EP2452373A1 - Optoelektronisches bauelement - Google Patents

Optoelektronisches bauelement

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Publication number
EP2452373A1
EP2452373A1 EP10728256A EP10728256A EP2452373A1 EP 2452373 A1 EP2452373 A1 EP 2452373A1 EP 10728256 A EP10728256 A EP 10728256A EP 10728256 A EP10728256 A EP 10728256A EP 2452373 A1 EP2452373 A1 EP 2452373A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
carrier substrate
optoelectronic component
component according
electrically conductive
layer
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP10728256A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Lutz Höppel
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 EP2452373A1 publication Critical patent/EP2452373A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/483—Containers
    • H01L33/486—Containers adapted for surface mounting
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    • H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/62—Arrangements for conducting electric current to or from the semiconductor body, e.g. lead-frames, wire-bonds or solder balls
    • H—ELECTRICITY
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    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L25/00—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
    • H01L25/16—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof the devices being of types provided for in two or more different main groups of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. forming hybrid circuits
    • H01L25/167—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof the devices being of types provided for in two or more different main groups of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. forming hybrid circuits comprising optoelectronic devices, e.g. LED, photodiodes
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00
    • H—ELECTRICITY
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    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/44—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the coatings, e.g. passivation layer or anti-reflective coating

Definitions

  • the invention relates to an optoelectronic component which has a semiconductor body and a carrier substrate which is connected to the semiconductor body by means of a solder connection.
  • a thin-film light-emitting diode chip in which a growth substrate for the epitaxial layer sequence of the semiconductor body has been detached from the semiconductor body and the semiconductor body is detached by means of a solder connection with a carrier substrate
  • both electrical contacts are arranged on the rear side of the light-emitting diode chip.
  • An object of the invention is to provide an improved optoelectronic device, the
  • Bottom can be connected to the tracks of a circuit board, and at the same time by a small
  • Electrostatic discharges (ESD - electrostatic discharge) distinguished.
  • the optoelectronic component has according to a
  • Embodiment a semiconductor body having a
  • the optoelectronic component has a carrier substrate which is connected to the semiconductor body by means of a solder connection
  • the carrier substrate advantageously has a first opening and a second opening.
  • Carrier substrate led to a side facing away from the semiconductor body second major surface of the carrier substrate. Furthermore, a second electrically conductive connection layer is formed by the second breakdown of one of the semiconductor body
  • the optoelectronic component is guided from the first main surface of the carrier substrate, which is connected to the semiconductor body via the solder connection, to the opposite second main surface of the carrier substrate, the optoelectronic component
  • Main surface of the carrier substrate with tracks one
  • Circuit board are connected by, for example, the first electrically conductive connection layer with a solder connection with a first conductor of a printed circuit board and the second electrically conductive connection layer with a second
  • Solder connection is connected to a second conductor of the circuit board.
  • the optoelectronic component is therefore advantageously surface mountable.
  • the carrier substrate of the optoelectronic component is advantageously formed from a semiconductor material, in particular from silicon.
  • Semiconductor material has the advantage over a carrier substrate of, for example, a ceramic that it
  • Carrier substrate on side edges, at least in a first portion obliquely to the main surfaces of the
  • Carrier substrate wherein the side edges are provided in the first portion with an electrically insulating layer.
  • Solder for example, be connected to the tracks of a circuit board.
  • solder during the soldering process up to the side edges of the Carrier substrate rises, so that in the case of a carrier substrate made of a semiconductor material due to the at least low conductivity of the semiconductor material can cause a short circuit. This risk is reduced by the applied to the first portion of the side edges electrically insulating layer.
  • electrically insulating layer is applied, preferably adjacent to the second major surface of the carrier substrate.
  • Main surface of the carrier substrate may be provided in particular for mounting the optoelectronic component on a printed circuit board, so that in the adjacent to the second main surface region of the side edges of the risk of
  • Short circuit is increased by up to the side edge ascending solder. It is therefore advantageous if at least the part of the area adjoining the second main surface
  • the height of the first portion, in which the side edges extend obliquely to the main surfaces of the carrier body and are provided with an electrically insulating layer is preferably between 10% inclusive and
  • the height of the obliquely running side flanks is to be understood as meaning the projection of the side flanks onto the direction perpendicular to the main surfaces of the carrier substrate.
  • the first portion of the side edges advantageously has a height between 20 .mu.m and 100 .mu.m.
  • the first portion may have a height of about 30 ⁇ m.
  • the carrier substrate of the optoelectronic component may in particular be a silicon substrate.
  • a silicon substrate has the advantage that it can be processed relatively inexpensively, for example in the case of
  • the electrically insulating layer which is applied in particular to the first portion of the side edges, preferably contains a silicon oxide or a silicon nitride.
  • a silicon oxide layer may be on a silicon substrate
  • Silicon nitride also be applied by a CVD method or by a spin-on technique on the semiconductor substrate.
  • Main surface tapers. Due to the fact that the side flanks of the carrier substrate are inclined in the first subarea, the coating of the side flanks in the first subarea is facilitated. In particular, the side flanks running obliquely to the second main surface can be coated more easily than if they respectively run perpendicular to the second main surface and thus form surfaces facing away from one another.
  • the side flanks in the first partial region are at an obtuse angle of including 100 ° to 135 ° inclusive to the second
  • Main surface of the carrier substrate run.
  • Support substrate adjacent second portion which is perpendicular to the first main surface.
  • the second, perpendicular to the first main surface of the carrier substrate extending portion of the side edges may in the
  • Optoelectronic device initially a variety of
  • Semiconductor bodies are connected to a carrier substrate, wherein the production of the oblique side edges and the coating of the oblique side edges still in the wafer stage, ie before a divergence of the semiconductor wafer to individual optoelectronic devices takes place.
  • Subarea with the vertical side edges arises when the semiconductor wafer is divided into individual optoelectronic components.
  • the second subregions of the side flanks do not necessarily have to be provided with an insulating layer, since the risk of a short circuit occurs, above all, in the first subregions of the side flanks adjacent to the second main surface, which prior to the singulation of the
  • Coating process can thus in the wafer composite for a
  • the carrier substrate has on a main surface a doping zone which forms a protective diode between the electrically conductive connection layers.
  • the protective diode advantageously protects the optoelectronic component from damage due to electrostatic discharges (ESD).
  • the protective diode may in particular be designed such that the carrier substrate is undoped and the doping zone has a p-doped region and an n-doped region, wherein the first electrically conductive
  • Each region of the doping zone can be generated by ion implantation of a p- or n-dopant in the carrier substrate.
  • B may be used as a p-type dopant to form the p-type region
  • P may be used as an n-type dopant to form the n-type region of the protective diode.
  • the epitaxial layer sequence of the semiconductor body preferably has a p-doped semiconductor region and an n-doped semiconductor region, wherein the first electrically conductive connection layer with the n-doped semiconductor region
  • Semiconductor region and the second electrically conductive Connection layer is electrically conductively connected to the p-doped semiconductor region.
  • the doping zone forms a protective diode which is anti-parallel to the pn junction of the epitaxial layer sequence of
  • Protective diode is therefore electrically conductive when a
  • the doping zone is arranged on the first main surface of the carrier substrate facing the semiconductor body.
  • the doping zone is preferably formed such that the p-doped subregion and the n-doped subregion adjoin one another and are arranged next to one another in a direction parallel to the main surface of the carrier substrate. To connect the p-doped portion of the doping zone with the first electrically
  • the doping zone does not necessarily reach up to the openings in the carrier substrate. Rather, the
  • Doping zone on the first main surface of the carrier substrate advantageously adjacent to a solder layer, which is the first electrically conductive connection layer with an n-contact of the semiconductor body electrically conductively connects, and the n-doped portion of the doping zone may be adjacent to a solder layer, which is the second electrically conductive
  • Connection layer electrically conductively connects to a p-contact of the semiconductor body.
  • the epitaxial layer sequence of the optoelectronic component has no growth substrate. So it is a so-called thin-film LED chip, in which the
  • a composite of a plurality of semiconductor bodies and a semiconductor wafer functioning as a carrier substrate is produced in a first step.
  • Carrier substrate produced, wherein the side edges in the first portion each obliquely to the main surfaces of the
  • Carrier substrate run.
  • an electrically insulating layer is applied to the side flanks in the first subregion.
  • the semiconductor wafer is divided into individual optoelectronic components, wherein during the separation of a second region of the side edges is formed, which is not with a
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a cross section through an optoelectronic component according to a
  • Figures 2A to 2D is a schematic representation of
  • Size ratios of the components with each other are not to be considered as true to scale.
  • the exemplary embodiment of an optoelectronic component according to the invention shown in FIG. 1 is an LED.
  • the LED has a semiconductor body 1, which has an epitaxial layer sequence 2 with a
  • Radiation emission suitable active layer 4 has.
  • the active layer 4 may be a pn junction or a single or multiple quantum well structure
  • the active layer 4 is arranged between a p-doped semiconductor region 3 and an n-doped semiconductor region 5.
  • the side edges of the semiconductor body 1 are advantageous with a
  • the semiconductor body 1 can at its
  • Radiation exit surface 22 roughened or with a
  • Structure 17 may be provided to improve the radiation extraction from the semiconductor body 1.
  • Radiation exit surface 22 can be carried out in particular with an etching process.
  • the LED according to the exemplary embodiment is a so-called thin-film LED of which a growth substrate used for growing the epitaxial layer sequence 2
  • the original growth substrate was detached from the side of the semiconductor body 1, at which the
  • Radiation exit surface 22 is located.
  • the semiconductor body 1 On a surface opposite the radiation exit surface 22, the semiconductor body 1 is connected by means of a
  • Solder 7 connected to a carrier substrate 6.
  • Bonding of the semiconductor body 1 to the carrier substrate 6 preferably takes place during the production of the component, before the original growth substrate is removed from the surface of the substrate which now serves as the radiation exit surface 22
  • a carrier substrate can be selected which is characterized by comparatively low costs and / or good thermal conductivity.
  • the solder joint 7 can for example from a on the
  • Solder layer 7a applied to the carrier substrate which may in particular be an Au layer
  • a solder layer 7b applied to the semiconductor body 1 in which it may in particular be an AuSn layer formed.
  • the solder layer 7a applied to the carrier substrate 6 and the solder layer 7b applied to the semiconductor body 1 can largely fuse together during the production of the solder connection 7 and therefore need not be recognizable as individual layers in the optoelectronic component.
  • the carrier substrate 6 has a first main area 11 facing the semiconductor body 1 and a second main area 12 facing away from the semiconductor body 12.
  • a first opening 8a is formed through which a first electrically conductive connection layer 9a is guided from the first main surface 11 to the second main surface 12 of the carrier substrate 6.
  • a second opening 8 b is formed in the carrier substrate 6, through which a second electrically conductive connection layer 9 b of the first
  • the electrically conductive connection layers 9a, 9b may contain, for example, Au or CuW.
  • the carrier substrate 6 is made of a semiconductor material
  • the carrier substrate 6 may be a
  • carrier substrate 6 made of a semiconductor material such as silicon has the advantage that the carrier substrate 6 is relatively inexpensive and comparatively easy with
  • Terminal layers 9a, 9b to isolate are also the terminal layers 9a, 9b to isolate.
  • the electrically conductive connection layers 9a, 9b can be produced in the openings 8a, 8b of the carrier substrate 6, for example in such a way that initially
  • Metallization layers 16 for example Au
  • connection layers 9a, 9b are then used for
  • Example galvanically generated in the openings 8a, 8b, the metallizations 16 serve as growth layers.
  • Subbing layers 9a, 9b is to solder as
  • the two electrically conductive connection layers 9a, 9b are used for electrical contacting of the semiconductor body 1.
  • the first electrically conductive connection layers 9a, 9b are used for electrical contacting of the semiconductor body 1.
  • An electrically conductive connection between the second electrically conductive connection layer 9b and the p-doped region 3 of the epitaxial layer sequence 2 can be achieved by the Solder connection 7 take place, which is arranged between the semiconductor body 1 and the carrier substrate 6.
  • the second electrically conductive connection layer 9b adjoins a region of the solder connection 7 which is electrically connected to the p-doped semiconductor region 3.
  • the p-type semiconductor region 3 need not necessarily be directly adjacent to the solder joint 7, as shown in the figure. Rather, between the p-doped
  • Semiconductor region 3 and the solder joint 7 further layers may be arranged, in particular a mirror layer (not shown), the radiation emitted by the active layer 4 in the direction of the carrier substrate for
  • Radiation exit surface 22 deflects.
  • Mirror layer may also be arranged further layers between the p-doped semiconductor region 3 and the solder joint 7, for example barrier, wetting or adhesion promoter layers, for example, prevent diffusion of the solder material of the solder joint 7 in the mirror layer or the wetting of the semiconductor body 1 with the Improve soldering material.
  • barrier, wetting or adhesion promoter layers for example, prevent diffusion of the solder material of the solder joint 7 in the mirror layer or the wetting of the semiconductor body 1 with the Improve soldering material.
  • the first electrically conductive connection layer 9a is
  • Insulating layers 23 is isolated from the remaining solder joint 7 and from the p-doped semiconductor region 3. From this region of the solder joint 7, a through contact 15 is led through an opening through the epitaxial layer sequence 2 into the n-doped semiconductor region 5.
  • Through contact 15 is formed by an insulating layer 23 of the p-type semiconductor region 3 and the active
  • the insulating layer 23 may in Area of the solder joint 7 have two cavities 21, which may be caused by that for the production of
  • Lot est 7b and applied to the carrier substrate 6 solder layer 7a are thicker than those respectively on the
  • the contacting of the optoelectronic component by means of a passage contact 15 guided through the active zone 4 has the advantage that both the contacting of the n-doped semiconductor region 5 and of the p-doped one
  • Connection layers 9a, 9b are advantageously connected from the outside.
  • the electrically conductive material 9a, 9b is advantageously connected from the outside.
  • Connection layers 9a, 9b are connected to the second main surface of the carrier substrate 6, for example, with the conductor tracks 19 of a printed circuit board 18.
  • the electrically conductive connection layers 9a, 9b may be provided, for example, on the second main surface 12 of the carrier substrate 6, in each case with a metallization layer 24, for example a nickel layer. Layer, be provided, which is connected in each case with a solder layer 20 with the conductor tracks 19 of the circuit board 18.
  • the optoelectronic component is therefore advantageous
  • the optoelectronic component is a
  • Carrier substrate 6 made of a semiconductor material and two
  • Printed circuit board 18 arise when a current over the
  • the side flanks 10 are provided with an electrically insulating layer 13 at least in the partial area 10a.
  • An electrically insulating layer 13 is thus not only on the main surfaces 11, 12 and the
  • Part 10b of the side edges 10 not from the insulating layer 13 is covered. A not covered with the insulating layer 13 portion 10 b of
  • Side flanks 10 may be formed, for example, by the fact that, in the production of the optoelectronic component, first of all a multiplicity of semiconductor bodies 1 are connected to a semiconductor wafer made of silicon functioning as carrier substrate 6, and the semiconductor wafer is subsequently separated into individual optoelectronic components. Those not covered by the insulating layer 13
  • Portions 10b of the side edges are in this case the areas where the semiconductor wafer has been severed.
  • the partial regions 10b of the side flanks 10 not covered with the insulating layer 13 therefore preferably run
  • Carrier substrate 6 is preferably carried out by a thermal oxidation and / or a coating method, wherein
  • the insulating layer 13 may be a silicon oxide layer, for example, SiO 2.
  • a silicon oxide layer can on a
  • a silicon nitride layer is particularly suitable, wherein the silicon nitride may have a stoichiometric or a non-stoichiometric composition SiN x .
  • the 10a of the side edges 10 preferably extend obliquely to the main surfaces 11, 12 of the carrier substrate 6.
  • the first portions 10a of the side edges in a obtuse angle ⁇ to the second main surface 12 of the support substrate 6 run.
  • the obtuse angle ⁇ is preferably between 100 ° and 100 °
  • Subareas 10a with the insulating layer 13 facilitates.
  • the coating can be particularly from the side
  • Carrier substrate 6 is arranged, and can be advantageously carried out in particular at the wafer stage, d. H. before dicing a carrier substrate 6 used
  • the height of the partial regions 10a of the side flanks provided with the insulating layer is advantageously at least 30% of the total height of the carrier substrate 6.
  • the height of the obliquely extending partial regions 10a of the side flanks is the projection perpendicular to the side
  • the height of the subregions 10a of the side flanks provided with the insulating layer can amount to 10% to 50% of the height of the carrier substrate 6.
  • the height of the partial regions 10a may be between 20 ⁇ m and 100 ⁇ m inclusive. The height of the
  • Carrier substrate 6 may be for example about 150 microns.
  • a doping zone 14 is formed, which forms a protective diode.
  • the doping zone 14 has a p-doped region 14a and an n-doped region 14b, which adjoin one another and thus form a pn junction.
  • the doping zone 14 is preferably arranged on the first main surface 11 of the carrier substrate 6.
  • the doping zone 14 on the second main surface 12 of the carrier substrate 6.
  • the p-doped region 14 a and the n-doped region 14 b of the doping zone 14 can be produced by ion implantation into the carrier substrate 6.
  • the carrier substrate 6 is a silicon substrate, for example, the p-type portion may be formed by implanting B and the n-type
  • Range can be generated by implantation of P.
  • the p-doped region 14a of the doping zone 14 is connected to the first electrically conductive connection layer 9a.
  • the n-doped portion 14b of the doping zone 14 is connected to the second electrically conductive connection layer 9b.
  • the electrical connections are produced by a part of the solder layer 7, which is electrically connected to the first
  • Terminal layer 9b with the p-doped semiconductor region 3rd is connected to the optoelectronic component, the doping zone 14 forms a pn junction, which is connected in anti-parallel to the pn junction of the optoelectronic component.
  • the doping zone 14 thus forms an ESD protection diode for the optoelectronic component.
  • the optoelectronic component is characterized in particular by a lower sensitivity to short circuits and
  • ESD electrostatic discharges
  • a plurality of optoelectronic components is preferably produced simultaneously on a semiconductor wafer functioning as carrier substrate 6.
  • a composite of a carrier substrate 6 is used
  • Semiconductor wafer and a plurality of semiconductor bodies 1 has been produced. The details of the semiconductor body 1 and the
  • Carrier substrate 6 correspond to the embodiment shown in Figure 1 and are therefore not further explained.
  • Positions of the second main surface 12 of the carrier substrate 6 are generated, at which the carrier substrate 6 is to be separated later into individual components.
  • the V-shaped recesses 25 are thus in the vertical direction
  • the V-shaped recesses 25 have been provided with an electrically insulating coating 13. Coating is advantageously still carried out in the wafer composite, ie before dicing the carrier substrate 6 into individual optoelectronic
  • optoelectronic components are generated, each having a semiconductor body 1 on a carrier substrate 6, as shown in Fig. 2D.
  • the finished optoelectronic components each have one
  • Carrier substrate 6 the side edges 10 in a first portion 10a obliquely to the main surfaces 11, 12 of the
  • Carrier substrate 6 extend and with an electrical
  • Subareas 10b of the side flanks have been created by dicing the carrier substrate 6 and are uncoated.
  • the second partial regions 10b of the side flanks 10 preferably run perpendicular to the second main surface 12 of the carrier substrate 6.
  • the invention is not limited by the description with reference to the embodiments. Rather, the includes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Power Engineering (AREA)
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  • Led Devices (AREA)

Abstract

Es wird ein optoelektronisches Bauelement mit einem Halbleiterkörper (1) und einem Trägersubstrat (6), das mittels einer Lötverbindung (7) mit dem Halbleiterkörper (1) verbunden ist, angegeben, bei dem das Trägersubstrat (6) einen ersten Durchbruch (8a) und einen zweiten Durchbruch (8b) aufweist, durch die eine erste elektrisch leitende Anschlussschicht (9a) und eine zweite elektrisch leitende Anschlussschicht (9b) von einer dem Halbleiterkörper (1) zugewandten ersten Hauptfläche (11) des Trägersubstrats (6) zu einer vom Halbleiterkörper (1) abgewandten zweiten Hauptfläche (12) des Trägersubstrats (6) geführt sind, das Trägersubstrat (6) aus einem Halbleitermaterial gebildet ist und Seitenflanken (10) aufweist, die zumindest in einem ersten Teilbereich (10a) schräg zu den Hauptflächen (11, 12) des Trägersubstrats (6) verlaufen, wobei die Seitenflanken (10) in dem ersten Teilbereich (10a) mit einer elektrisch isolierenden Schicht (13) versehen sind.

Description

Beschreibung Optoelektronisches Bauelement Die Anmeldung betrifft ein optoelektronisches Bauelement, das einen Halbleiterkörper und ein mittels einer Lötverbindung mit dem Halbleiterkörper verbundenes Trägersubstrat aufweist.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2009 032 486.0, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Aus der Druckschrift WO2008/131735 ist ein Dünnfilm- Leuchtdiodenchip bekannt, bei dem ein Aufwachssubstrat für die Epitaxieschichtenfolge des Halbleiterkörpers von dem Halbleiterkörper abgelöst wurde und der Halbleiterkörper mittels einer Lötverbindung mit einem Trägersubstrat
verbunden ist, das nicht gleich dem Aufwachssubstrat der Epitaxieschichtenfolge ist. Bei diesem Dünnfilm- Leuchtdiodenchip sind beide elektrischen Kontakte an der Rückseite des Leuchtdiodenchips angeordnet.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein verbessertes optoelektronisches Bauelement anzugeben, das
oberflächenmontierbar ist und beispielsweise an seiner
Unterseite mit den Leiterbahnen einer Leiterplatte verbunden werden kann, und sich gleichzeitig durch eine geringe
Empfindlichkeit gegenüber Kurzschlüssen und/oder
elektrostatischen Entladungen (ESD - electrostatic discharge) auszeichnet.
Diese Aufgabe wird durch ein optoelektronisches Bauelement gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind
Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Das optoelektronische Bauelement weist gemäß einer
Ausführungsform einen Halbleiterkörper auf, der eine
Epitaxieschichtenfolge mit einer zur Strahlungserzeugung geeigneten aktiven Schicht aufweist. Weiterhin weist das optoelektronische Bauelement ein Trägersubstrat auf, das mittels einer Lötverbindung mit dem Halbleiterkörper
verbunden ist.
Das Trägersubstrat weist vorteilhaft einen ersten Durchbruch und einen zweiten Durchbruch auf. Durch den ersten Durchbruch ist eine erste elektrisch leitende Anschlussschicht von einer dem Halbleiterkörper zugewandten ersten Hauptfläche des
Trägersubstrats zu einer vom Halbleiterkörper abgewandten zweiten Hauptfläche des Trägersubstrats geführt. Weiterhin ist eine zweite elektrisch leitende Anschlussschicht durch den zweiten Durchbruch von einer dem Halbleiterkörper
zugewandten ersten Hauptfläche des Trägersubstrats zu der vom Halbleiterkörper abgewandten zweiten Hauptfläche des
Trägersubstrats geführt.
Dadurch, dass die elektrisch leitenden Anschlussschichten von der ersten Hauptfläche des Trägersubstrats, die über die Lötverbindung mit dem Halbleiterkörper verbunden ist, zur gegenüber liegenden zweiten Hauptfläche des Trägersubstrats geführt sind, kann das optoelektronische Bauelement
vorteilhaft an der zweiten Hauptfläche des Trägersubstrats mit elektrischen Anschlüssen versehen werden. Insbesondere kann das optoelektronische Bauelement an der zweiten
Hauptfläche des Trägersubstrats mit Leiterbahnen einer
Leiterplatte verbunden werden, indem beispielsweise die erste elektrisch leitenden Anschlussschicht mit einer Lötverbindung mit einer ersten Leiterbahn einer Leiterplatte und die zweite elektrisch leitende Anschlussschicht mit einer zweiten
Lötverbindung mit einer zweiten Leiterbahn der Leiterplatte verbunden wird. Das optoelektronische Bauelement ist also vorteilhaft oberflächenmontierbar .
Das Trägersubstrat des optoelektronischen Bauelements ist vorteilhaft aus einem Halbleitermaterial, insbesondere aus Silizium, gebildet. Ein Trägersubstrat aus einem
Halbleitermaterial hat gegenüber einem Trägersubstrat aus beispielsweise einer Keramik den Vorteil, dass es
vergleichsweise einfach und kostengünstig mit
standardisierten Halbleiterprozessen bearbeitet werden kann.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das
Trägersubstrat Seitenflanken auf, die zumindest in einem ersten Teilbereich schräg zu den Hauptflächen des
Trägersubstrats verlaufen, wobei die Seitenflanken in dem ersten Teilbereich mit einer elektrisch isolierenden Schicht versehen sind.
Dadurch, dass die Seitenflanken des Trägersubstrats zumindest teilweise mit einer elektrisch isolierenden Schicht versehen sind, wird die Gefahr von Kurzschlüssen zwischen der ersten elektrisch leitenden Anschlussschicht und der zweiten
elektrisch leitenden Anschlussschicht verringert. Die Gefahr eines Kurzschlusses besteht insbesondere dann, wenn die erste elektrisch leitende Anschlussschicht und die zweite
elektrisch leitende Anschlussschicht mittels einer
Lötverbindung, beispielsweise mit den Leiterbahnen einer Leiterplatte verbunden werden. In diesem Fall ist es möglich, dass das Lot beim Lötprozess bis an die Seitenflanken des Trägersubstrats aufsteigt, sodass es im Fall eines Trägersubstrats aus einem Halbleitermaterial aufgrund der zumindest geringen Leitfähigkeit des Halbleitermaterials zu einem Kurzschluss kommen kann. Diese Gefahr wird durch die auf den ersten Teilbereich der Seitenflanken aufgebrachte elektrisch isolierende Schicht vermindert.
Der erste Teilbereich der Seitenflanken, auf den die
elektrisch isolierende Schicht aufgebracht ist, grenzt vorzugsweise an die zweite Hauptfläche des Trägersubstrats an. Die dem Halbleiterkörper gegenüberliegende zweite
Hauptfläche des Trägersubstrats kann insbesondere zur Montage des optoelektronischen Bauelements auf eine Leiterplatte vorgesehen sein, sodass in dem an die zweite Hauptfläche angrenzenden Bereich der Seitenflanken die Gefahr eines
Kurzschlusses durch bis an die Seitenflanke aufsteigendes Lot erhöht ist. Es ist daher von Vorteil, wenn zumindest der an die zweite Hauptfläche angrenzende Teilbereich der
Seitenflanken des Trägersubstrats mit einer elektrisch isolierenden Schicht versehen ist.
Die Höhe des ersten Teilbereichs, in dem die Seitenflanken schräg zu den Hauptflächen des Trägerkörpers verlaufen und mit einer elektrisch isolierenden Schicht versehen sind, beträgt vorzugsweise zwischen einschließlich 10 % und
einschließlich 50 % der Höhe des Trägersubstrats. Unter der Höhe der schräg verlaufenden Seitenflanken ist dabei die Projektion der Seitenflanken auf die Richtung senkrecht zu den Hauptflächen des Trägersubstrats zu verstehen. Der erste Teilbereich der Seitenflanken weist vorteilhaft eine Höhe zwischen 20 μm und 100 μm auf. Zum Beispiel kann der erste Teilbereich eine Höhe von etwa 30 μm aufweisen. Das Trägersubstrat des optoelektronischen Bauelements kann insbesondere ein Siliziumsubstrat sein. Ein Siliziumsubstrat hat den Vorteil, dass es kostengünstig ist vergleichsweise einfach bearbeitet werden kann, beispielsweise bei der
Herstellung der Durchbrüche für die beiden elektrischen
Anschlussschichten .
Die elektrisch isolierende Schicht, die insbesondere auf den ersten Teilbereich der Seitenflanken aufgebracht ist, enthält bevorzugt ein Siliziumoxid oder ein Siliziumnitrid. Eine Siliziumoxidschicht kann auf einem Siliziumsubstrat
vorteilhaft durch eine thermische Oxidation erzeugt werden. Weiterhin kann eine Siliziumoxidschicht oder eine
Siliziumnitridschicht auch durch ein CVD-Verfahren oder durch eine Spin-On-Technik auf das Halbleitersubstrat aufgebracht werden .
Bei einer bevorzugten Ausführungsform verlaufen die
Seitenflanken des Trägersubstrats in dem ersten Teilbereich derart schräg zu den Hauptflächen des Trägersubstrats, dass sich ein Querschnitt des Trägersubstrats zur zweiten
Hauptfläche hin verjüngt. Dadurch, dass die Seitenflanken des Trägersubstrats in dem ersten Teilbereich derart schräg verlaufen, wird die Beschichtung der Seitenflanken in dem ersten Teilbereich erleichtert. Insbesondere können die schräg zur zweiten Hauptfläche verlaufenden Seitenflanken leichter beschichtet werden, als wenn sie jeweils senkrecht zur zweiten Hauptfläche verlaufen und somit voneinander abgewandte Oberflächen ausbilden würden.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Seitenflanken in dem ersten Teilbereich in einem stumpfen Winkel von einschließlich 100° bis einschließlich 135° zur zweiten
Hauptfläche des Trägersubstrats verlaufen.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weisen die
Seitenflanken einen an die erste Hauptfläche des
Trägersubstrats angrenzenden zweiten Teilbereich auf, der senkrecht zu der ersten Hauptfläche verläuft. Der zweite, senkrecht zu der ersten Hauptfläche des Trägersubstrats verlaufende Teilbereich der Seitenflanken kann bei der
Herstellung des optoelektronischen Bauelements insbesondere dadurch entstehen, dass ein als Trägersubstrat für eine
Vielzahl von Halbleiterkörpern dienender Halbleiterwafer zu einzelnen optoelektronischen Bauelementen vereinzelt wird. Insbesondere können bei der Herstellung des
optoelektronischen Bauelements zunächst eine Vielzahl von
Halbleiterkörpern mit einem Trägersubstrat verbunden werden, wobei die Herstellung der schrägen Seitenflanken und die Beschichtung der schrägen Seitenflanken noch im Waferstadium, also vor einem Zertrennen des Halbleiterwafers zu einzelnen optoelektronischen Bauelementen, erfolgt. Der zweite
Teilbereich mit den senkrechten Seitenflanken entsteht dann, wenn der Halbleiterwafer zu einzelnen optoelektronischen Bauelementen zertrennt wird. Die zweiten Teilbereiche der Seitenflanken müssen nicht notwendigerweise mit einer isolierenden Schicht versehen werden, da die Gefahr eines Kurzschlusses vor allem in den an die zweite Hauptfläche angrenzenden ersten Teilbereichen der Seitenflanken auftritt, die vor der Vereinzelung des
Halbleiterwafers zu einzelnen optoelektronischen Bauelementen mit einer isolierenden Schicht versehen werden. Der
Beschichtungsprozess kann also im Waferverbund für eine
Vielzahl optoelektronischer Bauelemente gleichzeitig erfolgen, wobei nach dem Zertrennen des Halbleiterwafers in einzelne Trägersubstrate für optoelektronische Bauelemente keine weiteren Beschichtungsprozesse mehr durchgeführt werden müssen .
Gemäß zumindest einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist das Trägersubstrat an einer Hauptfläche eine Dotierzone auf, die eine Schutzdiode zwischen den elektrisch leitenden Anschlussschichten ausbildet. Durch die Schutzdiode wird das optoelektronische Bauelement vorteilhaft vor einer Schädigung durch elektrostatische Entladungen (ESD) geschützt.
Die Schutzdiode kann insbesondere derart ausgebildet sein, dass das Trägersubstrat undotiert ist und die Dotierzone einen p-dotierten Bereich und einen n-dotierten Bereich aufweist, wobei die erste elektrisch leitende
Anschlussschicht mit dem p-dotierten Bereich der Dotierzone und die zweite elektrisch leitende Anschlussschicht mit dem n-dotierten Bereich der Dotierzone elektrisch leitend
verbunden ist. Der p-dotierte Bereich und der n-dotierte
Bereich der Dotierzone können jeweils durch Ionenimplantation eines p- oder n-Dotierstoffs in das Trägersubstrat erzeugt werden. Bei einem Halbleitersubstrat aus Silizium kann beispielsweise B als p-Dotierstoff zur Erzeugung des p- dotierten Bereichs und P als n-Dotierstoff zur Erzeugung des n-dotierten Bereichs der Schutzdiode verwendet werden.
Die Epitaxieschichtenfolge des Halbleiterkörpers weist vorzugsweise einen p-dotierten Halbleiterbereich und einen n- dotierten Halbleiterbereich auf, wobei die erste elektrisch leitende Anschlussschicht mit dem n-dotierten
Halbleiterbereich und die zweite elektrisch leitende Anschlussschicht mit dem p-dotierten Halbleiterbereich elektrisch leitend verbunden ist.
Dadurch, dass die erste elektrisch leitende Anschlussschicht mit dem p-dotierten Bereich der Dotierzone und die zweite elektrisch leitende Anschlussschicht mit dem n-dotierten Bereich der Dotierzone elektrisch leitend verbunden ist, bildet die Dotierzone eine Schutzdiode aus, die antiparallel zum pn-Übergang der Epitaxieschichtenfolge des
optoelektronischen Bauelements geschaltet ist. Die
Schutzdiode ist daher elektrisch leitend, wenn eine
elektrische Spannung in Sperrrichtung des pn-Übergangs des optoelektronischen Bauelements, beispielsweise durch
elektrostatische Aufladungen, anliegt. Die Spannung baut sich in diesem Fall durch einen Stromfluss durch die Schutzdiode ab. Der pn-Übergang des optoelektronischen Bauelements wird auf diese Weise vor einer Zerstörung durch zu hohe Spannungen in Sperrrichtung geschützt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Dotierzone an der dem Halbleiterkörper zugewandten ersten Hauptfläche des Trägersubstrats angeordnet. Die Dotierzone ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass der p-dotierte Teilbereich und der n-dotierte Teilbereich aneinander angrenzen und in einer Richtung parallel zur Hauptfläche des Trägersubstrats nebeneinander angeordnet sind. Zur Verbindung des p-dotierten Teilbereichs der Dotierzone mit der ersten elektrisch
leitenden Anschlussschicht und dem n-dotierten Teilbereich mit der zweiten elektrisch leitenden Anschlussschicht muss die Dotierzone nicht notwendigerweise bis an die Durchbrüche in dem Trägersubstrat heranreichen. Vielmehr kann die
Dotierzone an der ersten Hauptfläche des Trägersubstrats vorteilhaft an eine Lotschicht angrenzen, welche die erste elektrisch leitende Anschlussschicht mit einem n-Kontakt des Halbleiterkörpers elektrisch leitend verbindet, und der n- dotierte Teilbereich der Dotierzone kann an eine Lotschicht angrenzen, welche die zweite elektrisch leitende
Anschlussschicht mit einem p-Kontakt des Halbleiterkörpers elektrisch leitend verbindet.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die Epitaxieschichtenfolge des optoelektronischen Bauelements kein Aufwachssubstrat auf. Es handelt sich also um einen so genannten Dünnfilm-Leuchtdiodenchip, bei dem das zum
Aufwachsen der Epitaxieschichtenfolge verwendete
Aufwachssubstrat nach dem Verbinden des Halbleiterkörpers mit dem Trägersubstrat abgelöst wurde.
Bei einem Verfahren zur Herstellung des optoelektronischen Bauelements wird in einem ersten Schritt ein Verbund aus mehreren Halbleiterkörpern und einem als Trägersubstrat fungierenden Halbleiterwafer hergestellt. Nachfolgend werden die ersten Teilbereiche der Seitenflanken in dem
Trägersubstrat erzeugt, wobei die Seitenflanken in dem ersten Teilbereich jeweils schräg zu den Hauptflächen des
Trägersubstrats verlaufen. In einem weiteren Schritt wird eine elektrisch isolierende Schicht auf die Seitenflanken in dem erstem Teilbereich aufgebracht. Nachfolgend wird der Halbleiterwafer zu einzelnen optoelektronischen Bauelementen zertrennt, wobei beim Zertrennen ein zweiter Bereich der Seitenflanken ausgebildet wird, der nicht mit einer
elektrisch isolierenden Schicht versehen wird. Die Erfindung wird im Folgenden anhand von
Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den Figuren 1 und 2 näher erläutert. E s ze igen :
Figur 1 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch ein optoelektronisches Bauelement gemäß einem
Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
Figuren 2A bis 2D eine schematische Darstellung von
Zwischenschritten bei einem Ausführungsbeispiel eines
Verfahrens zur Herstellung des optoelektronischen
Bauelements .
Die in den Figuren dargestellten Bestandteile sowie die
Größenverhältnisse der Bestandteile untereinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen.
Bei dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel eines optoelektronischen Bauelements gemäß der Erfindung handelt es sich um eine LED. Die LED weist einen Halbleiterkörper 1 auf, der eine Epitaxieschichtenfolge 2 mit einer zur
Strahlungsemission geeigneten aktiven Schicht 4 aufweist. Die aktive Schicht 4 kann beispielsweise einen pn-Übergang oder eine Einfach- oder MehrfachquantentopfStruktur zur
Strahlungserzeugung aufweisen. Die aktive Schicht 4 ist zwischen einem p-dotierten Halbleiterbereich 3 und einem n- dotierten Halbleiterbereich 5 angeordnet. Die Seitenflanken des Halbleiterkörpers 1 sind vorteilhaft mit einer
isolierenden Schicht 13 versehen. Der Halbleiterkörper 1 kann an seiner
Strahlungsaustrittsfläche 22 aufgeraut oder mit einer
Strukturierung 17 versehen sein, um die Strahlungsauskopplung aus dem Halbleiterkörper 1 zu verbessern. Die Strukturierung oder Aufrauung des Halbleiterkörpers an der
Strahlungsaustrittsfläche 22 kann insbesondere mit einem Ätzprozess erfolgen. Bei der LED gemäß dem Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine so genannte Dünnfilm-LED, von der ein zum Aufwachsen der Epitaxieschichtenfolge 2 verwendetes Aufwachssubstrat
nachträglich von der Epitaxieschichtenfolge 2 abgelöst wurde. Das ursprüngliche Aufwachssubstrat wurde von der Seite des Halbleiterkörpers 1 abgelöst, an der sich nun die
Strahlungsaustrittsfläche 22 befindet.
An einer der Strahlungsaustrittsfläche 22 gegenüberliegenden Oberfläche ist der Halbleiterkörper 1 mittels einer
Lötverbindung 7 mit einem Trägersubstrat 6 verbunden. Die
Verbindung des Halbleiterkörpers 1 mit dem Trägersubstrat 6 erfolgt bei der Herstellung des Bauelements vorzugsweise, bevor das ursprüngliche Aufwachssubstrat von der nun als Strahlungsaustrittsfläche 22 dienenden Oberfläche des
Halbleiterkörpers 1 abgelöst wird. Da das Trägersubstrat 6 im Gegensatz zum Aufwachssubstrat nicht zum epitaktischen
Aufwachsen der Epitaxieschichtenfolge 2, die zum Beispiel auf einem Nitridverbindungshalbleitermaterial basiert, geeignet sein muss, besteht für das Trägersubstrat eine
vergleichsweise große Freiheit bei der Materialauswahl.
Insbesondere kann ein Trägersubstrat ausgewählt werden, das sich durch vergleichsweise geringe Kosten und/oder eine gute Wärmeleitfähigkeit auszeichnet. Die Lötverbindung 7 kann beispielsweise aus einer auf das
Trägersubstrat aufgebrachten Lotschicht 7a, bei der es sich insbesondere um eine Au-Schicht handeln kann, und einer auf den Halbleiterkörper 1 aufgebrachten Lotschicht 7b, bei der es sich insbesondere um eine AuSn-Schicht handeln kann, gebildet sein. Die auf das Trägersubstrat 6 aufgebrachte Lotschicht 7a und die auf den Halbleiterkörper 1 aufgebrachte Lotschicht 7b können bei der Herstellung der Lötverbindung 7 weitestgehend miteinander verschmelzen und müssen daher in dem optoelektronischen Bauelement nicht mehr als einzelne Schichten erkennbar sein.
Das Trägersubstrat 6 weist eine dem Halbleiterkörper 1 zugewandte erste Hauptfläche 11 und eine vom Halbleiterkörper abgewandte zweite Hauptfläche 12 auf. In dem Trägersubstrat 6 ist ein erster Durchbruch 8a ausgebildet, durch den eine erste elektrisch leitende Anschlussschicht 9a von der ersten Hauptfläche 11 zur zweiten Hauptfläche 12 des Trägersubstrats 6 geführt ist. Weiterhin ist in dem Trägersubstrat 6 ein zweiter Durchbruch 8b ausgebildet, durch den eine zweite elektrisch leitende Anschlussschicht 9b von der ersten
Hauptfläche 11 zur zweiten Hauptfläche 12 des Trägersubstrats 6 geführt ist. Die elektrisch leitenden Anschlussschichten 9a, 9b können beispielsweise Au oder CuW enthalten.
Das Trägersubstrat 6 ist aus einem Halbleitermaterial
gebildet. Insbesondere kann das Trägersubstrat 6 ein
Siliziumsubstrat sein. Die Verwendung eines Trägersubstrats 6 aus einem Halbleitermaterial wie beispielsweise Silizium hat den Vorteil, dass das Trägersubstrat 6 vergleichsweise kostengünstig ist und vergleichsweise einfach mit
standardisierten Halbleiterprozessen bearbeitet werden kann. Zur Vermeidung von Kurzschlüssen in dem optoelektronischen Bauelement sind die erste Hauptfläche 11 und die zweite
Hauptfläche 12 des Trägersubstrats 6, abgesehen von den mit den Anschlussschichten 9a, 9b ausgefüllten Durchbrüchen 8a, 8b, mit einer elektrisch isolierenden Schicht 13 versehen. Um das Halbleitermaterial des Trägersubstrats 6 von den
Anschlussschichten 9a, 9b zu isolieren, sind auch die
Innenwände der Durchbrüche 8a, 8b jeweils mit der elektrisch isolierenden Schicht 13 versehen.
Die Herstellung der elektrisch leitenden Anschlussschichten 9a, 9b in den Durchbrüchen 8a, 8b des Trägersubstrats 6 kann beispielsweise derart erfolgen, dass zunächst
Metallisierungsschichten 16, beispielsweise Au-
Metallisierungen, auf die mit der isolierenden Schicht 13 versehenen Innenwände der Durchbrüche 8a, 8b aufgebracht werden. Die Anschlussschichten 9a, 9b werden dann zum
Beispiel galvanisch in den Durchbrüchen 8a, 8b erzeugt, wobei die Metallisierungen 16 als Anwachsschichten dienen.
Eine weitere vorteilhafte Variante zur Herstellung der
Anschlussschichten 9a, 9b besteht darin, das Lot als
flüssiges Metall in die Durchbrüche 8a, 8b hineinzupressen (liquid solder fill) . Dieser Prozess einfacher und schneller als ein Galvanikprozess .
Die beiden elektrisch leitenden Anschlussschichten 9a, 9b dienen zur elektrischen Kontaktierung des Halbleiterkörpers 1. Beispielsweise ist die erste elektrisch leitende
Anschlussschicht 9a mit dem n-dotierten Halbleiterbereich 5 der Epitaxieschichtenfolge 2 und die zweite elektrisch leitende Anschlussschicht 9b mit dem p-dotierten
Halbleiterbereich 3 elektrisch leitend verbunden.
Eine elektrisch leitende Verbindung zwischen der zweiten elektrisch leitenden Anschlussschicht 9b und dem p-dotierten Bereich 3 der Epitaxieschichtenfolge 2 kann durch die Lötverbindung 7 erfolgen, die zwischen dem Halbleiterkörper 1 und dem Trägersubstrat 6 angeordnet ist. Insbesondere grenzt die zweite elektrisch leitende Anschlussschicht 9b an einen Bereich der Lötverbindung 7 an, der elektrisch mit dem p- dotierten Halbleiterbereich 3 verbunden ist. Der p-dotierte Halbleiterbereich 3 muss nicht notwendigerweise direkt an die Lötverbindung 7 angrenzen, wie es in der Figur dargestellt ist. Vielmehr können zwischen dem p-dotierten
Halbleiterbereich 3 und der Lötverbindung 7 weitere Schichten angeordnet sein, insbesondere eine Spiegelschicht (nicht dargestellt) , die von der aktiven Schicht 4 in Richtung des Trägersubstrats emittierte Strahlung zur
Strahlungsaustrittsfläche 22 umlenkt. Zusätzlich zur
Spiegelschicht können auch noch weitere Schichten zwischen dem p-dotierten Halbleiterbereich 3 und der Lötverbindung 7 angeordnet sein, beispielsweise Barriere-, Benetzungs- oder Haftvermittlerschichten, die beispielsweise eine Diffusion des Lotmaterials der Lötverbindung 7 in die Spiegelschicht verhindern oder die Benetzung des Halbleiterkörpers 1 mit dem Lotmaterial verbessern.
Die erste elektrisch leitende Anschlussschicht 9a ist
vorteilhaft mit dem n-dotierten Halbleiterbereich 5
elektrisch leitend verbunden. Dies kann beispielsweise derart erfolgen, dass ein Teilbereich der Lötverbindung 7 durch
Isolierschichten 23 von der übrigen Lötverbindung 7 und vom p-dotierten Halbleiterbereich 3 isoliert ist. Von diesem Bereich der Lötverbindung 7 ist ein Durchgangskontakt 15 durch einen Durchbruch durch die Epitaxieschichtenfolge 2 bis in den n-dotierten Halbleiterbereich 5 geführt. Der
Durchgangskontakt 15 ist durch eine isolierende Schicht 23 von dem p-dotierten Halbleiterbereich 3 und der aktiven
Schicht 4 isoliert. Die isolierende Schicht 23 kann im Bereich der Lötverbindung 7 zwei Hohlräume 21 aufweisen, die dadurch entstehen können, dass die zur Herstellung der
Lötverbindung 7 auf den Halbleiterkörper 1 aufgebrachte
Lotschicht 7b und die auf das Trägersubstrat 6 aufgebrachte Lotschicht 7a dicker sind als die jeweils auf den
Halbleiterkörper 1 und das Trägersubstrat 6 aufgebrachte Isolierschicht 23.
Die Kontaktierung des optoelektronischen Bauelements mittels eines durch die aktive Zone 4 geführten Durchgangskontakts 15 hat den Vorteil, dass sowohl die Kontaktierung des n- dotierten Halbleiterbereichs 5 als auch des p-dotierten
Halbleiterbereichs 3 von der dem Trägersubstrat 6 zugewandten Seite des Halbleiterkörpers 1 aus erfolgt. Die
Strahlungsaustrittsfläche 22 des optoelektronischen
Bauelements ist daher vorteilhaft frei von elektrischen
Kontaktelementen wie beispielsweise Bondpads,
Kontaktmetallisierungen oder Anschlussdrähten. Auf diese Weise wird eine Absorption von Strahlung durch
Kontaktelemente an der Strahlungsaustrittsfläche 22
verhindert .
An der dem Halbleiterkörper 1 gegenüberliegenden zweiten Hauptfläche 12 des Trägersubstrats 6 können die durch die Durchbrüche 8a, 8b geführten elektrisch leitenden
Anschlussschichten 9a, 9b vorteilhaft von außen angeschlossen werden. Insbesondere können die elektrisch leitenden
Anschlussschichten 9a, 9b an der zweiten Hauptfläche des Trägersubstrats 6 beispielsweise mit den Leiterbahnen 19 einer Leiterplatte 18 verbunden werden. Die elektrisch leitenden Anschlussschichten 9a, 9b können beispielsweise an der zweiten Hauptfläche 12 des Trägersubstrats 6 jeweils mit einer Metallisierungsschicht 24, beispielsweise einer Nickel- Schicht, versehen sein, die jeweils mit einer Lotschicht 20 mit den Leiterbahnen 19 der Leiterplatte 18 verbunden wird. Das optoelektronische Bauelement ist also vorteilhaft
oberflächenmontierbar .
Dadurch, dass das optoelektronische Bauelement ein
Trägersubstrat 6 aus einem Halbleitermaterial und zwei
Anschlusskontakte an seiner dem Halbleiterkörper 1
gegenüberliegenden zweiten Hauptfläche aufweist, könnte ein Kurzschluss zwischen den beiden elektrisch leitenden
Anschlussschichten 9a, 9b oder den Leiterbahnen 19 der
Leiterplatte 18 entstehen, wenn ein Strom über die
Seitenflanken 10 des Trägersubstrats 6 geleitet würde. Dies wäre insbesondere dann der Fall, wenn die Lotschicht 20 beim Löten des optoelektronischen Bauelements auf die Leiterbahnen 19 der Leiterplatte 18 in den Bereich der Seitenflanken 10 des Trägersubstrats 6 gelangen würde. Um einen derartigen Kurzschluss zu vermeiden, sind die Seitenflanken 10 zumindest in dem Teilbereich 10a mit einer elektrisch isolierenden Schicht 13 versehen. Eine elektrisch isolierende Schicht 13 ist also nicht nur auf die Hauptflächen 11, 12 und die
Innenwände der Durchbrüche 8a, 8b des Trägersubstrats 6, sondern auch zumindest auf einen Teilbereich 10a der
Seitenflanken 10 aufgebracht. Der Teilbereich 10a der
Seitenflanken 10, auf den die elektrisch isolierende Schicht 13 aufgebracht ist, grenzt vorteilhaft an die zweite
Hauptfläche 12 des Trägersubstrats 6 an, weil dort die Gefahr eines Kurzschlusses aufgrund einer möglicherweise bis an die Seitenflanken 10 aufsteigenden Lotschicht 20 am größten ist.
Das Risiko eines Kurzschlusses ist geringer, wenn ein an die Lötverbindung 7 zum Halbleiterkörper 1 angrenzender
Teilbereich 10b der Seitenflanken 10 nicht von der isolierenden Schicht 13 bedeckt ist. Ein nicht mit der isolierenden Schicht 13 bedeckter Teilbereich 10b der
Seitenflanken 10 kann beispielsweise dadurch entstehen, dass bei der Herstellung des optoelektronischen Bauelements zunächst eine Vielzahl von Halbleiterkörpern 1 mit einem als Trägersubstrat 6 fungierenden Halbleiterwafer aus Silizium verbunden werden, und der Halbleiterwafer dann nachträglich zu einzelnen optoelektronischen Bauelementen vereinzelt wird. Die nicht von der isolierenden Schicht 13 bedeckten
Teilbereiche 10b der Seitenflanken sind in diesem Fall die Bereiche, an denen der Halbleiterwafer zertrennt wurde. Die nicht mit der isolierenden Schicht 13 bedeckten Teilbereiche 10b der Seitenflanken 10 verlaufen daher vorzugsweise
senkrecht zur ersten Hauptfläche des Trägersubstrats 6.
Das Aufbringen der elektrisch isolierenden Schicht 13 auf die Teilbereiche 10a der Seitenflanken 10 sowie auf die übrigen mit der isolierenden Schicht 13 versehenen Bereiche des
Trägersubstrats 6 erfolgt vorzugsweise durch eine thermische Oxidation und/oder ein Beschichtungsverfahren, wobei
insbesondere ein CVD-Verfahren geeignet ist. Die isolierende Schicht 13 kann eine Siliziumoxidschicht, zum Beispiel aus Siθ2, sein. Eine Siliziumoxidschicht kann auf einem
Trägersubstrat 6 aus Silizium vorteilhaft durch eine
thermische Oxidation hergestellt werden. Alternativ ist insbesondere eine Siliziumnitritschicht geeignet, wobei das Siliziumnitrid eine stöchiometrische oder eine nicht- stöchiometrische Zusammensetzung SiNx aufweisen kann. Die mit der isolierenden Schicht 13 bedeckten Teilbereiche
10a der Seitenflanken 10 verlaufen vorzugsweise schräg zu den Hauptflächen 11, 12 des Trägersubstrats 6. Insbesondere können die ersten Teilbereiche 10a der Seitenflanken in einem stumpfen Winkel α zur zweiten Hauptfläche 12 des Trägersubstrats 6 verlaufen. Der stumpfe Winkel α beträgt dabei vorzugsweise zwischen einschließlich 100° und
einschließlich 135°. Dadurch, dass die ersten Teilbereiche 10a der Seitenflanken 10 schräg zur zweiten Hauptfläche des Trägersubstrats 6 verlaufen, wird die Beschichtung der
Teilbereiche 10a mit der isolierenden Schicht 13 erleichtert. Die Beschichtung kann insbesondere von der Seite aus
erfolgen, an der die zweite Hauptfläche 12 des
Trägersubstrats 6 angeordnet ist, und kann vorteilhaft insbesondere im Waferstadium durchgeführt werden, d. h. vor dem Zertrennen eines als Trägersubstrat 6 verwendeten
Halbleiterwafers zu einzelnen optoelektronischen
Bauelementen. Da das Zertrennen in diesem Fall erst nach dem Beschichtungsvorgang erfolgt, bleiben die zweiten
Teilbereiche 10b der Seitenflanken 10, die als Trennflächen dienen, unbeschichtet.
Vorteilhaft beträgt die Höhe der mit der isolierenden Schicht versehenen Teilbereiche 10a der Seitenflanken mindestens 30 % der Gesamthöhe des Trägersubstrats 6. Unter der Höhe der schräg verlaufenden Teilbereiche 10a der Seitenflanken ist dabei die Projektion auf die Richtung senkrecht zu den
Hauptflächen 11, 12 des Trägersubstrats 6 zu verstehen.
Insbesondere kann die Höhe der mit der isolierenden Schicht versehenen Teilbereiche 10a der Seitenflanken 10 % bis 50 % der Höhe des Trägersubstrats 6 betragen. Beispielsweise kann die Höhe der Teilbereiche 10a zwischen einschließlich 20 μm und einschließlich 100 μm betragen. Die Höhe des
Trägersubstrats 6 kann beispielsweise etwa 150 μm betragen.
Um die aktive Zone 4 des optoelektronischen Bauelements vor zu hohen Sperrspannungen durch elektrostatische Entladungen zu schützen, ist in dem Trägersubstrat 6 eine Dotierzone 14 ausgebildet, die eine Schutzdiode ausbildet. Die Dotierzone 14 weist einen p-dotierten Bereich 14a und einen n-dotierten Bereich 14b auf, die aneinander angrenzen und so einen pn- Übergang ausbilden. Die Dotierzone 14 ist vorzugsweise an der ersten Hauptfläche 11 des Trägersubstrats 6 angeordnet.
Alternativ wäre es auch möglich, die Dotierzone 14 an der zweiten Hauptfläche 12 des Trägersubstrats 6 zu erzeugen. Der p-dotierte Bereich 14a und der n-dotierte Bereich 14b der Dotierzone 14 können durch eine Ionenimplantation in das Trägersubstrat 6 erzeugt werden. Wenn das Trägersubstrat 6 ein Siliziumsubstrat ist, kann zum Beispiel der p-dotierte Teilbereich durch Implantation von B und der n-dotierte
Bereich durch Implantation von P erzeugt werden.
Der p-dotierte Bereich 14a der Dotierzone 14 ist mit der ersten elektrisch leitenden Anschlussschicht 9a verbunden. Der n-dotierte Teilbereich 14b der Dotierzone 14 ist mit der zweiten elektrisch leitenden Anschlussschicht 9b verbunden. Die elektrischen Verbindungen sind dadurch erzeugt, dass ein Teil der Lotschicht 7, der mit der ersten elektrisch
leitenden Anschlussschicht 9a verbunden ist, an den p- dotierten Teilbereich 14a angrenzt, und ein weiterer Teil der Lotschicht 7, der mittels der isolierenden Schicht 23 von der ersten elektrisch leitenden Anschlussschicht 9a isoliert ist, mit der zweiten elektrisch leitenden Anschlussschicht 9b verbunden ist. Dadurch, dass die erste elektrisch leitende Anschlussschicht 9a über den Durchgangskontakt 15 mit dem n-dotierten
Halbleiterbereich 5 und die zweite elektrisch leitende
Anschlussschicht 9b mit dem p-dotierten Halbleiterbereich 3 des optoelektronischen Bauelements verbunden ist, bildet die Dotierzone 14 einen pn-Übergang aus, der antiparallel zum pn- Übergang des optoelektronischen Bauelements geschaltet ist. Der durch die Dotierzone 14 in dem Trägersubstrat 6
ausgebildete pn-Übergang ist daher dann in Vorwärtsrichtung gepolt, wenn an den elektrisch leitenden Anschlussschichten 9a, 9b eine Spannung anliegt, die in Sperrrichtung der aktiven Schicht 4 des optoelektronischen Bauelements gepolt ist. Die Dotierzone 14 bildet somit eine ESD-Schutzdiode für das optoelektronische Bauelement aus.
Dadurch, dass die Seitenflanken des Trägersubstrats 6 aus einem Halbleitermaterial isoliert sind und eine ESD- Schutzdiode in das Trägersubstrat 6 integriert ist, zeichnet sich das optoelektronische Bauelement insbesondere durch eine geringere Empfindlichkeit gegenüber Kurzschlüssen und
elektrostatischen Entladungen (ESD) aus.
Bei einem Herstellungsverfahren für das hierin beschriebene optoelektronische Bauelement wird vorzugsweise eine Vielzahl optoelektronischer Bauelemente gleichzeitig auf einem als Trägersubstrat 6 fungierenden Halbleiterwafer hergestellt. Bei dem in Figur 2A dargestellten Zwischenschritt ist ein Verbund aus einem als Trägersubstrat 6 dienenden
Halbleiterwafer und mehreren Halbleiterkörpern 1 hergestellt worden. Die Details der Halbleiterkörper 1 und des
Trägersubstrats 6 entsprechen dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel und werden daher nicht nochmals näher erläutert .
Bei dem in Figur 2B dargestellten Zwischenschritt sind in einem ersten Teilbereich 10a des Trägersubstrats, der an die zweiten Hauptfläche 12 des Trägersubstrats 6 angrenzt, schräge Seitenflanken erzeugt worden. Dies kann insbesondere dadurch erfolgen, dass V-förmige Ausnehmungen 25 an den
Stellen der zweiten Hauptfläche 12 des Trägersubstrats 6 erzeugt werden, an denen das Trägersubstrat 6 später zu einzelnen Bauelementen zertrennt werden soll. Die V-förmigen Ausnehmungen 25 liegen also in vertikaler Richtung den
Zwischenräumen zwischen den Halbleiterkörpern 1 gegenüber.
Bei dem in Fig. 2C dargstellten Zwischenschritt sind die V- förmigen Ausnehmungen 25 mit einer elektrisch isolierenden Beschichtung 13 versehen worden. Das Beschichten erfolgt vorteilhaft noch im Waferverbund, also vor einem Zertrennen des Trägersubstrats 6 zu einzelnen optoelektronischen
Bauelementen. Nach dem Aufbringen der elektrisch isolierenden Beschichtung 13 wird das Trägersubstrat 6 zwischen den
Halbleiterkörpern 1 zertrennt. In Fig. 2C wird dies durch die gestrichelten Linien 26 symbolisiert.
Auf diese Weise werden optoelektronische Bauelemente erzeugt, die jeweils einen Halbleiterkörper 1 auf einem Trägersubstrat 6 aufweisen, wie in Fig. 2D dargestellt. Die fertigen optoelektronischen Bauelemente weisen jeweils ein
Trägersubstrat 6 auf, dessen Seitenflanken 10 in einem ersten Teilbereich 10a schräg zu den Hauptflächen 11, 12 des
Trägersubstrats 6 verlaufen und mit einer elektrisch
isolierenden Beschichtung 13 versehen sind. Die zweiten
Teilbereiche 10b der Seitenflanken sind durch das Zertrennen des Trägersubstrats 6 entstanden und unbeschichtet. Die zweiten Teilbereiche 10b der Seitenflanken 10 verlaufen vorzugsweise senkrecht zu der zweiten Hauptfläche 12 des Trägersubstrats 6. Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele 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.

Claims

Patentansprüche
1. Optoelektronisches Bauelement mit einem Halbleiterkörper
(1), der eine Epitaxieschichtenfolge (2) mit einer zur Strahlungserzeugung geeigneten aktiven Schicht (4) aufweist, und einem Trägersubstrat (6), das mittels einer Lötverbindung (7) mit dem Halbleiterkörper (1) verbunden ist,
wobei
- das Trägersubstrat (6) einen ersten Durchbruch (8a) und einen zweiten Durchbruch (8b) aufweist, durch die eine erste elektrisch leitende Anschlussschicht (9a) und eine zweite elektrisch leitende Anschlussschicht (9b) von einer dem Halbleiterkörper (1) zugewandten ersten Hauptfläche (11) des Trägersubstrats (6) zu einer vom Halbleiterkörper (1) abgewandten zweiten Hauptfläche (12) des Trägersubstrats (6) geführt sind,
- das Trägersubstrat (6) ein Halbleitermaterial
aufweist,
- das Trägersubstrat (6) Seitenflanken (10) aufweist, die zumindest in einem ersten Teilbereich (10a) schräg zu den Hauptflächen (11, 12) des Trägersubstrats (6) verlaufen, und
- die Seitenflanken (10) in dem ersten Teilbereich (10a) mit einer elektrisch isolierenden Schicht (13) versehen sind.
2. Optoelektronisches Bauelement nach Anspruch 1,
wobei der erste Teilbereich (10a) an die zweite
Hauptfläche (12) des Trägersubstrats (6) angrenzt.
3. Optoelektronisches Bauelement nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Höhe des ersten Teilbereichs (10a) zwischen 10% und 50% der Höhe des Trägersubstrats (6) beträgt.
4. Optoelektronisches Bauelement nach einem der
vorhergehenden Ansprüche,
wobei der erste Teilbereich (10a) der Seitenflanken (10) eine Höhe zwischen 10 μm und 100 μm aufweist.
5. Optoelektronisches Bauelement nach einem der
vorhergehenden Ansprüche,
wobei das Trägersubstrat (6) ein Siliziumsubstrat ist.
6. Optoelektronisches Bauelement nach einem der
vorhergehenden Ansprüche,
wobei die elektrisch isolierende Schicht (13) ein
Siliziumoxid oder ein Siliziumnitrid enthält.
7. Optoelektronisches Bauelement nach einem der
vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Seitenflanken (10) des Trägersubstrats (6) in dem ersten Teilbereich (10a) derart schräg zu den
Hauptflächen (11, 12) des Trägersubstrats (6) verlaufen, dass sich ein Querschnitt des Trägersubstrats (6) zur zweiten Hauptfläche (12) hin verjüngt.
8. Optoelektronisches Bauelement nach einem der
vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Seitenflanken (10) in dem ersten Teilbereich (10a) in einem stumpfen Winkel α zwischen einschließlich
100° und einschließlich 135° zur zweiten Hauptfläche (12) des Trägersubstrats (6) verlaufen.
9. Optoelektronisches Bauelement nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Seitenflanken (10) einen an die erste
Hauptfläche (11) des Trägersubstrats (6) angrenzenden zweiten Teilbereich (10b) aufweisen, der senkrecht zu der ersten Hauptfläche (11) verläuft.
10. Optoelektronisches Bauelement nach Anspruch 9,
bei dem der zweite Teilbereich (10b) der Seitenflanken (10) nicht mit einer isolierenden Schicht versehen ist.
11. Optoelektronisches Bauelement nach einem der
vorhergehenden Ansprüche,
bei dem das Trägersubstrat (6) an der ersten oder zweiten Hauptfläche (11, 12) eine Dotierzone (14) zur Ausbildung einer Schutzdiode zwischen den elektrisch leitenden Anschlussschichten (9a, 9b) aufweist.
12. Optoelektronisches Bauelement nach Anspruch 11,
bei dem das Trägersubstrat (16) undotiert ist und die Dotierzone (14) einen p-dotierten Bereich (14a) und einen n-dotierten Bereich (14b) aufweist, wobei die erste elektrisch leitende Anschlussschicht (9a) mit dem p-dotierten Bereich (14a) der Dotierzone (14) und die zweite elektrisch leitende Anschlussschicht (9b) mit dem n-dotierten Bereich der (14b) der Dotierzone (14) elektrisch leitend verbunden ist.
13. Optoelektronisches Bauelement nach Anspruch 12,
bei dem die Epitaxieschichtenfolge (2) einen p-dotierten Halbleiterbereich (3) und einen n-dotierten
Halbleiterbereich (5) aufweist, wobei die erste
elektrisch leitende Anschlussschicht (9a) mit dem n- dotierten Halbleiterbereich (5) und die zweite
elektrisch leitende Anschlussschicht (9b) mit dem p- dotierten Halbleiterbereich (3) elektrisch leitend verbunden ist.
14. Optoelektronisches Bauelement nach einem der Ansprüche 11 bis 13,
bei dem die Dotierzone (14) an der ersten Hauptfläche (11) des Trägersubstrats (6) angeordnet ist.
15. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen
Bauelements nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend die Schritte:
- Herstellen eines Verbunds aus mehreren
Halbleiterkörpern (1) und einem als Trägersubstrat (6) fungierenden Halbleiterwafer,
- Erzeugen des ersten Teilbereichs (10a) der
Seitenflanken (10) in dem Trägersubstrat (6), wobei die Seitenflanken in dem ersten Teilbereich schräg zu den Hauptflächen (11, 12) des Trägersubstrats (6) verlaufen,
- Aufbringen der elektrisch isolierenden Schicht (13) auf die Seitenflanken (10) in dem erstem Teilbereich
(10a), und
- Zertrennen des Halbleiterwafers zu einzelnen
optoelektronischen Bauelementen, wobei beim Zertrennen der zweite Bereich (10b) der Seitenflanken (10)
ausgebildet wird, der nicht mit einer elektrisch
isolierenden Schicht versehen wird.
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