WO2014032938A1 - Optoelektronisches halbleiterbauelement und verfahren zur herstellung eines optoelektronischen halbleiterbauelements - Google Patents

Optoelektronisches halbleiterbauelement und verfahren zur herstellung eines optoelektronischen halbleiterbauelements Download PDF

Info

Publication number
WO2014032938A1
WO2014032938A1 PCT/EP2013/066726 EP2013066726W WO2014032938A1 WO 2014032938 A1 WO2014032938 A1 WO 2014032938A1 EP 2013066726 W EP2013066726 W EP 2013066726W WO 2014032938 A1 WO2014032938 A1 WO 2014032938A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
layer
semiconductor
ceramic
semiconductor layer
carrier
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2013/066726
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jürgen Moosburger
Andreas PLÖSSL
Britta GÖÖTZ
Matthias Sabathil
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ams Osram International GmbH
Original Assignee
Osram Opto Semiconductors GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Osram Opto Semiconductors GmbH filed Critical Osram Opto Semiconductors GmbH
Publication of WO2014032938A1 publication Critical patent/WO2014032938A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10W90/00—Package configurations
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F77/00—Constructional details of devices covered by this subclass
    • H10F77/30—Coatings
    • H10F77/306—Coatings for devices having potential barriers
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F77/00—Constructional details of devices covered by this subclass
    • H10F77/30—Coatings
    • H10F77/306—Coatings for devices having potential barriers
    • H10F77/311—Coatings for devices having potential barriers for photovoltaic cells
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F77/00—Constructional details of devices covered by this subclass
    • H10F77/50—Encapsulations or containers
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/80—Constructional details
    • H10H20/84—Coatings, e.g. passivation layers or antireflective coatings
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/01—Manufacture or treatment
    • H10H20/034—Manufacture or treatment of coatings
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/80—Constructional details
    • H10H20/81—Bodies
    • H10H20/819—Bodies characterised by their shape, e.g. curved or truncated substrates
    • H10H20/82—Roughened surfaces, e.g. at the interface between epitaxial layers
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/80—Constructional details
    • H10H20/83—Electrodes
    • H10H20/831—Electrodes characterised by their shape
    • H10H20/8312—Electrodes characterised by their shape extending at least partially through the bodies
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/80—Constructional details
    • H10H20/85—Packages
    • H10H20/852—Encapsulations
    • H10H20/854—Encapsulations characterised by their material, e.g. epoxy or silicone resins

Definitions

  • Light-emitting diode chips used, for example, in light-emitting diodes (LEDs) must protect against
  • Environmental influences are coated with a protective layer or encapsulated with a housing.
  • a material for a protective layer are typically transparent as possible dielectric materials
  • Protective layer encapsulation of known light-emitting diode chips which are provided for emission in the blue spectral range and in particular have a nitride compound semiconductor material, in particular those which have a
  • Silver mirror layer for example, on the p-side, but is the possible process temperature
  • At least one object of certain embodiments is to provide an optoelectronic semiconductor device. At least one more task of certain
  • Embodiments is to provide a method for producing an optoelectronic semiconductor device.
  • Optoelectronic semiconductor layer sequence with an active layer which is suitable to emit or receive light in operation.
  • on at least one surface region of the semiconductor layer sequence is a
  • Aerosol deposition applied ceramic material is formed.
  • the ceramic layer can the
  • Aerosolabscheidevons is applied.
  • a powdery ceramic material may be provided, which by means of
  • Aerosolabscheidevons to form the ceramic layer is applied to the at least one surface area.
  • the semiconductor layer sequence is preferably based on a III-V compound semiconductor material.
  • the semiconductor material is preferably a nitride compound semiconductor material such as Al x In ] __ x _yGayN or else a phosphide compound semiconductor material such as Al x In ] __ x _yGayP or an arsenide compound semiconductor material such as Al x In ] _ x _yGayAs , where in each case O ⁇ x ⁇ l, O ⁇ y ⁇ l and x + y ⁇ 1 applies.
  • the semiconductor layer sequence is preferably based on a III-V compound semiconductor material.
  • the semiconductor material is preferably a nitride compound semiconductor material such as Al x In ] __ x _yGayN or else a phosphide compound semiconductor material such as Al x In ] __ x _yGayP or an arsenide compound semiconductor material
  • Semiconductor layer sequence that is, Al, As, Ga, In, N or P, indicated, although these may be partially replaced by small amounts of other substances and / or supplemented.
  • the semiconductor layer sequence comprises at least one active layer adapted to generate or receive light in an ultraviolet to infrared wavelength range.
  • the active layer includes
  • At least one pn junction or, preferably, one or more quantum well structures For example, at least one pn junction or, preferably, one or more quantum well structures.
  • the light generated by the active layer during operation or intended for reception lies in particular in a visible spectral range.
  • the optoelectronic semiconductor layer sequence can be
  • LED light emitting diode
  • Semiconductor laser be designed as a vertically emitting semiconductor laser (VCSEL), as a laser array, as a laser bar or as a plurality or combination thereof or at least one or more of said elements.
  • VCSEL vertically emitting semiconductor laser
  • Semiconductor layer sequence in operation received light and to be formed as a photodiode, as a solar cell, as a solar cell panel, as a phototransistor or as a plurality or combination thereof, or one or more of said
  • the surface area, which is covered with the ceramic layer preferably hermetically sealed or at least sealed almost hermetically sealed and
  • the ceramic layer can not or only to a very small extent penetrate.
  • the ceramic layer can not or only to a very small extent penetrate.
  • Ceramic layer form a hermetically sealed ceramic layer on the surface region, which can protect the surface region of the optoelectronic semiconductor device from the aforementioned harmful substances such that they do not penetrate from the ambient atmosphere over the surface region in the semiconductor device and the semiconductor device in its functionality and / or composition
  • the ceramic layer may furthermore, in particular at least partially or entirely, be a layer lying on top, that is, at least partially an outer layer of the
  • the ceramic layer is a completely outer layer, it can also be called an outer layer.
  • An at least partially or completely external layer may also be referred to as a finishing layer and forms, at least in the areas in which it is formed as an outer layer, that layer which is finished
  • Semiconductor device directly or, for example in a built-in condition in a package may be in contact with gases and moisture of the ambient atmosphere via non-hermetically sealed potting. Between the
  • Semiconductor layer sequence and the ceramic layer may be further layers, for example, for semiconductor devices usual Passivi fürstiken arranged. It may also be possible for a further layer, for example a passivation layer, to be applied at least partially or entirely to the ceramic layer. This can be applied by means of a gas-phase process, for example, in particular by means of atomic layer deposition (ALD). By combining the applied by ADM ceramic layer with one applied by ALD
  • Passivation layer can be an excellent
  • the ceramic layer applied by means of aerosol deposition can be compared with other methods such as chemical vapor deposition (CVD), sputtering or
  • Vapor deposited layers have increased mechanical strength and thus, for example, provide increased protection against mechanical effects such as scratches.
  • the ceramic layer is formed by an electrically insulating ceramic material, so that the ceramic layer in the form of particles of a
  • electrically insulating powdery ceramic material is applied by means of aerosol deposition.
  • a ceramic material or a ceramic material is in particular an oxide-containing and / or a nitride-containing Material to understand, especially in powder form
  • inorganic glasses are of the
  • Ceramic material or "ceramic material”.
  • a powdered ceramic material is to be understood in particular as a powder of a material with which a ceramic element can be produced and which can also be referred to as a ceramic powder.
  • the ceramic material comprises one or more of the following materials: silicon carbide, oxides, nitrides and oxynitrides with silicon, aluminum, zirconium, titanium or
  • Alumina, zirconia, titania, aluminum nitride and / or silicon nitride are choices of material.
  • Material combination can be a ceramic material
  • Aerosol deposition method a powder of the ceramic material, so a powdered ceramic material or a ceramic powder provided.
  • the size of the particles of powder may be from sub-micron to several microns in the powdered ceramic material provided.
  • the particles of the powder have a size of greater than or equal to 10 nm, particularly preferably greater than or equal to 100 nm or a few hundred nanometers, or even greater than or equal to 1 ⁇ up to several micrometers, preferably less than or equal to 2 ⁇ on.
  • a particularly preferred area for the In particular, particle size may be greater than or equal to 100 nm and less than or equal to 1 ⁇ m.
  • the ceramic material can be provided in a powder chamber, which can also be referred to as an aerosol chamber and which has a gas supply line and a
  • Gas drainage features By means of the gas supply line, a gas, preferably an inert gas, can be conducted into the powder chamber.
  • the gas may be, for example, helium, nitrogen,
  • Oxygen, argon, air or a mixture of these contain or be.
  • the Aerosolabscheide Kunststoff in the coating chamber at a temperature of less than or equal to 450 ° C, preferably at less than or equal to 300 ° C and particularly preferably at room temperature, ie at a temperature of about 300 K, are performed.
  • the aerosol with the particles of the powder mixture emerges in the coating chamber through a nozzle and is irradiated by the nozzle onto the surface to be coated
  • Powder chamber and the coating chamber can be any suitable powder chamber and the coating chamber.
  • one or more filters and / or a classifier for setting suitable particle sizes may be arranged.
  • Coating chamber through a nozzle and is jet-like through the nozzle on an element to be coated, ie in particular, for example, on the semiconductor layer sequence, directed.
  • the jet with the aerosol can hit the surface to be coated at certain points.
  • the jet can also be widened with the aerosol, in particular fanned out linearly, for example, onto the surface area to be coated.
  • Aerosol acts as an accelerating gas, since the particles contained in it are to be coated via the gas flow
  • the gas flow and the nozzle geometry are set up so that the particles can be applied at a speed of greater than or equal to 100 m / s and less than or equal to 500 m / s.
  • the nozzle is moved relative to the surface area to be coated over the surface area in order to enable large-area application of the particles of the powdery ceramic material. This process can also be referred to as "scanning". By such a method, deposition rates of several micrometers per minute can be achieved at least locally.
  • the ceramic layer has a thickness of more than 1 ⁇ , preferably greater than or equal to 5 ⁇ or greater than or equal to 10 ⁇ or greater than or equal to several tens of microns such as greater than or equal to 20 ⁇ or greater than or equal to 30 ⁇ or also greater than or equal to 50 ⁇ on.
  • the ceramic layer may have a thickness of preferably less than or equal to 200 ⁇ m or even preferably less than or equal to 100 ⁇ m. In particular, a thickness of a few tens of micrometers, that is in the range from about 20 ⁇ m to about 100 ⁇ m, may be particularly advantageous.
  • the ceramic layer is transparent.
  • a transparent ceramic layer for example, advantageous for the encapsulation of Surface areas, is decoupled by the light. But it is also possible, on surface areas over which no light is coupled, a transparent
  • a ceramic material that is at least partially reflective, so that the
  • Surface areas that are provided for light extraction can be increased.
  • Surface areas that are not provided for light extraction for example, at least areas of a mounting surface, with which the
  • Semiconductor layer sequence can be arranged on a support, and / or be of side surfaces of the semiconductor layer sequence.
  • the semiconductor layer sequence may be formed as a so-called flip-chip, in which the in the
  • Semiconductor layer sequence generated light through a substrate, in particular a growth substrate, is emitted and can be mounted with a side facing away from the substrate as a mounting surface on a support.
  • the mounting surface and / or side surfaces of the semiconductor layer sequence may, in this case, be provided with a non-transparent and preferably reflective one before mounting on the carrier
  • the ceramic layer can be used as highly dense as possible, and in preferred embodiments transparent protective layer as a final encapsulation of the at least one surface region of the Semiconductor layer sequence can be achieved.
  • transparent protective layer as a final encapsulation of the at least one surface region of the Semiconductor layer sequence can be achieved.
  • Vapor phase deposition processes do not require sensitive molecular precursors to produce layers.
  • the ceramic layer preferably has a negligible porosity, as a result of which the ceramic layer has a high porosity
  • Ceramic layer can be achieved in particular in the case of a preferred low or negligible porosity for light negligible or only insignificant absorption and thus high transparency, so that through the
  • Ceramic layer passing light is only slightly or not at all influenced by scattering.
  • Vapor phase deposition methods are usually limited to the application of silicon dioxide, can be used as powdered ceramic materials and thus as a material for the
  • the ceramic material thus preferably forms a high-density ceramic layer, which in the preferred embodiment may also be as optically inert as possible or may even further promote the coupling-out or coupling of light through a suitable refractive index.
  • Contour of the substrate to be coated follows as well as possible and thus form a so-called conformal layer.
  • conformal deposition of the ceramic material is a requirement for hermetic encapsulation.
  • Vertical steps of the substrate to be coated can be applied to a directed
  • Coating methods such as aerosol deposition, in which the aerosol jet from the nozzle usually impinges perpendicular to the surface to be coated, easily
  • Aerosol beam at different angles are directed to the surface to be coated.
  • Aerosol beam at different angles are directed to the surface to be coated.
  • Angle range even reach up to a spraying tangential to the main direction of extension of the surface to be coated.
  • the coating can occur under all or at least a very wide range of all occurring local surface normals.
  • the aerosol with the powdery ceramic material in a highly fanned particle beam on the surface to be coated is crucial for a sufficient layer growth, this can be achieved by a very uniform layer thickness.
  • the aerosol with the powdery ceramic material in a highly fanned particle beam on the surface to be coated is crucial for a sufficient layer growth, this can be achieved by a very uniform layer thickness.
  • a less divergent aerosol beam may be used, with the angle between the beam and the surface being varied.
  • a variation of the angle can be achieved, for example, by a movement of the jet and thus of the nozzle and / or by a movement of the surface to be coated and thus of the object to be coated.
  • Main plane of extension of the surface to be coated which forms the axis of rotation of the rotation described above, is inclined. In this case, too, with a little divergent or even substantially parallel
  • Aerosol beam conformal deposition of the ceramic material can be achieved.
  • rotating surface rotates on a hemisphere.
  • a gyroscope of rotation and precession may be used.
  • Topography allow a qezielte control, so that the aerosol beam as possible parallel to all local
  • Coating can, if the knowledge of the surface structure is used selectively, the coating time without
  • the aerosol separation method has the advantage of being relatively low
  • Room temperature can be performed. The way
  • the ceramic layer produced preferably has a crystalline or at least polycrystalline structure.
  • the ceramic layer can have a high layer quality, while Conventional, conventional in semiconductor technology for film production, in particular for the production of protective layers, typically do not offer the possibility at moderate temperatures, ie temperatures in the range of room temperature, a protective layer in reliable
  • the at least one surface area covered by the ceramic layer one or more top, bottom and / or
  • Semiconductor layer sequence extend at least over a side surface of the active layer.
  • Semiconductor layer sequence is formed, which preferably also comprises a side surface of the active layer.
  • side surfaces are here and in the following surfaces of the
  • Semiconductor device such as a carrier, which is not parallel and, for example, perpendicular to the main extension plane of the semiconductor layers of
  • Ceramic layer on at least one side surface of the active layer and in particular the semiconductor layer sequence can be prevented, for example, by
  • Environmental influences such as moisture creepage currents along form the side surface that could lead to a short circuit of the active layer.
  • the surface region on which the ceramic layer is applied is formed by at least part of a light coupling surface of the semiconductor layer sequence.
  • a light coupling surface is here and below the surface, the surface area or the plurality of surfaces or surface areas
  • a side can be designated as the upper side, which is arranged lying opposite a lower side, preferably designed as a mounting side, in the direction of growth of the semiconductor layer sequence.
  • a side can be designated as the upper side, which is arranged lying opposite a lower side, preferably designed as a mounting side, in the direction of growth of the semiconductor layer sequence.
  • the semiconductor device is possible in which the
  • the light coupling surface may further comprise a light coupling structure which, depending on the design of the optoelectronic semiconductor component, the light extraction from the
  • Semiconductor layer sequence or the light coupling in the semiconductor layer sequence can promote and, for example, regular or irregular elevations and depressions, such as prisms, arranged side by side
  • the ceramic layer on the light coupling surface may be formed such that it follows the light coupling structure. In other words, the ceramic layer may have a smaller thickness than a height,
  • the light coupling structure in particular a medium height, the light coupling structure, so that the light coupling structure through the
  • Ceramic layer is not planarized.
  • the carrier may be, for example, a growth substrate
  • the semiconductor layer sequence by means of an epitaxial process, for example organometallic
  • MOVPE Gas phase epitaxy
  • MBE molecular beam epitaxy
  • Growth substrate may be an electrically insulating material or a semiconductor material, for example an above
  • the growth substrate may include or be made of sapphire, GaAs, GaP, GaN, InP, SiC, Si and / or Ge.
  • the growth process can in particular in the wafer composite
  • a growth substrate in the form of a wafer is provided, onto which the optoelectronic semiconductor layer sequence is grown over a large area.
  • the grown optoelectronic semiconductor layer sequence can in a further process step into individual
  • the semiconductor layer sequence can preferably be transferred to a carrier substrate before being singulated.
  • the optoelectronic semiconductor component may have the carrier substrate as a carrier.
  • the carrier substrate may, for example, by one of the above for
  • the carrier substrate is formed, for example, by a metal-containing foil or a metal-containing plate, for example a metal foil or a metal plate.
  • the growth substrate can be thinned after transfer, so at least partially or completely removed.
  • the carrier substrate is then singulated together with the semiconductor layer sequence, for example for the formation of light-emitting or light-receiving semiconductor components.
  • Carrier substrate for example, on a the
  • the one or more mirror layers may comprise or be a metal, particularly preferably silver. Furthermore, as
  • Mirror layer also combinations of layers with one or more transparent conductive oxides and with one or more mirror metals or with one or more transparent dielectric materials and with one or more mirror metals possible.
  • Semiconductor devices that are formed as semiconductor chips and instead of the growth substrate a
  • Carrier substrate may also be referred to as so-called
  • Thin-film semiconductor chips are called, in the case of light emitting thin-film semiconductor chip as a thin-film LED chips.
  • Semiconductor layer sequence is a reflective layer, in particular a mirror layer, applied or
  • the semiconductor layer sequence has a thickness in the range of 20 ⁇ or less, in particular in the range of 4 ⁇ and 10 ⁇ on;
  • the semiconductor layer sequence contains at least one
  • Has blending structure which ideally to an approximately ergodic distribution of light in the
  • Semiconductor layer sequence leads, i. H. it has as ergodically stochastic scattering behavior as possible.
  • a thin-film LED chip is in good approximation
  • the basic principle of a thin-film light-emitting diode chip is, for example, in
  • electrical contact regions for example in the form of one or more electrical contact layers and / or one or more plated-through holes, may be present on or in the semiconductor layer sequence, by means of which the optoelectronic semiconductor component and In particular, the active layer can be contacted electrically.
  • An electrical contact layer may be in particular electrically contactable in a region which may be arranged on the semiconductor layer sequence or on a carrier of the semiconductor layer sequence. In other words, the electrical contact layer in this case, a
  • the carrier can be formed by a carrier body.
  • a carrier body is here and below a
  • a semiconductor layer sequence which in turn may have a growth substrate or a carrier substrate, can be mounted on a mounting surface. Furthermore, it is also possible to use a semiconductor layer sequence in the form of a substrateless optoelectronic
  • the carrier body forms, for example, a part of a housing or a so-called package which is suitable for mounting one or more as optoelectronic Semiconductor chips trained
  • Optoelectronic semiconductor layer sequences is provided.
  • the carrier body may, for example, by a printed circuit board, a ceramic plate, a ceramic housing, a
  • Plastic plate, a plastic housing or a combination thereof are formed.
  • the carrier body may in particular conductor tracks and electrical connection areas for
  • Wire connection such as a bonding wire and / or via a metal film connection can be achieved. According to a further embodiment of the
  • Ceramic layer covered surface area formed by all after the arrangement on a support exposed surfaces of the semiconductor layer sequences.
  • exposed surfaces are here and below referred to such surfaces and surface areas, which after completion of the optoelectronic
  • Semiconductor device may have contact with the environment in the form that, for example, atomic or molecular substances from the environment, such as oxygen and moisture, can reach the surface. Therefore, a can also
  • Non-hermetically sealed layer such as an oxygen and / or water-permeable plastic layer or deposited by means of vapor deposition dielectric layer, in the present case fall under the term exposed.
  • Semiconductor layer sequence is applied to a support, the at least one surface area, which of the
  • Ceramic layer is covered, all exposed surfaces of the semiconductor layer sequence, ie in particular all
  • the semiconductor layer sequence is surrounded on all sides except for the surface facing the carrier of the ceramic layer, so that an effective encapsulation of the
  • the carrier is formed by a growth substrate, so all after growing and
  • Semiconductor layer sequence are covered with the ceramic layer by means of aerosol deposition.
  • the carrier is formed by a carrier substrate, all after the bonding of the semiconductor layer sequence from the growth substrate to the carrier substrate, the partial or total
  • Aerosol deposition are covered.
  • the carrier is formed by a carrier body, the one
  • Semiconductor layer sequence can be applied.
  • Surface area except for the contact layer or a part of the contact layer, may have all surfaces of the semiconductor layer sequence which are exposed on a carrier after the arrangement. This can be a complete encapsulation of
  • Semiconductor layer sequence can be achieved by the ceramic layer with a simultaneous contactability of the semiconductor layer sequence. According to another embodiment, the
  • Ceramic material of the ceramic layer can form a coherent encapsulation of the carrier and the semiconductor layer sequence.
  • the carrier
  • Semiconductor layer sequence while juxtaposed denotes a direction perpendicular thereto.
  • an arrangement above one another can also mean an arrangement along the growth direction of the semiconductor layer sequence.
  • the two mutually insulated electrically conductive layers of the carrier for example, for electrical contacting of the
  • one of the at least two electrically conductive layers as an electrical connection for the
  • Semiconductor layer sequence serve, while the other of the at least two electrically conductive layers as a further electrical connection or as for example
  • potential-free heat sink is used. Is particularly advantageous it is when the ceramic layer on the surface area of the support in this case over one or more
  • Optoelectronic semiconductor device on a plurality of semiconductor layer sequences, which are arranged side by side on the support, wherein the ceramic material as
  • Ceramic layer is applied to at least a surface region of each of the semiconductor layer sequences.
  • the ceramic layer may be contiguous over the plurality of semiconductor layer sequences as well as over
  • Semiconductor layer sequences can form.
  • the carrier is formed by a carrier body on which the
  • substrateless optoelectronic semiconductor chips is applied.
  • Such an optoelectronic semiconductor component with one or more substrateless optoelectronic semiconductor chips is, for example, in the document
  • the carrier body by a ceramic carrier with conductor tracks for electrical
  • Ceramic carrier a ceramic housing can be produced, which completes the semiconductor layer sequence
  • the chip encapsulation can also be used to define the semiconductor component, in particular the package, by means of the aerosol deposition of the high-density ceramic layer in one process step.
  • the semiconductor layer sequence can be formed on the carrier by means of a thick ceramic layer, which is preferably greater than a thickness of the semiconductor layer sequence on the carrier, wherein subsequently the ceramic layer is reduced over the light coupling surface of the semiconductor layer to a desired defined thickness.
  • a thick ceramic layer which is preferably greater than a thickness of the semiconductor layer sequence on the carrier, wherein subsequently the ceramic layer is reduced over the light coupling surface of the semiconductor layer to a desired defined thickness.
  • This can be done, for example, by grinding, for example by chemical-mechanical polishing (CMP).
  • CMP chemical-mechanical polishing
  • Semiconductor chip formed semiconductor layer sequence on a carrier body are combined.
  • the semiconductor layer sequence can form a substrateless optoelectronic semiconductor chip and applied to a mounting surface of the carrier body. At least the semiconductor layer sequence as well as at least part of the mounting surface can be covered with a coherent ceramic layer by means of aerosol deposition, wherein the ceramic layer has a thickness that is greater than a thickness of the semiconductor layer sequence.
  • Ceramic layer can then be thinned over a light coupling surface of the semiconductor layer sequence.
  • a forming and subsequent thinning of the ceramic layer can also in the case of a structured
  • Figures 1A and 1B a method for producing a
  • Figure 2 is a schematic representation of a
  • FIGS 3 to 7 are schematic representations of
  • identical, identical or identically acting elements can each be provided with the same reference numerals.
  • the illustrated elements and their proportions with each other are not to be regarded as true to scale, but individual elements, such as layers, components, components and areas, for better presentation and / or better understanding may be exaggerated.
  • Embodiments are not based on light-emitting semiconductor layer sequences and light-emitting
  • FIGS. 1A and 1B show an exemplary embodiment of a method for producing an optoelectronic
  • a semiconductor layer sequence 1 is provided which has an active layer 2.
  • the individual layers of the semiconductor layer sequence 1 in addition to the active layer 2, for example n- and p-doped
  • Semiconductor device 101 in the active layer 2 generated light is emitted via a formed as a light output surface light coupling surface 8, which in the shown
  • Embodiment is formed by the carrier 3 opposite the top of the semiconductor layer sequence.
  • the semiconductor layer sequence 1 which has a compound semiconductor material described above in the general part, particularly preferably a nitride compound semiconductor material, is produced by epitaxial growth on a growth substrate 31 formed as a carrier 3.
  • Semiconductor layer sequence 1 on the carrier 3 can for this purpose in the form of a semiconductor chip, as shown in Figure 1,
  • the method described below is performed at the chip level.
  • the method can also be performed at the wafer level.
  • the wafer composite is provided, in which the semiconductor layer sequence 1 is grown over a large area on a carrier 3 formed by a growth substrate wafer and optionally
  • the semiconductor layer sequence 1 can be, for example
  • Top of the semiconductor layer sequence 1 is formed, which are applied by vapor deposition method such as CVD and can form the surfaces of the semiconductor layer sequence 1.
  • the semiconductor layer sequence 1 furthermore has at least one electrical contact layer 4, which, as shown in FIG. 1A, can be arranged, for example, on the side of the semiconductor layer sequence 1 facing away from the carrier 3 and forms, for example, a bond pad.
  • further electrical contact layers or electrical connection elements may be present on the semiconductor layer sequence 1 or on the carrier 3 in order to be able to contact the semiconductor layer sequence 1 and in particular the active layer 2 for later operation of the optoelectronic semiconductor component 101.
  • FIG. 1B shows a further method step, in which at least one surface region 10 of the
  • Semiconductor layer sequence 1 is covered by means of aerosol deposition with a ceramic layer 5 by applying a powdery ceramic material.
  • a ceramic layer 5 by applying a powdery ceramic material.
  • the ceramic layer 5 is preferably formed transparent in the embodiment shown.
  • Semiconductor layer sequence 1 arranged in a coating chamber in which an aerosol is sprayed by means of a nozzle.
  • the aerosol contains particles of the powdery
  • the ceramic layer 5 grain sizes in the range of greater than or equal to 10 nm and less than or equal to 2 ⁇ .
  • the gas into the aerosol chamber which may be, for example, helium, nitrogen or air, the particles of powdered ceramic material in the gas and can be supplied to the coating chamber as an aerosol.
  • the aerosol chamber which may be, for example, helium, nitrogen or air
  • filters may still be present between the aerosol chamber and the coating chamber.
  • Aerosolabscheideclar at a temperature of less than or equal to 450 ° C, preferably at less than or equal to 300 ° C and more preferably at room temperature, that is about 300 K performed.
  • a material is supplied as a powdery ceramic material, with a
  • transparent and electrically insulating ceramic layer 5 can be formed.
  • a Alumina powder are provided, causing the
  • Ceramic layer 5 can be made of aluminum oxide. Compared to the usually means
  • Vapor deposition deposited silica, alumina has a higher refractive index, which provides improved light extraction from the
  • Aerosol deposition can be generated, the
  • the ceramic layer 5 has a thickness of more than 1 ⁇ , preferably greater than or equal to 5 ⁇ or greater than or equal to 10 ⁇ and less than or equal to 200 ⁇ or less than or equal to 100 ⁇ .
  • the ceramic layer 5 has a thickness of more than 1 ⁇ , preferably greater than or equal to 5 ⁇ or greater than or equal to 10 ⁇ and less than or equal to 200 ⁇ or less than or equal to 100 ⁇ .
  • Ceramic layer have a thickness of some 10 ⁇ .
  • the ceramic layer 5 forms an outer layer of the optoelectronic semiconductor component 101, that is to say a layer which can come into contact with the ambient atmosphere.
  • the ceramic layer 5 shown here and in the following embodiments has the advantage that it has a high density compared to conventional protective layers, for example by means of vapor deposited dielectric layers, which are applied at a temperature of less than or equal to 300 ° C. As a result, the ceramic layer 5 compared to
  • the surface region 10 on which the ceramic layer 5 is applied comprises both side surfaces of the semiconductor layer sequence 1 and in particular the active layer 2 and also the light coupling surface 8 of the semiconductor layer sequence 1, which faces away from the carrier 3 from the upper side of the semiconductor layer sequence 1 is formed.
  • Semiconductor layer sequence 1 are covered with the ceramic layer 5. This may be the case, for example, if the optoelectronic semiconductor component is designed as a so-called flip chip, in which case the carrier 3 is formed on the carrier 3
  • Coating method is, in which the beam with the powdery ceramic material should impinge on the surface to be coated as perpendicular as possible, shadings can easily occur at levels, resulting in a lower
  • the ceramic layer 5 is therefore in a process
  • Layer thickness measured on the locally to be determined each surface normal, can be applied.
  • the beam can even be guided almost tangentially to the main extension plane of the layers of the semiconductor layer sequence 1.
  • Such application of the ceramic material can be achieved, for example, by continuously tilting the spray nozzle into the various angles or by holding the object to be coated at different angles in the deposition jet.
  • the object to be coated can rotate on a rotating one
  • the object to be coated can also be operated as a gyroscope with precession.
  • the object to be coated in the case of a narrower beam, which has to be finely rastered, can also be deliberately inclined in the same way as the part surface to be coated requires it.
  • This type of control makes it possible to apply the ceramic layer 5 particularly economically, since the proportion of the powder which strikes the surface at unfavorable angles and does not contribute to layer growth is kept small. For this purpose, it may be helpful, the surface to be coated by lateral displacement always in one
  • Light decoupling are provided, for example
  • the ceramic layer 5 may preferably also have a non-transparent ceramic material, particularly preferably a reflective ceramic material, whereby incident on the ceramic layer 5 in the active layer 2 generated light in the semiconductor layer sequence 1 back and preferably can be reflected toward a light outcoupling side.
  • the illustrated electrical contact layer 4 may be applied after the production of the ceramic layer 5.
  • the regions in which the electrical contact layer 4 is to be applied are freed from the ceramic layer 5 after the ceramic layer 5 has been produced.
  • Wax substrate wafer is applied after the
  • Figure 2 is an embodiment of a
  • Carrier substrate 32 was transposed. The growth substrate has been removed, so that the semiconductor layer sequence 1 is formed to form a light output surface
  • the light coupling surface 8 was exposed.
  • the light coupling surface 8 has a light coupling structure 80, in particular a
  • the carrier 3 is electrically conductive and is formed, for example, by a semiconductive substrate,
  • the carrier can also be formed from an electrically conductive composite material, for example an electrically conductive ceramic such as Al-SiC.
  • through-connections 6 are provided in the semiconductor layer sequence 1, which extend in the semiconductor layer sequence 1 from the carrier 3 to the side of the active layer 2 facing away from the carrier 3. Furthermore, an electrical contact layer 4 for contacting the carrier 3 side facing the active layer 2 is provided. Between the electric
  • an electrically insulating layer 7 is provided in the form of a dielectric layer. Furthermore, can
  • a mirror layer on the electrical circuit For example, a mirror layer on the electrical circuit
  • Contact layer 4 may be provided or the contact layer 4 may be formed reflective.
  • the optoelectronic semiconductor component 102 is designed in particular as a so-called thin-film LED chip.
  • the electrically conductive carrier 3 shown it can also be made of an electrically insulating material, for example a glass, plastic or ceramic material, and have one or more plated-through holes, by means of which an electrical contacting of the rear side of the carrier 3 facing away from the semiconductor layer sequence 1 to the semiconductor layer sequence 1 through the carrier 3 is possible therethrough.
  • the vias may also be referred to as "vias" or "contact plugs".
  • the support may comprise aluminum oxide, aluminum nitride or silicon nitride, and copper-containing or copper plated vias.
  • electrically conductive, for example, semiconducting, carrier 3 may be present, which are electrically insulated by means of an electrically insulating sheath against the carrier 3.
  • the carrier may comprise silicon with poly-silicon vias that are electrically isolated by silicon dioxide.
  • the vias it may also be possible in particular on the
  • the semiconductor layer sequence 10 as well as the carrier 3 have surface areas 10, 30, on which a
  • Ceramic layer 5 is applied by means of aerosol deposition.
  • the surface region 10 comprises all exposed surfaces of the semiconductor layer sequence 2, ie the
  • the ceramic layer 5 extends continuously from the semiconductor layer sequence 1 on the carrier 3, wherein the surface region 30 of the carrier 3, which with the
  • Semiconductor layer sequence 1 facing mounting surface comprises. A connection region in which the electrical contact layer 4 for the electrical connection of the optoelectronic
  • Semiconductor device 102 is accessible, is of the
  • the ceramic layer 5 kept free. On the light coupling surface 8, the ceramic layer 5 has a thickness which is smaller than the height of the light coupling structure 80, so that the
  • Ceramic layer 5 follows the structure of the light coupling structure 80 and this is not planarized, whereby the light
  • the ceramic layer 5 as
  • the semiconductor layer sequence 1 can be transferred to a carrier wafer, for example in a wafer process. Before or after the transfer is the
  • Ceramic layer 5 are applied to the carrier wafer and the patterned semiconductor layer sequence 1. After that, a singulation into individual optoelectronic
  • Semiconductor devices 102 take place.
  • FIG. 3 shows a further exemplary embodiment of an optoelectronic semiconductor component 103 in which, in comparison to the optoelectronic semiconductor component 102 of Figure 2, the ceramic layer 5 on a
  • Surface region 30 of the carrier is located, which also includes a side surface of the carrier 3. It can thereby be achieved that the ceramic layer 5 via
  • FIG. 4 shows a further exemplary embodiment which, in comparison to the exemplary embodiments of FIGS. 2 and 3, has a carrier in the form of a metal layer designed as a carrier substrate 32, which is potential-free, ie
  • insulating layer 7 made of a dielectric material.
  • the semiconductor layer sequence 1 is mounted on the carrier 3 by means of a solder layer 11.
  • a barrier layer which can be made of TiWN, for example, is arranged above the solder layer 11.
  • Embodiment is a ceramic layer 5 on all exposed surface areas 10 of
  • the ceramic layer 5 extends over side surfaces of the diffusion barrier layer 9, the solder layer 11 and the carrier 3, which are all electrically conductive, so that the carrier 3, which is electrically insulated from the solder layer 11 and the barrier layer 9 by the electrically insulating layer 7, For example, it can be protected against leakage currents via the side surfaces and thus kept free of potential.
  • FIG. 5 shows a further exemplary embodiment of an optoelectronic semiconductor component 105, in which a semiconductor layer sequence 1, which may, for example, also comprise a growth substrate or a carrier substrate, is mounted on a carrier body 33 that supports a carrier 3 for the carrier
  • Semiconductor layer sequence 1 forms, is applied.
  • the electrical connection of the semiconductor layer sequence 1 takes place via conductor tracks 13, which are insulated from one another by an electrically insulating layer.
  • conductor tracks 13 which are insulated from one another by an electrically insulating layer.
  • Optoelectronic semiconductor chip which is mounted in a so-called chip-to-wafer process on the carrier body 33 formed by a ceramic carrier.
  • a ceramic layer 5 applied by means of aerosol deposition extends over surface regions 10 of FIG
  • Chip encapsulation and the definition of the package so the device in a process step by means of
  • Aerosol deposition to form the high density ceramic layer 5 Aerosol deposition to form the high density ceramic layer 5.
  • FIG. 6 shows a further exemplary embodiment of an optoelectronic semiconductor component 106 which is shown in FIG Compared to the previous embodiment of Figure 5 has a plurality of semiconductor layer sequences 1 on a support 3 formed as a carrier body 33.
  • the interconnect 13 is shown by way of example for a contacting of the semiconductor layer sequences 1, whereby further interconnects or other connection elements such as, for example, bonding wires may be present.
  • Ceramic material covered surface areas 10, 30 of the semiconductor layer sequences 1 and the carrier 3 transforms.
  • the semiconductor layer sequences 1 are provided and applied to a mounting surface of the carrier body 33.
  • Semiconductor layer sequences 1 are provided with a
  • Semiconductor layer sequences 1 is. Suitable for this purpose
  • substrateless optoelectronic semiconductor chips as semiconductor layer sequences 1, which may have a thickness of only a few micrometers.
  • semiconductor chips it is also possible to use semiconductor chips, the
  • Light coupling surfaces 8 of the semiconductor layer sequences 1 ground thin to a defined thickness, for example by means of chemical-mechanical polishing.
  • Semiconductor device 107 thus has a planar surface over which the semiconductor layer sequences 1 can emit light during operation.
  • electrical contacting of the semiconductor layer sequences 1 through the carrier 3 can take place by means of plated-through holes, as described above in connection with FIG. 2
  • side surfaces of the carrier 3 may additionally be covered with the ceramic layer 5.

Landscapes

  • Led Device Packages (AREA)

Abstract

Es wird ein optoelektronisches Halbleiterbauelement angegeben, das zumindest eine optoelektronische Halbleiterschichtenfolge (1) mit einer aktiven Schicht (2), die geeignet ist, im Betrieb Licht abzustrahlen oder zu empfangen, und auf zumindest einem Oberflächenbereich (10) der Halbleiterschichtenfolge (1) eine transparente Keramikschicht (5), die durch ein mittels Aerosolabscheidung aufgebrachtes Keramikmaterial gebildet wird und die den Oberflächenbereich verkapselt, aufweist. 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 102012108160.3, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird. Es werden ein optoelektronisches Halbleiterbauelement und ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen
Halbleiterbauelements angegeben.
Leuchtdiodenchips, die beispielsweise in Licht emittierenden Dioden (LED) verwendet werden, müssen zum Schutz vor
Umwelteinsflüssen mit einer Schutzschicht überzogen oder mit einem Gehäuse verkapselt werden.
Als Material für eine Schutzschicht werden typischerweise möglichst transparente dielektrische Materialien,
vorzugsweise Siliziumdioxid, verwendet. Im Falle einer
Schutzschicht-Kapselung von bekannten Leuchtdiodenchips, die für eine Emission im blauen Spektralbereich vorgesehen sind und die insbesondere ein Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial aufweisen, insbesondere solche, die eine
Silberspiegelschicht, beispielsweise auf der p-Seite, aufweisen, ist jedoch die mögliche Prozesstemperatur
beschränkt, da insbesondere durch das Silber als
Spiegelmaterial die zulässigen Temperaturen für weitere
Prozesse begrenzt werden. Demzufolge werden zur Herstellung von dielektrischen Schutzschichten typischerweise
Niedertemperaturabscheideverfahren, insbesondere chemische Gasphasenabscheideverfahren, bei niedrigen Temperaturen nicht oberhalb von 300 °C verwendet. Solche Temperaturen limitieren erfahrungsgemäß jedoch die Dichtigkeit der abgeschiedenen dielektrischen Schicht, beispielsweise einer Si02-Schicht .
Zur Verkapselung eines Leuchtdiodenchips in einem Gehäuse wird üblicherweise ein Verguss, insbesondere aus Silikon¬ basierten Materialien, verwendet. Silikon wird bevorzugt aufgrund seiner UV-Stabilität verwendet. Jedoch weisen
Silikone den Nachteil einer Feuchtepermeabilität auf und können daher keine ausreichende Verkapselung gegenüber
Feuchtigkeit bieten.
Die im Stand der Technik bekannten Maßnahmen zum Schutz vor Umwelteinflüssen, beispielsweise eine Si02-Schutzschicht oder ein Silikonverguss , bieten somit für sich allein wie auch in Kombination keinen hinreichenden Schutz gegen Feuchtigkeit. Daher wird im Stand der Technik versucht, für die
Chipverkapselung an mehreren Stellen des Chipaufbaus
Schutzschichten zu integrieren, deren kumulative Wirkung zu einer mehr oder weniger starken Abdichtung, insbesondere bezüglich Feuchtepenetration, führt.
Zumindest eine Aufgabe von bestimmten Ausführungsformen ist es, ein optoelektronisches Halbleiterbauelement 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 zumindest einer Ausführungsform weist ein
optoelektronisches Halbleiterbauelement eine
optoelektronische Halbleiterschichtenfolge mit einer aktiven Schicht auf, die geeignet ist, im Betrieb Licht abzustrahlen oder zu empfangen. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist auf zumindest einem Oberflächenbereich der Halbleiterschichtenfolge eine
Keramikschicht aufgebracht, die durch ein mittels
Aerosolabscheidung aufgebrachtes Keramikmaterial gebildet wird. Insbesondere kann die Keramikschicht den
Oberflächenbereich, auf dem sie aufgebracht ist, verkapseln.
Gemäß zumindest einer weiteren Ausführungsform weist ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen
Halbleiterbauelements einen Verfahrensschritt auf, bei dem ein Keramikmaterial auf zumindest einen Oberflächenbereich zur Bildung einer Keramikschicht mittels eines
Aerosolabscheideverfahrens aufgebracht wird. Insbesondere kann für das Aerosolabscheideverfahren ein pulverförmiges Keramikmaterial bereitgestellt werden, das mittels des
Aerosolabscheideverfahrens unter Bildung der Keramikschicht auf den zumindest einen Oberflächenbereich aufgebracht wird.
Die hier und im Folgenden beschriebenen Merkmale und
Ausführungsformen gelten gleichermaßen für das
Halbleiterbauelement wie auch für das Verfahren zur
Herstellung des Halbleiterbauelements. Die Halbleiterschichtenfolge basiert bevorzugt auf einem III- V-Verbindungshalbleitermaterial . Bei dem Halbleitermaterial handelt es sich bevorzugt um ein Nitrid- Verbindungshalbleitermaterial wie AlxIn]__x_yGayN oder auch um ein Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial wie AlxIn]__x_yGayP oder auch um ein Arsenid-Verbindungshalbleitermaterial wie AlxIn]__x_yGayAs, wobei jeweils O ^ x ^ l, O ^ y ^ l und x + y ^ 1 gilt. Dabei kann die Halbleiterschichtenfolge
Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen. Der Einfachheit halber sind jedoch nur die wesentlichen
Bestandteile des Kristallgitters der
Halbleiterschichtenfolge, also AI, As, Ga, In, N oder P, angegeben, auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt und/oder ergänzt sein können.
Die Halbleiterschichtenfolge umfasst zumindest eine aktive Schicht, die zur Erzeugung oder zum Empfang von Licht in einem ultravioletten bis infraroten Wellenlängenbereich eingerichtet ist. Die aktive Schicht beinhaltet
beispielsweise wenigstens einen pn-Übergang oder, bevorzugt, eine oder mehrere Quantentopfstrukturen . Das von der aktiven Schicht im Betrieb erzeugte oder zum Empfang vorgesehene Licht liegt insbesondere in einem sichtbaren Spektralbereich. Die optoelektronische Halbleiterschichtenfolge kann
beispielsweise im Betrieb Licht abstrahlen und dazu als Licht emittierende Diode (LED) , als Kanten emittierender
Halbleiterlaser, als vertikal emittierender Halbleiterlaser (VCSEL) , als Laser-Array, als Laserbarren oder als Mehrzahl oder Kombination daraus ausgebildet sein oder zumindest eines oder mehrere der genannten Elemente aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann die optoelektronische
Halbleiterschichtenfolge im Betrieb Licht empfangen und dazu als Fotodiode, als Solarzelle, als Solarzellenpanel, als Fototransistor oder als eine Mehrzahl oder Kombination dieser ausgebildet sein oder eines oder mehrere der genannten
Elemente aufweisen.
Durch die Keramikschicht wird der Oberflächenbereich, der mit der Keramikschicht bedeckt wird, bevorzugt hermetisch dicht oder zumindest nahezu hermetisch dicht versiegelt und
verkapselt. Das kann insbesondere bedeuten, dass
beispielsweise Feuchtigkeit, Sauerstoff und andere
schädigende Gase wie beispielsweise Schwefelwasserstoff die Keramikschicht nicht oder nur zu einem sehr geringen Maße durchdringen können. Besonders bevorzugt kann die
Keramikschicht eine hermetisch dichte Keramikschicht auf dem Oberflächenbereich bilden, die so den Oberflächenbereich des optoelektronischen Halbleiterbauelements vor den genannten schädigen Substanzen derart schützen kann, dass diese aus der Umgebungsatmosphäre nicht über den Oberflächenbereich in das Halbleiterbauelement eindringen und das Halbleiterbauelement in seiner Funktionsfähigkeit und/oder Zusammensetzung
beeinträchtigen oder schädigen können.
Die Keramikschicht kann weiterhin insbesondere zumindest teilweise oder gänzlich eine zu oberst liegende Schicht, also zumindest teilweise eine außen liegende Schicht, des
optoelektronischen Halbleiterbauelements bilden. Ist die Keramikschicht eine gänzlich außen liegende Schicht, kann sie auch als Außenschicht bezeichnet werden. Eine zumindest teilweise oder gänzlich außen liegende Schicht kann auch als Abschlussschicht bezeichnet werden und bildet zumindest in den Bereichen, in denen sie als Außenschicht ausgebildet ist, diejenige Schicht, die im fertig gestellten
Halbleiterbauelement unmittelbar oder, beispielsweise in einem eingebauten Zustand in einem Package, über einen nicht hermetisch dichten Verguss mit Gasen und Feuchtigkeit der Umgebungsatmosphäre in Kontakt sein kann. Zwischen der
Halbleiterschichtenfolge und der Keramikschicht können weitere Schichten, beispielsweise für Halbleiterbauelemente übliche Passivierungsschichten, angeordnet sein. Es kann auch möglich sein, dass zumindest teilweise oder gänzlich auf der Keramikschicht eine weitere Schicht, beispielsweise eine Passivierungsschicht , aufgebracht ist. Diese kann mittels eines Gasphasen-Verfahrens, beispielsweise insbesondere mittels Atomlagenabscheidung (ALD) , aufgebracht sein. Durch die Kombination der mittels ADM aufgebrachten Keramikschicht mit einer darauf mittels ALD aufgebrachten
Passivierungsschicht kann sich eine ausgezeichnete
Dichtigkeit ergeben, die die Dichtigkeiten der jeweiligen Schichten für sich allein genommen übersteigen kann.
Weiterhin kann die mittels Aerosolabscheidung aufgebrachte Keramikschicht im Vergleich zu anderen Verfahren wie etwa chemischer Gasphasenabscheidung (CVD) , Sputtern oder
Aufdampfen aufgebrachten Schichten eine erhöhte mechanische Festigkeit aufweisen und damit beispielsweise einen erhöhten Schutz gegen mechanische Einwirkungen wie etwa Kratzer bilden .
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird die Keramikschicht durch ein elektrisch isolierendes Keramikmaterial gebildet, sodass die Keramikschicht in Form von Partikeln eines
elektrisch isolierenden pulverförmigen Keramikmaterials mittels Aerosolabscheidung aufgebracht wird.
Unter einem Keramikmaterial oder einem keramischen Material ist insbesondere ein oxidhaltiges und/oder ein nitridhaltiges Material zu verstehen, das insbesondere in Pulverform
verarbeitet wird, wobei hier und im Folgenden auch
Materialien, die nur eine Nahordnung und keine Fernordnung aufweisen, unter den Begriff „keramisches Material" fallen. Dementsprechend sind auch anorganische Gläser von der
Formulierung „keramisches Material" oder „Keramikmaterial" umfasst. Unter einem pulverförmigen Keramikmaterial ist insbesondere ein Pulver aus einem Material zu verstehen, mit dem ein keramisches Element herstellbar ist und das auch als keramisches Pulver bezeichnet werden kann.
Insbesondere weist das Keramikmaterial eines oder mehrere der folgenden Materialien auf: Siliziumkarbid, Oxide, Nitride und Oxinitride mit Silizium, Aluminium, Zirkon, Titan oder
Kombinationen daraus, vorzugsweise Siliziumdioxid,
Aluminiumoxid, Zirkonoxid, Titandioxid, Aluminiumnitrid und/oder Siliziumnitrid. Je nach Materialwahl und
Materialkombination kann das Keramikmaterial eine
transparente oder eine nicht-transparente, also
beispielsweise eine reflektierende Keramikschicht bilden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird bei dem
Aerosolabscheideverfahren (ADM: "Aerosol Deposition Method") ein Pulver des Keramikmaterials, also ein pulverförmiges Keramikmaterial bzw. ein keramisches Pulver, bereitgestellt. Die Größe der Partikel des Pulvers kann vom Sub-Mikrometer- Bereich bis zu mehreren Mikrometern im bereitgestellten pulverförmigen Keramikmaterial vorliegen. Bevorzugt weisen die Partikel des Pulvers eine Größe von größer oder gleich 10 nm, besonders bevorzugt von größer oder gleich 100 nm oder einigen hundert Nanometern, oder auch größer oder gleich 1 μιη bis zu mehreren Mikrometern, bevorzugt kleiner oder gleich 2 μιη auf. Ein besonders bevorzugter Bereich für die Partikelgröße kann insbesondere größer oder gleich 100 nm und kleiner oder gleich 1 ym sein.
Insbesondere kann das Keramikmaterial in einer Pulverkammer bereitgestellt werden, die auch als Aerosolkammer bezeichnet werden kann und die über eine Gaszuleitung und eine
Gasableitung verfügt. Mittels der Gaszuleitung kann ein Gas, bevorzugt ein inertes Gas, in die Pulverkammer geleitet werden. Das Gas kann beispielsweise Helium, Stickstoff,
Sauerstoff, Argon, Luft oder eine Mischung dieser enthalten oder daraus sein. Mittels des Gases wird ein Teil der
Partikel des Pulvergemischs im Gas über die Gasableitung in eine Beschichtungskammer geleitet, die bevorzugt einen niedrigeren Druck als die Pulverkammer aufweist. Insbesondere kann das Aerosolabscheideverfahren in der Beschichtungskammer bei einer Temperatur von kleiner oder gleich 450°C, bevorzugt bei kleiner oder gleich 300°C und besonders bevorzugt bei Raumtemperatur, also bei einer Temperatur von etwa 300 K, durchgeführt werden.
Das Aerosol mit den Partikeln des Pulvergemischs tritt in der Beschichtungskammer durch eine Düse aus und wird durch die Düse strahlartig auf die zu beschichtende Oberfläche
gerichtet, die beispielsweise zumindest teilweise durch die Halbleiterschichtenfolge gebildet wird. Zwischen der
Pulverkammer und der Beschichtungskammer können
beispielsweise noch ein oder mehrere Filter und/oder ein Klassifikator zur Einstellung geeigneter Partikelgrößen angeordnet sein. Das Aerosol mit den Partikeln des
pulverförmigen Keramikmaterials tritt in der
Beschichtungskammer durch eine Düse aus und wird durch die Düse strahlartig auf ein zu beschichtendes Element, also insbesondere beispielsweise auf die Halbleiterschichtenfolge, gerichtet. Der Strahl mit dem Aerosol kann beispielsweise punktuell auf die zu beschichtende Oberfläche treffen.
Weiterhin kann der Strahl mit dem Aerosol auch aufgeweitet, insbesondere beispielsweise linear aufgefächert, auf den zu beschichtenden Oberflächenbereich treffen. Das Gas des
Aerosols wirkt als Beschleunigungsgas, da über den Gasstrom die darin enthaltenen Partikel auf die zu beschichtende
Oberfläche gesprüht werden. Bevorzugt werden der Gasstrom sowie die Düsengeometrie so eingerichtet, dass die Partikel mit einer Geschwindigkeit von größer oder gleich 100 m/s und kleiner oder gleich 500 m/s aufgebracht werden können. Die Düse wird relativ zum zu beschichtenden Oberflächenbereich über den Oberflächenbereich bewegt, um ein großflächiges Aufbringen der Partikel des pulverförmigen Keramikmaterials zu ermöglichen. Dieser Vorgang kann auch als "Abrastern" bezeichnet werden. Durch ein derartiges Verfahren können Abscheideraten von mehreren Mikrometern pro Minute zumindest lokal erreicht werden. Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Keramikschicht eine Dicke von mehr als 1 μιτι, bevorzugt größer oder gleich 5 μιη oder auch größer oder gleich 10 μιη oder auch größer oder gleich einigen zehn Mikrometern wie etwa größer oder gleich 20 μιη oder größer oder gleich 30 μιη oder auch größer oder gleich 50 μιη auf. Weiterhin kann die Keramikschicht eine Dicke von bevorzugt kleiner oder gleich 200 μιη oder auch bevorzugt kleiner oder gleich 100 μιη aufweisen. Insbesondere kann eine Dicke von einigen zehn Mikrometern, also im Bereich von etwa 20 μιη bis etwa 100 μιη besonders vorteilhaft sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Keramikschicht transparent ausgebildet. Eine transparente Keramikschicht kann beispielsweise vorteilhaft zur Verkapselung von Oberflächenbereichen sein, durch die Licht ausgekoppelt wird. Es ist aber auch möglich, auf Oberflächenbereichen, über die kein Licht ausgekoppelt wird, eine transparente
Keramikschicht aufzubringen. Weiterhin ist es auch möglich, auf einem Oberflächenbereich, über den kein Licht
ausgekoppelt wird oder ausgekoppelt werden soll, eine
Keramikschicht aufzubringen, die nicht transparent ist.
Beispielsweise kann ein Keramikmaterial verwendet werden, das zumindest teilweise reflektierend ist, so dass die
Keramikschicht in diesem Fall in der Halbleiterschichtenfolge erzeugtes Lichts, das auf die Keramikschicht trifft,
reflektieren kann, wodurch die Auskoppeleffizienz in
Oberflächenbereichen, die zur Lichtauskopplung vorgesehen sind, gesteigert werden kann. Oberflächenbereiche, die nicht zur Lichtauskopplung vorgesehen sind, können beispielsweise zumindest Bereiche einer Montagefläche, mit der die
Halbleiterschichtenfolge auf einem Träger angeordnet werden kann, und/oder von Seitenflächen der Halbleiterschichtenfolge sein. Beispielsweise kann die Halbleiterschichtenfolge als so genannter Flip-Chip ausgebildet sein, bei dem das in der
Halbleiterschichtenfolge erzeugte Licht durch ein Substrat, insbesondere ein Aufwachssubstrat , abgestrahlt wird und der mit einer dem Substrat abgewandten Seite als Montagefläche auf einem Träger montiert werden kann. Die Montagefläche und/oder Seitenflächen der Halbleiterschichtenfolge können vor dem Montieren auf dem Träger in diesem Fall mit einer nicht-transparenten und bevorzugt reflektierenden
Keramikschicht versehen sein. Mit dem hier beschriebenen Verfahren kann insbesondere die Keramikschicht als möglichst hochdichte und in bevorzugten Ausführungsformen auch transparente Schutzschicht als finale Kapselung des zumindest einen Oberflächenbereichs der Halbleiterschichtenfolge erreicht werden. Im Vergleich zu Abscheideverfahren, bei denen gasförmige Ausgangsmaterialien bereitgestellt werden, also etwa bei
Dampfphasenabscheideverfahren, sind keine empfindlichen molekularen Vorstufen nötig, um Schichten zu erzeugen.
Vielmehr kann man mit verfügbaren Keramikpulvern arbeiten. Die Keramikschicht weist bevorzugt eine vernachlässigbare Porosität auf, wodurch die Keramikschicht eine hohe
Dichtigkeit aufweist. Im Falle einer transparenten
Keramikschicht kann insbesondere im Falle einer bevorzugten geringen oder vernachlässigbaren Porosität für Licht eine vernachlässigbare oder nur unwesentliche Absorption und damit eine hohe Transparenz erreicht werden, sodass durch die
Keramikschicht hindurchtretendes Licht nur unwesentlich oder gar nicht durch Streuung beeinflusst wird. Während
Dampfphasenabscheideverfahren meist auf die Aufbringung von Siliziumdioxid beschränkt werden, können als pulverförmige Keramikmaterialien und damit als Material für die
Keramikschicht zusätzlich zu Siliziumdioxid auch andere
Materialien verwendet werden, die beispielsweise eine bessere thermische Leitfähigkeit und/oder einen höheren
Brechungsindex aufweisen, etwa Aluminiumoxid, Zirkonoxid, Titandioxid, Siliziumcarbid, Aluminiumnitrid, Siliziumnitrid oder auch Kombinationen oder Mischungen daraus. Bei dem hier beschriebenen Halbleiterbauelement bildet das Keramikmaterial somit bevorzugt eine hochdichte Keramikschicht, die in bevorzugten Ausführungsform auch möglichst optisch inert sein kann oder die Auskopplung oder Einkopplung von Licht durch einen geeigneten Brechungsindex sogar noch fördern kann.
Um eine zuverlässige Kapselung durch die Keramikschicht zu erreichen, ist es besonders vorteilhaft, wenn diese der
Kontur des zu beschichtenden Untergrunds möglichst gut folgt und somit eine so genannte konforme Schicht bilden.
Insbesondere an Stufen des zu beschichtenden Untergrunds ist eine konforme Abscheidung des Keramikmaterials eine Bedingung für eine hermetische Kapselung. Senkrechte Stufen des zu beschichtenden Untergrunds können bei einem gerichteten
Beschichtungsverfahren wie der Aerosolabscheidung, bei dem der Aerosolstrahl aus der Düse üblicherweise senkrecht auf die zu beschichtende Oberfläche auftrifft, leicht
Abschattungen verursachen, so dass die resultierende
geringere Schichtdicke an den Seitenflanken solcher Stufen eine zuverlässig dichte Umformung der zu beschichtenden
Oberfläche gefährden kann.
Um eine konforme Beschichtung, also eine Beschichtung mit einer im Wesentlichen konstanten Schichtdicke, mittels des Keramikmaterials auch an Stufen und Seitenflanken der zu beschichtenden Oberfläche zu erreichen, kann der
Aerosolstrahl unter verschiedenen Winkeln, bevorzugt unter einem weiten Bereich von Winkeln, auf die zu beschichtende Oberfläche gerichtet werden. Im Fall von sehr ausgeprägten senkrechten oder sogar leicht hinterschnittenen Stufen der zu beschichtenden Oberfläche kann der erforderliche
Winkelbereich sogar bis zu einem Aufsprühen tangential zur Haupterstreckungsrichtung der zu beschichtenden Oberfläche reichen. Insbesondere kann die Beschichtung unter allen oder zumindest unter einem sehr großen Bereich aller vorkommenden lokalen Oberflächennormalen erfolgen. Unter der
Voraussetzung, dass ein senkrechter Einfall des
Keramikmaterials auf die zu beschichtende Oberfläche
entscheidend für ein ausreichendes Schichtwachstum ist, kann hierdurch eine sehr gleichmäßige Schichtdicke erzielt werden. Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird das Aerosol mit dem pulverförmigen Keramikmaterial in einem stark aufgefächerten Partikelstrahl auf die zu beschichtende Oberfläche
aufgesprüht. Beim Abrastern der zu beschichtenden Oberfläche kann es dadurch möglich sein, den relevanten Winkelbereich abzudecken. Alternativ hierzu kann ein weniger divergenter Aerosolstrahl verwendet werden, wobei der Winkel zwischen dem Strahl und der Oberfläche variiert wird. Eine Variation des Winkels kann beispielsweise durch eine Bewegung des Strahls und damit der Düse und/oder durch eine Bewegung der zu beschichtenden Oberfläche und damit des zu beschichtenden Objekts erreicht werden. Weiterhin ist es auch möglich, einen stark divergenten Strahl mit einer Winkelvariation zu
kombinieren .
Beispielsweise kann das zu beschichtende Objekt um die
Normale der Haupterstreckungsebene der zu beschichtenden Oberfläche gedreht werden. Diese Drehbewegung, die
beispielsweise noch mit einem divergenten Aerosolstrahl kombiniert werden kann, kann ausreichend sein, die gewünschte konforme Abscheidung des Keramikmaterials zu erreichen.
Weiterhin können zusätzlich die zu beschichtende Oberfläche und damit das zu beschichtende Objekt in einer Kippbewegung so geneigt werden, dass die Normale der
Haupterstreckungsebene der zu beschichtenden Oberfläche, die die Drehachse der vorab beschriebenen Drehbewegung bildet, geneigt wird. In diesem Fall kann auch mit einem wenig divergenten oder sogar im Wesentlichen parallelen
Aerosolstrahl eine konforme Abscheidung des Keramikmaterials erreicht werden.
Ist der Stahl ausreichend breit, kann dies ähnlich wie bei Aufdampfverfahren mit einer Planetenbewegung umgesetzt werden, wobei sich das zu beschichtende Objekt um die
Oberflächennormale der Haupterstreckungsebene der zu
beschichtenden Oberfläche rotierend auf einer Halbkugel dreht. Im Fall eines weniger breiten Strahls kann alternativ eine Kreiselbewegung aus Rotation und Präzession genutzt werden. Bei feineren Strahlen, die gerastert werden müssen, kann man vorzugsweise das zu beschichtende Objekt gezielt entsprechend der gerade zu beschichtenden Teiloberfläche neigen .
Insbesondere kann die Kenntnis der zu beschichtenden
Topographie eine qezielte Steuerung erlauben, so dass sich der Aerosolstrahl möglichst parallel zu allen lokalen
Oberflächennormalen ausrichten lässt. Überlagert man dieser lokalen Ausrichtung eine taumelnde oder schaukelnde Bewegung, auch als „wobble" oder „rocking" bezeichnet, kann auch die Topographie innerhalb der lokal zu beschichtenden
Oberflächenteilbereiche berücksichtigt werden. Besonders vorteilhaft kann es hierzu sein, wenn die zu beschichtende Oberfläche durch laterale Translation stets euzentrisch positioniert wird. Neben der besonders gleichförmigen
Beschichtung kann, wenn die Kenntnis der Oberflächenstruktur gezielt genutzt wird, die Beschichtungszeit ohne
Qualitätseinbußen verkürzt und das Beschichtungsgut, also das Keramikmaterial, sparsam aufgebracht werden.
Wie vorab beschrieben, weist das Aerosolabscheideverfahren den Vorteil auf, dass es bei verhältnismäßig niedrigen
Temperaturen, also beispielsweise vorzugsweise bei
Zimmertemperatur, durchgeführt werden kann. Die so
hergestellte Keramikschicht weist bevorzugt eine kristalline oder zumindest polykristalline Struktur auf. Dadurch kann die Keramikschicht eine hohe Schichtqualität aufweisen, während herkömmliche, in der Halbleitertechnologie übliche Verfahren zur Schichtherstellung, insbesondere zur Herstellung von Schutzschichten, typischerweise nicht die Möglichkeit bieten, bei gemäßigten Temperaturen, also Temperaturen im Bereich der Zimmertemperatur, eine Schutzschicht in zuverlässiger
Qualität zu erzeugen.
Um eine möglichst effektive Verkapselung des
optoelektronischen Halbleiterbauelements durch die
Keramikschicht zu erreichen, kann es vorteilhaft sein, wenn der zumindest eine Oberflächenbereich, den die Keramikschicht bedeckt, eine oder mehrere Ober-, Unter- und/oder
Seitenflächen des Halbleiterbauelements, insbesondere der Halbleiterschichtenfolge, umfasst. Besonders bevorzugt kann sich die Keramikschicht auf dem Oberflächenbereich der
Halbleiterschichtenfolge zumindest über eine Seitenfläche der aktiven Schicht erstrecken. In diesem Fall wird der
Oberflächenbereich, auf dem die Keramikschicht aufgebracht ist, durch zumindest einen Teil einer Seitenfläche der
Halbleiterschichtenfolge gebildet, die vorzugsweise auch eine Seitenfläche der aktiven Schicht umfasst. Als Seitenflächen werden hier und im Folgenden Flächen der
Halbleiterschichtenfolge, der aktiven Schicht sowie
gegebenenfalls auch anderer Elemente des
Halbleiterbauelements wie beispielsweise eines Trägers, bezeichnet, die nicht parallel und beispielsweise senkrecht zur Haupterstreckungsebene der Halbleiterschichten der
Halbleiterschichtenfolge angeordnet sind. Durch die
Keramikschicht auf zumindest einer Seitenfläche der aktiven Schicht und insbesondere der Halbleiterschichtenfolge kann beispielsweise verhindert werden, dass sich durch
Umwelteinflüsse wie etwa Feuchtigkeit Kriechströme entlang der Seitenfläche ausbilden, die zu einem Kurzschluss der aktiven Schicht führen könnten.
Alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich, dass der Oberflächenbereich, auf dem die Keramikschicht aufgebracht wird, durch zumindest einen Teil einer Lichtkoppelfläche der Halbleiterschichtenfolge gebildet wird. Als Lichtkoppelfläche wird hier und im Folgenden die Fläche, der Flächenbereich oder die Mehrzahl von Flächen oder Flächenbereichen
bezeichnet, über die eine Hauptabstrahlung oder
Haupteinstrahlung von Licht erfolgt. Typischerweise wird die Lichtkoppelfläche, die bei einem Licht emittierenden
Halbleiterbauelement als Lichtauskoppelfläche und einem Licht empfangenden Halbleiterbauelement als Lichteinkoppelfläche bezeichnet werden kann, durch die Oberseite der
optoelektronischen Halbleiterschichtenfolge gebildet. Als Oberseite kann insbesondere eine Seite bezeichnet werden, die einer vorzugsweise als Montageseite ausgebildeten Unterseite in Aufwachsrichtung der Halbleiterschichtenfolge gegenüber liegend angeordnet ist. Jedoch sind auch andere Ausbildungen des Halbleiterbauelements möglich, bei denen die
Lichtkoppelfläche durch einen Teil oder eine gesamte
Seitenfläche gebildet wird. Die Lichtkoppelfläche kann weiterhin eine Lichtkoppelstruktur aufweisen, die je nach Ausführung des optoelektronischen Halbleiterbauelements die Lichtauskopplung aus der
Halbleiterschichtenfolge oder die Lichteinkopplung in die Halbleiterschichtenfolge fördern kann und die beispielsweise regelmäßige oder unregelmäßige Erhebungen und Vertiefungen, beispielsweise Prismen, nebeneinander angeordnete
pyramidenförmige Erhebungen oder durch mechanisch oder chemisch abtragende Verfahren erzeugbare Oberflächenstrukturen, aufweisen kann. Die Keramikschicht auf der Lichtkoppelfläche kann derart ausgebildet sein, dass sie der Lichtkoppelstruktur folgt. Mit anderen Worten kann die Keramikschicht eine geringere Dicke als eine Höhe,
insbesondere eine mittlere Höhe, der Lichtkoppelstruktur aufweisen, sodass die Lichtkoppelstruktur durch die
Keramikschicht nicht planarisiert wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die
Halbleiterschichtenfolge auf einem Träger angeordnet. Der Träger kann beispielsweise durch ein Aufwachssubstrat
gebildet werden, das bereitgestellt wird und auf dem die optoelektronische Halbleiterschichtenfolge aufgewachsen wird. Besonders bevorzugt kann die Halbleiterschichtenfolge mittels eines Epitaxieverfahrens, beispielsweise metallorganischer
Gasphasenepitaxie (MOVPE) oder Molekularstrahlepitaxie (MBE) , auf einem Aufwachssubstrat aufgewachsen werden. Das
Aufwachssubstrat kann ein elektrisch isolierendes Material oder ein Halbleitermaterial, beispielsweise ein oben
genanntes Verbindungshalbleitermaterialsystem, aufweisen. Insbesondere kann das Aufwachssubstrat Saphir, GaAs, GaP, GaN, InP, SiC, Si und/oder Ge aufweisen oder aus einem solchen Material sein. Der Aufwachsprozess kann insbesondere im Waferverbund
stattfinden. Mit anderen Worten wird ein Aufwachssubstrat in Form eines Wafers bereitgestellt, auf den großflächig die optoelektronische Halbleiterschichtenfolge aufgewachsen wird. Die aufgewachsene optoelektronische Halbleiterschichtenfolge kann in einem weiteren Verfahrensschritt in einzelne
Halbleiterchips zur Bildung einer Mehrzahl von
optoelektronischen Halbleiterbauelementen vereinzelt werden. Weiterhin kann die Halbleiterschichtenfolge bevorzugt vor dem Vereinzeln auf ein Trägersubstrat übertragen werden. In diesem Fall kann das optoelektronische Halbleiterbauelement als Träger das Trägersubstrat aufweisen. Das Trägersubstrat kann beispielsweise durch eines der oben für
Aufwachssubstrate genannten Materialien gebildet werden.
Weiterhin ist es auch möglich, dass das Trägersubstrat beispielsweise durch eine metallhaltige Folie oder eine metallhaltige Platte, beispielsweise eine Metallfolie oder eine Metallplatte, gebildet wird.
Das Aufwachssubstrat kann nach dem Übertragen gedünnt werden, also zumindest teilweise oder ganz entfernt werden. Das
Trägersubstrat wird dann mit der Halbleiterschichtenfolge zusammen vereinzelt, beispielsweise zur Bildung von Licht emittierenden oder Licht empfangenden Halbleiterbauelementen. Vor dem Übertragen der Halbleiterschichtenfolge auf ein
Trägersubstrat können beispielsweise auf einer dem
Aufwachssubstrat abgewandten Seite der
Halbleiterschichtenfolge eine oder mehrere Spiegelschichten aufgebracht werden. Insbesondere können die eine oder die mehreren Spiegelschichten ein Metall, besonders bevorzugt Silber, aufweisen oder daraus sein. Weiterhin sind als
Spiegelschicht auch Kombinationen von Schichten mit einem oder mehreren transparenten leitenden Oxiden und mit einem oder mehreren Spiegelmetallen oder mit einem oder mehreren transparenten dielektrischen Materialien und mit einem oder mehreren Spiegelmetallen möglich. Halbleiterbauelemente, die als Halbleiterchips ausgebildet sind und die anstelle des Aufwachssubstrats ein
Trägersubstrat aufweisen, können auch als so genannte
Dünnfilm-Halbleiterchips bezeichnet werden, im Fall von Licht emittierenden Dünnfilm-Halbleiterchips auch als Dünnfilm- Leuchtdiodenchips .
Ein Dünnfilm-Leuchtdiodenchip kann sich insbesondere durch folgende charakteristische Merkmale auszeichnen:
- an einer zu dem Trägersubstrat hin gewandten ersten
Hauptfläche einer Licht emittierenden
Halbleiterschichtenfolge ist eine reflektierende Schicht, insbesondere eine Spiegelschicht, aufgebracht oder
ausgebildet, die zumindest einen Teil der in der
Halbleiterschichtenfolge erzeugten elektromagnetischen
Strahlung in diese zurückreflektiert;
- die Halbleiterschichtenfolge weist eine Dicke im Bereich von 20 μιη oder weniger, insbesondere im Bereich von 4 μιη und 10 μιη, auf; und
- die Halbleiterschichtenfolge enthält mindestens eine
Halbleiterschicht mit zumindest einer Fläche, die eine
Durchmischungsstruktur aufweist, die im Idealfall zu einer annähernd ergodischen Verteilung des Lichts in der
Halbleiterschichtenfolge führt, d. h. sie weist ein möglichst ergodisch stochastisches Streuverhalten auf.
Ein Dünnfilm-Leuchtdiodenchip ist in guter Näherung ein
Lambert ' scher Oberflächenstrahler. Das Grundprinzip eines Dünnfilm-Leuchtdiodenchips ist beispielsweise in der
Druckschrift I. Schnitzer et al . , Applied Physics Letters 63 (16), 18. Oktober 1993, Seiten 2174-2176 beschrieben.
Weiterhin können auf oder in der Halbleiterschichtenfolge elektrische Kontaktbereiche, beispielsweise in Form einer oder mehrerer elektrischer Kontaktschichten und/oder einer oder mehrerer Durchkontaktierungen, vorhanden sein, mittels derer das optoelektronische Halbleiterbauelement und insbesondere die aktive Schicht elektrisch kontaktiert werden kann. Eine elektrische Kontaktschicht kann insbesondere in einem Bereich, der auf der Halbleiterschichtenfolge oder auf einem Träger der Halbleiterschichtenfolge angeordnet sein kann, elektrisch kontaktierbar sein. Mit anderen Worten kann die elektrische Kontaktschicht in diesem Fall einen
elektrischen Anschlussbereich zur Kontaktierung des
Halbleiterbauelements aufweisen. Weiterhin kann der Träger durch einen Trägerkörper gebildet werden. Als Trägerkörper wird hier und im Folgenden ein
Element bezeichnet, auf dem eine Halbleiterschichtenfolge, die ihrerseits ein Aufwachssubstrat oder ein Trägersubstrat aufweisen kann, auf einer Montagefläche montiert werden kann. Weiterhin ist es auch möglich, eine Halbleiterschichtenfolge in Form eines substratlosen optoelektronischen
Halbleiterchips auf einem Trägerkörper als Träger zu
montieren. Im Vergleich zu einem Trägersubstrat, das einen Träger für die Halbleiterschichtenfolge zur Bildung eines optoelektronisches Halbleiterchips bildet, der wiederum auf einen Träger montiert werden kann, bildet der Trägerkörper beispielsweise einen Teil eines Gehäuses oder eines so genannten Packages, das zur Montage eines oder mehrerer als optoelektronische Halbleiterchips ausgebildete
optoelektronische Halbleiterschichtenfolgen vorgesehen ist.
Der Trägerkörper kann beispielsweise durch eine Leiterplatte, eine Keramikplatte, ein Keramikgehäuse, eine
Kunststoffplatte, ein Kunststoffgehäuse oder eine Kombination hieraus gebildet werden. Der Trägerkörper kann insbesondere Leiterbahnen und elektrische Anschlussbereiche zur
elektrischen Kontaktierung eines optoelektronischen
Halbleiterchips aufweisen. Eine elektrische Kontaktierung kann beispielsweise über eine direkte Montage eines Halbleiterchips auf einer Anschlussfläche, über eine
Drahtverbindung wie etwa einen Bonddraht und/oder über eine Metallfilmverbindung erreicht werden. Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird der von der
Keramikschicht bedeckte Oberflächenbereich durch alle nach der Anordnung auf einem Träger freiliegenden Oberflächen der Halbleiterschichtenfolgen gebildet . Als freiliegende Oberflächen werden hier und im Folgenden solche Oberflächen und Oberflächenbereiche bezeichnet, die nach Fertigstellung des optoelektronischen
Halbleiterbauelements Kontakt mit der Umgebung in der Form haben können, dass beispielsweise atomare oder molekulare Stoffe aus der Umgebung, etwa Sauerstoff und Feuchtigkeit, an die Oberfläche gelangen können. Daher kann auch eine
Oberfläche oder ein Oberflächenbereich, der von einer nicht hermetisch dichten Schicht, etwa einer Sauerstoff- und/oder wasserdurchlässigen Kunststoffschicht oder einer mittels Dampfphasenabscheidung aufgebrachten dielektrischen Schicht, bedeckt ist, vorliegend unter dem Begriff freiliegend fallen.
Bei einem Halbleiterbauelement, bei dem die
Halbleiterschichtenfolge auf einem Träger aufgebracht ist, kann der zumindest eine Oberflächenbereich, der von der
Keramikschicht bedeckt ist, alle freiliegenden Oberflächen der Halbleiterschichtenfolge, also insbesondere alle
Oberflächen der Halbleiterschichtenfolge bis auf diejenige Fläche, die dem Träger zugewandt ist, umfassen, sodass die Keramikschicht alle freiliegenden Oberflächen der
Halbleiterschichtenfolge bedeckt. In dieser Ausführungsform ist die Halbleiterschichtenfolge allseitig bis auf die dem Träger zugewandte Fläche von der Keramikschicht umschlossen, sodass eine effektive Verkapselung der
Halbleiterschichtenfolge ermöglicht wird.
Im Falle, dass der Träger durch ein Aufwachssubstrat gebildet wird, können somit alle nach dem Aufwachsen und
gegebenenfalls einem Strukturieren der
Halbleiterschichtenfolge freiliegenden Oberflächen der
Halbleiterschichtenfolge mit der Keramikschicht mittels Aerosolabscheidung bedeckt werden. Im Falle, dass der Träger durch ein Trägersubstrat gebildet wird, können alle nach dem Umbonden der Halbleiterschichtenfolge vom Aufwachssubstrat auf das Trägersubstrat, dem teilweisen oder gänzlichen
Entfernen des Aufwachssubstrats und gegebenenfalls einem Strukturieren freiliegenden Oberflächen der
Halbleiterschichtenfolge mit der Keramikschicht mittels
Aerosolabscheidung bedeckt werden. Im Falle, dass der Träger durch einen Trägerkörper gebildet wird, der eine
Montagefläche aufweist, auf dem eine als Halbleiterchip ausgebildete Halbleiterschichtenfolge montiert ist, kann die Keramikschicht auf allen nach der Montage auf dem
Trägerkörper freiliegenden Oberflächen der
Halbleiterschichtenfolge aufgebracht werden.
Weiterhin kann die Halbleiterschichtenfolge wie oben
beschrieben zumindest eine elektrische Kontaktschicht
aufweisen und der von der Keramikschicht bedeckte
Oberflächenbereich kann bis auf die Kontaktschicht oder einen Teil der Kontaktschicht alle nach der Anordnung auf einem Träger freiliegenden Oberflächen der Halbleiterschichtenfolge aufweisen. Hierdurch kann eine komplette Verkapselung der
Halbleiterschichtenfolge durch die Keramikschicht bei einer gleichzeitigen Kontaktierbarkeit der Halbleiterschichtenfolge erreicht werden. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die
Halbleiterschichtenfolge auf einem Träger angeordnet und zumindest ein Oberflächenbereich des Trägers ist mit der Keramikschicht bedeckt. Insbesondere kann sich die
Keramikschicht in diesem Fall zusammenhängend von der
Oberfläche des Trägers oder dem Oberflächenbereich des
Trägers auf den zumindest einen Oberflächenbereich der
Halbleiterschichtenfolge erstrecken, sodass das
Keramikmaterial der Keramikschicht eine zusammenhängende Verkapselung des Trägers und der Halbleiterschichtenfolge bilden kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Träger
zumindest zwei elektrisch leitende Schichten auf, die
übereinander angeordnet sind und die elektrisch voneinander isoliert sind. Übereinander bezeichnet hierbei eine Richtung entlang der Verbindungsrichtung vom Träger zur
Halbleiterschichtenfolge, während nebeneinander eine Richtung senkrecht hierzu bezeichnet. Bei einer üblichen Anordnung der Halbleiterschichtenfolge auf dem Träger, beispielsweise durch Aufwachsen, Umbonden oder Montieren, kann eine Anordnung übereinander auch eine Anordnung entlang der Aufwachsrichtung der Halbleiterschichtenfolge bedeuten. Die zwei voneinander isolierten elektrisch leitenden Schichten des Trägers können beispielsweise zur elektrischen Kontaktierung der
Halbleiterschichtenfolge und/oder als Wärmesenke ausgeführt sein. Beispielsweise kann eine der zumindest zwei elektrisch leitenden Schichten als elektrischer Anschluss für die
Halbleiterschichtenfolge dienen, während die andere der zumindest zwei elektrisch leitenden Schichten als weiterer elektrischer Anschluss oder auch als beispielsweise
potenzialfreie Wärmesenke dient. Besonders vorteilhaft ist es, wenn sich die Keramikschicht auf dem Oberflächenbereich des Trägers in diesem Fall über eine oder mehrere
Seitenflächen der zumindest zwei elektrisch leitenden
Schichten erstreckt. Hierdurch können, wie bereits oben für die Halbleiterschichtenfolge beschrieben, Leckströme zwischen den zumindest zwei elektrisch leitenden Schichten über die Seitenflächen verhindert werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das
optoelektronische Halbleiterbauelement eine Mehrzahl von Halbleiterschichtenfolgen auf, die nebeneinander auf dem Träger angeordnet sind, wobei das Keramikmaterial als
Keramikschicht auf zumindest einem Oberflächenbereich jeder der Halbleiterschichtenfolgen aufgebracht ist. Besonders bevorzugt kann sich die Keramikschicht zusammenhängend über die Mehrzahl der Halbleiterschichtenfolgen sowie über
Oberflächenbereiche des Trägers erstrecken, sodass die
Keramikschicht eine zusammenhängende Verkapselung der
Halbleiterschichtenfolgen bilden kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird der Träger durch einen Trägerkörper gebildet, auf dem die
Halbleiterschichtenfolge in Form eines oder mehrerer
substratloser optoelektronischer Halbleiterchips aufgebracht ist. Ein derartiges optoelektronisches Halbleiterbauelement mit einem oder mehreren substratlosen optoelektronischen Halbleiterchips ist beispielsweise in der Druckschrift
DE 10 2009 051 746 AI beschrieben, deren Offenbarungsgehalt diesbezüglich hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Beispielsweise kann in diesem Fall der Trägerkörper durch einen Keramikträger mit Leiterbahnen zur elektrischen
Kontaktierung eines optoelektronischen Halbleiterchips ausgebildet sein. Durch die Anordnung der Keramikschicht auf der Halbleiterschichtenfolge des Halbleiterchips und
bevorzugt zumindest auch auf Teilen der Oberfläche des
Keramikträgers kann ein keramisches Gehäuse hergestellt werden, das die Halbleiterschichtenfolge komplett,
insbesondere auch seitlich komplett, umhüllt und somit vor Umwelteinflüssen schützt. Insbesondere ist es auch möglich, eine Mehrzahl von Halbleiterschichtenfolgen, die jeweils einen substratlosen optoelektronischen Halbleiterchip bilden und die wenige Mikrometer dick sein können, auf einer keramischen Leiterplatte, also einem so genannten keramischen „Printed Circuit Board", anzuordnen, sodass zusammen mit der Keramikschicht das finale Halbleiterbauelement definiert wird. Bei dieser Ausführungsform kann durch die Chipkapselung auch die Definition des Halbleiterbauelements, insbesondere des Packages, mittels der Aerosolabscheidung der hochdichten Keramikschicht in einem Prozessschritt erfolgen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umformt die
Keramikschicht Oberflächenunebenheiten des mit dem
Keramikmaterial bedeckten Oberflächenbereichs der
Halbleiterschichtenfolge und/oder des Trägers. Beispielsweise kann die Halbleiterschichtenfolge auf dem Träger mittels einer dicken Keramikschicht umformt werden, die vorzugsweise größer als eine Dicke der Halbleiterschichtenfolge auf dem Träger ist, wobei anschließend die Keramikschicht über der Lichtkoppelfläche der Halbleiterschicht auf eine gewünschte definierte Dicke reduziert wird. Dies kann beispielsweise durch Schleifen, beispielsweise durch chemisch-mechanisches Polieren (CMP) , erfolgen. Besonders vorteilhaft kann diese Ausführungsform in Verbindung mit der oben beschriebenen Anordnung einer als substratloser optoelektronischer
Halbleiterchip ausgebildeten Halbleiterschichtenfolge auf einem Trägerkörper kombiniert werden. Insbesondere kann es durch die Abscheidung mittels eines Partikelstroms, wie obe beschrieben, im Rahmen der Aerosolabscheidung möglich sein, topografische Unebenheiten mit der Keramikschicht zu
umformen .
Zur Herstellung eines solchen optoelektronischen
Halbleiterbauelements kann die Halbleiterschichtenfolge einen substratlosen optoelektronischen Halbleiterchip bilden und auf einer Montagefläche des Trägerkörpers aufgebracht werden. Zumindest die Halbleiterschichtenfolge sowie zumindest ein Teil der Montagefläche können mit einer zusammenhängenden Keramikschicht mittels Aerosolabscheidung bedeckt werden, wobei die Keramikschicht eine Dicke aufweist, die größer als eine Dicke der Halbleiterschichtenfolge ist. Die
Keramikschicht kann anschließend über einer Lichtkoppelfläche der Halbleiterschichtenfolge gedünnt werden. Ein solches Umformen und anschließendes Dünnen der Keramikschicht kann aber auch im Falle einer strukturierten
Halbleiterschichtenfolge auf einem Aufwachssubstrat oder einem Trägersubstrat, beispielsweise im Waferverbund,
erfolgen .
Weitere Vorteile, vorteilhafte Ausführungsformen und
Weiterbildungen ergeben sich aus den im Folgenden in
Verbindung mit den Figuren beschriebenen
Ausführungsbeispielen .
Es zeigen:
Figuren 1A und 1B ein Verfahren zur Herstellung eines
optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß einem Ausführungsbeispiel, Figur 2 eine schematische Darstellung eines
optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel und
Figuren 3 bis 7 schematische Darstellungen von
optoelektronischen Halbleiterbauelementen gemäß weiteren Ausführungsbeispielen.
In den Ausführungsbeispielen und Figuren können gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen, vielmehr können einzelne Elemente, wie zum Beispiel Schichten, Bauteile, Bauelemente und Bereiche, zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
In Verbindung mit den Figuren werden Ausführungsbeispiele rein exemplarisch für optoelektronische Halbleiterbauelemente beschrieben, die als Licht emittierende Halbleiterbauelemente ausgebildet sind. Die in Verbindung mit den Figuren
beschriebenen Halbleiterschichtenfolgen weisen somit eine aktive Schicht auf, die geeignet ist, im Betrieb Licht abzustrahlen. Die nachfolgend beschriebenen
Ausführungsbeispiele sind jedoch nicht auf Licht emittierende Halbleiterschichtenfolgen und Licht emittierende
Halbleiterbauelemente beschränkt. Vielmehr können in den beschriebenen Ausführungsbeispielen alternativ oder
zusätzlich auch Licht empfangende Halbleiterbauelemente mit einer Licht empfangenden Halbleiterschichtenfolge mit zumindest einer Licht empfangenden aktiven Schicht vorgesehen sein . In den Figuren 1A und 1B ist ein Ausführungsbeispiel für ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen
Halbleiterbauelements 101 gezeigt. Dazu wird, wie in Verbindung mit der Figur 1A gezeigt ist, in einem ersten Verfahrensschritt eine Halbleiterschichtenfolge 1 bereitgestellt, die eine aktive Schicht 2 aufweist. Die einzelnen Schichten der Halbleiterschichtenfolge 1 zusätzlich zur aktiven Schicht 2, beispielsweise n- und p-dotierte
Halbleiterschichten wie etwa Pufferschichten,
Mantelschichten, Halbleiterkontaktschichten,
Barriereschichten, StromaufWeitungsschichten und/oder
Strombegrenzungsschichten sind zur Vereinfachung der
Darstellung jeweils nicht gezeigt.
Das im Betrieb des fertig gestellten optoelektronischen
Halbleiterbauelements 101 in der aktiven Schicht 2 erzeugte Licht wird über eine als Lichtauskoppelfläche ausgebildete Lichtkoppelfläche 8 abgestrahlt, die im gezeigten
Ausführungsbeispiel durch die dem Träger 3 gegenüber liegende Oberseite der Halbleiterschichtenfolge gebildet wird.
Die Halbleiterschichtenfolge 1, die ein oben im allgemeinen Teil beschriebenes Verbindungshalbleitermaterial, besonders bevorzugt ein Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial, aufweist, wird durch epitaktisches Aufwachsen auf einem als Träger 3 ausgebildeten Aufwachssubstrat 31 hergestellt. Die
Halbleiterschichtenfolge 1 auf dem Träger 3 kann hierzu in Form eines Halbleiterchips, wie in Figur 1 gezeigt,
bereitgestellt werden, so dass das im Folgenden beschriebene Verfahren auf Chipebene durchgeführt wird. Alternativ dazu kann das Verfahren auch auf Waferebene durchgeführt werden. Das bedeutet, dass die Waferverbunds bereitgestellt wird, bei dem die Halbleiterschichtenfolge 1 großflächig auf einem durch einen Aufwachssubstratwafer gebildeten Träger 3 aufgewachsen und gegebenenfalls
entsprechend der später zu vereinzelnden optoelektronischen Halbleiterchips strukturiert ist.
Die Halbleiterschichtenfolge 1 kann beispielsweise
Passivierungsschichten auf Seitenflächen oder auf der dem Träger 3 abgewandten Lichtkoppelfläche 8, die durch die
Oberseite der Halbleiterschichtenfolge 1 gebildet wird, aufweisen, die durch Dampfphasenabscheideverfahren wie beispielsweise CVD aufgebracht werden und die die Oberflächen der Halbleiterschichtenfolge 1 bilden können.
Die Halbleiterschichtenfolge 1 weist weiterhin zumindest eine elektrische Kontaktschicht 4 auf, die, wie in Figur 1A gezeigt ist, beispielsweise auf der dem Träger 3 abgewandten Seite der Halbleiterschichtenfolge 1 angeordnet sein kann und die beispielsweise ein Bondpad bildet. Darüber hinaus können noch weitere elektrische Kontaktschichten oder elektrische Anschlusselemente auf der Halbleiterschichtenfolge 1 oder auf dem Träger 3 vorhanden sein, um die Halbleiterschichtenfolge 1 und insbesondere die aktive Schicht 2 für einen späteren Betrieb des optoelektronischen Halbleiterbauelements 101 kontaktieren zu können.
In Figur 1B ist ein weiterer Verfahrensschritt gezeigt, bei dem zumindest ein Oberflächenbereich 10 der
Halbleiterschichtenfolge 1 mittels Aerosolabscheidung mit einer Keramikschicht 5 durch Aufbringen eines pulverförmigen Keramikmaterials bedeckt wird. Insbesondere wird der Oberflächenbereich 10 durch die Keramikschicht 5 verkapselt. Die Keramikschicht 5 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel bevorzugt transparent ausgebildet. Hierzu wird der Träger 3 mit der darauf angeordneten
Halbleiterschichtenfolge 1 in einer Beschichtungskammer angeordnet, in der mittels einer Düse ein Aerosol aufgesprüht wird. Das Aerosol enthält Partikel des pulverförmigen
Keramikmaterials, die durch ein Gas, das als
Beschleunigungsgas und Trägergas wirkt, auf den
Oberflächenbereich 10 aufgebracht werden. Wie oben im
allgemeinen Teil beschrieben ist, wird das pulverförmige Keramikmaterial in einer Pulver- bzw. Aerosolkammer
bereitgestellt und weist je nach gewünschten Eigenschaften der Keramikschicht 5 Korngrößen im Bereich von größer oder gleich 10 nm und kleiner oder gleich 2 μιη auf. Durch
Zuleitung des Gases in die Aerosolkammer, das beispielsweise Helium, Stickstoff oder Luft sein kann, verteilen sich die Partikel des pulverförmigen Keramikmaterials im Gas und können so der Beschichtungskammer als Aerosol zugeführt werden. Zur Beseitigung von Verunreinigungen und/oder zur Auswahl einer bestimmten Partikelgröße können zwischen der Aerosolkammer und der Beschichtungskammer beispielsweise noch Filter vorhanden sein. Insbesondere wird das
Aerosolabscheideverfahren bei einer Temperatur von kleiner oder gleich 450°C, bevorzugt bei kleiner oder gleich 300°C und besonders bevorzugt bei Zimmertemperatur, also etwa 300 K, durchgeführt. Im gezeigten Ausführungsbeispiel wird als pulverförmiges Keramikmaterial ein Material zugeführt, mit dem eine
transparente und elektrisch isolierende Keramikschicht 5 gebildet werden kann. Rein beispielhaft kann ein Aluminiumoxid-Pulver bereitgestellt werden, wodurch die
Keramikschicht 5 aus Aluminiumoxid hergestellt werden kann. Im Vergleich zum üblicherweise mittels
Dampfphasenabscheideverfahren aufgebrachten Siliziumdioxid weist Aluminiumoxid einen höheren Brechungsindex auf, der eine verbesserte Lichtauskopplung aus der
Halbleiterschichtenfolge 1 ermöglicht. Die vernachlässigbare Porosität der Keramikschicht 5, die mittels der
Aerosolabscheidung erzeugt werden kann, kann die
Absorptionsfreiheit und die Transparenz des Aluminiumoxids nur unwesentlich durch Streuung einschränken, sodass die Keramikschicht 5 gute optische Eigenschaften aufweist.
Alternativ zu Aluminiumoxid kann aber auch ein anderes oben im allgemeinen Teil genanntes Material verwendet werden.
Die Keramikschicht 5 weist eine Dicke von mehr als 1 μιτι, bevorzugt von größer oder gleich 5 μιη oder auch größer oder gleich 10 μιη und kleiner oder gleich 200 μιη oder auch kleiner oder gleich 100 μιη auf. Beispielsweise kann die
Keramikschicht eine Dicke von einigen 10 μιη aufweisen.
Insbesondere bildet die Keramikschicht 5 eine außen liegende Schicht des optoelektronischen Halbleiterbauelements 101, also eine Schicht, die mit der Umgebungsatmosphäre in Kontakt kommen kann.
Die hier und in den folgenden Ausführungsbeispielen gezeigte Keramikschicht 5 weist den Vorteil auf, dass sie im Vergleich zu konventionellen Schutzschichten, beispielsweise mittels Dampfphasenabscheideverfahren aufgebrachten dielektrischen Schichten, die bei einer Temperatur von kleiner oder gleich 300°C aufgebracht werden, eine hohe Dichtigkeit aufweist. Dadurch kann die Keramikschicht 5 im Vergleich zu
konventionellen Schutzschichten einen wesentlich effizienteren Schutz gegen Umwelteinflüsse bilden. Durch die Abscheidung bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen, insbesondere beispielsweise bei Raumtemperatur, kann mit Vorteil außerdem erreicht werden, dass keine prozessbedingten Spannungen im Halbleiterbauelement durch die Keramikschicht 5 auftreten, was sich günstig auf die Haltbarkeit der
Keramikschicht 5 und damit auch auf die Lebensdauer des gesamten Halbleiterbauelements auswirken kann. Wie in Figur 1B gezeigt ist, umfasst der Oberflächenbereich 10, auf dem die Keramikschicht 5 aufgebracht wird, sowohl Seitenflächen der Halbleiterschichtenfolge 1 und insbesondere der aktiven Schicht 2 als auch die Lichtkoppelfläche 8 der Halbleiterschichtenfolge 1, die durch die dem Träger 3 abgewandte Oberseite der Halbleiterschichtenfolge 1 gebildet wird. Insbesondere sind bis auf die elektrische
Kontaktschicht 4 alle freiliegenden Oberflächen der
Halbleiterschichtenfolge 1 mit der Keramikschicht 5 bedeckt, sodass die Keramikschicht 5 bis auf die Kontaktschicht 4 die Halbleiterschichtenfolge 1 auf dem Träger 3 komplett
verkapselt .
Alternativ hierzu kann es auch möglich sein, dass
beispielsweise nur die Seitenflächen der
Halbleiterschichtenfolge 1 mit der Keramikschicht 5 bedeckt werden. Dies kann beispielsweise der Fall sein, wenn das optoelektronische Halbleiterbauelement als so genannter Flip- Chip ausgebildet ist, bei dem auf der dem Träger 3
abgewandten Seite der Halbleiterschichtenfolge 1 alle
elektrischen Kontaktschichten zur Kontaktierung des
Halbleiterbauelements angeordnet sind und die der
Halbleiterschichtenfolge 1 abgewandte Seite des Trägers 3 zur Lichtabstrahlung, also als Lichtauskoppelseite, vorgesehen ist. Es kann aber auch möglich sein, dass die Keramikschicht 5 gerade auch zwischen den Kontaktschichten zur verbesserten elektrischen Isolation dieser aufgebracht ist.
Um eine möglichst hermetische Abscheidung der Keramikschicht 5 zu erreichen, sollte diese der Kontur des zu beschichtenden Untergrunds möglichst gut folgen. Insbesondere an Stufen und Kanten setzt eine hermetische Kapselung eine konforme
Abscheidung des Keramikmaterials voraus. Da das
Aerosolabscheideverfahren ein stark gerichtetes
Beschichtungsverfahren ist, bei dem der Strahl mit dem pulverförmigen Keramikmaterial möglichst senkrecht auf die zu beschichtende Oberfläche auftreffen sollte, können an Stufen leicht Abschattungen entstehen, die zu einer geringeren
Schichtdicke, vor allem an Seitenflanken, führen können. Ein solches vermindertes laterales Schichtwachstum kann jedoch eine zuverlässig dichte Umformung von Konturen gefährden.
Die Keramikschicht 5 wird daher in einem Verfahren
hergestellt, bei dem die Richtung des Aerosolstrahls über einen weiten Bereich von Einfallswinkeln, gemessen zur
Haupterstreckungsebene der Schichten der
Halbleiterschichtenfolge 1, variiert wird. Dadurch kann eine Beschichtung unter allen oder zumindest unter einem sehr großen Bereich aller vorkommenden lokalen Oberflächennormalen erfolgen, so dass die Keramikschicht 5 in einer möglichst konformen Schicht mit einer im Wesentlichen konstanten
Schichtdicke, gemessen an den lokal jeweils zu bestimmenden Oberflächennormalen, aufgebracht werden kann. Hierbei kann bei besonders ausgeprägten Stufen der Strahl sogar fast tangential zur Haupterstreckungsebene der Schichten der Halbleiterschichtenfolge 1 geführt werden. Ein solches Aufbringen des Keramikmaterials kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die Sprühdüse entsprechend kontinuierlich in die verschiedenen Winkel geneigt wird oder dass das zu beschichtende Objekt unter verschiedenen Winkeln in den Abscheidestrahl gehalten wird. Bei einem sehr weit aufgefächerten Strahl kann dazu das zu beschichtende Objekt drehbar auf einer sich drehenden
Halbkugel platziert werden, wodurch eine gleichförmige
Abscheidung erreicht werden kann. Anstelle dieser
Planetenbewegung kann das zu beschichtende Objekt auch als Kreisel mit Präzession betrieben werden. Insbesondere bei einem engeren Strahl, der feiner gerastert werden muss, kann das zu beschichtende Objekt auch gezielt so geneigt werden, wie die gerade zu beschichtende Teiloberfläche es erfordert. Diese Art der Kontrolle ermöglicht es, die Keramikschicht 5 besonders wirtschaftlich aufzubringen, da der Anteil des Pulvers klein gehalten wird, der unter ungünstigen Winkeln auf die Oberfläche auftrifft und nicht zum Schichtwachstum beiträgt. Dazu kann es hilfreich sein, die zu beschichtende Oberfläche durch laterale Verschiebung stets in einer
einigermaßen euzentrischen Position zu halten.
Ist die Keramikschicht 5, beispielsweise im Falle einer Licht emittierenden Flip-Chip-Konfiguration, auf
Oberflächenbereichen vorgesehen, die nicht zur
Lichtauskopplung vorgesehen sind, beispielsweise auf
Seitenflächen und/oder auf der Montagefläche zur Montage auf einem Träger 3, kann die Keramikschicht 5 bevorzugt auch ein nicht-transparentes Keramikmaterial, besonders bevorzugt ein reflektierendes Keramikmaterial, aufweisen, wodurch auf die Keramikschicht 5 auftreffendes in der aktiven Schicht 2 erzeugtes Licht in die Halbleiterschichtenfolge 1 zurück und bevorzugt zu einer Lichtauskoppelseite hin reflektiert werden kann .
Weiterhin ist es auch möglich, dass die gezeigte elektrische Kontaktschicht 4 nach der Herstellung der Keramikschicht 5 aufgebracht wird. Hierzu können beispielsweise die Bereiche, in denen die elektrische Kontaktschicht 4 aufgebracht werden soll, nach der Herstellung der Keramikschicht 5 von der Keramikschicht 5 befreit werden. Weiterhin ist es auch möglich, die Keramikschicht 5 beispielsweise mit Hilfe einer Maske selektiv aufzubringen und die Oberflächenbereiche, auf denen die elektrische Kontaktschicht 4 ausgebildet werden soll, nicht mit der Keramikschicht 5 zu bedecken. Wird die Keramikschicht 5, wie oben in Verbindung mit Figur 1A alternativ beschrieben ist, durch eine Beschichtung mittels Aerosolabscheidung im Waferprozess hergestellt, was bedeutet, dass die Keramikschicht 5 auf eine noch nicht vereinzelte Halbleiterschichtenfolge 1 auf einem
Aufwachssubstratwafer aufgebracht wird, kann nach der
Herstellung der Keramikschicht 5 eine Vereinzelung in
einzelne optoelektronische Halbleiterbauelemente 101 in Form von optoelektronischen Halbleiterchips erfolgen. In den folgenden Figuren sind weitere Ausführungsbeispiele gezeigt, die Modifikationen des in den Figuren 1A und 1B gezeigten Ausführungsbeispiels darstellt. Die nachfolgende Beschreibung bezieht sich daher im Wesentlichen auf
Unterschiede zu dem vorherigen Ausführungsbeispiel.
In Figur 2 ist ein Ausführungsbeispiel für ein
optoelektronisches Halbleiterbauelement 102 gezeigt, bei dem die Halbleiterschichtenfolge 1 nach dem Aufwachsen auf einem Aufwachssubstrat auf ein als Träger 3 ausgebildetes
Trägersubstrat 32 umgebondet wurde. Das Aufwachssubstrat wurde entfernt, sodass die Halbleiterschichtenfolge 1 unter Bildung einer als Lichtauskoppelfläche ausgebildeten
Lichtkoppelfläche 8 freigelegt wurde. Die Lichtkoppelfläche 8 weist eine Lichtkoppelstruktur 80, insbesondere eine
Lichtauskoppelstruktur, auf, die prismen- oder
pyramidenförmige Erhebungen aufweist. Der Träger 3 ist elektrisch leitend ausgebildet und wird beispielsweise durch ein halbleitendes Substrat,
beispielsweise ein Silizium- oder Germaniumsubstrat, oder auch durch ein Metallsubstrat gebildet. Weiterhin kann de Träger auch aus einem elektrisch leitenden Verbundwerkstoff, beispielsweise einer elektrisch leitenden Keramik wie etwa Al-SiC ausgebildet sein.
Zur elektrischen Kontaktierung der Halbleiterschichtenfolge 1 sind in der Halbleiterschichtenfolge 1 Durchkontaktierungen 6 vorgesehen, die in der Halbleiterschichtenfolge 1 vom Träger 3 aus zur dem Träger 3 abgewandten Seite der aktiven Schicht 2 reichen. Weiterhin ist eine elektrische Kontaktschicht 4 zur Kontaktierung der dem Träger 3 zugewandten Seite der aktiven Schicht 2 vorgesehen. Zwischen der elektrischen
Kontaktschicht 4 und dem Träger 3 sowie zwischen der
elektrischen Kontaktschicht 4 und den Durchkontaktierungen 6 ist eine elektrisch isolierende Schicht 7 in Form einer dielektrischen Schicht vorgesehen. Weiterhin kann
beispielsweise eine Spiegelschicht auf der elektrischen
Kontaktschicht 4 vorgesehen sein oder die Kontaktschicht 4 kann reflektierend ausgebildet sein. Das optoelektronische Halbleiterbauelement 102 ist insbesondere als so genannter Dünnfilm-Leuchtdiodenchip ausgebildet . Alternativ zum gezeigten elektrisch leitenden Träger 3 kann dieser auch aus einem elektrisch isolierenden Material, beispielsweise einem Glas-, Kunststoff- oder Keramikmaterial, ausgebildet sein und eine oder mehrere Durchkontaktierungen aufweisen, mittels derer eine elektrische Kontaktierung von der der Halbleiterschichtenfolge 1 abgewandten Rückseite des Trägers 3 zur Halbleiterschichtenfolge 1 durch den Träger 3 hindurch möglich ist. Die Durchkontaktierungen können auch als „Vias" oder „Kontaktstöpsel" bezeichnet werden.
Beispielsweise kann der Träger in diesem Fall Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid oder Siliziumnitrid und Kupfer-enthaltende oder durch Kupfer gebildete Durchkontaktierungen aufweisen. Weiterhin können auch Durchkontaktierungen in einem
elektrisch leitenden, beispielsweise halbleitenden, Träger 3 vorhanden sein, die mittels einer elektrisch isolierenden Ummantelung gegen den Träger 3 elektrisch isoliert sind.
Beispielsweise kann der Träger Silizium mit Poly-Silizium- Durchkontaktierungen aufweisen, die mittels Siliziumdioxid elektrisch isoliert sind. Mithilfe der Durchkontaktierungen kann es insbesondere auch möglich sein, auf der der
Halbleiterschichtenfolge 1 angewandten Trägerrückseite
Kontaktflächen mit unterschiedlicher Polarität zu erreichen. Die Halbleiterschichtenfolge 10 sowie auch der Träger 3 weisen Oberflächenbereiche 10, 30 auf, auf denen eine
Keramikschicht 5 mittels Aerosolabscheidung aufgebracht ist. Der Oberflächenbereich 10 umfasst dabei alle freiliegenden Oberflächen der Halbleiterschichtenfolge 2, also die
Seitenflächen sowie die Lichtkoppelfläche 8, sodass die
Halbleiterschichtenfolge 1 auf allen freiliegenden
Oberflächen gänzlich mit der Keramikschicht 5 bedeckt ist. Weiterhin erstreckt sich die Keramikschicht 5 zusammenhängend von der Halbleiterschichtenfolge 1 auf den Träger 3, wobei der Oberflächenbereich 30 des Trägers 3, der mit der
Keramikschicht 5 bedeckt ist, die der
Halbleiterschichtenfolge 1 zugewandte Montagefläche umfasst. Ein Anschlussbereich, in dem die elektrische Kontaktschicht 4 zum elektrischen Anschluss des optoelektronischen
Halbleiterbauelements 102 zugänglich ist, ist von der
Keramikschicht 5 freigehalten. Auf der Lichtkoppelfläche 8 weist die Keramikschicht 5 eine Dicke auf, die kleiner als die Höhe der Lichtkoppelstruktur 80 ist, sodass die
Keramikschicht 5 der Struktur der Lichtkoppelstruktur 80 folgt und diese nicht planarisiert , wodurch die Licht
auskoppelnde Wirkung der Lichtkoppelstruktur 80 erhalten bleibt. Alternativ kann die Keramikschicht 5 auch als
Planarisierung wirken oder auf einer planen Lichtkoppelfläche mit einem darüber angeordneten, brechungsindexangepassten Lichtkoppelelement, beispielsweise einer Linse, aufgebracht sein . Zur Herstellung des optoelektronischen Halbleiterbauelements 102 kann die Halbleiterschichtenfolge 1 beispielsweise in einem Waferprozess auf einen Trägerwafer übertragen werden. Vor oder nach dem Übertragen wird die
Halbleiterschichtenfolge 1 entsprechend der zu vereinzelnden Halbleiterbauelemente strukturiert. Anschließend kann die
Keramikschicht 5 auf dem Trägerwafer und der strukturierten Halbleiterschichtenfolge 1 aufgebracht werden. Danach kann eine Vereinzelung in einzelne optoelektronische
Halbleiterbauelemente 102 erfolgen.
In Figur 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein optoelektronisches Halbleiterbauelement 103 gezeigt, bei dem sich im Vergleich zum optoelektronischen Halbleiterbauelement 102 der Figur 2 die Keramikschicht 5 auf einem
Oberflächenbereich 30 des Trägers befindet, der zusätzlich auch eine Seitenfläche des Trägers 3 umfasst. Dadurch kann erreicht werden, dass sich die Keramikschicht 5 über
Seitenflächen des elektrischen leitenden Trägers 3 und der elektrisch leitenden Schicht 4, die voneinander isoliert übereinander angeordnet sind, erstreckt. Durch Feuchtigkeit auftretende Kriechströme, die zu Kurzschlüssen zwischen der elektrisch leitenden Schicht 4 und dem elektrisch leitenden Träger 3 führen könnten, können so verhindert werden.
Wird die Keramikschicht 5 wie im vorhergehenden
Ausführungsbeispiel im Rahmen eines Waferprozesses
aufgebracht, müssen vor dem Aufbringen der Keramikschicht 5 spätere Seitenflächen des Trägers 3, der noch im Verbund als Trägerwafer vorliegt, durch Strukturieren freigelegt werden. Alternativ dazu ist es auch möglich, vor dem Aufbringen der Keramikschicht 5 den Trägerwafer mit der
Halbleiterschichtenfolge 1 zu vereinzeln und erst nach dem Vereinzeln die Keramikschicht 5 zur Fertigstellung einer
Vielzahl von optoelektronischen Halbleiterbauelementen 103 aufzubringen .
In Figur 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel gezeigt, das im Vergleich zu den Ausführungsbeispielen der Figuren 2 und 3 einen als Trägersubstrat 32 ausgebildeten Träger in Form einer Metallschicht aufweist, die potenzialfrei, also
elektrisch isoliert zur Halbleiterschichtenfolge 1,
ausgebildet ist. Hierzu ist auf dem Träger 3 eine
beispielsweise mittels CVD aufgebrachte isolierende Schicht 7 aus einem dielektrischen Material angeordnet. Die Montage der Halbleiterschichtenfolge 1 auf dem Träger 3 erfolgt mittels einer Lotschicht 11. Um eine Diffusion von Lotmaterial in die Halbleiterschichtenfolge zu vermeiden, ist über der Lotschicht 11 eine Sperrschicht, die beispielsweise aus TiWN sein kann, angeordnet.
Zur Kontaktierung der Halbleiterschichtenfolge 1 sind
elektrische Kontaktschichten 4 vorgesehen, die durch eine weitere elektrisch isolierende Schicht 7 voneinander
elektrisch isoliert sind und die über eine oder mehrere
Durchkontaktierungen 6 beziehungsweise über eine
Spiegelschicht 12 die beiden Seiten der aktiven Schicht 2 elektrisch kontaktieren. Wie im vorherigen
Ausführungsbeispiel ist eine Keramikschicht 5 auf allen freiliegenden Oberflächenbereichen 10 der
Halbleiterschichtenfolge 1 sowie auf Oberflächenbereichen 30 des Trägers 3 aufgebracht, wobei Anschlussbereiche der
Kontaktschichten 4 sowie die der Halbleiterschichtenfolge 1 abgewandte Seite des Trägers 3 freiliegen. Insbesondere erstreckt sich die Keramikschicht 5 über Seitenflächen der Diffusionssperrschicht 9, der Lotschicht 11 und des Trägers 3, die alle elektrisch leitend sind, sodass der Träger 3, der von der Lotschicht 11 und der Sperrschicht 9 durch die elektrisch isolierende Schicht 7 elektrisch isoliert ist, beispielsweise vor Kriechströmen über die Seitenflächen geschützt und damit potenzialfrei gehalten werden kann.
In Figur 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein optoelektronisches Halbleiterbauelement 105 gezeigt, bei dem eine Halbleiterschichtenfolge 1, die beispielsweise auch ein Aufwachssubstrat oder ein Trägersubstrat aufweisen kann, auf einem Trägerkörper 33, der einen Träger 3 für die
Halbleiterschichtenfolge 1 bildet, aufgebracht ist. Der elektrische Anschluss der Halbleiterschichtenfolge 1 erfolgt über Leiterbahnen 13, die durch eine elektrisch isolierende Schicht voneinander isoliert sind. Alternativ zur Kontaktierung über Leiterbahnen kann beispielsweise auch eine Kontaktierung der Halbleiterschichtenfolge 1 mittels
Bonddrähten erfolgen.
Besonders bevorzugt handelt es sich bei der
Halbleiterschichtenfolge 1 um einen substratlosen
optoelektronischen Halbleiterchip, der in einem so genannten Chip-to-Wafer-Prozess auf dem durch einen Keramikträger gebildeten Trägerkörper 33 montiert ist. Derartige
Halbleiterbauelemente sind beispielsweise in der Druckschrift DE 10 2009 051 746 AI beschrieben, deren Offenbarungsgehalt diesbezüglich vollumfänglich durch Rückbezug aufgenommen wird .
Wie in den vorherigen Ausführungsbeispielen erstreckt sich eine mittels Aerosolabscheidung zusammenhängend aufgebrachte Keramikschicht 5 über Oberflächenbereiche 10 der
Halbleiterschichtenfolge 1 und Oberflächenbereiche 30 des Trägers 3, wodurch zusammen mit dem Trägerkörper 33 ein keramisches Gehäuse gebildet werden kann, das die
Halbleiterschichtenfolge 1 komplett umhüllt und somit vor Umwelteinflüssen schützt. In diesem Fall erfolgt die
Chipkapselung und die Definition des Packages, also des Bauelements, in einem Prozessschritt mittels der
Aerosolabscheidung zur Bildung der hochdichten Keramikschicht 5.
In Figur 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein optoelektronisches Halbleiterbauelement 106 gezeigt, das im Vergleich zum vorherigen Ausführungsbeispiel der Figur 5 eine Mehrzahl von Halbleiterschichtenfolgen 1 auf einem als Träger 3 ausgebildeten Trägerkörper 33 aufweist. Die
Halbleiterschichtenfolgen 1 sind zusammen mit
Oberflächenbereichen 30 des Trägers 3 mit einer
zusammenhängenden Keramikschicht 5 auf allen freiliegenden Oberflächen bedeckt, wobei auch Öffnungen für eine
elektrische Kontaktierung in der Keramikschicht 5 vorgesehen sein können. Die Leiterbahn 13 ist beispielhaft für eine Kontaktierung der Halbleiterschichtenfolgen 1 gezeigt, wobei noch weitere Leiterbahnen oder andere Anschlusselemente wie beispielsweise Bonddrähte vorhanden sein können.
In Figur 7 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem im Vergleich zum Ausführungsbeispiel der Figur 6 die Keramikschicht 5 Oberflächenunebenheiten der mit dem
Keramikmaterial bedeckten Oberflächenbereiche 10, 30 der Halbleiterschichtenfolgen 1 und des Trägers 3 umformt. Hierzu werden die Halbleiterschichtenfolgen 1 bereitgestellt und auf einer Montagefläche des Trägerkörpers 33 aufgebracht.
Zumindest ein Teil der Montagefläche, der den
Oberflächenbereich 30 des Trägers 3 bildet, sowie die
Halbleiterschichtenfolgen 1 werden mit einer
zusammenhängenden Keramikschicht 5 bedeckt, die eine Dicke aufweist, die größer als eine Dicke der
Halbleiterschichtenfolgen 1 ist. Hierzu eignen sich
insbesondere substratlose optoelektronische Halbleiterchips als Halbleiterschichtenfolgen 1, die eine Dicke von nur einigen Mikrometern aufweisen können. Alternativ dazu ist es aber auch möglich, Halbleiterchips zu verwenden, die
Halbleiterschichtenfolgen auf einem Aufwachssubstrat oder Trägersubstrat wie in Verbindung mit den Figuren 1A bis 4 beschrieben ist, aufweisen.
Anschließend wird die Keramikschicht 5 über den
Lichtkoppelflächen 8 der Halbleiterschichtenfolgen 1 auf eine definierte Dicke dünn geschliffen, beispielsweise mittels chemisch-mechanischem Polieren. Das optoelektronische
Halbleiterbauelement 107 weist somit eine ebene Oberfläche auf, über die die Halbleiterschichtenfolgen 1 im Betrieb Licht abstrahlen können.
In den Ausführungsbeispielen der Figuren 6 und 7 kann eine elektrische Kontaktierung der Halbleiterschichtenfolgen 1 durch den Träger 3 hindurch mittels Durchkontaktierungen erfolgen, wie oben im Zusammenhang mit der Figur 2
beschrieben ist.
In den Ausführungsbeispielen der Figuren 5 bis 7 können analog zu den Ausführungsbeispielen der Figuren 3 und 4 zusätzlich auch noch Seitenflächen des Trägers 3 mit der Keramikschicht 5 bedeckt sein.
Die in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele können zusätzlich oder alternativ auch weitere Merkmale gemäß den Ausführungsformen im allgemeinen Teil aufweisen. Weiterhin ist es auch möglich, Merkmale und/oder Ausführungsbeispiele, die in Verbindung mit einzelnen Figuren beschrieben sind, miteinander zu kombinieren. 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

Patentansprüche
1. Optoelektronisches Halbleiterbauelement, aufweisend
- zumindest eine optoelektronische Halbleiterschichtenfolge
(1) mit einer aktiven Schicht (2), die geeignet ist, im Betrieb Licht abzustrahlen oder zu empfangen, und
- auf zumindest einem Oberflächenbereich (10) der
Halbleiterschichtenfolge (1) eine Keramikschicht (5), die durch ein mittels Aerosolabscheidung aufgebrachtes Keramikmaterial gebildet wird und die den
Oberflächenbereich verkapselt.
2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, wobei die
Keramikschicht (5) transparent ist.
3. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, wobei die
Keramikschicht (5) nicht-transparent ist.
4. Halbleiterbauelement nach einem der vorherigen
Ansprüche, wobei die Keramikschicht (5) eine zumindest teilweise außen liegende Schicht des
Halbleiterbauelements bildet.
5. Halbleiterbauelement nach einem der vorherigen
Ansprüche, wobei sich die Keramikschicht (5) auf dem Oberflächenbereich (10) der Halbleiterschichtenfolge zumindest über eine Seitenfläche der aktiven Schicht (2) erstreckt .
6. Halbleiterbauelement nach einem der vorherigen
Ansprüche, wobei der Oberflächenbereich (10) durch zumindest einen Teil einer Lichtkoppelfläche (8) der Halbleiterschichtenfolge (1) gebildet wird, die Lichtkoppelfläche (8) eine Lichtkoppelstruktur (80) aufweist und die Keramikschicht (5) der
Lichtkoppelstruktur (80) folgt.
Halbleiterbauelement nach einem der vorherigen
Ansprüche, wobei der von der Keramikschicht (5) bedeckte Oberflächenbereich (10) alle nach der Anordnung auf einem Träger (3) freiliegenden Oberflächen der
Halbleiterschichtenfolge (1) aufweist.
Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Halbleiterschichtenfolge (1) zumindest eine elektrische Kontaktschicht (4) aufweist und der von der Keramikschicht (5) bedeckte Oberflächenbereich (10) bis auf die Kontaktschicht (4) oder einen Teil dieser alle nach der Anordnung auf einem Träger (3) freiliegenden Oberflächen der Halbleiterschichtenfolge (1) aufweist.
Halbleiterbauelement nach einem der vorherigen
Ansprüche, wobei die Halbleiterschichtenfolge (1) auf einem Träger (3) angeordnet ist und zumindest ein
Oberflächenbereich (30) des Trägers (3) mit der
Keramikschicht (5) bedeckt ist.
Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei der Träger (3) zumindest zwei elektrisch leitende Schichten (4, 9, 11,33) übereinander angeordnet
aufweist, die elektrisch voneinander isoliert sind, und wobei sich die Keramikschicht (5) auf dem
Oberflächenbereich (30) des Trägers (3) über
Seitenflächen der zumindest zwei elektrisch leitenden Schichten (4, 9, 11, 33) erstreckt.
11. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei der Träger (3) ein Aufwachssubstrat (31), ein Trägersubstrat (32) oder einen Trägerkörper (33) aufweist .
12. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei der Träger (3) einen Trägerkörper (33) aufweist und die Halbleiterschichtenfolge (1) einen substratlosen optoelektronischen Halbleiterchip bildet.
13. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 7 bis 12, wobei das optoelektronische Halbleiterbauelement eine Mehrzahl von optoelektronischen
Halbleiterschichtenfolgen (1) aufweist, die
nebeneinander auf dem Träger (3) angeordnet sind, und wobei das Keramikmaterial als Keramikschicht (5) auf zumindest einem Oberflächenbereich (10) jeder der
Halbleiterschichtenfolgen (1) aufgebracht ist. 14. Halbleiterbauelement nach Anspruch 13, wobei sich die
Keramikschicht (5) zusammenhängend über die Mehrzahl der Halbleiterschichtenfolgen (1) erstreckt.
15. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 7 bis 14, wobei die Keramikschicht (5) Oberflächenunebenheiten des mit dem Keramikmaterial bedeckten Oberflächenbereichs (10, 30) der Halbleiterschichtenfolge (1) und/oder des Trägers (3) umformt. 16. Halbleiterbauelement nach einem der vorherigen
Ansprüche, wobei das Keramikmaterial eines oder mehrere der folgenden Materialien aufweist: Siliziumcarbid, Oxide, Nitride und Oxinitride mit Silizium, Aluminium, Zirkon, Titan.
17. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen
Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 16, bei dem auf den zumindest einen Oberflächenbereich (10) mittels eines Aerosolabscheideverfahrens ein
pulverförmiges Keramikmaterial unter Bildung der
Keramikschicht (5) aufgebracht wird.
18. Verfahren nach Anspruch 17, bei dem das
Aerosolabscheideverfahrens bei einer Temperatur von kleiner oder gleich 450°C, insbesondere bei
Raumtemperatur, durchgeführt wird.
19. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, bei dem
- die Halbleiterschichtenfolge (1) einen substratlosen
optoelektronischen Halbleiterchips bildet und auf einer Montagefläche eines einen Trägerkörper (33) aufweisenden Trägers (3) aufgebracht wird,
- zumindest ein Teil der Montagefläche und die
Halbleiterschichtenfolge (1) mit einer zusammenhängenden Keramikschicht (5) bedeckt werden, wobei die
Keramikschicht (5) eine Dicke aufweist, die größer als eine Dicke der Halbleiterschichtenfolge (1) ist, und
- die Keramikschicht (5) über einer Lichtkoppelfläche (8) der
Halbleiterschichtenfolge (1) gedünnt wird.
PCT/EP2013/066726 2012-09-03 2013-08-09 Optoelektronisches halbleiterbauelement und verfahren zur herstellung eines optoelektronischen halbleiterbauelements Ceased WO2014032938A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102012108160.3 2012-09-03
DE102012108160.3A DE102012108160A1 (de) 2012-09-03 2012-09-03 Optoelektronisches Halbleiterbauelement und Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2014032938A1 true WO2014032938A1 (de) 2014-03-06

Family

ID=48951464

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2013/066726 Ceased WO2014032938A1 (de) 2012-09-03 2013-08-09 Optoelektronisches halbleiterbauelement und verfahren zur herstellung eines optoelektronischen halbleiterbauelements

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102012108160A1 (de)
WO (1) WO2014032938A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9530951B2 (en) 2013-04-15 2016-12-27 Osram Opto Semiconductor Gmbh Optoelectronic device

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014106073A1 (de) * 2014-04-30 2015-11-05 Osram Opto Semiconductors Gmbh Vorrichtung mit einer lichtemittierenden Diode

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005011760A (ja) * 2003-06-20 2005-01-13 Casio Comput Co Ltd 封止方法及び封止構造
US20070176194A1 (en) * 2004-06-22 2007-08-02 Konica Minolta Holdings, Inc. White light emitting diode and method of manufcturing the same
US20100155738A1 (en) * 2005-02-22 2010-06-24 Hiroyuki Nabeta Light Emitting Diode and Method for Manufacturing Same
WO2011032853A1 (de) * 2009-09-18 2011-03-24 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optoelektronisches modul
DE102009051746A1 (de) 2009-09-30 2011-03-31 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optoelektronisches Bauelement
DE102010045390A1 (de) * 2010-09-15 2012-03-15 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optoelektronisches Halbleiterbauteil und Verfahren zur Herstellung eines optoelektronisches Halbleiterbauteils
DE102010045784A1 (de) * 2010-09-17 2012-03-22 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optoelektronischer Halbleiterchip

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI241034B (en) * 2004-05-20 2005-10-01 Lighthouse Technology Co Ltd Light emitting diode package
AU2008321873A1 (en) * 2007-11-12 2009-05-22 Mitsubishi Chemical Corporation Illuminating Device
JP5526876B2 (ja) * 2010-03-09 2014-06-18 東京エレクトロン株式会社 加熱装置及びアニール装置
DE102010042217A1 (de) * 2010-10-08 2012-04-12 Osram Ag Optoelektronisches Halbleiterbauelement und Verfahren zu seiner Herstellung

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005011760A (ja) * 2003-06-20 2005-01-13 Casio Comput Co Ltd 封止方法及び封止構造
US20070176194A1 (en) * 2004-06-22 2007-08-02 Konica Minolta Holdings, Inc. White light emitting diode and method of manufcturing the same
US20100155738A1 (en) * 2005-02-22 2010-06-24 Hiroyuki Nabeta Light Emitting Diode and Method for Manufacturing Same
WO2011032853A1 (de) * 2009-09-18 2011-03-24 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optoelektronisches modul
DE102009051746A1 (de) 2009-09-30 2011-03-31 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optoelektronisches Bauelement
DE102010045390A1 (de) * 2010-09-15 2012-03-15 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optoelektronisches Halbleiterbauteil und Verfahren zur Herstellung eines optoelektronisches Halbleiterbauteils
DE102010045784A1 (de) * 2010-09-17 2012-03-22 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optoelektronischer Halbleiterchip

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
I. SCHNITZER ET AL., APPLIED PHYSICS LETTERS, vol. 63, no. 16, 18 October 1993 (1993-10-18), pages 2174 - 2176

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9530951B2 (en) 2013-04-15 2016-12-27 Osram Opto Semiconductor Gmbh Optoelectronic device
US9899586B2 (en) 2013-04-15 2018-02-20 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optoelectronic device

Also Published As

Publication number Publication date
DE102012108160A1 (de) 2014-03-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102011114641B4 (de) Optoelektronisches Halbleiterbauelement und Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements
EP2593973B1 (de) Optoelektronisches halbleiterbauteil
US9287469B2 (en) Encapsulation for phosphor-converted white light emitting diode
DE102012109460B4 (de) Verfahren zur Herstellung eines Leuchtdioden-Displays und Leuchtdioden-Display
DE102010034665B4 (de) Optoelektronischer Halbleiterchip und Verfahren zur Herstellung von optoelektronischen Halbleiterchips
EP2149160B1 (de) Optoelektronisches bauelement und verfahren zur herstellung einer mehrzahl optoelektronischer bauelemente
WO2014029642A1 (de) Verfahren zur herstellung eines licht emittierenden halbleiterbauelements und licht emittierendes halbleiterbauelement
EP2612372B1 (de) Leuchtdiodenchip
DE102009058796A1 (de) Optoelektronisches Bauelement und Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements
EP2149161A1 (de) Optoelektronisches bauelement
EP2591510A1 (de) Leuchtdiodenchip und verfahren zur herstellung eines leuchtdiodenchips
DE102011011140A1 (de) Optoelektronischer Halbleiterchip und Verfahren zur Herstellung von optoelektronischen Halbleiterchips
WO2009095007A1 (de) Strahlungsemittierende vorrichtung
DE102013100818B4 (de) Optoelektronischer Halbleiterchip und Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips
DE102004040277B4 (de) Reflektierendes Schichtsystem mit einer Mehrzahl von Schichten zur Aufbringung auf ein III/V-Verbindungshalbleitermaterial
WO2014048905A1 (de) Optoelektronisches halbleiterbauelement
WO2013131729A1 (de) Verfahren zur herstellung eines optoelektronischen halbleiterchips
WO2009121314A1 (de) Strahlungsemittierendes halbleiterbauelement und verfahren zur herstellung eines strahlungsemittierenden halbleiterbauelements
DE112019005876T5 (de) Lichtemittierendes bauelement und verfahren zur herstellung eines lichtemittierenden bauelements
DE102012108160A1 (de) Optoelektronisches Halbleiterbauelement und Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements
DE102015109413A1 (de) Verfahren zur Herstellung von optoelektronischen Konversions-Halbleiterchips und Verbund von Konversions-Halbleiterchips
DE102016103353B4 (de) Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements
WO2025237662A1 (en) Method of producing an optoelectronic semiconductor chip and optoelectronic semiconductor chip
US20070190753A1 (en) Method for the production of a plurality of opto-electronic semiconductor chips and opto-electronic semiconductor chip
DE102015108345A1 (de) Verfahren zur Herstellung von optoelektronischen Halbleiterbauteilen und optoelektronisches Halbleiterbauteil

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 13747675

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 13747675

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1