WO2013045399A1 - Optoelektronisches halbleiterbauelement und verfahren zur herstellung eines optoelektronischen halbleiterbauelements - Google Patents

Optoelektronisches halbleiterbauelement und verfahren zur herstellung eines optoelektronischen halbleiterbauelements Download PDF

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Norwin Von Malm
Alexander Linkov
Lutz Höppel
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Definitions

  • the optical efficiency of a light emitting diode is strongly influenced by the difference and the adaptation of the LED
  • a light-emitting diode chip comprising a high refractive index semiconductor material having a refractive index in the range of 2.4 to 3.5 and, for example, a ceramic phosphor layer having a refractive index in the range of 1.8 to 2.8 or a glass lens having a refractive index in the range of 1 , 46 to 2.1 by a low-breaking silicone layer with a
  • Refractive index in the range of 1.4 to 1.55 resulting in significant optical losses of about 5 to 10%.
  • the desire to couple optical elements as possible without layers having a low refractive index to a light-emitting diode chip is known. For example, try as possible
  • At least one object of certain embodiments is to specify an optoelectronic semiconductor component with an optical element on a semiconductor chip.
  • Embodiments is to provide a method for producing an optoelectronic semiconductor device.
  • an optoelectronic semiconductor component has an optoelectronic semiconductor chip and an optical element. Between the optical element and the semiconductor chip is a connection layer
  • Each semiconductor chip immediately adjacent and by which the optical element is mounted on the semiconductor chip is mounted on the semiconductor chip.
  • connection layer and the semiconductor chip and between the connection layer and the optical element is located.
  • the connection layer is thus arranged directly on the semiconductor chip and directly on the optical element between them.
  • connection layer Due to the direct arrangement of the connection layer on the semiconductor chip and on the optical element, a mechanical coupling and fastening of the optical element to the semiconductor chip can be made possible. Furthermore, the connection layer on the semiconductor chip and on the optical element, a mechanical coupling and fastening of the optical element to the semiconductor chip can be made possible. Furthermore, the connection layer on the semiconductor chip and on the optical element, a mechanical coupling and fastening of the optical element to the semiconductor chip can be made possible. Furthermore, the
  • the compound layer has a refractive index of greater than or equal to 1.6. This allows optical
  • connection layer which may be formed in particular as a connection layer with a transparent oxide, between the semiconductor chip and the optical element respectively
  • the optical element is formed by the direct application of the interconnection layer between the optical element and the semiconductor chip on the
  • connection layer is particularly preferably applied by means of an atomic layer deposition method ("atomic layer deposition", ALD) between the semiconductor chip and the optical element
  • At least two gaseous precursors or compounds are provided. Compared to other chemical vapor deposition processes, atomic layer deposition produces the starting compounds
  • Output connections can be on the to be coated
  • Adsorb surfaces where the molecules of the first Arranging starting compound irregularly and without a long distance order on the surface area and thus can form an at least partially amorphous covering.
  • Connecting layer material can be formed.
  • An essential feature of the atomic layer deposition is the self-limiting nature of the partial reaction, which means that the starting compound of a partial reaction does not react with itself or ligands of itself, causing the layer growth of a partial reaction even at arbitrarily long time and amount of gas to a maximum of one monolayer of the compound layer material which to
  • Semiconductor device is that ALD method the
  • Aspect ratio is here and hereinafter referred to at a channel or a gap, the ratio of channel or gap depth to the minimum width, ie the width at the narrowest point of the channel or gap.
  • Coating that can be achieved by the ALD method the method described here for applying the bonding layer between the semiconductor chip and the optical element may also be subsequently distinguishable from other methods and detectable.
  • the semiconductor chip can be used as a light-emitting semiconductor chip or as light
  • Detecting semiconductor chip for example in the form of a photodiode or a photovoltaic cell, be formed.
  • the semiconductor chip depending on the wavelength of a
  • Semiconductor layer sequence based on In x Ga y Al x - y As, for red to yellow radiation such as a
  • semiconductor layer sequence based on In x Ga y Alix x y N suitable, where 0 ⁇ x ⁇ 1 and 0 ⁇ y ⁇ 1 applies.
  • a semiconductor layer sequence based on an antimonide for example InSb, GaSb, AlSb or a combination thereof, may be suitable for long-wave infrared radiation.
  • the semiconductor chip can have or be an epitaxially grown semiconductor layer sequence.
  • the semiconductor layer sequence by means of an epitaxial process, for example, metal organ safely
  • MOVPE Gas phase epitaxy
  • MBE molecular beam epitaxy
  • Semiconductor layer sequence may include a plurality of
  • Such semiconductor chips as a substrate
  • Carrier substrate instead of the growth substrate may also be referred to as so-called thin-film semiconductor chips
  • Epitaxial layer sequence is a reflective layer applied or formed, the at least a portion of the generated in the epitaxial layer sequence
  • the epitaxial layer sequence reflects electromagnetic radiation back into them; the epitaxial layer sequence has a thickness in the range of 20 microns or less, in particular in the range between 4 and 10 ym; and
  • the epitaxial layer sequence contains at least one
  • Semiconductor layer having at least one surface which has a blending structure which, in the ideal case, results in an approximately ergodic distribution of the light in the epitaxial epitaxial layer sequence, i. it has as ergodically stochastic as possible
  • Lambert's surface radiator The basic principle of a thin-film light-emitting diode chip is described, for example, in the publication I. Schnitzer et al. , Appl. Phys. Lett. 63 (16), 18 October 1993, 2174 - 2176.
  • the electrical contacts of the semiconductor chip can be arranged on different sides of the semiconductor layer sequence or else on the same side.
  • the semiconductor chip can make electrical contact in the form of a solderable or adhesive contact surface on one of the
  • Substrate have. On a side of the semiconductor layer sequence lying opposite the substrate, a further contact surface may be formed, for example in the form of a so-called bond pad for contacting by means of a bonding wire. Furthermore, the semiconductor chip may have the electrical contact surfaces on the same side,
  • solderable or adhesive contact surfaces have and be designed as a so-called flip-chip, which can be mounted with the contact surfaces on an electrically conductive support, such as a circuit board, a guide plate or a light-emitting diode housing.
  • an electrically conductive support such as a circuit board, a guide plate or a light-emitting diode housing.
  • a semiconductor chip can also have two contact surfaces formed as bond pads on the same side of the
  • the optical element has a transparent or translucent material, by which in the operation of the optoelectronic
  • Semiconductor component light is emitted from the semiconductor chip designed as a light-emitting semiconductor chip or by the light from detecting as light
  • the optical element may comprise, for example, a glass, a ceramic material, a plastic, a semiconductor material or a combination of said materials.
  • the optical element may be formed as a transparent substrate, particularly preferably as a glass, ceramic or semiconductor substrate.
  • the optical element can also be used, for example, as
  • optical element and the semiconductor chip are described.
  • the optical element has a surface facing away from the semiconductor chip, which has a curved or other non-planar shape.
  • the remote from the semiconductor chip is a surface facing away from the semiconductor chip.
  • the optical element for example, have one or more cones or truncated cones or be formed by one or more of these.
  • Beam shaping or scattering of the emitted light of a light-emitting semiconductor device serve.
  • the optical element is designed as a wavelength conversion element or has a wavelength conversion element.
  • Wavelength conversion element may be one or more
  • Wavelength conversion materials which are adapted to at least partially absorb the light emitted from the semiconductor chip and to emit light as having an at least partially different wavelength range.
  • Wavelength conversion element may comprise, for example, one or more of the following wavelength conversion substances or one or more of the following
  • Wavelength conversion materials may be formed: rare earth doped garnets, rare earth doped alkaline earth sulfides, rare earth doped thiogallates, rare earth doped aluminates, rare earth doped silicates such as orthosilicates, metals of the rare earths rare earth doped chlorosilicates, rare earth doped alkaline earth silicon nitrides, rare earth doped oxynitrides, and rare earth metals doped aluminum oxynitrides, rare earth doped silicon nitrides, sialons.
  • rare earth doped garnets rare earth doped alkaline earth sulfides, rare earth doped thiogallates, rare earth doped aluminates, rare earth doped silicates such as orthosilicates, metals of the rare earths rare earth doped chlorosilicates, rare earth doped alkaline earth silicon nitrides, rare earth doped oxynitrides, and rare earth metals doped aluminum oxynitrides,
  • garnets such as yttrium aluminum oxide (YAG), lutetium aluminum oxide (LuAG) and terbium aluminum oxide (TAG) can be used as wavelength conversion substances.
  • YAG yttrium aluminum oxide
  • LuAG lutetium aluminum oxide
  • TAG terbium aluminum oxide
  • Wavelength conversion materials are, for example, doped with one of the following activators: cerium, europium, terbium, praseodymium, samarium, manganese.
  • Wavelength conversion material additionally or alternatively comprise an organic material selected from a group
  • the wavelength conversion element may also be suitable
  • the wavelength conversion element can be formed from one or more wavelength conversion substances and, for example, as a ceramic
  • Wavelength conversion element present.
  • the wavelength conversion element may comprise a matrix material, which or the
  • the transparent matrix material may, for example, siloxanes, epoxides, acrylates, methyl methacrylates, imides, carbonates, olefins, styrenes, urethanes or derivatives thereof in the form of monomers, oligomers or polymers, and further also mixtures, copolymers or compounds with it
  • the matrix material may be any suitable material.
  • the matrix material may be any suitable material.
  • Epoxy resin polymethylmethacrylate, polystyrene, polycarbonate, polyacrylate, polyurethane or a silicone resin such as
  • Polysiloxane or mixtures thereof include or be.
  • the wavelength conversion element can also be present as a ceramic wavelength conversion element and have a ceramic material or a glass material as the matrix material, in which one or more of the abovementioned
  • Wavelength conversion materials are included.
  • the one or more wavelength conversion substances can be distributed homogeneously in the matrix material. Furthermore, that can
  • connection layer a good thermal and optical connection of the wavelength conversion substance (s) in the wavelength conversion element to the semiconductor chip can be made possible, which is the case, for example, in the case of a
  • ceramic wavelength conversion element may be particularly advantageous and may increase the efficiency result. Furthermore, in particular a ceramic wavelength conversion element as a mechanical
  • Stabilization of the semiconductor chip serve, for example, in the case of a designed as a flip-chip semiconductor chip with removed or thinned growth substrate.
  • Element designed as a scattering element and have scattering particles or scattering structures.
  • the scattering particles or Scattering structures can appear on a surface of the
  • optical element in particular the surface facing away from the semiconductor chip, be arranged in the form of surface structure or they may be included in a matrix material as an alternative or in addition to a wavelength conversion substance as described above.
  • the scattering particles for example, a semi-metal or
  • Metal oxide such as silica, titania or
  • the scattering particles or scattering structures may have diameters or grain sizes of less than one micrometer up to an order of magnitude of 10 micrometers or even up to 100 micrometers. According to a further embodiment, the
  • the tie layer may comprise alumina, titania, zirconia, tantalum pentoxide, hafnia, silica, silicon nitride, or a combination thereof.
  • Transparent, electrically conductive oxides are transparent, electrically conductive materials, in usually metal oxides such as zinc oxide, tin oxide, cadmium oxide, titanium oxide, indium oxide or indium tin oxide (ITO).
  • metal oxides such as zinc oxide, tin oxide, cadmium oxide, titanium oxide, indium oxide or indium tin oxide (ITO).
  • ITO indium tin oxide
  • binary metal oxygen compounds such as
  • ZnO, SnÜ 2 or ln 2 0 3 also include ternary
  • TCOs Metal oxygen compounds such as Zn 2 SnO 4 , CdSnO 3 , ZnSnO 3 , Mgln 2 O 4 , GalnO 3 , Zn 2 In 2 O 5 or In 4 Sn 3 O 2, or mixtures of different transparent conductive oxides into the group of TCOs. Furthermore, it may be possible that the TCOs do not necessarily correspond to a stoichiometric composition and may also be p- or n-doped.
  • the semiconductor chip has a surface to which the connection layer
  • the optical element may also have a surface to which the
  • the surface structure that is to say the surface structure of the semiconductor chip and / or the surface structure of the optical element, can be covered at least partially or entirely by the bonding layer.
  • the bonding layer is the
  • Connection layer are at least partially or completely covered. However, it may also be that by covering the cavity walls with the connection layer, pores are formed in the connection layer. According to a further embodiment, the
  • Surface structure at least one channel, extending from an edge region of the surface along a
  • Main extension plane of the surface to an inner region of the surface extends. Through the channel, the
  • Interior of the surface thus be accessible from the outside, so that the gases used to apply the compound layer can be transported via the channel to the interior.
  • the channel can be used as access to columns and
  • Cavities which are formed for example by the surface structure in the interior, serve, and so
  • the at least one channel can be formed, for example, by etching in the semiconductor chip or in the optical element.
  • the at least one channel may be continuous and thus extend from one edge region of the semiconductor chip or the optical element to another edge region of the semiconductor chip or the optical element. It is also possible that the at least one channel is formed as a blind channel or blind trench and from the edge region only in the
  • semiconductor device since the surface of the semiconductor chip and / or the optical element according to further here described embodiments may have additional functions, such as scattering by roughening or current distribution over a conductive compound layer.
  • Cohesive as well as an optical coupling of the optical element via a thin transparent connecting layer, in particular via a thin transparent oxide layer as a connecting layer.
  • the structuring of the surface of the semiconductor chip and / or of the optical element must firstly be based on an optimal supply of the gases used during the ALD process and an associated efficient and
  • the at least one channel For suitable dimensioning of the at least one channel and in particular its aspect ratio, it is helpful, for example, to theoretically estimate the ALD diffusion as well as an optical and thermal modeling with respect to the
  • Roughness of the surface structure has been shown to be It is particularly advantageous if the roughening of the surface structure has a roughness which is less than twice the thickness of the bonding layer. With a suitable thickness of the connecting layer, this can also be used as a reflection-reducing coating
  • Antireflection coating AR coating
  • the at least one channel has a length along which it extends from the edge region to the inner region. Furthermore, the channel has a diameter or width which, for example, marks the narrowest point of the channel. As below
  • Diameter or width of the channel of less than or equal to 500, preferably less than or equal to 200 and especially
  • preferably less than or equal to 100 be particularly advantageous in order to achieve optimum supply of the gases used in the ALD process from the edge to the inner region between the semiconductor chip and the optical element.
  • the channels can be arranged uniformly spaced from one another. Furthermore, it is also possible that channels intersect and thus run from different edge areas to the interior. In particular, the channels, for example, crossing channels, each as
  • continuous channels may be formed extending from one edge region to an opposite edge region of the
  • the roughening can be formed, for example, by randomly arranged elevations and depressions, which can be produced, for example, by etching or mechanically removing processes, such as sandblasting. Furthermore, the roughening can also be produced by special crystal growth conditions on a surface of the semiconductor chip. It is also possible that the elevations and depressions of the roughening regularly or at least partially regularly and / or similar
  • the depressions can be connected to one another and thus at least one channel or one
  • pyramidal elevations can also be as truncated pyramids or
  • the at least one channel or the plurality of channels can in particular Have dimensions, so a respective length or width which is greater than the dimensions of the recesses formed by the roughening.
  • the surface structure may be formed solely by the roughening. For larger ones
  • one or more channels having a diameter of about 5 ym may reduce the aspect ratio provided by the roughening by about a factor of ten.
  • the surface of the semiconductor chip which directly adjoins the connection layer has a surface formed by a roughening
  • the surface of the optical element immediately adjacent to the bonding layer has a surface structure formed by at least one channel having a larger dimension than the roughening.
  • Surveys may be considered freestanding
  • Elevations so for example hill-shaped or tower-shaped, be formed and by intersecting channels
  • a regular arrangement of surveys form a photonic crystal.
  • a photonic crystal can be formed, for example, by elevations which are arranged regularly next to one another and have a fill factor of at least 50% and a feature size of at least 400 nm. It may be advantageous if the surface structure has feature sizes that are as small as possible with a desired efficiency in order to keep the aspect ratio for the backfilling of the depressions or gaps within limits.
  • Magnitude range of the emitted or to be received wavelength of the semiconductor chip are.
  • Semiconductor chip and the optical element each have a surface structure, between which the
  • Connecting layer is arranged, to which the
  • the surface structures of the semiconductor chip and of the optical element can be interlocked with one another or can be formed in a tongue and groove-like arrangement.
  • an increase in the surface overlap of the surface of the semiconductor chip and the surface of the optical element, each of which directly adjoins the connection layer, can be achieved.
  • the surface structure has an average structure size which is less than or equal to twice the thickness, in particular the average thickness, of the bonding layer.
  • the structure size can be determined by the average roughness in a random arrangement or roughening of elevations and depressions or averaged over the structures of Surface structure in a regular arrangement
  • a plurality of semiconductor chips and a plurality of optical components are used for producing the optoelectronic semiconductor component
  • the semiconductor chips may be present in a wafer composite.
  • the majority of the optical elements can be manufactured together and be present for example in the form of a disk or a disk composite.
  • the composite of the semiconductor chips and the composite of the optical elements are arranged on top of each other, so that in each case an optical element is arranged on a semiconductor chip.
  • the connection layer is applied between the composite of the semiconductor chips and the composite of the optical elements by means of the ALD method described above, whereby the plurality of optical elements is mounted on the plurality of semiconductor chips.
  • individual optoelectronic semiconductor components can be released from the composite by singulation. The separation can be done for example by sawing, cutting or etching.
  • the optical elements can be done for example by sawing, cutting or etching.
  • Element at least one other channel, which is itself
  • Such a vertical channel may serve as another access channel for the gases used during the ALD process.
  • a vertical channel may serve as another access channel for the gases used during the ALD process.
  • the vertical channels which are formed, for example, as holes or gaps, are arranged in separation trenches between optical elements, the later
  • Such vertical channels can also be formed in the composite of the semiconductor chips, in particular also in separation trenches.
  • Optoelectronic semiconductor device another optical element on the optical element, ie on the
  • a further connection layer may be arranged with a transparent oxide, which fixes the further optical element on the optical element.
  • the further optical element can have features according to the aforementioned embodiments for the optical element.
  • the further connection layer may include features according to the embodiments for the connection layer.
  • FIGS. 1A to 1C process steps for a method for producing an optoelectronic device
  • 1D shows a further method step for producing an optoelectronic semiconductor component according to a further exemplary embodiment
  • FIGS. 2A to 4 are schematic representations of
  • Figure 5 shows a composite with optical elements according to a
  • FIG. 6 shows a method step for a method for
  • FIGS. 1A to 1C show an exemplary embodiment of a method for producing an optoelectronic device
  • an optoelectronic semiconductor chip 1 is provided.
  • Semiconductor chip 1 has a substrate 10, on which a semiconductor layer sequence 11 is arranged.
  • the substrate 10 may be, for example, a growth substrate on which the
  • Semiconductor layer sequence 11 is grown. Alternatively, it may also be possible that the semiconductor layer sequence 11 has been grown on a growth substrate and
  • the substrate 10 which is then formed as a carrier substrate.
  • the semiconductor layer sequence 11 and the semiconductor chip 1 may have features as described in the general part. In the embodiment shown, the
  • a nitride compound semiconductor material or a phosphide compound semiconductor material that is, for example, on a GaN semiconductor material or an InGaAlP semiconductor material.
  • the semiconductor layer sequence 11 has a surface 12, which is arranged facing away from the substrate 10.
  • Surface 12 is a surface structure 13 is formed, which is formed by a roughening 15 in the embodiment shown.
  • the roughening 15, for example, by the crystal growth in the growth of the semiconductor layer sequence 11 or by subsequent processing such
  • etching can be generated.
  • the roughening 15 has elevations, the
  • the roughening 15 serves, in particular, to increase the optical outcoupling of the light generated in the semiconductor chip 1 by providing as many oblique facets as possible.
  • an optical element 2 is arranged on the surface 12.
  • the optical element 2 is formed in the embodiment shown as a transparent substrate.
  • the optical element for example, as a wavelength conversion element or as a scattering element
  • a wavelength conversion element with at least one wavelength conversion substance or a scattering element with scattering bodies or scattering centers are described above in the general part.
  • the arrangement of the optical element 2 on the surface 12 of the semiconductor chip 1 results in gaps and channels between the optical element 2 and the
  • the gaps may, for example, be due to surface irregularities present or deliberately produced due to manufacturing tolerances and
  • Roughening 15 can be in addition to the above mentioned
  • the bonding layer 3 has a transparent oxide
  • the bonding layer 3 may also comprise a transparent conductive oxide, for example indium tin oxide or zinc oxide.
  • the bonding layer 3 is applied by the ALD method described above in the general part. Due to the high degree of fissuring of the ALD process and its above in the general part
  • Connecting layer 3 are applied directly adjacent to the surface 12 of the semiconductor chip and to the semiconductor chip 1 facing surface 22 of the optical element 2. This results in a so-called
  • Semiconductor device 100 thus has the connection layer 3 between the semiconductor chip 1 and the optical element 2, wherein the connection layer 3 directly to the
  • a transparent oxide having a refractive index greater than 1.55 and preferably greater than or equal to the refractive index of the optical element 2 is selected as the material for the connecting layer 3.
  • the connecting layer has a thickness which corresponds to approximately half the structure size of the roughening 15, that is to say the roughness in the exemplary embodiment shown.
  • the average feature size is preferably less than or equal to twice the thickness of the tie layer 3.
  • Wavelength conversion element for example as
  • Wavelength conversion element to the semiconductor chip 1, which may result in an increase in the efficiency of the semiconductor device 100.
  • the optical element 2 on the surface 2 also has a surface structure
  • Semiconductor devices having an optical element 2 the on surface 22 has a surface structure, are shown in further embodiments.
  • FIG. 1D shows a further method step of FIG
  • the optoelectronic semiconductor component 101 is designed as a so-called flip chip, which by means of the contacts 17 on a support, such as a ceramic substrate, a lead frame, a printed circuit board or a
  • Light-emitting diode housing can be arranged.
  • the semiconductor chip 1 shown in FIG. 1A already prior to the application of the optical element 2 on a carrier.
  • the optical element 2 for example, as mentioned above as a transparent substrate, as
  • Wavelength conversion element or as a scattering element
  • the semiconductor device 101 may be formed, in particular in the embodiment of the semiconductor device 101 as a flip chip also for
  • FIGS. 2A and 2B show further exemplary embodiments of optoelectronic semiconductor components 102 and 103, which in addition to the optical element 2 on the
  • Semiconductor chip 1 have a further optical element 4 on the optical element 2.
  • the further optical element 4 is in the embodiment of Figure 2A lenticular and in the embodiment of Figure 2B pyramid or
  • the further optical element 4 is fastened on the optical element 2 by means of a further connecting layer 5.
  • the optical element 2 in the embodiments shown on the semiconductor chip. 1
  • the further connection layer 5 is applied after arranging the further optical element 4 on the optical element 2 in each case immediately adjacent to the optical element 2 and the further optical element 4. It may also be possible that the connecting layers 3 and 5 are produced simultaneously.
  • the further connection layer 5 features as for the
  • connection layer 3 described.
  • connection layer 3 is not shown for the sake of clarity.
  • FIGS. 3A to 3C show further exemplary embodiments of optoelectronic semiconductor components 104, 105 and 106, which are additionally provided in the surface 12 of FIGS. 3A to 3C
  • optical element 2 each at least one channel 14, 24 is formed.
  • the at least one channel 14, 24 extends from an edge region of the surface 12, 22 in the surface 12, 22 along a main plane of extension of the surface 12, 22 from an edge region to an inner region, in the illustrated embodiments or figures thus in the plane of the drawing.
  • the respective channel 14, 24 can be made for example by etching and can
  • Be formed dummy pit By means of a surface structure 13, 23 with at least one channel 14, 24, inner regions, ie the inner region, and in particular gaps at the interface between the surfaces 12, 22 can be more easily accessible from the outside, ie from the edge region.
  • the time for how long the ALD method has to be carried out that is to say the so-called exposure time, can be estimated theoretically.
  • the at least one channel 14, 24 have a length along which it extends from the edge region to the inner region.
  • Diameter of 0.5 ym at a length of 500 ym this corresponds to an aspect ratio a of about 1000.
  • the result is a radius of 0.5 .mu.m and at gap widths of less than 5 nm, an aspect ratio a of about 100. It follows that the dimensions for a
  • Supply channel formed channel 14, 24 are dominant, wherein in the plateau-like roughening shown as an example, especially the minimum gap width is crucial.
  • an estimation of the exposure time ET in seconds is dependent on the aspect ratio, ie
  • an aspect ratio of length to diameter of less than or equal to 500, in particular of less than or equal to 200 and particularly preferably of less than or equal to 100 for the at least one channel 14, 24th
  • the at least one channel 14, 24 enables optimal and efficient distribution of the precursor gases during application of the bonding layer 3 by means of the ALD method in as far as possible all gap surfaces between the semiconductor chip 1 and the optical element 2.
  • the length and the diameter of the at least one channel 14, 24 is so on the chip size
  • the at least one channel 14, 24 or optionally by a plurality of channels a homogeneous coating between and adjacent to the surfaces 12, 22 of the semiconductor chip 1 and the optical element 2 can be achieved, even with large chip sizes, for example, greater than 300 ym for the chip side edges, so for example in the range of 1 mm, leads to economic process times.
  • large chip sizes for example, greater than 300 ym for the chip side edges, so for example in the range of 1 mm, leads to economic process times.
  • Embodiments of Figures 3B and 3C at least form a channel 24 or a plurality of channels as a surface structure 23 in the surface 22 of the optical element 2.
  • the semiconductor chip 1 according to the exemplary embodiment of FIG. 3C has as a surface structure 13 a regular arrangement of elevations which are separated from one another by trenches and which form a photonic crystal 16. This preferably has a fill factor of at least 50% and a feature size of at least 400 nm, the structure shown having free-standing bumps and a contiguous plane formed by the trenches
  • Distribution of the gases during the ALD process for applying the bonding layer 3 is used. To be at a
  • FIG. 4 shows a further exemplary embodiment of an optoelectronic semiconductor component 107 in which the surface 12 of the semiconductor chip 1 and the surface 22 of the optical element 2 each have a roughening 15, 25 as a surface structure 13, 23 which is in the form of a tongue and groove Principles are structured and interlocked.
  • Semiconductor chip 1 can be achieved.
  • Figure 5 is a composite 29 with a plurality of
  • optical elements 2 shown The optical elements 2
  • the optical elements 2 can be manufactured together in the composite 29.
  • Such a composite 29 is particularly suitable for
  • the composite 29 with the optical components 2 has channels 14, which are arranged crossing each other and the
  • FIG. 6 shows a method step according to another
  • Separation lines can be assembled in the composite semiconductor chips 1 and optical elements 2 then in individual optoelectronic semiconductor components 108

Landscapes

  • Led Device Packages (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)

Abstract

Es wird ein optoelektronisches Halbleiterbauelement mit einem optoelektronischen Halbleiterchip (1) und einem optischen Element (2) angegeben, wobei zwischen dem Halbleiterchip (1) und dem optischen Element (2) eine Verbindungsschicht (3) mit einem transparenten Oxid angeordnet ist, die an den Halbleiterchip (1) und das optische Element (2) jeweils unmittelbar angrenzt und das optische Element (2) auf dem Halbleiterchip (1) befestigt. Weiterhin wird ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements angegeben.

Description

Beschreibung
Optoelektronisches Halbleiterbauelement und Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2011 114 641.9, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird. Es werden ein optoelektronisches Halbleiterbauelement und ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen
Halbleiterbauelements angegeben.
Die optische Effizienz einer Leuchtdiode (LED) wird stark beeinflusst vom Unterschied und der Anpassung der
Brechungsindices des Leuchtdiodenchips und eines darauf aufgebrachten funktionellen optischen Elements,
beispielsweise einer Leuchtstoffschicht oder einer Linse. Üblicherweise wird die Verbindung zwischen dem
Leuchtdiodenchip, der ein hochbrechendes Halbleitermaterial mit einem Brechungsindex im Bereich von 2,4 bis 3,5 aufweist, und zum Beispiel einer keramischen Leuchtstoffschicht mit einem Brechungsindex im Bereich von 1,8 bis 2,8 oder einer Glaslinse mit einem Brechungsindex im Bereich von 1,46 bis 2,1 durch eine niedrig brechende Silikonschicht mit einem
Brechungsindex im Bereich von 1,4 bis 1,55 hergestellt, was zu signifikanten optischen Verlusten von etwa 5 bis 10 % führt. Um die Auskoppeleffizienz einer LED zu erhöhen und um insbesondere zu Effizienzen mehr als 150 Lumen pro Watt vordringen zu können, ist es notwendig, solche optischen Verluste soweit wie möglich zu minimieren. Das Bestreben, optische Elemente möglichst ohne Schichten mit niedriger Brechzahl an einen Leuchtdiodenchip anzukoppeln ist bekannt. Beispielsweise wird versucht, möglichst
hochbrechende konventionelle Klebeschichten zu verwenden. Da es jedoch keine langzeitstabilen optischen Klebstoffe mit Brechzahlen von mehr als 1,55 gibt, ist dieser Ansatz bisher limitiert. Weiterhin wird versucht, ein optisches Element ohne Haftschichten auf einem Leuchtdiodenchip durch direktes Bonden aufzubringen. Das direkte Bonden würde zwar optisch und thermisch die beste Verbindung darstellen, ist aber praktisch aufgrund der hohen Anforderungen an die
Oberflächenqualität nur sehr begrenzt einsatzfähig. Darüber hinaus wird auch das direkte Abscheiden von
Halbleitermaterialien auf einem optischen Element diskutiert. Das direkte Abscheiden von epitaktischem Material auf optisch aktiven Substanzen ist jedoch bisher noch nicht ausreichend gezeigt worden und schränkt darüber hinaus die Wahl der geeigneten und zu verwendenden Materialien sehr stark ein.
Zumindest eine Aufgabe von bestimmten Ausführungsformen ist es, ein optoelektronisches Halbleiterbauelement mit einem optischen Element auf einem Halbleiterchip anzugeben.
Zumindest eine weitere Aufgabe von bestimmten
Ausführungsformen ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements anzugeben.
Diese Aufgaben werden durch einen Gegenstand und ein
Verfahren gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen des
Gegenstands und des Verfahrens sind in den abhängigen
Ansprüchen gekennzeichnet und gehen weiterhin aus der
nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen hervor. Gemäß einer Ausführungsform weist ein optoelektronisches Halbleiterbauelement einen optoelektronischen Halbleiterchip und ein optisches Element auf. Zwischen dem optischen Element und dem Halbleiterchip ist eine Verbindungsschicht
angeordnet, die an das optische Element und den
Halbleiterchip jeweils unmittelbar angrenzt und durch die das optische Element auf dem Halbleiterchip befestigt ist.
„Unmittelbar angrenzen" bedeutet hier und im Folgenden, dass sich keine weitere Schicht, insbesondere beispielsweise in Form einer KlebstoffSchicht , einer verbindenden Harzschicht oder einer Lotschicht, zwischen der hier beschriebenen
Verbindungsschicht und dem Halbleiterchip sowie zwischen der Verbindungsschicht und dem optischen Element befindet. Die Verbindungsschicht ist somit direkt am Halbleiterchip und direkt am optischen Element zwischen diesen angeordnet.
Durch die unmittelbare Anordnung der Verbindungsschicht am Halbleiterchip und am optischen Element kann eine mechanische Ankopplung und Befestigung des optischen Elements auf dem Halbleiterchip ermöglicht werden. Weiterhin kann die
Verbindungsschicht eine gute thermische und optische
Ankopplung des optischen Elements am Halbleiterchip
ermöglichen . Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die
Verbindungsschicht ein transparentes Oxid auf. Besonders bevorzugt weist die Verbindungsschicht einen Brechungsindex von größer oder gleich 1,6 auf. Dadurch können optische
Verluste, wie sie beispielsweise bei der Verwendung von
Silikon-basierten Klebstoffen zur Befestigung optischer
Elemente auf Leuchtdiodenchips verwendet werden, verringert werden . Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird bei einem Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen
Halbleiterbauelements das optische Element auf dem
optoelektronischen Halbleiterchip angeordnet. Danach wird die Verbindungsschicht, die insbesondere als Verbindungsschicht mit einem transparenten Oxid ausgebildet sein kann, zwischen dem Halbleiterchip und dem optischen Element jeweils
unmittelbar angrenzend an den Halbleiterchip und an das optische Element aufgebracht. Das optische Element wird durch das direkte Aufbringen der Verbindungsschicht zwischen dem optischen Element und dem Halbleiterchip auf dem
Halbleiterchip befestigt.
Die hier und im Folgenden beschriebenen Merkmale gelten gleichermaßen für das optoelektronische Halbleiterbauelement und das Verfahren zur Herstellung dieses.
Besonders bevorzugt wird die Verbindungsschicht mittels eines Atomlagenabscheideverfahrens („atomic layer deposition", ALD) zwischen dem Halbleiterchip und dem optische Element
angeordnet. Beim Verfahren der Atomlagenabscheidung wird eine Schichtbildung aus einem Verbindungsschichtmaterial auf einer Oberfläche oder einem Oberflächenbereich des Halbleiterchips und einer Oberfläche oder einem Oberflächenbereich des optischen Elements durch eine chemische Reaktion von
mindestens zwei gasförmig bereitgestellten Ausgangsstoffen oder -Verbindungen („percursor" ) ermöglicht. Im Vergleich zu anderen Verfahren der chemischen Gasphasenabscheidung werden bei der Atomlagenabscheidung die Ausgangsverbindungen
zyklisch nacheinander in eine Reaktionskammer eingelassen. Eine erste von den zumindest zwei gasförmigen
Ausgangverbindungen kann auf den zu beschichtenden
Oberflächen adsorbieren, wobei sich die Moleküle der ersten Ausgangsverbindung unregelmäßig und ohne eine Fernordnung auf dem Oberflächenbereich anordnen und somit eine zumindest teilweise amorphe Bedeckung bilden können. Nach einer
bevorzugt vollständigen oder nahezu vollständigen Bedeckung der Oberflächen mit der ersten Ausgangsverbindung kann eine zweite der zumindest zwei Ausgangsverbindungen zugeführt werden, die mit der auf der zu beschichtenden Oberfläche adsorbierten ersten Ausgangsverbindung reagiert, wodurch eine Submonolage oder maximal eine Monolage des
Verbindungsschichtmaterials ausgebildet werden kann. Durch
Wiederholung dieser Schritte können weitere Submonolagen oder Monolagen hergestellt werden. Ein wesentliches Merkmal der Atomlagenabscheidung ist der selbstbegrenzende Charakter der Teilreaktion, was bedeutet, dass die Ausgangsverbindung einer Teilreaktion nicht mit sich selbst oder Liganden von sich selbst reagiert, was das Schichtwachstum einer Teilreaktion auch bei beliebig langer Zeit und Gasmenge auf maximal eine Monolage des Verbindungsschichtmaterials auf den zu
beschichtenden Oberflächen oder Oberflächenbereichen
begrenzt. Je nach Verfahrensparametern und Reaktionskammer sowie in Abhängigkeit vom Verbindungsschichtmaterial
beziehungsweise dessen Ausgangsverbindungen kann ein Zyklus zwischen einigen Millisekunden und einigen Sekunden dauern, wobei dann pro Zyklus eine etwa 0,1 bis etwa 3 Ängström dicke Schicht aus dem Verbindungsschichtmaterial erzeugt werden kann .
Von besonderer Bedeutung bei dem hier beschriebenen Verfahren und bei dem hier beschriebenen optoelektronischen
Halbleiterbauelement ist es, dass ALD-Verfahren die
Eigenschaft haben, je nach Prozessparameter Strukturen mit hohem sogenannten Aspektverhältnissen von mehr als 100 oder sogar mehr als 1000 konform zu beschichten. Als Aspektverhältnis wird hier und im Folgenden bei einem Kanal oder einem Spalt das Verhältnis von Kanal- oder Spalttiefe zur minimalen Breite, also zur Breite an der engsten Stelle, des Kanals oder Spalts bezeichnet. Somit können nach dem Anordnen des optischen Elements auf dem Halbleiterchip
Spalte, die zwischen dem optischen Element und dem
Halbleiterchip vorliegen und die fertigungsbedingt und/oder gezielt durch eine Oberflächenstrukturierung hergestellt werden können, durch das Material der Verbindungsschicht aufgefüllt werden. Durch die hohe Spaltgängigkeit und das konforme Füllverhalten, das beispielsweise schon aus der Beschichtung oder Füllung von tiefen und engen Sacklöchern wie etwa sogenannten „vias" bekannt ist, wird durch die hier beschriebene Verbindungsschicht mittels des ALD-Verfahrens eine Dünnspaltklebung erreicht. Durch die konforme
Beschichtung, die durch das ALD-Verfahren erreicht werden kann, kann das hier beschriebene Verfahren zum Aufbringen der Verbindungsschicht zwischen dem Halbleiterchip und dem optischen Element auch nachträglich von anderen Verfahren unterscheidbar und nachweisbar sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der
optoelektronische Halbleiterchip eine
Halbleiterschichtenfolge auf. Der Halbleiterchip kann als Licht emittierender Halbleiterchip oder als Licht
detektierender Halbleiterchip, beispielsweise in Form einer Photodiode oder einer Photovoltaikzelle, ausgebildet sein. Der Halbleiterchip kann je nach Wellenlänge eine
Halbleiterschichtenfolge auf der Basis von verschiedenen Halbleitermaterialsystemen aufweisen. Für eine langwellige, infrarote bis rote Strahlung ist beispielsweise eine
Halbleiterschichtenfolge auf Basis von InxGayAli-x-yAs , für rote bis gelbe Strahlung beispielsweise eine Halbleiterschichtenfolge auf Basis von InxGayAli-x-yP und für kurzwellige sichtbare, also insbesondere für grüne bis blaue, und/oder für UV-Strahlung beispielsweise eine
Halbleiterschichtenfolge auf Basis von InxGayAli-x-yN geeignet, wobei jeweils 0 < x < 1 und 0 < y < 1 gilt. Weiterhin kann eine Halbleiterschichtenfolge basierend auf einem Antimonid, beispielsweise InSb, GaSb, AlSb oder eine Kombination daraus, geeignet sein für langwellige Infrarotstrahlung. Besonders bevorzugt kann der Halbleiterchip eine epitaktisch gewachsene Halbleiterschichtenfolge aufweisen oder daraus sein. Dazu kann die Halbleiterschichtenfolge mittels eines Epitaxieverfahrens, beispielsweise metallorgansicher
Gasphasenepitaxie (MOVPE) oder Molekularstrahlepitaxie (MBE) , auf einem Aufwachssubstrat aufgewachsen und mit elektrischen Kontakten versehen werden. Durch Vereinzelung des
Aufwachssubstrats mit der aufgewachsenen
Halbleiterschichtenfolge kann eine Mehrzahl von
Halbleiterchips bereitgestellt werden.
Weiterhin kann die Halbleiterschichtenfolge vor dem
Vereinzeln auf ein Trägersubstrat übertragen werden und das Aufwachssubstrat kann gedünnt oder ganz entfernt werden.
Derartige Halbleiterchips, die als Substrat ein
Trägersubstrat anstelle des Aufwachssubstrats aufweisen, können auch als so genannte Dünnfilm-Halbleiterchips
bezeichnet werden.
Ein Dünnfilm-Halbleiterchip zeichnet sich insbesondere durch folgende charakteristische Merkmale aus:
an einer zu dem Trägersubstrat hin gewandten ersten
Hauptfläche einer Strahlungserzeugenden
Epitaxieschichtenfolge ist eine reflektierende Schicht aufgebracht oder ausgebildet, die zumindest einen Teil der in der Epitaxieschichtenfolge erzeugten
elektromagnetischen Strahlung in diese zurückreflektiert; die Epitaxieschichtenfolge weist eine Dicke im Bereich von 20ym oder weniger, insbesondere im Bereich zwischen 4 ym und 10 ym auf; und
die Epitaxieschichtenfolge enthält mindestens eine
Halbleiterschicht mit zumindest einer Fläche, die eine Durchmischungsstruktur aufweist, die im Idealfall zu einer annähernd ergodischen Verteilung des Lichtes in der epitaktischen Epitaxieschichtenfolge führt, d.h. sie weist ein möglichst ergodisch stochastisches
Streuverhalten auf. Ein Dünnfilm-Halbleiterchip ist in guter Näherung ein
Lambert ' scher Oberflächenstrahler. Das Grundprinzip eines Dünnschicht-Leuchtdiodenchips ist beispielsweise in der Druckschrift I. Schnitzer et al . , Appl . Phys . Lett. 63 (16), 18. Oktober 1993, 2174 - 2176 beschrieben.
Die elektrischen Kontakte des Halbleiterchips können auf verschiedenen Seiten der Halbleiterschichtenfolge oder auch auf derselben Seite angeordnet sein. Beispielsweise kann der Halbleiterchip einen elektrischen Kontakt in Form einer lötbaren oder klebbaren Kontaktfläche auf einer der
Halbleiterschichtenfolge gegenüber liegenden Seite des
Substrats aufweisen. Auf einer dem Substrat gegenüber liegenden Seite der Halbleiterschichtenfolge kann eine weitere Kontaktfläche ausgebildet sein, beispielsweise in Form eines so genannten Bondpads zur Kontaktierung mittels eines Bonddrahts. Weiterhin kann der Halbleiterchip die elektrischen Kontaktflächen auf derselben Seite,
beispielsweise als lötbare oder klebbare Kontaktflächen, aufweisen und als so genannter Flip-Chip ausgebildet sein, der mit den Kontaktflächen auf einem elektrisch leitenden Träger, beispielsweise einer Platine, einer Leitplatte oder einem Leuchtdiodengehäuse, montierbar ist. Darüber hinaus kann ein Halbleiterchip auch zwei als Bondpads ausgebildete Kontaktflächen auf derselben Seite der
Halbleiterschichtenfolge aufweisen .
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das optische Element ein transparentes oder transluzentes Material auf, durch das im Betrieb des optoelektronischen
Halbleiterbauelements Licht vom als Licht emittierenden Halbleiterchip ausgebildeten Halbleiterchip abgestrahlt wird oder durch das Licht vom als Licht detektierenden
Halbleiterchip ausgebildeten Halbleiterchip empfangen werden kann. Das optische Element kann beispielsweise ein Glas, ein Keramikmaterial, einen Kunststoff, ein Halbleitermaterial oder eine Kombination genannter Materialien aufweisen.
Beispielsweise kann das optische Element als transparentes Substrat, besonders bevorzugt als Glas-, Keramik- oder Halbleitersubstrat, ausgebildet sein.
Das optische Element kann beispielsweise auch als
Zwischenträger dienen, der zwischen dem Halbleiterchip und einem weiteren optischen Element angeordnet ist, das beispielsweise über eine weitere Verbindungsschicht mit dem optischen Element verbunden ist, wobei die weitere
Verbindungsschicht Merkmale aufweisen kann, wie sie im
Zusammenhang mit der Verbindungsschicht zwischen dem
optischen Element und dem Halbleiterchip beschrieben sind.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das optische Element eine dem Halbleiterchip abgewandte Oberfläche auf, die eine gekrümmte oder sonstige nicht-ebene Form aufweist. Beispielsweise kann die dem Halbleiterchip abgewandte
Oberfläche linsenartig konvex oder konkav gekrümmt sein, beispielsweise in Form einer sphärischen oder asphärischen Linse. Weiterhin kann die dem Halbleiterchip abgewandte
Oberfläche des optischen Elements beispielsweise einen oder mehrere Kegel oder Kegelstümpfe aufweisen oder durch einen oder mehrere dieser gebildet sein. Insbesondere kann das optische Element mit einer solchen Oberfläche zur
Strahlformung oder Streuung des emittierten Lichts einer Licht emittierenden Halbleiterbauelements dienen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das optische Element als Wellenlängenkonversionselement ausgebildet oder weist ein Wellenlängenkonversionselement auf. Das
Wellenlängenkonversionselement kann einen oder mehrere
Wellenlängenkonversionsstoffe aufweisen, die geeignet sind, das vom Halbleiterchip emittierte Licht zumindest teilweise zu absorbieren und als Licht mit einem zumindest teilweise verschiedenen Wellenlängenbereich zu emittieren. Das
Wellenlängenkonversionselement kann beispielsweise einen oder mehrere der folgenden Wellenlängenkonversionsstoffe aufweisen oder aus einem oder mehreren der folgenden
Wellenlängenkonversionsstoffe gebildet sein: mit Metallen der seltenen Erden dotierte Granate, mit Metallen der seltenen Erden dotierte Erdalkalisulfide, mit Metallen der seltenen Erden dotierte Thiogallate, mit Metallen der seltenen Erden dotierte Aluminate, mit Metallen der seltenen Erden dotierte Silikate, wie Orthosilikate, mit Metallen der seltenen Erden dotierte Chlorosilikate, mit Metallen der seltenen Erden dotierte Erdalkalisiliziumnitride, mit Metallen der seltenen Erden dotierte Oxinitride und mit Metallen der seltenen Erden dotierte Aluminiumoxinitride, mit Metallen der seltenen Erden dotierte Siliziumnitride, Sialone.
Als Wellenlängenkonversionsstoffe können insbesondere Granate wie Yttriumaluminiumoxid (YAG) , Lutetiumaluminiumoxid (LuAG) und Terbiumaluminiumoxid (TAG) verwendet werden. Die
Wellenlängenkonversionsstoffe sind beispielsweise mit einem der folgenden Aktivatoren dotiert: Cer, Europium, Terbium, Praseodym, Samarium, Mangan.
Weiterhin kann das Wellenlängenkonversionselement als
Wellenlängenkonversionsstoff zusätzlich oder alternativ ein organisches Material umfassen, das aus einer Gruppe
ausgewählt sein kann, die Perylene, Benzopyrene, Coumarine, Rhodamine und Azo-Farbstoffe umfasst.
Das Wellenlängenkonversionselement kann auch geeignete
Mischungen und/oder Kombinationen der genannten
Wellenlängenkonversionsstoffe aufweisen .
Weiterhin kann das Wellenlängenkonversionselement aus einem oder mehreren Wellenlängenkonversionsstoffen gebildet sein und beispielsweise als keramisches
Wellenlängenkonversionselement vorliegen .
Darüber hinaus kann das Wellenlängenkonversionselement ein Matrixmaterial aufweisen, das den oder die
Wellenlängenkonversionsstoffe umgibt oder enthält oder das an den oder die Wellenlängenkonversionsstoffe chemisch gebunden ist. Das transparente Matrixmaterial kann beispielsweise Siloxane, Epoxide, Acrylate, Methylmethacrylate, Imide, Carbonate, Olefine, Styrole, Urethane oder Derivate davon in Form von Monomeren, Oligomeren oder Polymeren und weiterhin auch Mischungen, Copolymere oder Verbindungen damit
aufweisen. Beispielsweise kann das Matrixmaterial ein
Epoxidharz, Polymethylmethacrylat , Polystyrol, Polycarbonat , Polyacrylat, Polyurethan oder ein Silikonharz wie etwa
Polysiloxan oder Mischungen daraus umfassen oder sein.
Weiterhin kann das Wellenlängenkonversionselement auch als keramisches Wellenlängenkonversionselement vorliegen und ein Keramikmaterial oder ein Glasmaterial als Matrixmaterial aufweisen, in dem einer oder mehrere der oben genannten
Wellenlängenkonversionsstoffe enthalten sind.
Der oder die Wellenlängenkonversionsstoffe können homogen im Matrixmaterial verteilt sein. Weiterhin kann das
Wellenlängenkonversionselement mehrere
Wellenlängenkonversionsstoffe aufweisen, die in verschiedenen Schichten im Wellenlängenkonversionselement angeordnet sind.
Durch die Verbindungsschicht kann eine gute thermische und optische Anbindung des oder der Wellenlängenkonversionsstoffe im Wellenlängenkonversionselement an den Halbleiterchip ermöglicht werden, was beispielsweise im Falle eines
keramischen Wellenlängenkonversionselements besonders vorteilhaft sein und eine Erhöhung der Effizienz zur Folge haben kann. Weiterhin kann insbesondere ein keramisches Wellenlängenkonversionselement auch als mechanische
Stabilisierung des Halbleiterchips dienen, beispielsweise im Falle eines als Flip-Chip ausgeführten Halbleiterchips mit entferntem oder gedünntem Aufwachssubstrat .
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das optische
Element als Streuelement ausgeführt sein und Streupartikel oder Streustrukturen aufweisen. Die Streupartikel oder Streustrukturen können dabei auf einer Oberfläche des
optischen Elements, insbesondere der dem Halbleiterchip abgewandten Oberfläche, in Form von Oberflächenstruktur angeordnet sein oder sie können alternativ oder zusätzlich zu einem Wellenlängenkonversionsstoff wie oben beschrieben in einem Matrixmaterial eingeschlossen sein. Insbesondere können die Streupartikel beispielsweise ein Halbmetall- oder
Metalloxid, so etwa Siliziumdioxid, Titandioxid oder
Aluminiumoxid, und/oder Glaspartikel und/oder Poren, so etwa Lufteinschlüsse, aufweisen oder sein. Die Streupartikel oder Streustrukturen können dabei Durchmesser oder Korngrößen von weniger als einem Mikrometer bis zu einer Größenordnung von 10 Mikrometer oder auch bis zu 100 Mikrometer aufweisen. Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die
Verbindungsschicht ein dielektrisches transparentes Oxid auf. Beispielsweise kann die Verbindungsschicht Aluminiumoxid, Titandioxid, Zirkoniumdioxid, Tantalpentoxid, Hafniumdioxid, Siliziumdioxid, Siliziumnitrid oder eine Kombination dieser aufweisen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die
Verbindungsschicht ein transparentes leitendes Oxid auf.
Dadurch kann beispielsweise auch ein elektrischer Kontakt zwischen dem Halbleiterchip und dem optischen Element oder einem Kontaktelement ermöglicht werden, so dass der
Halbleiterchip über das optische Element bzw. das
Kontaktelement und die Verbindungsschicht elektrisch
kontaktier werden kann. Weiterhin kann eine
Verbindungsschicht mit einem transparenten leitenden Oxid beispielsweise auch der Stromverteilung dienen. Transparente, elektrisch leitende Oxide (transparent conductive oxides, „TCO") sind transparente, elektrisch leitende Materialien, in der Regel Metalloxide, wie beispielsweise Zinkoxid, Zinnoxid, Cadmiumoxid, Titanoxid, Indiumoxid oder Indiumzinnoxid (ITO). Neben binären Metallsauerstoff erbindungen, wie
beispielsweise ZnO, SnÜ2 oder ln203 gehören auch ternäre
MetallsauerstoffVerbindungen, wie beispielsweise Zn2Sn04, CdSn03, ZnSn03, Mgln204, Galn03, Zn2In205 oder In4Sn30i2 oder Mischungen unterschiedlicher transparenter leitender Oxide zu der Gruppe der TCOs. Weiterhin kann es möglich sein, dass die TCOs nicht zwingend einer stöchiometrischen Zusammensetzung entsprechen und auch p- oder n-dotiert sein können.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Halbleiterchip eine Oberfläche auf, an die die Verbindungsschicht
unmittelbar angrenzt und die eine Oberflächenstruktur
aufweist. Alternativ oder zusätzlich kann auch das optische Element eine Oberfläche aufweisen, an die die
Verbindungsschicht unmittelbar angrenzt und die eine
Oberflächenstruktur aufweist. Die Oberflächenstruktur, also die Oberflächenstruktur des Halbleiterchips und/oder die Oberflächenstruktur des optischen Elements, kann dabei zumindest teilweise oder gänzlich von der Verbindungsschicht bedeckt sein. Insbesondere befindet sich die
Oberflächenstruktur zwischen dem optischen Element und dem Halbleiterchip, so dass vor dem Aufbringen der
Verbindungsschicht durch die Oberflächenstruktur Hohlräume zwischen dem optischen Element und dem Halbleiterchip
gebildet werden. Diese Hohlräume können durch die
Verbindungsschicht zumindest teilweise oder gänzlich bedeckt werden. Es kann jedoch auch sein, dass durch das Bedecken der Hohlraumwandungen mit der Verbindungsschicht Poren in der Verbindungsschicht gebildet werden. Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die
Oberflächenstruktur zumindest einen Kanal auf, der sich von einem Randbereich der Oberfläche entlang einer
Haupterstreckungsebene der Oberfläche zu einem Innenbereich der Oberfläche erstreckt. Durch den Kanal kann der
Innenbereich der Oberfläche somit von außen zugänglich sein, so dass die zum Aufbringen der Verbindungsschicht verwendeten Gase über den Kanal in den Innenbereich transportiert werden können. Der Kanal kann dabei als Zugang zu Spalten und
Hohlräumen, die beispielsweise durch die Oberflächenstruktur im Innenbereich gebildet werden, dienen, und derart
dimensioniert sein, dass der Kanal während des Aufwachsens der Verbindungsschicht nur wenig zuwächst, während dünnere Spalten und kleinere Hohlräume aufgefüllt werden und so eine optische und mechanische Kopplung zwischen dem Halbleiterchip und dem optischen Element ermöglicht wird. Der zumindest eine Kanal kann beispielsweise durch Ätzen im Halbleiterchip oder im optischen Element ausgebildet sein. Bezogen auf die
Abmessungen des Halbleiterchips oder des optischen Elements kann der zumindest eine Kanal durchgängig sein und somit von einem Randbereich des Halbleiterchips oder des optischen Elements zu einem anderen Randbereich des Halbleiterchips oder des optischen Elements reichen. Es ist auch möglich, dass der zumindest eine Kanal als Blindkanal oder Blindgraben ausgebildet ist und vom Randbereich lediglich in den
Innenbereich reicht.
Die Wahl einer geeigneten Oberflächenstruktur ist
entscheidend für die Funktionalität der Verbindungsschicht und die Anwendbarkeit des hier beschriebenen Verfahrens sowie auch für die optische Effizienz des optoelektronischen
Halbleiterbauelements, da die Oberfläche des Halbleiterchips und/oder des optischen Elements gemäß weiterer hier beschriebener Ausführungsformen noch zusätzliche Funktionen aufweisen kann, beispielsweise Streuung durch Aufrauung oder Stromverteilung über eine leitfähige Verbindungsschicht.
Insbesondere ermöglicht die Verwendung des ALD-Verfahrens mit der Möglichkeit der atomlagenfeinen Abscheidung der
Verbindungsschicht zusammen mit einer geeigneten
Oberflächenstrukturierung des Halbleiterchips und/oder des optischen Elements eine mechanische und insbesondere
Stoffschlüssige sowie eine optische Ankopplung des optischen Elements über eine dünne transparente Verbindungsschicht, insbesondere über eine dünne transparente Oxidschicht als Verbindungsschicht .
Die Strukturierung der Oberfläche des Halbleiterchips und/oder des optischen Elements muss dabei zum einen auf eine optimale Zufuhr der während des ALD-Verfahrens verwendeten Gase und einer damit verbundenen effizienten und
kontrollierten Prozessführung ausgerichtet sein. Zum anderen ist es auch erforderlich, eine optimale optische Ankopplung des optischen Elements an den Halbleiterchip zu erreichen, insbesondere durch eine große Grenzfläche zwischen diesen, die durch die Verbindungsschicht gebildet wird, mit kleinen maximalen Spaltwerten. Die optimale Oberflächenstruktur ist somit durch die Brechzahlen des Halbleiterchips und des optischen Elements gegeben.
Zur geeigneten Dimensionierung des zumindest einen Kanals und insbesondere dessen Aspektverhältnisses ist es hilfreich, die ALD-Diffusion beispielsweise theoretisch abzuschätzen sowie eine optische und thermische Modellierung hinsichtlich der
Effizienz und der Ankoppelfläche durchzuführen. Hinsichtlich der Anforderungen an die Planarität beziehungsweise die
Rauhigkeit der Oberflächenstruktur hat sich gezeigt, dass es besonders vorteilhaft ist wenn die Aufrauung der Oberflächenstruktur eine Rauhigkeit aufweist, die kleiner etwa dem Zweifachen der Dicke der Verbindungsschicht ist. Bei einer geeigneten Dicke der Verbindungsschicht kann diese weiterhin auch als reflexionsmindernde Beschichtung
(„antireflection coating": AR coating) für das im
Halbleiterchip erzeugte Licht dienen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der zumindest eine Kanal eine Länge auf, entlang derer er sich vom Randbereich zum Innenbereich erstreckt. Weiterhin weist der Kanal einen Durchmesser oder Breite auf, der beispielsweise die engste Stelle des Kanals kennzeichnet. Wie weiter unten
beispielsweise in Verbindung mit den Figur beschrieben ist, kann insbesondere ein Aspektverhältnis von Länge zu
Durchmesser bzw. Breite des Kanals von kleiner oder gleich 500, bevorzugt kleiner oder gleich 200 und besonders
bevorzugt kleiner oder gleich 100 besonders vorteilhaft sein, um eine optimale Zufuhr der beim ALD-Verfahren verwendeten Gase vom Rand- zum Innenbereich zwischen dem Halbleiterchip und dem optischen Element zu erreichen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die
Oberflächenstruktur eine Mehrzahl von Kanälen auf. Die Kanäle können gleichmäßig zueinander beabstandet nebeneinander angeordnet sein. Weiterhin ist es auch möglich, dass Kanäle sich kreuzen und somit von verschiedenen Randbereichen aus zum Innenbereich verlaufen. Insbesondere können die Kanäle, beispielsweise sich kreuzende Kanäle, jeweils als
durchgehende Kanäle ausgebildet sein, die sich von einem Randbereich zu einem gegenüberliegenden Randbereich des
Halbleiterchips oder des optischen Elements erstrecken. Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die
Oberflächenstruktur eine Aufrauung auf. Die Aufrauung kann beispielsweise durch zufällig angeordnete Erhebungen und Vertiefungen gebildet werden, die beispielsweise durch Ätzen oder mechanisch abtragende Verfahren wie etwa Sandstrahlen erzeugbar sind. Weiterhin kann die Aufrauung auch durch spezielle Kristallwachstumsbedingungen auf einer Oberfläche des Halbleiterchips erzeugt werden. Es ist auch möglich, dass die Erhebungen und Vertiefungen der Aufrauung regelmäßig oder zumindest teilweise regelmäßig und/oder gleichartig
beziehungsweise zumindest teilweise gleichartig ausgebildet sind. Beispielsweise kann die Aufrauung plateauartige
Erhebungen aufweisen. Die Vertiefungen können miteinander verbunden sein und so zumindest einen Kanal oder eine
Mehrzahl von sich kreuzenden beziehungsweise verzweigten Kanälen bilden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die
Oberflächenstruktur linsenförmige und/oder pyramidenförmige Erhebungen auf. Insbesondere können die pyramidenförmigen Erhebungen auch als Pyramidenstümpfe beziehungsweise
plateauartig ausgebildet sein. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Aufrauung der Oberfläche des Halbleiterchips, die unmittelbar an die Verbindungsschicht angrenzt, möglichst viele schräge Facetten bildet, die eine effektive
Lichtauskopplung ermöglichen. Weiterhin sollte die Oberfläche und damit auch die Oberflächenstruktur möglichst große
Ankoppelflächen bilden. Darüber hinaus kann es auch möglich sein, dass die
Oberflächenstruktur zusätzlich zur Aufrauung zumindest einen oder eine Mehrzahl von Kanälen aufweist. Der zumindest eine Kanal oder die Mehrzahl von Kanälen können insbesondere Abmessungen aufweisen, also eine jeweilige Länge beziehungsweise Breite, die größer als die Abmessungen der durch die Aufrauung gebildeten Vertiefungen ist. Beispielsweise bei Halbleiterchips mit Abmessungen von kleiner oder gleich 300 ym kann die Oberflächenstruktur allein durch die Aufrauung gebildet sein. Bei größeren
Halbleiterchips mit Abmessungen beispielsweise im Bereich von 1 mm beträgt das Aspektverhältnis bei einer Standard- Aufrauung etwa 1000, so dass sich bei derartig großen
Halbleiterchips zumindest ein zusätzlicher Kanal in der
Oberfläche des Halbleiterchips oder in der Oberfläche des optischen Elements als vorteilhaft erweisen kann. So können beispielsweise ein oder mehrere Kanäle mit einem Durchmesser von etwa 5 ym das Aspektverhältnis, das durch die Aufrauung gegeben ist, um etwa einen Faktor 10 reduzieren.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Oberfläche des Halbleiterchips, die unmittelbar an die Verbindungsschicht angrenzt, eine durch eine Aufrauung gebildete
Oberflächenstruktur auf. Zusätzlich weist die Oberfläche des optischen Elements, die unmittelbar an die Verbindungsschicht angrenzt, eine durch zumindest einen Kanal mit einer größeren Abmessung als die Aufrauung gebildete Oberflächenstruktur auf.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die
Oberflächenstruktur regelmäßig angeordnete Erhebungen auf. Die Erhebungen können beispielsweise als freistehende
Erhebungen, also beispielsweise hügelförmig oder turmförmig, ausgebildet sein und durch sich kreuzende Kanäle
beziehungsweise Vertiefungen voneinander getrennt sein.
Beispielsweise kann eine regelmäßige Anordnung von Erhebungen einen photonischen Kristall bilden. Ein solcher photonischer Kristall kann beispielsweise durch Erhebungen gebildet werden, die regelmäßig nebeneinander angeordnet sind und einen Füllfaktor von mindestens 50 % und eine Strukturgröße von mindestens 400 nm aufweisen. Dabei kann es vorteilhaft sein, wenn die Oberflächenstruktur Strukturgrößen aufweist, die möglichst klein bei einer angestrebten Effizienz sind, um das Aspektverhältnis für die Verfüllung der Vertiefungen beziehungsweise Spalten in Grenzen zu halten. Insbesondere kann die Größenordnung der Strukturen in einem
Größenordnungsbereich der abgestrahlten oder zu empfangenden Wellenlänge des Halbleiterchips liegen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weisen sowohl der
Halbleiterchip als auch das optische Element jeweils eine Oberflächenstruktur auf, zwischen denen die
Verbindungsschicht angeordnet ist, an die die
Verbindungsschicht unmittelbar angrenzt und die ineinander greifen. Mit anderen Worten können die Oberflächenstrukturen des Halbleiterchips und des optischen Elements miteinander verzahnt sein beziehungsweise in einer Nut-Feder-artigen Anordnung ausgebildet sein. Dadurch kann eine Erhöhung der Flächenüberlappung der Oberfläche des Halbleiterchips und der Oberfläche des optischen Elements, die jeweils unmittelbar an die Verbindungsschicht angrenzen, erreicht werden. Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Oberflächenstruktur eine mittlere Strukturgröße auf, die kleiner oder gleich dem Zweifachen der Dicke, insbesondere der mittleren Dicke, der Verbindungsschicht ist. Die Strukturgröße kann dabei durch die mittlere Rauhigkeit bei einer zufälligen Anordnung beziehungsweise Aufrauung von Erhebungen und Vertiefungen oder auch gemittelt über die Strukturen der Oberflächenstruktur bei einer regelmäßigen Anordnung
definiert sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden zur Herstellung des optoelektronischen Halbleiterbauelements eine Mehrzahl von Halbleiterchips sowie eine Mehrzahl von optischen
Elementen bereitgestellt, die jeweils in einem Verbund gebildet sind. Beispielsweise können die Halbleiterchips in einem Waferverbund vorliegen. Die Mehrzahl der optischen Elemente können gemeinsam gefertigt sein und beispielsweise in Form einer Scheibe beziehungsweise eines Scheibenverbunds vorliegen. Der Verbund der Halbleiterchips und der Verbund der optischen Elemente werden aufeinander angeordnet, so dass je ein optisches Element auf einem Halbleiterchip angeordnet ist. Anschließend wird die Verbindungsschicht mittels des oben beschriebenen ALD-Verfahrens zwischen den Verbund der Halbleiterchips und den Verbund der optischen Elemente aufgebracht, wodurch die Mehrzahl der optischen Elemente auf der Mehrzahl der Halbleiterchips befestigt wird. Nach dem Aufbringen der Verbindungsschicht können durch Vereinzeln einzelne optoelektronische Halbleiterbauelemente aus dem Verbund ausgelöst werden. Das Vereinzeln kann beispielsweise durch Sägen, Schneiden oder Ätzen erfolgen. Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das optische
Element zumindest einen weiteren Kanal auf, der sich
senkrecht zur Haupterstreckungsebene des optischen Elements beziehungsweise der Verbindungsschicht von einer dem
Halbleiterchip abgewandten Oberfläche in das optische Element oder besonders bevorzugt in einen Verbund mit optischen
Elementen hinein erstreckt. Ein derartiger senkrechter Kanal kann als weiterer Zugangskanal für die Gase, die während des ALD-Verfahrens verwendet werden, dienen. Insbesondere bei der Anordnung einer Mehrzahl von optischen Elementen im Verbund auf einem Verbund von Halbleiterchips können einer oder mehrere solcher senkrechten Kanäle im Verbund der optischen Elemente angeordnet sein. Dabei kann es besonders vorteilhaft sein, wenn die senkrechten Kanäle, die beispielsweise als Löcher oder Spalte ausgebildet sind, in Trenngräben zwischen optischen Elementen angeordnet sind, die zur späteren
Vereinzelung in einzelne optoelektronische
Halbleiterbauelemente vorgesehen sind. Alternativ oder zusätzlich können solche senkrechten Kanäle auch im Verbund der Halbleiterchips, insbesondere auch dort in Trenngräben, ausgebildet sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das
optoelektronische Halbleiterbauelement ein weiteres optisches Element auf dem optischen Element, also auf der dem
Halbleiterchip abgewandten Seite des optischen Elements, auf. Unmittelbar angrenzend an das optische Element und an das weitere optische Element kann eine weitere Verbindungsschicht mit einem transparenten Oxid angeordnet sein, die das weitere optische Element auf dem optischen Element befestigt. Das weitere optische Element kann dabei Merkmale gemäß den vorgenannten Ausführungsformen für das optische Element aufweisen. Die weitere Verbindungsschicht kann Merkmale gemäß den Ausführungsformen für die Verbindungsschicht aufweisen.
Weitere Vorteile, vorteilhafte Ausführungsformen und
Weiterbildungen ergeben sich aus den im Folgenden in
Verbindung mit den Figuren beschriebenen
Ausführungsbeispielen .
Es zeigen: Figuren 1A bis IC Verfahrensschritte für ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen
Halbleiterbauelements gemäß einem Ausführungsbeispiel, Figur 1D einen weiteren Verfahrensschritt zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel,
Figuren 2A bis 4 schematische Darstellungen von
optoelektronischen Halbleiterbauelementen gemäß
weiteren Ausführungsbeispielen,
Figur 5 einen Verbund mit optischen Elementen gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel,
Figur 6 einen Verfahrensschritt für ein Verfahren zur
Herstellung von optoelektronischen
Halbleiterbauelementen gemäß einem weiteren
Ausführungsbeispiel und
Figuren 7A und 7B Abschätzungen hinsichtlich der
Verfahrenszeit für ein Verfahren gemäß einem weiteren
Ausführungsbeispiel . In den Ausführungsbeispielen und Figuren können gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen, vielmehr können einzelne Elemente, wie zum Beispiel Schichten, Bauteile, Bauelemente und Bereiche, zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
In den Figuren 1A bis IC ist ein Ausführungsbeispiel für ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen
Halbleiterbauelements 100 gezeigt. In einem ersten Verfahrensschritt gemäß Figur 1A wird ein optoelektronischer Halbleiterchip 1 bereitgestellt. Der
Halbleiterchip 1 weist ein Substrat 10 auf, auf dem eine Halbleiterschichtenfolge 11 angeordnet ist. Das Substrat 10 kann beispielsweise ein Aufwachssubstrat sein, auf dem die
Halbleiterschichtenfolge 11 aufgewachsen ist. Alternativ dazu kann es auch möglich sein, dass die Halbleiterschichtenfolge 11 auf einem Aufwachssubstrat aufgewachsen wurde und
anschließend auf das Substrat 10, das dann als Trägersubstrat ausgebildet ist, übertragen wurde.
Die Halbleiterschichtenfolge 11 sowie der Halbleiterchip 1 können Merkmale gemäß der Beschreibung im allgemeinen Teil aufweisen. Im gezeigten Ausführungsbeispiel basiert die
Halbleiterschichtenfolge 11 auf einem Nitrid- Verbindungshalbleitermaterial oder einem Phosphid- Verbindungshalbleitermaterial , also beispielsweise auf einem GaN-Halbleitermaterial oder einem InGaAlP-Halbleitermaterial . Rein beispielhaft sind die in den Figuren gezeigten
Halbleiterchips 1 als lichtemittierende Halbleiterchips ausgebildet. Alternativ dazu ist es auch möglich, in den gezeigten Ausführungsbeispielen Licht detektierende
Halbleiterchips, also beispielsweise Fotodioden oder
Photovoltaikzellen, zu verwenden.
Die Halbleiterschichtenfolge 11 weist eine Oberfläche 12 auf, die dem Substrat 10 abgewandt angeordnet ist. Auf der
Oberfläche 12 ist eine Oberflächenstruktur 13 ausgebildet, die im gezeigten Ausführungsbeispiel durch eine Aufrauung 15 gebildet ist. Die Aufrauung 15 kann beispielsweise durch das Kristallwachstum beim Aufwachsen der Halbleiterschichtenfolge 11 oder auch durch nachträgliches Bearbeiten wie
beispielsweise Ätzen erzeugt werden. Die Aufrauung 15 weist Erhebungen auf, die
pyramidenstumpfartig beziehungsweise plateauartig ausgebildet sind und die durch Kanäle 14 voneinander getrennt sind. Die Aufrauung 15 dient insbesondere einer Erhöhung der optischen Auskopplung des im Halbleiterchip 1 erzeugten Lichts durch eine Bereitstellung möglichst vieler schräger Facetten.
In einem weiteren Verfahrensschritt gemäß Figur 1B wird auf der Oberfläche 12 ein optisches Element 2 angeordnet. Das optische Element 2 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel als transparentes Substrat ausgebildet. Alternativ dazu ist es auch möglich, dass das optische Element beispielsweise als Wellenlängenkonversionselement oder als Streuelement
ausgebildet ist. Merkmale betreffend ein transparentes
Substrat, ein Wellenlängenkonversionselement mit zumindest einem Wellenlängenkonversionsstoff oder ein Streuelement mit Streukörpern oder Streuzentren sind oben im allgemeinen Teil beschrieben. Durch die Anordnung des optischen Elements 2 auf der Oberfläche 12 des Halbleiterchips 1 ergeben sich Spalte und Kanäle zwischen dem optischen Element 2 und dem
Halbleiterchip 1, die hier und in den folgenden
Ausführungsbeispielen durch eine leicht beabstandete
Anordnung des optischen Elements 2 von Halbleiterchip 1 angedeutet ist. Die Spalte können sich beispielsweise durch aufgrund von Fertigungstoleranzen vorhandene oder gezielt hergestellte Oberflächenunregelmäßigkeiten und
Oberflächenstrukturen ergeben. Durch die plateauartige
Aufrauung 15 können neben den oben erwähnten
Auskoppelfacetten auch möglichst viele mechanische
Ankoppelflächen bereitgestellt werden. In einem weiteren Verfahrensschritt gemäß Figur IC wird zwischen dem optischen Element 2 und dem Halbleiterchip 1 nach der Anordnung des optischen Elements 2 auf dem
Halbleiterchip 1 eine Verbindungsschicht 3 aufgebracht. Die Verbindungsschicht 3 weist ein transparentes Oxid,
beispielsweise ein dielektrisches transparentes Oxid wie etwa Aluminiumoxid, Titandioxid, Zirkoniumdioxid, Tantalpentoxid, Hafniumdioxid, Siliziumdioxid, Siliziumnitrid auf. Alternativ oder zusätzlich kann die Verbindungsschicht 3 auch ein transparentes leitendes Oxid, beispielsweise Indiumzinnoxid oder Zinkoxid, aufweisen. Die Verbindungsschicht 3 wird mittels des oben im allgemeinen Teil beschriebenen ALD- Verfahrens aufgebracht. Durch die hohe Spaltgängigkeit des ALD-Verfahrens und sein oben im allgemeinen Teil
beschriebenes konformes Füllverhalten kann die
Verbindungsschicht 3 direkt angrenzend an die Oberfläche 12 des Halbleiterchips sowie an die dem Halbleiterchip 1 zugewandte Oberfläche 22 des optischen Elements 2 aufgebracht werden. Hierdurch ergibt sich eine so genannte
Dünnspaltklebung und eine mechanische und insbesondere stoffschlüssige Befestigung des optischen Elements 2 auf dem Halbleiterchip 1.
Das derart hergestellte optoelektronische
Halbleiterbauelement 100 weist somit die Verbindungsschicht 3 zwischen dem Halbleiterchip 1 und dem optischen Element 2 auf, wobei die Verbindungsschicht 3 unmittelbar an die
Oberfläche 12 des Halbleiterchips 1 sowie unmittelbar an die Oberfläche 22 des optischen Elements 2 angrenzt. Wie in Figur IC durch die Hohlräume in der Verbindungsschicht 3 angedeutet ist, müssen beim Verfüllen der Kanäle 14 und der Spalte zwischen dem optischen Element 2 und dem Halbleiterchip 1 nicht zwingend alle Kanäle 14 beziehungsweise alle Hohlräume zwischen dem optischen Element 2 und dem Halbleiterchip 1 verfüllt werden müssen.
Insbesondere wird als Material für die Verbindungsschicht 3 ein transparentes Oxid gewählt, das einen Brechungsindex von größer als 1,55 und bevorzugt von größer oder gleich dem Brechungsindex des optischen Elements 2 aufweist. Dadurch können optische Verluste, die sich beispielsweise bei herkömmlichen Silikonklebern zur Befestigung von optischen Elementen auf Leuchtdiodenchips ergeben, vermieden werden.
Die Verbindungsschicht weist eine Dicke auf, die etwa der Hälfte der Strukturgröße der Aufrauung 15, also im gezeigten Ausführungsbeispiel der Rauhigkeit, entspricht. Mit anderen Worten ist die mittlere Strukturgröße bevorzugt kleiner oder gleich dem Zweifachen der Dicke der Verbindungsschicht 3.
Ist das optische Element 2 als
Wellenlängenkonversionselement, beispielsweise als
keramisches Wellenlängenkonversionselement mit einem
keramischen Wellenlängenkonversionsstoff in einer Keramik¬ oder einer Glasmatrix ausgebildet, so ergibt sich eine gute thermische und optische Anbindung des
Wellenlängenkonversionselements an den Halbleiterchip 1, was eine Erhöhung der Effizienz des Halbleiterbauelements 100 zur Folge haben kann.
Alternativ oder zusätzlich kann das optische Element 2 auf der Oberfläche 2 ebenfalls eine Oberflächenstruktur
beispielsweise in Form einer Aufrauung aufweisen.
Ausführungsbeispiele für optoelektronische
Halbleiterbauelemente mit einem optischen Element 2, das auf er Oberfläche 22 eine Oberflächenstruktur aufweist, sind in weiteren Ausführungsbeispielen gezeigt.
In Figur 1D ist ein weiterer Verfahrensschritt eines
Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen
Halbleiterbauelements 101 gezeigt, bei dem ausgehend von den Verfahrensschritten gemäß der Figuren 1A bis IC nach dem Anordnen und dem Befestigen des optischen Elements 2 auf der Oberfläche 12 des Halbleiterchips 1 mittels der
Verbindungsschicht 3 das Substrat 10 entfernt wird. Auf die dem optischen Element 2 gegenüberliegende nun freiliegende Seite der Halbleiterschichtenfolge 11 werden Kontakte 17 zur Kontaktierung der Halbleiterschichtenfolge 11 aufgebracht. Das optoelektronische Halbleiterbauelement 101 ist als so genannter Flipchip ausgeführt, der mittels der Kontakte 17 auf einem Träger, beispielsweise einem Keramiksubstrat, einem Leiterrahmen, einer Leiterplatte oder einem
Leuchtdiodengehäuse, angeordnet werden kann. Alternativ ist es auch möglich, den in Figur 1A gezeigten Halbleiterchip 1 bereits vor dem Aufbringen des optischen Elements 2 auf einem Träger anzuordnen.
Das optische Element 2, das beispielsweise wie oben erwähnt als transparentes Substrat, als
Wellenlängenkonversionselement oder als Streuelement
ausgebildet sein kann, kann insbesondere in der Ausführung des Halbleiterbauelements 101 als Flipchip auch zur
Stabilisierung der Halbleiterschichtenfolge 11 und damit des gesamten Halbleiterbauelements 101 führen.
In den folgenden Figuren sind weitere Ausführungsformen für optoelektronische Halbleiterbauelemente gezeigt, die Modifikationen der vorab gezeigten Ausführungsbeispiele darstellen. Die nachfolgende Beschreibung beschränkt sich daher im Wesentlichen auf die Unterschiede zu den
vorangegangenen Ausführungsbeispielen .
In den Figuren 2A und 2B sind weitere Ausführungsbeispiele für optoelektronische Halbleiterbauelemente 102 und 103 gezeigt, die zusätzlich zum optischen Element 2 auf dem
Halbleiterchip 1 ein weiteres optisches Element 4 auf dem optischen Element 2 aufweisen. Das weitere optische Element 4 ist im Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2A linsenartig und im Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2B pyramiden- oder
kegelförmig ausgebildet. Alternativ oder zusätzlich dazu ist es auch möglich, das weitere optische Element 4
beispielsweise als Wellenlängenkonversionselement oder als Streuelement mit Streuzentren oder Streustrukturen
auszubilden .
Das weitere optische Element 4 ist mittels einer weiteren Verbindungsschicht 5 auf dem optischen Element 2 befestigt. Insbesondere weist das optische Element 2 in den gezeigten Ausführungsbeispielen auf der dem Halbleiterchip 1
abgewandten Seite eine Oberflächenstruktur auf, die zum einen der optischen Auskopplung und zum anderen der Vergrößerung der Oberfläche dienen kann. Mittels eines ALD-Verfahrens wird die weitere Verbindungsschicht 5 wird nach dem Anordnen des weiteren optischen Elements 4 auf dem optischen Element 2 jeweils unmittelbar angrenzend an das optische Element 2 und das weitere optische Element 4 aufgebracht. Dabei kann es auch möglich sein, dass die Verbindungsschichten 3 und 5 gleichzeitig hergestellt werden. Insbesondere kann die weitere Verbindungsschicht 5 Merkmale wie für die
Verbindungsschicht 3 beschrieben aufweisen. Für die Ausführungsbeispiele in den folgenden Figuren ist der Übersichtlichkeit halber die Verbindungsschicht 3 nicht gezeigt .
In den Figuren 3A bis 3C sind weitere Ausführungsbeispiele für optoelektronische Halbleiterbauelemente 104, 105 und 106 gezeigt, die zusätzlich in der Oberfläche 12 des
Halbleiterchips 1 (Figur 3A) oder in der Oberfläche 22 des optischen Elements 2 (Figuren 3B und 3C) eine
Oberflächenstruktur 13, 23 mit einem Kanal 14, 24 aufweisen. Anstelle des einen Kanals 14, 24 können beispielsweise auch jeweils eine Mehrzahl von Kanälen vorhanden sein. Es ist auch möglich, dass sowohl im Halbleiterchip 1 als auch im
optischen Element 2 jeweils zumindest ein Kanal 14, 24 ausgebildet ist.
Der zumindest eine Kanal 14, 24 erstreckt sich von einem Randbereich der Oberfläche 12, 22 in der Oberfläche 12, 22 entlang einer Haupterstreckungsebene der Oberfläche 12, 22 von einem Randbereich zu einem Innenbereich, in den gezeigten Ausführungsbeispielen beziehungsweise Figuren somit in die Zeichnungsebene hinein. Der jeweilige Kanal 14, 24 kann dabei beispielsweise durch Ätzen hergestellt sein und kann
durchgängig, also von einem Randbereich zu einem
gegenüberliegenden Randbereich reichend oder auch als
Blindgraben ausgebildet sein. Durch eine Oberflächenstruktur 13, 23 mit zumindest einem Kanal 14, 24 können innen liegende Bereiche, also der Innenbereich, und insbesondere Spalte an der Grenzfläche zwischen den Oberflächen 12, 22 von außen, also vom Randbereich her, leichter zugänglich sein. Zur Ermittlung geeigneter Abmessungen des zumindest einen Kanals 14, 24 lässt sich die Zeit, wie lange das ALD- Verfahren durchgeführt werden muss, also die so genannte Exposure-Zeit, theoretisch abschätzen. Beispielsweise kann der zumindest eine Kanal 14, 24 eine Länge aufweisen, entlang derer er sich vom Randbereich zum Innenbereich hin erstreckt. Weiterhin kann der zumindest eine Kanal 14, 24 einen
Durchmesser aufweisen, der die Breite, insbesondere die minimale Breite, des Kanals 14, 24 senkrecht zur Länge angibt. Weist der Kanal 14, 24 beispielsweise einen
Durchmesser von 0,5 ym bei einer Länge von 500 ym auf, so entspricht dies einem Aspektverhältnis a von etwa 1000. Nimmt man hingegen eine Aufrauung an, wie sie beispielsweise in Figur 1A gezeigt ist und die Plateaus aufweist, so ergibt sich bei einem Radius von 0,5 ym und bei Spaltbreiten von weniger als 5 nm ein Aspektverhältnis a von etwa 100. Hieraus ergibt sich, dass die Dimensionen für einen als
Zuleitungskanal ausgebildeten Kanal 14, 24 dominant sind, wobei bei der beispielhaft gezeigten plateauartigen Aufrauung besonders die minimale Spaltbreite entscheidend ist.
In Figur 7A ist eine Abschätzung der Exposure-Zeit ET in Sekunden in Abhängigkeit zum Aspektverhältnis, also dem
Verhältnis von Länge zu Durchmesser des Kanals gezeigt, die nötig ist, um eine Schicht aus Hafniumdioxid bei einem
Precursor-Druck von etwa 0,2 mbar beziehungsweise etwa 0,263 Torr aufzubringen. In Figur 7B ist die entsprechende
Prozesszeit PT in Stunden in Abhängigkeit des
Aspektverhältnisses gezeigt, die nötig ist um eine Schicht mit einer Dicke von etwa 100 nm aufzubringen. Aus den
gezeigten Kurven ergibt sich, dass die Exposure-Zeit ET beziehungsweise die Prozesszeit PT quadratisch mit dem
Aspektverhältnis steigt. Die Abschätzungen der Figuren 7A und 7B basieren auf der Druckschrift R. Gordon et al . , „A Kinetic Model for Step Coverage by Atomic Layer Deoposition in Narrow Holes or Trenches", Chem. Vap . Deposition, 9(2), 2003, 73, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug
vollumfänglich aufgenommen wird.
Daraus ergibt sich, dass ein Aspektverhältnis von Länge zu Durchmesser von kleiner oder gleich 500, insbesondere von kleiner oder gleich 200 und besonders bevorzugt von kleiner oder gleich 100 für den zumindest einen Kanal 14, 24
besonders vorteilhaft ist.
Der zumindest eine Kanal 14, 24 ermöglicht eine optimale und effiziente Verteilung der Precursor-Gase beim Aufbringen der Verbindungsschicht 3 mittels des ALD-Verfahrens in möglichst alle Spaltflächen zwischen dem Halbleiterchip 1 und dem optischen Element 2. Die Länge und der Durchmesser des zumindest einen Kanals 14, 24 ist so an die Chipgröße
angepasst, dass das Aspektverhältnis von Länge zu Durchmesser auch während des ALD-Verfahrens nicht viel größer als 100 wird, um die Prozesszeiten und somit die Kosten nicht
signifikant zu erhöhen. Durch den zumindest einen Kanal 14, 24 oder gegebenenfalls durch eine Mehrzahl von Kanälen kann eine homogene Beschichtung zwischen und angrenzend an die Oberflächen 12, 22 des Halbleiterchips 1 und des optischen Elements 2 erreicht werden, die auch bei großen Chipgrößen beispielsweise von größer 300 ym für die Chipseitenkanten, also beispielsweise im Bereich von 1 mm, zu wirtschaftlichen Prozesszeiten führt. Um insbesondere den lichtemittierenden Bereich beziehungsweise die lichtemittierende Schicht des Halbleiterchips 1 möglichst groß zu gestalten, kann es insbesondere vorteilhaft sein, entsprechend der
Ausführungsbeispiele der Figuren 3B und 3C den zumindest einen Kanal 24 oder eine Mehrzahl von Kanälen als Oberflächenstruktur 23 in der Oberfläche 22 des optischen Elements 2 auszubilden. Im Vergleich zu den Ausführungsbeispielen der Figuren 1A bis 3B weist der Halbleiterchip 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 3C als Oberflächenstruktur 13 eine regelmäßige Anordnung von Erhebungen auf, die durch Gräben voneinander getrennt sind und die einen photonischen Kristall 16 bilden. Dieser weist bevorzugt einen Füllfaktor von mindestens 50 % und eine Strukturgröße von mindestens 400 nm auf, wobei die gezeigte Struktur mit freistehenden Erhebungen und einer zusammenhängenden Tiefebene gebildet durch die Gräben
zwischen den Erhebungen bevorzugt für eine effiziente
Verteilung der Gase während des ALD-Verfahrens zum Aufbringen der Verbindungsschicht 3 verwendet wird. Um bei einer
gegebenen Effizienz das Aspektverhältnis zur Spaltbewachsung in Grenzen zu halten, ist es vorteilhaft, die Strukturgröße möglichst klein zu halten.
In Figur 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein optoelektronisches Halbleiterbauelement 107 gezeigt, bei dem die Oberfläche 12 des Halbleiterchips 1 sowie die Oberfläche 22 des optischen Elements 2 jeweils eine Aufrauung 15, 25 als Oberflächenstruktur 13, 23 aufweisen, die in Form eines Nut- Feder-Prinzips strukturiert sind und ineinander verzahnt sein können. Durch das Aufbringen der Verbindungsschicht 3 und die verzahnte Oberflächenstrukturen 13, 23 kann eine besonders effiziente Kopplung des optischen Elements 2 an den
Halbleiterchip 1 erreicht werden.
In Figur 5 ist ein Verbund 29 mit einer Mehrzahl von
optischen Elementen 2 gezeigt. Die optischen Elemente 2 können beispielsweise im Verbund 29 gemeinsam gefertigt sein. Ein derartiger Verbund 29 ist besonders geeignet zur
Herstellung einer Mehrzahl von optoelektronischen
Halbleiterbauelementen wie in Verbindung mit Figur 6 gezeigt ist .
Der Verbund 29 mit den optischen Bauelementen 2 weist Kanäle 14 auf, die sich kreuzend angeordnet sind und die
gleichzeitig Trenngräben für eine spätere Vereinzelung bilden können. Weiterhin weist der Verbund 29 einen weiteren Kanal 28 auf, der sich senkrecht zur Haupterstreckungsebene des Verbunds 29 in den Verbund 29 und somit in die optischen Elemente 2 hinein erstreckt. In Figur 6 ist ein Verfahrensschritt gemäß einem weiteren
Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem ein Verbund 19 mit einer Mehrzahl von Halbleiterchips 1, die beispielsweise in Form eines Waferverbunds vorliegen, bereitgestellt wird. Auf diesem wird der in Figur 5 gezeigte Verbund 29 mit der
Mehrzahl der optischen Elemente 2 angeordnet. Anschließend wird eine Verbindungsschicht zwischen den Verbund 19 und den Verbund 29 direkt angrenzend an diese mittels eines ALD- Verfahrens aufgebracht. Durch die Kanäle 14 und 28 kann erreicht werden, dass das Aspektverhältnis der Zwischenräume und Spalte zwischen dem Verbund 19 und dem Verbund 29
bevorzugt kleiner oder gleich 100 ist, so dass die
Befestigung des Verbunds 29 auf dem Verbund 19 mittels einer ALD-aufgebrachten Verbindungsschicht in einem
wirtschaftlichen Zeitrahmen durchgeführt werden kann. Entlang der mittels der gestrichelten Linien angedeuteten
Vereinzelungslinien können die im Verbund zusammengefügten Halbleiterchips 1 und optischen Elemente 2 anschließend in einzelne optoelektronische Halbleiterbauelemente 108
vereinzelt 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.

Claims

Optoelektronisches Halbleiterbauelement mit
einem optoelektronischen Halbleiterchip (1) und
einem optischen Element (2),
wobei zwischen dem Halbleiterchip (1) und dem optischen Element (2) eine Verbindungsschicht (3) mit einem transparenten Oxid angeordnet ist, die an den
Halbleiterchip (1) und das optische Element (2) jeweils unmittelbar angrenzt und das optische Element (2) auf dem Halbleiterchip (1) befestigt.
Halbleiterbauelement nach dem vorherigen Anspruch, wobei die Verbindungsschicht (3) unmittelbar an eine
Oberfläche (12) des Halbleiterchips (1) mit einer
Oberflächenstruktur (13) und/oder an eine Oberfläche (22) des optischen Elements (2) mit einer
Oberflächenstruktur (23) angrenzt.
Halbleiterbauelement nach dem vorherigen Anspruch, wobei die Oberflächenstruktur (13, 23) zumindest einen Kanal (14, 24) aufweist, der sich in der Oberfläche (12, 22) von einem Randbereich der Oberfläche (12, 22) aus entlang einer Haupterstreckungsebene der Oberfläche (12, 22) zu einem Innenbereich erstreckt.
Halbleiterbauelement nach dem vorherigen Anspruch, wobei der Kanal (14, 24) eine Länge und einen Durchmesser aufweist und ein Aspektverhältnis von Länge zu
Durchmesser kleiner oder gleich 500 ist.
Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die Oberflächenstruktur (13, 23) eine Mehrzahl von Kanälen (14, 24), insbesondere von sich kreuzenden
Kanälen (14, 24), aufweist.
Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei die Oberflächenstruktur (13, 23) eine Aufrauung aufweist .
Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei die Oberflächenstruktur (13, 23) regelmäßig angeordnete Erhebungen aufweist.
Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 2 bis 7, wobei die Oberflächenstruktur (13, 23) linsenförmige und/oder pyramidenförmige Erhebungen aufweist.
Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 2 bis 8, wobei der Halbleiterchip (1) und das optische Element
(2) jeweils eine Oberflächenstruktur (13, 23) aufweisen, zwischen denen die Verbindungsschicht (3) angeordnet ist und die ineinander greifen.
Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 2 bis 9, wobei die Oberflächenstruktur (13, 23) eine mittlere Strukturgröße aufweist, die kleiner oder gleich dem Zweifachen einer Dicke der Verbindungsschicht (3) ist.
Halbleiterbauelement nach einem der vorherigen
Ansprüche, wobei das optische Element (2) zumindest einen weiteren Kanal (28) aufweist, der sich senkrecht zu einer Haupterstreckungsebene der Verbindungsschicht
(3) von einer dem Halbleiterchip (1) abgewandten
Oberfläche in das optische Element (2) hindurch
erstreckt . Halbleiterbauelement nach einem der vorherigen
Ansprüche, wobei die Verbindungsschicht (3) ein
transparentes leitendes Oxid und/oder ein dielektrisches Oxid aufweist.
Halbleiterbauelement nach einem der vorherigen
Ansprüche, wobei
auf dem optischen Element (2) ein weiteres optisches Element (4) angeordnet ist,
jeweils unmittelbar angrenzend an das optische Element (2) und an das weitere optische Element (4) eine weitere Verbindungsschicht (5) mit einem transparenten Oxid angeordnet ist, die das weitere optische Element (4) auf dem optischen Element (2) befestigt.
Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen
Halbleiterbauelements, bei dem
ein optisches Element (2) auf einem Halbleiterchip (1) angeordnet wird und
danach mittels Atomlagenabscheidung eine
Verbindungsschicht (3) mit einem transparenten Oxid jeweils unmittelbar angrenzend an den Halbleiterchip (1) und an das optische Element (2) zwischen dem
Halbleiterchip (1) und dem optischen Element (2)
aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 14, bei dem
der Halbleiterchip (1) und das optische Element (2) jeweils als Mehrzahl in einem Verbund bereitgestellt und aufeinander angeordnet werden und nach dem Aufbringen der Verbindungsschicht (3) durch Vereinzeln einzelne optoelektronische
Halbleiterbauelemente aus dem Verbund ausgelöst werden.
PCT/EP2012/068783 2011-09-30 2012-09-24 Optoelektronisches halbleiterbauelement und verfahren zur herstellung eines optoelektronischen halbleiterbauelements Ceased WO2013045399A1 (de)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020088988A1 (de) * 2018-10-29 2020-05-07 Osram Opto Semiconductors Gmbh Verfahren zur herstellung eines leuchtdiodenchips mit einer konverterschicht und leuchtdiodenchip
WO2021028233A1 (de) * 2019-08-12 2021-02-18 Osram Opto Semiconductors Gmbh Halbleiterbauelement und dessen herstellungsverfahren

Families Citing this family (36)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009022682A1 (de) * 2009-05-26 2010-12-02 Osram Opto Semiconductors Gmbh Verfahren zur Herstellung einer Leuchtdiode
CN111509112B (zh) * 2013-07-08 2024-04-02 亮锐控股有限公司 波长转换的半导体发光器件
JP2018014422A (ja) * 2016-07-21 2018-01-25 株式会社ディスコ 発光ダイオードチップの製造方法及び発光ダイオードチップ
JP2018014423A (ja) * 2016-07-21 2018-01-25 株式会社ディスコ 発光ダイオードチップの製造方法
JP2018014421A (ja) * 2016-07-21 2018-01-25 株式会社ディスコ 発光ダイオードチップの製造方法及び発光ダイオードチップ
JP2018041781A (ja) * 2016-09-06 2018-03-15 株式会社ディスコ 発光ダイオードチップの製造方法及び発光ダイオードチップ
JP2018041783A (ja) * 2016-09-06 2018-03-15 株式会社ディスコ 発光ダイオードチップの製造方法及び発光ダイオードチップ
JP2018041782A (ja) * 2016-09-06 2018-03-15 株式会社ディスコ 発光ダイオードチップの製造方法
JP2018041780A (ja) * 2016-09-06 2018-03-15 株式会社ディスコ 発光ダイオードチップの製造方法及び発光ダイオードチップ
JP2018046064A (ja) * 2016-09-12 2018-03-22 株式会社ディスコ 発光ダイオードチップの製造方法及び発光ダイオードチップ
JP2018046068A (ja) * 2016-09-12 2018-03-22 株式会社ディスコ 発光ダイオードチップの製造方法
JP2018046065A (ja) * 2016-09-12 2018-03-22 株式会社ディスコ 発光ダイオードチップの製造方法及び発光ダイオードチップ
JP2018046067A (ja) * 2016-09-12 2018-03-22 株式会社ディスコ 発光ダイオードチップの製造方法及び発光ダイオードチップ
JP2018046066A (ja) * 2016-09-12 2018-03-22 株式会社ディスコ 発光ダイオードチップの製造方法
JP2018078142A (ja) * 2016-11-07 2018-05-17 株式会社ディスコ 発光ダイオードチップの製造方法
JP2018116964A (ja) * 2017-01-16 2018-07-26 株式会社ディスコ 発光ダイオードチップの製造方法及び発光ダイオードチップ
WO2018133940A1 (en) * 2017-01-19 2018-07-26 Osram Opto Semiconductors Gmbh Method for producing an optoelectronic element
DE102017101729A1 (de) * 2017-01-30 2018-08-02 Osram Opto Semiconductors Gmbh Strahlungsemittierende Vorrichtung
JP2018129341A (ja) * 2017-02-06 2018-08-16 株式会社ディスコ 発光ダイオードチップの製造方法及び発光ダイオードチップ
JP2018129343A (ja) * 2017-02-06 2018-08-16 株式会社ディスコ 発光ダイオードチップの製造方法及び発光ダイオードチップ
JP2018129370A (ja) * 2017-02-07 2018-08-16 株式会社ディスコ 発光ダイオードチップの製造方法及び発光ダイオードチップ
JP2018148092A (ja) * 2017-03-07 2018-09-20 株式会社ディスコ 発光ダイオードチップの製造方法及び発光ダイオードチップ
JP2018182170A (ja) * 2017-04-18 2018-11-15 株式会社ディスコ 発光ダイオードチップの製造方法及び発光ダイオードチップ
JP2018182167A (ja) * 2017-04-18 2018-11-15 株式会社ディスコ 発光ダイオードチップの製造方法及び発光ダイオードチップ
JP2018182166A (ja) * 2017-04-18 2018-11-15 株式会社ディスコ 発光ダイオードチップの製造方法及び発光ダイオードチップ
JP2018186169A (ja) * 2017-04-25 2018-11-22 株式会社ディスコ 発光ダイオードチップの製造方法及び発光ダイオードチップ
JP2018186168A (ja) * 2017-04-25 2018-11-22 株式会社ディスコ 発光ダイオードチップの製造方法及び発光ダイオードチップ
JP6900571B2 (ja) * 2017-08-03 2021-07-07 ルミレッズ リミテッド ライアビリティ カンパニー 発光装置を製造する方法
DE102017120385B4 (de) * 2017-09-05 2024-02-22 OSRAM Opto Semiconductors Gesellschaft mit beschränkter Haftung Licht emittierendes Bauelement und Verfahren zur Herstellung eines Licht emittierenden Bauelements
DE102018109542B4 (de) * 2018-04-20 2022-08-04 OSRAM Opto Semiconductors Gesellschaft mit beschränkter Haftung Licht emittierendes bauelement und verfahren zur herstellung eines licht emittierenden bauelements
DE102018123931A1 (de) * 2018-09-27 2020-04-02 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optoelektronisches Halbleiterbauelement mit Saphirträger und Verfahren zur Herstellung des optoelektronischen Halbleiterbauelements
US11545597B2 (en) 2018-09-28 2023-01-03 Lumileds Llc Fabrication for precise line-bond control and gas diffusion between LED components
JP7332455B2 (ja) * 2019-12-06 2023-08-23 日機装株式会社 レンズ付き透明基板、半導体発光素子、及びレンズ付き透明基板の製造方法
JP7011195B2 (ja) * 2020-02-27 2022-01-26 日亜化学工業株式会社 発光装置
US12027488B2 (en) * 2020-09-09 2024-07-02 The Regents Of The University Of California Methods of forming stacked integrated circuits using selective thermal atomic layer deposition on conductive contacts and structures formed using the same
WO2025153484A1 (en) * 2024-01-17 2025-07-24 Ams-Osram International Gmbh Method for producing an optoelectronic device and optoelectronic device

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070158661A1 (en) * 2006-01-12 2007-07-12 Rutgers, The State University Of New Jersey ZnO nanostructure-based light emitting device
DE102008012407A1 (de) * 2008-01-31 2009-08-06 Osram Opto Semiconductors Gmbh Strahlungsemittierende Vorrichtung
WO2011033406A2 (en) * 2009-09-17 2011-03-24 Koninklijke Philips Electronics N.V. Molded lens incorporating a window element
WO2011085889A1 (de) * 2009-12-21 2011-07-21 Osram Opto Semiconductors Gmbh Strahlungsemittierendes halbleiterbauelement
WO2011097137A1 (en) * 2010-02-04 2011-08-11 Nitto Denko Corporation Light emissive ceramic laminate and method of making same

Family Cites Families (32)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5142595A (en) * 1991-10-21 1992-08-25 Hughes Aircraft Company Microwave system employing optically phased conformal antennas having photonic interconnects and method of forming photonic interconnects
US6669803B1 (en) * 1997-10-03 2003-12-30 Digital Optics Corp. Simultaneous provision of controlled height bonding material at a wafer level and associated structures
JP2002141556A (ja) * 2000-09-12 2002-05-17 Lumileds Lighting Us Llc 改良された光抽出効果を有する発光ダイオード
JP4450965B2 (ja) * 2000-09-29 2010-04-14 日本碍子株式会社 光学部品の接着構造
US6576490B2 (en) * 2001-05-09 2003-06-10 National Research Council Of Canada Method for micro-fabricating a pixelless infrared imaging device
CN100550430C (zh) * 2002-09-09 2009-10-14 皇家飞利浦电子股份有限公司 半导体器件及其制造方法
US20040183081A1 (en) * 2003-03-20 2004-09-23 Alexander Shishov Light emitting diode package with self dosing feature and methods of forming same
US8294873B2 (en) * 2004-11-11 2012-10-23 Nikon Corporation Exposure method, device manufacturing method, and substrate
US7462502B2 (en) 2004-11-12 2008-12-09 Philips Lumileds Lighting Company, Llc Color control by alteration of wavelength converting element
US7419839B2 (en) * 2004-11-12 2008-09-02 Philips Lumileds Lighting Company, Llc Bonding an optical element to a light emitting device
US7611919B2 (en) * 2005-04-21 2009-11-03 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Bonding interface for micro-device packaging
DE102006020529A1 (de) * 2005-08-30 2007-03-01 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optoelektronisches Bauelement
JP4939077B2 (ja) 2006-02-23 2012-05-23 利春 深井 水に含まれるアスベストの除去方法及びその除去装置
US7804147B2 (en) * 2006-07-31 2010-09-28 Cree, Inc. Light emitting diode package element with internal meniscus for bubble free lens placement
EP2087563B1 (de) * 2006-11-15 2014-09-24 The Regents of The University of California Leuchtdiode mit strukturierter leuchtstoff-umwandlungsschicht
WO2009061704A2 (en) * 2007-11-06 2009-05-14 Hcf Partners, L.P. Atomic layer deposition encapsulation
US9640737B2 (en) * 2011-01-31 2017-05-02 Cree, Inc. Horizontal light emitting diodes including phosphor particles
JP4989614B2 (ja) * 2007-12-28 2012-08-01 サムソン エルイーディー カンパニーリミテッド． 高出力ｌｅｄパッケージの製造方法
KR20090106299A (ko) * 2008-04-05 2009-10-08 송준오 오믹접촉 광추출 구조층을 구비한 그룹 3족 질화물계반도체 발광다이오드 소자 및 이의 제조 방법
US7932529B2 (en) * 2008-08-28 2011-04-26 Visera Technologies Company Limited Light-emitting diode device and method for fabricating the same
TW201114003A (en) * 2008-12-11 2011-04-16 Xintec Inc Chip package structure and method for fabricating the same
DE102009004724A1 (de) * 2009-01-15 2010-07-22 Osram Opto Semiconductors Gmbh Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauteils und optoelektronisches Bauteil
DE102009015313B4 (de) * 2009-03-27 2022-02-24 OSRAM Opto Semiconductors Gesellschaft mit beschränkter Haftung Anzeigeeinrichtung
DE102009019161A1 (de) * 2009-04-28 2010-11-04 Osram Opto Semiconductors Gmbh Leuchtdiode und Verfahren zur Herstellung einer Leuchtdiode
JP2011048303A (ja) * 2009-08-28 2011-03-10 Sharp Corp 光学素子モジュールおよびその製造方法、電子素子モジュールおよびその製造方法、電子情報機器
CN102574309B (zh) * 2009-08-31 2015-03-25 柯尼卡美能达精密光学株式会社 成型模、光学元件及成型模的制造方法
US8455910B2 (en) * 2009-09-21 2013-06-04 Walsin Lihwa Corporation Method of manufacturing light emitting diode packaging lens and light emitting diode package
KR20120079470A (ko) * 2009-09-25 2012-07-12 오스람 옵토 세미컨덕터스 게엠베하 반도체 조명기구
KR101082609B1 (ko) * 2009-10-16 2011-11-15 엘지이노텍 주식회사 터치패널용 면상 부재 및 이의 제조 방법
DE102010023815A1 (de) * 2010-06-15 2011-12-15 Osram Opto Semiconductors Gmbh Oberflächenmontierbares optoelektronisches Bauelement und Verfahren zur Herstellung eines oberflächenmontierbaren optoelektronischen Bauelements
DE102010046122A1 (de) * 2010-09-21 2012-03-22 Osram Opto Semiconductors Gmbh Elektronisches Bauelement
US20120261703A1 (en) * 2011-03-21 2012-10-18 Zimmerman Scott M Self-cooling solid-state emitters

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070158661A1 (en) * 2006-01-12 2007-07-12 Rutgers, The State University Of New Jersey ZnO nanostructure-based light emitting device
DE102008012407A1 (de) * 2008-01-31 2009-08-06 Osram Opto Semiconductors Gmbh Strahlungsemittierende Vorrichtung
WO2011033406A2 (en) * 2009-09-17 2011-03-24 Koninklijke Philips Electronics N.V. Molded lens incorporating a window element
WO2011085889A1 (de) * 2009-12-21 2011-07-21 Osram Opto Semiconductors Gmbh Strahlungsemittierendes halbleiterbauelement
WO2011097137A1 (en) * 2010-02-04 2011-08-11 Nitto Denko Corporation Light emissive ceramic laminate and method of making same

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
I. SCHNITZER ET AL., APPL. PHYS. LETT., vol. 63, no. 16, 18 October 1993 (1993-10-18), pages 2174 - 2176
R. GORDON ET AL.: "A Kinetic Model for Step Coverage by Atomic Layer Deoposition in Narrow Holes or Trenches", CHEM. VAP. DEPOSITION, vol. 9, no. 2, 2003, pages 73

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020088988A1 (de) * 2018-10-29 2020-05-07 Osram Opto Semiconductors Gmbh Verfahren zur herstellung eines leuchtdiodenchips mit einer konverterschicht und leuchtdiodenchip
WO2021028233A1 (de) * 2019-08-12 2021-02-18 Osram Opto Semiconductors Gmbh Halbleiterbauelement und dessen herstellungsverfahren
US12453227B2 (en) 2019-08-12 2025-10-21 Osram Opto Semiconductors Gmbh Semiconductor component and method for producing the same

Also Published As

Publication number Publication date
US20140225149A1 (en) 2014-08-14
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DE102011114641A1 (de) 2013-04-04

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