterkörpers. Das heißt, die Kontaktstellen können auf die Spiegelschicht, auf den Halbleiterkörper oder auf beide der genannten Elemente aufgebracht werden. In einem abschließenden Verfahrensschritt werden Halbleiterkörper und Spiegelschicht durch die Kontaktstellen miteinander verbunden, indem eine Thermokompression erfolgt. Durch diese Thermokompression erfolgt eine mechanisch feste Verbindung der Kontaktstellen mit dem Halbleiterkörper und der Spiegelschicht .
Die Thermokompression erfolgt vorzugsweise bei Temperaturen zwischen 150 0C und 450 0C. Der Druck wird zwischen 0,4 MPa und 15 MPa eingestellt. Die Thermokompression erfolgt - je nach Temperatur und Druck - für eine Dauer zwischen 2 Minuten und 10 Stunden, wobei die Thermokompression umso länger dauert je niedriger Temperatur und Druck eingestellt sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens bestehen die Kontaktstellen aus dem gleichen Material wie die Spiegelschicht. Beispielsweise besteht die Spiegelschicht dabei aus einer Silberschicht, die zum Beispiel mittels PVD (physikalische Gasphasenabscheidung) abgeschieden ist. Kontaktstellen aus Silber werden dann zwischen die ■Spiegelschicht und den Halbleiterkörper eingebracht. Beispielsweise können die Kontaktstellen mittels eines
Druckverfahrens wie Siebdruck oder Tintenstrahldruck (InkJet) , mittels PVD oder als vorgeformte Teilchen, insbesondere als Kügelchen, aufgebracht werden.
Im Folgenden wird der hier beschriebene optoelektronische
Halbleiterchip sowie das hier beschriebene Verfahren anhand von Ausführungsbeispielen und den zugehörigen Figuren näher erläutert . Figur IA zeigt einen hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterchip gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel in einer schematisehen Schnittdarstellung,
Figur IB zeigt den optoelektronischen Halbleiterchip gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel in einer schematischen Draufsicht auf die Spiegelschicht,
Figur 2A zeigt einen hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterchip gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel in einer schematischen Schnittdarstellung,
Figur 2B zeigt den optoelektronischen Halbleiterchip gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel in einer schematischen Draufsicht auf die Spiegelschicht,
Figur 3A zeigt einen hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterchip gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel in einer schematischen Schnittdarstellung,
Figur 3B zeigt den optoelektronischen Halbleiterchip gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel in einer schematischen Draufsicht auf die Spiegelschicht 2.
Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
Die schematische Schnittdarstellung der Figur IA zeigt einen hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterchip gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Der Halbleiterchip umfasst einen Halbleiterkörper 1.
Der Halbleiterkörper 1 ist beispielsweise epitaktisch hergestellt. Ein ursprünglich auf der Oberseite Ia des
Halbleiterkörpers 1 angeordnetes Aufwachssubstrat ist vom Halbleiterkörper 1 entfernt. Beim optoelektronischen Halbleiterchip handelt es sich daher um einen so genannten Dünnfilmchip. Der Halbleiterkörper 1 umfasst einen aktiven Bereich 10. Der, aktive Bereich ist beispielsweise zur Strahlungserzeugung oder -detektion vorgesehen. Der Halbleiterkörper 1 ist an seiner Unterseite Ib der Oberseite 2a der Spiegelschicht 2 zugewandt. Die Spiegelschicht besteht beispielsweise aus Silber, Gold oder Aluminium. Kommt für die Spiegelschicht Aluminium zur Verwendung, so wird dieses vor der Verbindung der Spiegelschicht 2 mit dem Halbleiterkörper 1 vorzugsweise mit einem Flussmittel behandelt, das die Oxidschicht von der Oberseite 2a der Spiegelschicht 2 entfernt .
Halbleiterkörper 1 und Spiegelschicht 2 sind mittels Kontaktstellen 3 , die beispielsweise als Pfosten oder Säulen ausgebildet sind, mechanisch und elektrisch miteinander verbunden .
Die Kontaktstellen 3 können aus einem Lotsystem gebildet sein, welches das Material der Spiegelschicht 2 sowie zumindest ein niederschmelzendes Lotmaterial wie Zinn, Indium, Gallium oder Wismuth enthält. Besteht die Spiegelschicht beispielsweise aus Silber, so enthalten die Kontaktstellen 3 vorzugsweise ein Silber-Zinn- oder ein Silber- Indium-Lot . Besteht die Kontaktschicht 2 aus Gold, so enthalten die Kontaktstellen 3 vorzugsweise ein Gold-Indium- Lot. Besteht die Spiegelschicht 2 aus Aluminium, so sind die Kontaktstellen 3 vorzugsweise mit einem Aluminium-Gallium-Lot gebildet. Die Kontaktstellen 3 können dabei vorzugsweise an ihrer dem Halbleiterkörper 1 zugewandten Seite Sperr- und Haftvermittlerschichten aufweisen.
Die Sperrschicht kann zum Beispiel zumindest eines der folgenden Materialien enthalten oder aus einem der folgenden Materialien bestehen: Ni, Pd, Pt, Ti, TiW, TiN, TiW:N.
Die Haftvermittlerschicht kann zum Beispiel zumindest eines der folgenden Materialien enthalten oder aus einem der folgenden Materialien bestehen: Cr, Ni, Pd, Pt, Ti.
Alternativ zu einem Lotmaterial können die Kontaktstellen 3
■ auch aus demselben Material wie die Spiegelschicht 2 gebildet sein. In diesem Fall sind der Halbleiterkörper 1 und die Spiegelschicht 2 vorzugsweise mittels Thermokompression miteinander verbunden.
Die Kontaktstellen 3 stellen einen Abstand D zwischen Halbleiterkörper 1 und Spiegelschicht 2 ein. Aufgrund dieses Abstandes D entsteht zwischen Halbleiterkörper 1 und Spiegelschicht 2 zumindest ein Hohlraum 4. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel entsteht genau ein Hohlraum 4, in welchem zahlreiche Kontaktstellen 3 angeordnet sind (vergleiche dazu auch die schematische Draufsicht auf die Spiegelschicht 2 der Figur IB) . Der Hohlraum ist dabei mit einem Gas 40, vorliegend mit Luft, gefüllt. Als optimaler Abstand hat sich ein Abstand von wenigstens 100 nm und höchstens 1500 nm, vorzugsweise 1000 nm, herausgestellt.
Der Halbleiterchip umfasst ferner einen Träger 7, auf welchen die Spiegelschicht 2 aufgebracht ist. Dabei kann zwischen Träger 7 und Spiegelschicht 2 eine Sperrschicht 6 angeordnet sein, welche eine Diffusion von Metall aus der Spiegelschicht 2 zum Träger 7 hin unterbindet .
Der Träger 7 kann dabei ein Metall enthalten oder aus einem Metall bestehen. Zum Beispiel kann der Träger durch eine Molybdän-Folie gebildet sein. Ferner ist es möglich, dass der Träger ein keramisches Material wie Aluminiumoxid enthält oder aus einem solchen besteht. Schließlich kann der Träger eine Halbleitermaterial enthalten oder aus einem solchen bestehen. Zum Beispiel bieten sich dafür die folgenden Materialien an: Silizium, Germanium, GaAs.
Die Sperrschicht 6 kann beispielsweise zumindest eines der folgenden Materialien enthalten oder aus einem der folgenden Materialien bestehen: Ni, Pd, Pt, Ti, TiW, TiN, TiW: N. Die Kontaktstellen 3 leiten den elektrischen Strom vom Träger 7 zum Halbleiterkörper 1 sowie einen Teil des Wärmestroms vom Halbleiterkörper 1 zum Träger 7. Die Dichte und Größe der
Kontaktpunkte, das heißt der Kontaktstellen 3, muss dabei so klein gehalten werden wie möglich, um die Wirksamkeit der Spiegelschicht 2 sowie des Brechungsindexsprungs am Hohlraum 4 so hoch wie möglich zu halten. Zugleich muss die Dichte und die Größe der Kontaktpunkte ausreichend groß sein, damit der Chip elektrisch und thermisch belastbar ist und dabei mechanisch stabil bleibt. Dabei hat sich eine Größe der Kontaktstellen 3, das heißt ein Durchmesser, von wenigstens 1 μm und höchstens 50 μm als vorteilhaft herausgestellt. Die Dichte der Kontaktstellen 3 entspricht bevorzugt einer Flächenbelegung der Spiegelschicht 2 von 0,5 % bis 50 %.
Die Kontaktpunkte können beispielsweise an den Gitterpunkten eines regelmäßigen Gitters - beispielsweise eines Rechteckgitters oder Dreieckgitters - angeordnet sein. Kontaktstellen 3 können mittels PVD, einem Druckverfahren oder als vorgeformte Teilchen zwischen die Spiegelschicht 2 und den Halbleiterkörper 1 eingebracht oder auf diese Komponenten aufgebracht sein.
Um den Gasspiegel mit den Kontaktstellen 3 gegen verschiedene Ätzschritte zu schützen, ist es ferner denkbar, eine Opferschicht für die Zeit der Prozessierung mit einzubinden. Das heißt, es wird eine Opferschicht auf die Seitenflächen des Chips aufgebracht, welche eine Weiterprozessierung des Chips erlaubt, ohne dass die Kontaktstellen 3 angeätzt werden können. Diese Opferschicht kann nach Abschluss des Herstellungsverfahrens entfernt werden und zum Beispiel eines der folgenden Materialien enthalten oder aus einem der folgenden Materialien bestehen: negativer Photolack, positiver Photolack, Siliziumnitrid, Siliziumoxid.
In Verbindung mit den Figuren 2A und 2B ist ein zweites
Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterchips näher erläutert. In Ergänzung zum in Verbindung mit den Figuren IA und IB beschriebenen Ausführungsbeispiel ist in diesem Ausführungsbeispiel ein Passivierungsmaterial 5 rahmenförmig um den Hohlkörper zwischen Halbleiterkörper 1 und Spiegelschicht 2 herum angeordnet. Das Passivierungsmaterial 5 schließt den Hohlraum 4 hermetisch ab. Auf diese Weise kann ein anderes Gas 40 als Luft in den Hohlraum 4 eingebracht werden. Beispielsweise finden dazu Helium oder Wasserstoff H2 Verwendung, welche sich durch eine besonders hohe Wärmeleitfähigkeit auszeichnen. Das Gas kann dabei auch mit einem Druck kleiner als der Normaldruck zwischen
Halbleiterkörper 1 und Spiegelschicht 2 eingebracht sein, wodurch sich die Wärmeleitfähigkeit weiter erhöht. Beispielsweise kann das Passivierungsmaterial 5 eines der folgenden Materialien enthalten oder aus einem der folgenden Materialien bestehen: Siliziumnitrid, Siliziumoxid, Silikon, Bisbenzocyclobuten.
In Verbindung mit den Figuren 3A und 3B ist ein drittes Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterchips näher erläutert. In diesem Ausführungsbeispiel ist im Unterschied zum
Ausführungsbeispiel der Figuren IA und IB eine Kontaktstelle 3 als geschlossene Bahn ausgeführt. Diese Kontaktstelle 3 umschließt weitere Kontaktstellen 3 rahmenförmig . Die als geschlossene Bahn ausgeführte Kontaktstelle 3 ist im
Randbereich des Chips angeordnet. Neben ihren elektrischen und optischen Eigenschaften dient die Kontaktstelle 3 auch zur hermetischen Versiegelung des Hohlraums 4 zwischen Halbleiterkörper und Spiegelschicht. Auf diese Weise kann ein Gas 40 unter einem Druck kleiner als der Normaldruck im optoelektronischen Halbleiterchip versiegelt werden.
Eine solche rahmenförmige Kontaktschicht erweist sich als besonders vorteilhaft bei optoelektronischen Halbleiterchips mit großer Fläche der Spiegelschicht 2, bei der die am Rand auftretende Absorption in der Kontaktstelle 3 weniger ins Gewicht fällt als bei kleineren Chips . Kommt die als geschlossene Bahn ausgeführte Kontaktstelle 3 bei kleineren Chips zur Verwendung, so bietet sich an, die Kontaktstelle 3 aus Silber auszubilden, das eine hohe Reflektivität aufweist. Auf diese Weise treten dann kaum Absorptionsverluste an der als geschlossene Bahn ausgeführten Kontaktstelle 3 auf. Als große Chips werden dabei Chips mit einer Kantenlänge größer als 500 μm bezeichnet. Kleine Chips sind entsprechend kleiner.
Die Kontaktierung der hier beschriebenen Halbleiterchips kann auf unterschiedlichen Weisen erfolgen: Es können ein strukturierter Oberseitenkontakt - wie zum Beispiel ein Bondpad - und ein ganzflächiger ünterseitenkontakt zum Einsatz kommen. Darüber hinaus können zwei strukturierte Oberseitenkontakte - zum Beispiel zwei Bondpads - zum Einsatz kommen. Ferner können zwei strukturierte Unterseitenkontakte zum Einsatz kommen - der Halbleiterchip kann dann zum Beispiel wie ein Flipchip montiert und elektrisch angeschlossen werden.
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.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 102008039360.6, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.

Claims

Patentansprüche
1. -Optoelektronischer Halbleiterchip mit
- einem Halbleiterkörper (1) , der einen aktiven Bereich (10) enthält,
- einer Spiegelschicht (2) , und
- Kontaktstellen (3) , die zwischen Halbleiterkörper (1) und Spiegelschicht (2) angeordnet sind und einen Abstand (D) zwischen Halbleiterkörper (1) und Spiegelschicht (2) vermitteln, wodurch zumindest ein Hohlraum (4) zwischen Spiegelschicht (2) und Halbleiterkörper (1) gebildet ist, wobei
- der zumindest eine Hohlraum (4) ein Gas (40) enthält.
2. Optoelektronischer Halbleiterchip nach dem vorherigen Anspruch, bei dem zumindest eine Kontaktstelle (3) eine geschlossene Bahn bildet .
3. Optoelektronischer Halbleiterchip nach dem vorherigen
Anspruch, bei dem zumindest über eine der Kontaktstellen (3) im Betrieb des optoelektronischen Halbleiterchips ein elektrischer Strom in den aktiven Bereich (10) eingeprägt wird.
4. Optoelektronischer Halbleiterchip nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem der zumindest eine Hohlraum (4) mit einem Passivierungsmaterial (5) versiegelt ist.
5. Optoelektronischer Halbleiterchip nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem das Gas (40) mit einem Druck kleiner als der Normaldruck in zumindest einem der Höhlräume (4) eingeschlossen ist.
6. Optoelektronischer Halbleiterchip nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem sich die Kontaktstellen (3) in direktem Kontakt mit dem Halbleiterkörper (1) befinden.
7. Optoelektronischer Halbleiterchip nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem der Abstand (D) zwischen Spiegelschicht (2) und
Halbleiterkörper (1) mindestens 10 nm und höchsten 10 μm beträgt .
8. Optoelektronischer Halbleiterchip nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die Kontaktstellen (3) und die Spiegelschicht (2) zumindest ein gemeinsames Metall enthalten.
9. Optoelektronischer Halbleiterchip nach dem vorherigen Anspruch, bei dem die Kontaktstellen (3) und die Spiegelschicht (2) aus dem gleichen Material bestehen. •
10. Optoelektronischer Halbleiterchip nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die Kontaktstellen (3) zumindest eines der folgenden Lotmaterialien enthalten: Sn, In, Ga, Bi.
11. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips mit den folgenden Schritten: - Bereitstellen eines Halbleiterkörpers (1) mit zumindest einem aktiven Bereich (10) ,
- Bereitstellen eines Trägers (7) mit einer Spiegelschicht (2), - Aufbringen von Kontaktstellen (3) auf der Oberseite (2a) der Spiegelschicht (2) und/oder der Unterseite (Ib) des Halbleiterkörpers (1) ,
- Verbinden von Halbleiterkörper (1) und Spiegelschicht (2) durch die Kontaktstellen (3) mittels Thermokompression, wobei - die Kontaktstellen (3) einen Abstand (D) zwischen
Halbleiterkörper (1) und Spiegelschicht (2) vermitteln, wodurch zumindest ein Hohlraum (4) zwischen Spiegelschicht (2) und Halbleiterkörper (1) gebildet wird, der ein Gas (40) enthält .
12. Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, wobei die Kontaktstellen (3) aus dem gleichen Material wie die Spiegelschicht (2) bestehen.
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, wobei die Kontaktstellen (3) mittels eines Druckverfahrens aufgebracht werden .
14. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12 , wobei die Kontaktstellen (3) mittels Aufdampfens aufgebracht werden .
15. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, wobei die Kontaktstellen (3) als Teilchen, insbesondere als Kügelchen, aufgebracht werden.
EP09776069A 2008-08-22 2009-08-05 Optoelektronischer halbleiterchip mit gas-gefülltem spiegel Withdrawn EP2316133A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102008039360.6A DE102008039360B4 (de) 2008-08-22 2008-08-22 Optoelektronischer Halbleiterchip und Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips
PCT/DE2009/001111 WO2010020213A1 (de) 2008-08-22 2009-08-05 Optoelektronischer halbleiterchip mit gas-gefülltem spiegel

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP2316133A1 true EP2316133A1 (de) 2011-05-04

Family

ID=41461099

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP09776069A Withdrawn EP2316133A1 (de) 2008-08-22 2009-08-05 Optoelektronischer halbleiterchip mit gas-gefülltem spiegel

Country Status (7)

Country Link
US (1) US8761219B2 (de)
EP (1) EP2316133A1 (de)
JP (1) JP5921192B2 (de)
KR (1) KR101704831B1 (de)
CN (1) CN102099926B (de)
DE (1) DE102008039360B4 (de)
WO (1) WO2010020213A1 (de)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8957490B2 (en) 2013-06-28 2015-02-17 Infineon Technologies Dresden Gmbh Silicon light trap devices
KR102465406B1 (ko) * 2016-01-07 2022-11-09 쑤저우 레킨 세미컨덕터 컴퍼니 리미티드 발광 소자
DE102018101389A1 (de) * 2018-01-23 2019-07-25 Osram Opto Semiconductors Gmbh Strahlungsemittierender halbleiterchip und verfahren zur herstellung eines strahlungsemittierenden halbleiterchips

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ATE269588T1 (de) * 1993-02-04 2004-07-15 Cornell Res Foundation Inc Mikrostrukturen und einzelmask, einkristall- herstellungsverfahren
US5376580A (en) 1993-03-19 1994-12-27 Hewlett-Packard Company Wafer bonding of light emitting diode layers
EP1447849A3 (de) * 1997-03-10 2005-07-20 Seiko Epson Corporation Halbleiterbauelement und mit demselben versehene Leiterplatte
KR100589449B1 (ko) * 1997-04-17 2006-06-14 세키스이가가쿠 고교가부시키가이샤 전자회로부품
IL160189A0 (en) * 2001-08-24 2004-07-25 Zeiss Stiftung Method for producing contacts and printed circuit packages
DE10164800B4 (de) * 2001-11-02 2005-03-31 Infineon Technologies Ag Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Bauelements mit mehreren übereinander gestapelten und miteinander kontaktierten Chips
US6784462B2 (en) * 2001-12-13 2004-08-31 Rensselaer Polytechnic Institute Light-emitting diode with planar omni-directional reflector
US6903381B2 (en) * 2003-04-24 2005-06-07 Opto Tech Corporation Light-emitting diode with cavity containing a filler
JP2004332017A (ja) * 2003-05-01 2004-11-25 Sumitomo Electric Ind Ltd ハンダ皮膜の製造方法、ハンダ皮膜を備えたヒートシンク、および半導体素子とヒートシンクの接合体
WO2005089098A2 (en) * 2004-01-14 2005-09-29 The Regents Of The University Of California Ultra broadband mirror using subwavelength grating
US7573074B2 (en) * 2006-05-19 2009-08-11 Bridgelux, Inc. LED electrode
DE102007003282B4 (de) 2007-01-23 2023-12-21 OSRAM Opto Semiconductors Gesellschaft mit beschränkter Haftung Leuchtdiodenchip

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO2010020213A1 *

Also Published As

Publication number Publication date
US20110164644A1 (en) 2011-07-07
JP5921192B2 (ja) 2016-05-24
KR20110068974A (ko) 2011-06-22
CN102099926B (zh) 2013-04-24
DE102008039360A1 (de) 2010-02-25
CN102099926A (zh) 2011-06-15
JP2012501065A (ja) 2012-01-12
KR101704831B1 (ko) 2017-02-08
WO2010020213A1 (de) 2010-02-25
DE102008039360B4 (de) 2021-05-12
US8761219B2 (en) 2014-06-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2274774B1 (de) Strahlungsemittierender halbleiterchip
EP2351079A1 (de) Strahlungsemittierender halbleiterchip
WO2012022657A1 (de) Optoelektronischer halbleiterchip und verfahren zur herstellung von optoelektronischen halbleiterchips
DE102010032497A1 (de) Strahlungsemittierender Halbleiterchip und Verfahren zur Herstellung eines strahlungsemittierenden Halbleiterchips
WO2015036231A1 (de) Optoelektronisches halbleiterbauteil und verfahren zur herstellung eines optoelektronischen halbleiterbauteils
DE102014100773A1 (de) Halbleiterbauelement und Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements
EP2415077A1 (de) Optoelektronisches bauelement
WO2014019865A1 (de) Verfahren zur herstellung einer mehrzahl von optoelektronischen halbleiterchips und optoelektronischer halbleiterchip
EP2286470A1 (de) Strahlungsemittierendes bauelement und verfahren zur herstellung eines strahlungsemittierenden bauelements
DE102012101889A1 (de) Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips und optoelektronischer Halbleiterchip
WO2012107289A1 (de) Optoelektronischer halbleiterchip mit verkapselter spiegelschicht
WO2014000988A1 (de) Optoelektronisches bauelement und verfahren zur herstellung eines optoelektronischen bauelements
DE102008039360B4 (de) Optoelektronischer Halbleiterchip und Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips
DE10214210B4 (de) Lumineszenzdiodenchip zur Flip-Chip-Montage auf einen lotbedeckten Träger und Verfahren zu dessen Herstellung
DE102014111482B4 (de) Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips
DE112016000474B9 (de) Optoelektronisches halbleiterbauteil, optoelektronische anordnung und verfahren zur herstellung eines optoelektronischen halbleiterbauteils
DE102018131775A1 (de) Elektronisches Bauelement und Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Bauelements
DE102019131502A1 (de) Verfahren zur herstellung strahlungsemittierender halbleiterchips, strahlungsemittierender halbleiterchip und strahlungsemittierendes bauelement
EP1929515B1 (de) Verfahren zur verbindung von schichten
EP2380218B1 (de) Optoelektonisches halbleiterbauteil und verfahren zur herstellung eines optoelektronischen halbleiterbauteils
WO2020182621A1 (de) Verfahren zur herstellung von optoelektronischen halbleiterbauteilen und optoelektronisches halbleiterbauteil
DE102010054591B4 (de) Gehäuse und Verfahren zur Herstellung eines Gehäuses für ein optoelektronisches Bauelement
DE102015108056A1 (de) Optoelektronisches Halbleiterbauteil, optoelektronische Anordnung und Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauteils
DE102017126109A1 (de) Licht emittierendes Bauelement und Verfahren zur Herstellung eines Licht emittierenden Bauelements
WO2025242266A1 (de) Verfahren zum herstellen eines arrays mit uv-licht emittierenden dioden und array

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20101130

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO SE SI SK SM TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: AL BA RS

DAX Request for extension of the european patent (deleted)
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION HAS BEEN WITHDRAWN

18W Application withdrawn

Effective date: 20150727