WO2014114524A1 - Optoelektronischer halbleiterchip mit einer ald-schicht verkapselt und entsprechendes verfahren zur herstellung - Google Patents

Optoelektronischer halbleiterchip mit einer ald-schicht verkapselt und entsprechendes verfahren zur herstellung Download PDF

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WO2014114524A1
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layer
encapsulation layer
semiconductor chip
encapsulation
optoelectronic semiconductor
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PCT/EP2014/050574
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Johann Eibl
Sebastian Taeger
Lutz Höppel
Karl Engl
Stefanie Rammelsberger
Markus Maute
Michael Huber
Rainer Hartmann
Georg Hartung
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Osram Opto Semiconductors Gmbh
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Definitions

  • Specify optoelectronic semiconductor chip which is particularly durable and has an increased efficiency.
  • the optoelectronic semiconductor chip is, for example, a light-emitting diode chip.
  • Optoelectronic semiconductor chip is a semiconductor body, the one for generating electromagnetic radiation
  • Semiconductor body is, for example, an epitaxially grown semiconductor body which has an n-type region, a p-type region and an active region between the two conductive regions.
  • Infrared radiation in particular in the spectral range of visible light are generated.
  • the semiconductor body is based on a III-V semiconductor material, for example on a nitride compound semiconductor material.
  • the electromagnetic radiation is generated in the active region of the semiconductor body, which electromagnetic radiation can leave the semiconductor body at least partially via external surfaces of the semiconductor body.
  • the optoelectronic semiconductor chip comprises a first mirror layer, which is used for reflection of the
  • Semiconductor body has, for example, two major surfaces which are interconnected via at least one side surface.
  • the first mirror layer can be attached to one of the two
  • Main surfaces can be arranged. Electromagnetic radiation, which is generated in the active region of the semiconductor body, partly impinges on the first mirror layer and can be reflected by it in the direction of the outer surface of the semiconductor body, where it then partially exits.
  • the mirror layer may be formed, for example, metallic.
  • metals such as silver and / or aluminum are suitable for forming the first mirror layer.
  • Metals have a good to very good reflectivity for visible light, but may have the disadvantage that, especially if, as in the operation of the
  • Electromagnetic field is present, tend to diffusion or electromigration. Furthermore, these metals may, for example, oxidize in a wet environment, causing the
  • the optoelectronic semiconductor chip comprises a first encapsulation layer, which is connected to an electrically insulating material is formed.
  • Encapsulation layer is particularly intended to prevent the diffusion of material from the first mirror layer into other areas of the optoelectronic semiconductor chip and / or to hinder or prevent the penetration of atmospheric gases or moisture to the first mirror layer.
  • the first encapsulation layer is formed with an electrically insulating material and can
  • the optoelectronic semiconductor chip comprises a carrier, which is intended to be the first
  • Encapsulation layer the first mirror layer and the
  • Carrier may be the mechanically supporting component of the optoelectronic semiconductor chip. On the support then the other components of the optoelectronic semiconductor chip, in particular the components mentioned
  • Encapsulation layer, mirror layer and semiconductor body arranged.
  • the carrier may be electrically insulating or electrically conductive. In the event that the carrier is formed at least in places electrically conductive, it can serve for the electrical connection of the optoelectronic semiconductor chip.
  • the carrier can, for example, with a ceramic
  • the carrier is formed with a metal
  • the carrier can at least in places with a galvanic or be formed electrolessly deposited metal.
  • the carrier is formed of materials such as doped or undoped silicon, germanium, copper or sapphire.
  • the carrier is preferably not a
  • the carrier may in particular be arranged on one side of the semiconductor body, which lies opposite the original growth substrate of the semiconductor body.
  • the original growth substrate may be at least partially, in particular completely removed from the semiconductor body. That is, the optoelectronic semiconductor chip is then in particular free of a growth substrate of the
  • the semiconductor body The semiconductor body.
  • the first mirror layer is arranged between the carrier and the semiconductor body. That is, as seen from the wearer, the wearer first follows the
  • the semiconductor body is arranged on the side facing away from the carrier of the mirror layer.
  • the first mirror layer can be in direct contact with the
  • the first encapsulation layer is at least in places between the carrier and the first
  • the first mirror layer Carrier side facing away from the first encapsulation layer, the first mirror layer is arranged.
  • Encapsulation layer can be directly to the first Border mirror layer. However, it is also possible in particular for further electrically conductive and / or electrically insulating layers to be arranged between the first
  • Encapsulation layer and the carrier are located.
  • the first encapsulation layer is an ALD layer. That is, the first encapsulation layer is by means of an ALD (atomic layer deposition,
  • Atomic layer deposition By means of an ALD method very thin layers can be produced which have a polycrystalline or amorphous structure. Since a layer produced by ALD grows in proportion to the number of reaction cycles with which the layer is produced, an exact control of the layer thickness is possible.
  • the first encapsulation layer is with
  • ALD process such as Flash ALD, photo-induced ALD or another ALD process deposited.
  • a high-temperature ALD method can be used, in which the first encapsulation layer at
  • a layer prepared by an ALD method is via electron microscopic studies and others
  • the encapsulant layer is an ALD layer is, therefore, it is in particular a
  • the optoelectronic semiconductor chip comprises a semiconductor body which has a semiconductor body for generating
  • Electromagnetic radiation provided active area. Furthermore, the optoelectronic semiconductor chip comprises a first mirror layer, which is used for reflection of the
  • Optoelectronic semiconductor chip further comprises a first encapsulation layer, which is formed with an electrically insulating material.
  • the optoelectronic semiconductor chip finally comprises a carrier, which is intended to mechanically support the first encapsulation layer, the first mirror layer and the semiconductor body.
  • the first mirror layer between the support and the semiconductor body is arranged, the first encapsulation layer is between the support and the first mirror layer
  • the first encapsulation layer is an ALD layer.
  • the following considerations apply to the optoelectronic semiconductor chip described here
  • a first mirror layer For use which is formed with a metal which tends to diffusion and / or electromigration, or which has a low resistance to moisture, as is the case for example for silver, it proves to be advantageous if the first mirror layer before Humidity and / or the atmospheric gases is protected.
  • Encapsulation layer find use, which is formed with a metal. However, it has been found that such metallic layers can absorb the electromagnetic radiation generated in the semiconductor body during operation. Furthermore, it would be possible to use for the encapsulation of the first layer layers, which by means of a
  • an ALD layer is used as the first encapsulation layer, which can reliably protect the first mirror layer from moisture and at the same time has no absorbing properties for the imagers
  • Encapsulation layer produced by an ALD method Encapsulation layer produced by an ALD method.
  • the following embodiments and embodiments relate to both the optoelectronic
  • optoelectronic semiconductor chip at least one
  • Through-hole penetrates the first encapsulation layer, the first mirror layer and the active region.
  • the optoelectronic semiconductor chip comprises a multiplicity of identical plated-through holes.
  • the via is connected to an electrically conductive material.
  • the electrically conductive material is electrically conductive material.
  • Through-hole may, for example, comprise a recess in the semiconductor body, which extends through the p-type region of the semiconductor body, the active region of the semiconductor body
  • Semiconductor body extends. Via the via, the active area is then from one side of the
  • Semiconductor body for example, from the n-type region of the semiconductor body forth, electrically contacted.
  • Semiconductor body is free of electrical connection areas and / or conductors for power distribution. This allows an optoelectronic semiconductor chip, in the electromagnetic radiation as little as possible or not at all by connecting areas and / or conductor tracks for
  • the first encapsulation layer covers the carrier completely on its upper side facing the semiconductor body. That is, the first one
  • Encapsulation layer is formed as a layer between the carrier and the semiconductor body and has at most there interruptions, where possibly existing
  • Encapsulation layer extend through, are formed. Otherwise, the first encapsulation layer according to this embodiment is formed over the whole area and covers the upper side of the carrier facing the semiconductor body
  • Encapsulation layer is in direct contact with the carrier.
  • Optoelectronic semiconductor chip a second mirror layer, which at the carrier-facing underside of the
  • Via is arranged, wherein the first
  • the second mirror layer can also with a for
  • Diffusion and / or electromigration prone metal such as silver may be formed. It is particularly possible that the second mirror layer with the same material as the first mirror layer is formed.
  • the second mirror layer is, for example, between the carrier and the
  • the second mirror layer may be at the underside facing the carrier
  • the encapsulation layer is arranged in places between the first mirror layer and the second mirror layer, so that the
  • Encapsulation layer can act as encapsulation layer for both the first and the second mirror layer.
  • the encapsulation layer is particularly well permeable to electromagnetic radiation generated in the semiconductor body.
  • the second mirror layer is set up to reflect electromagnetic radiation generated in the semiconductor body. Due to the good permeability of the first encapsulation layer, a particularly large proportion of the electromagnetic radiation can be transferred to the second
  • Optoelectronic semiconductor chip a third mirror layer, which is a side surface of the semiconductor body in one
  • Encapsulation layer extends at least in places on the side facing away from the carrier of the third mirror layer.
  • the third mirror layer is likewise provided for the reflection of electromagnetic radiation generated during operation in the semiconductor body.
  • the third mirror layer can be made with the same materials as the first or the second
  • Mirror layer be formed. That is, in particular, it is possible that the third mirror layer with a for
  • Diffusion and / or electromigration-prone metal such as Silver or aluminum is formed or consists of one of these materials.
  • the third mirror layer projects beyond the semiconductor body in a lateral direction.
  • a lateral direction is a direction that runs parallel to the main extension plane of the carrier. That is, the third mirror layer projects laterally beyond the semiconductor body. In this way, the third mirror layer can also reflect electromagnetic radiation which emerges from the side surfaces of the semiconductor body and subsequently strikes the carrier.
  • the first encapsulation layer is arranged on the side of the third mirror layer facing away from the carrier and thus at least indirectly between the third mirror layer and the semiconductor body. Due to the good permeability of the first
  • Encapsulation layer for electromagnetic radiation which is generated in operation in the semiconductor body, arrives
  • the second mirror layer and the third mirror layer are connected together and form a common further mirror layer in this way.
  • This further mirror layer then does not depend on the first one
  • the first game layer and the other mirror layer (s) are at least
  • the vertical direction runs parallel to a growth direction of the semiconductor body and / or perpendicular to the lateral direction.
  • a side surface of the first mirror layer is free of the first
  • the first encapsulation layer is in this case with a
  • Mirror layer is in direct contact. Furthermore, it is possible that the first encapsulation layer is not in direct contact with any of the mirror layers of the optoelectronic semiconductor chip.
  • Encapsulation layer is arranged, which is also a
  • the first encapsulation layer is formed with an electrically insulating material and has a thickness between at least 0.05 nm and at most 500 nm, in particular at least 30 nm and at most 50 nm
  • the first encapsulation layer may comprise a plurality of sub-layers, which are arranged on top of each other.
  • the first encapsulation layer contains or For example, it consists of one of the following materials: Al2O3, S1O2, SiN. In this case, it is also possible in particular for the first encapsulation layer to contain a combination of these materials.
  • the first encapsulation layer may contain a combination of these materials.
  • Encapsulation layer as a sequence of sublayers
  • Encapsulation layer disposed between the carrier and the first encapsulation layer, wherein the second
  • Encapsulation layer is electrically insulating, the second encapsulation layer in direct contact with the first
  • Encapsulation layer is and the second
  • Encapsulation layer at least 90% of her facing
  • the second encapsulation layer may be
  • the second encapsulation layer can at least
  • Encapsulation layer directly adjacent to the second mirror layer and / or third mirror layer.
  • Encapsulation layer is arranged in this case on the side facing away from the carrier top of the second mirror layer and / or the third mirror layer.
  • the second encapsulation layer has the advantage of being suitable for the second mirror layer and / or the third mirror layer forms a protection during the deposition of the first encapsulation layer.
  • materials such as precursor materials may then be used which comprise the material of the
  • the second mirror layer and the third mirror layer are formed, for example, with silver, then ozone can be used as precursor material in the production of the first encapsulation layer without damaging the silver mirror or the silver mirror, since the second encapsulation layer forms a protection for the mirror layers ,
  • Encapsulation layer and the semiconductor body is arranged, wherein the third encapsulation layer is electrically insulating, the third encapsulation layer is in direct contact with the first encapsulation layer and the third
  • Encapsulation layer at least 90% of her facing
  • the third encapsulation layer may be formed identically to the second encapsulation layer. Furthermore, it is possible that the third encapsulation layer directly adjoins the first mirror layer. Furthermore, it is possible for another layer, for example a connection layer made of a metal, to be arranged between the third encapsulation layer and the first encapsulation layer.
  • the third encapsulation layer may as well as the second
  • Both the second encapsulation layer and the third encapsulation layer can face each of them
  • first encapsulation layer Cover outer surfaces of the first encapsulation layer to at least 90%, in particular completely. That is, the first encapsulation layer may be completely covered at its major surfaces by the second and third encapsulant layers.
  • the first encapsulation layer is in this way from the two further encapsulation layers
  • the thickness of the second encapsulation layer and / or the thickness of the third encapsulation layer is at least six times the thickness of the first encapsulation layer. That is, the second and third encapsulation layers each have a substantially greater thickness than the first encapsulation layer. The second and third encapsulation layers can thereby
  • Encapsulation layer is and where the fourth
  • Encapsulation layer is an ALD layer.
  • the semiconductor body may be at its uncovered
  • the fourth side is also an ALD layer.
  • Encapsulation layer may be formed, for example, identical to the first encapsulation layer. At locations where the first encapsulation layer is exposed, ie is not covered by further layers, the first encapsulation layer is in direct contact with the fourth encapsulation layer. In this way, locations (in the following also "triple points") are formed where ALD layers directly adjoin one another. With such a fourth
  • Encapsulation layer it is particularly possible that the semiconductor body is completely enclosed by encapsulation layers, which are produced by an ALD method. According to at least one embodiment, the
  • Encapsulation layer which is electrically insulating and in direct contact with the fourth encapsulation layer.
  • the fifth encapsulation layer may, for example, be identical to the second and / or the third encapsulation layer
  • the fifth encapsulation layer represents a protection of the fourth encapsulation layer and the first encapsulation layer. It is possible for the fifth encapsulation layer to be in places in direct contact with the first encapsulation layer.
  • Encapsulation layer is in turn substantially thicker than the first encapsulation layer and the fourth
  • Encapsulation layer at least six times the
  • Layer thickness of the first encapsulation layer and / or the fourth encapsulation layer corresponds.
  • at least one of the following encapsulation layers comprises at least two
  • At least one of these layers, in particular all of these layers, are layers which are produced by means of a CVD method.
  • the layers can be
  • the layers may each comprise a first sub-layer comprising SiC> 2, a second sub-layer comprising SiN, a third sub-layer comprising S1O2, and a fourth sub-layer formed with SiN.
  • the sublayers are arranged one above the other in a vertical direction, perpendicular to the lateral direction.
  • the sublayers formed with S1O2 have a thickness between 130 nm and 170 nm, in particular of
  • the sublayers formed with SiN may have a thickness between 10 nm and 14 nm, in particular 12 nm. In particular, this way
  • Encapsulation layer are used, especially
  • the optoelectronic semiconductor chip comprises a connection region that is laterally spaced from the
  • Encapsulation layer is surrounded. At the first
  • Connection area is, for example, a connection area, which is intended for wire bonding. That is, about so-called “Wirebonding" can the
  • the first connection region is, for example, electrically conductively connected to the semiconductor body via the first mirror layer.
  • Connection area can then, for example, to the p-side
  • the carrier is designed to be electrically conductive, wherein the carrier is electrically conductively connected to the at least one plated-through hole.
  • Encapsulation layer which is an ALD layer, produced by an ALD method, wherein the first encapsulation layer is deposited at least in places using ozone as a precursor. It is possible that the entire encapsulation layer is deposited using ozone as a precursor.
  • an ALD layer in which ozone is used as precursor, has a particularly high density against moisture.
  • the layer or sub-layer which is deposited using ozone as a precursor it is for example, a Al203-layer or Si02 layer _.
  • the first comprises
  • Encapsulation layer a first sub-layer under
  • the first encapsulant layer includes an underlayer directly to one of the mirror layers, for example, the first
  • the mirror layer borders.
  • the mirror layer is included
  • the first encapsulation layer in this case has a first sub-layer, which without ozone as
  • Precursor is deposited.
  • water or oxygen can be used as a precursor material.
  • the first encapsulation layer also has a second one
  • Lower layer is deposited directly on the first lower layer. That is, the second sub-layer is directly adjacent to the first side on the side facing away from the mirror layer
  • the second sublayer is under the
  • the first sub-layer protects the mirror layer on which it is formed from the ozone used in the deposition of the second sub-layer.
  • the first sub-layer may for example have a thickness between 5 and 10 nm.
  • the second sub-layer may then, for example, have a thickness between 25 and 45 nm
  • Figures 1A, 1B, IC, 1D show schematic
  • FIG. 1D shows an exemplary embodiment of one here
  • the optoelectronic semiconductor chip comprises a carrier 10.
  • the carrier 10 may be formed, for example, with a metal such as copper or a semiconductor material such as germanium or silicon.
  • the carrier 10 is electrically conductive.
  • the optoelectronic semiconductor chip further comprises a semiconductor body 40.
  • the semiconductor body 40 comprises a p-type region 41, which faces the carrier 10, an n-type region 43, which faces away from the carrier 10, and an active region 42 between the p-type Area 41 and the n-type region 43.
  • the semiconductor body 40 has on its side facing away from the carrier 10 top, that is, in the n-type region 43, roughening, which a
  • the carrier 10 comprises on its underside a metal layer 11, which may be, for example, a solder metallization.
  • a metal layer 11 of the carrier 10 comprises on its underside a metal layer 11, which may be, for example, a solder metallization.
  • the carrier is 10th
  • connection layer 12 is arranged, which
  • connection layer 12 may contain gold or consists of gold.
  • the connection layer 12 may in particular be a solder layer.
  • the bonding layer 12 follows the barrier layer 13 after.
  • the barrier layer 13 prevents, for example, diffusion processes between the connection layer 12 and the following components of the optoelectronic semiconductor chip.
  • Barrier layer 13 may for example contain titanium or consist of titanium.
  • the optoelectronic semiconductor chip comprises at the
  • the second mirror layer 22 is formed on the underside of a via 51.
  • the semiconductor body 40 is on the upper side of the carrier with the carrier 10 facing away from the metal layer 11
  • the second and the third mirror layer can be any shape.
  • Form mirror layer It is especially so
  • the second and the third mirror layer extend without interruption over the entire cross-sectional area of the optoelectronic semiconductor chip.
  • the second and the third mirror layer are formed in the embodiment of Figure 1D with silver.
  • the second and the third mirror layer 22, 23 follows on its side facing away from the carrier 10, the second
  • the second encapsulation layer 32 is designed to be electrically insulating and produced, for example, by means of a CVD method.
  • the second encapsulation layer 32 comprises a first sub-layer facing the second mirror layer 22 and the third mirror layer 23, which is formed with silicon dioxide and has a thickness of approximately 150 nm. At the side facing away from the carrier 10, this lower layer follows with a
  • Substrate formed silicon nitride which has a thickness of about 12 nm. This in turn is followed by a silicon dioxide layer approximately 150 nm thick, which in turn is followed by a 12 nm thick silicon nitride layer.
  • the second encapsulation layer 32 in particular protects the second mirror layer 22 and the third mirror layer 23 from moisture, atmospheric gases and materials used in the production of the subsequent first
  • Encapsulation layer find use. So the first one
  • Encapsulation layer can be prepared using ozone, for example, without the silver-containing second mirror layer or the silver-containing third
  • the first encapsulant layer is an ALD layer made by an ALD process.
  • Encapsulation layer consists for example of aluminum oxide or of silicon dioxide and has a thickness of approximately 40 nm.
  • the first encapsulation layer 31 is characterized their particularly good density against moisture and atmospheric gases.
  • the first encapsulation layer 31 is particularly well transmissive to electromagnetic radiation which is generated in operation in the active region 42 of the semiconductor body 40. This is the
  • Optoelectronic semiconductor chip particularly efficient and extremely durable.
  • the third encapsulation layer 33 is arranged.
  • Encapsulation layer 33 may be constructed identically to the second encapsulation layer 32.
  • connection layer 14 is arranged, which is formed with an electrically conductive material.
  • connection layer 14 is over the first
  • Encapsulation layer 31, the second encapsulation layer 32 and the third encapsulation layer 33 are electrically separated from the second mirror layer 22 and at least in places from the via 51.
  • the optoelectronic semiconductor chip further comprises a first mirror layer 21, which is electrically conductively connected to the connection layer 14.
  • the first mirror layer 21 is also formed in the embodiment of Figure 1D with silver and is located on the underside of the semiconductor body 40 at the p-type region 41st
  • the encapsulation layer 32, the third encapsulation layer 33, the connection layer 14 and the first mirror layer 21 are penetrated by the via 51, which also penetrate through the p-type region 41 and the active region 42 of the semiconductor body 40 into the n-type region 43 extends.
  • the second encapsulation layer 32 likewise to extend into the semiconductor body 40 as far as the n-conducting region 43 and thus to protect the through-connection 51 from the p-conducting regions of the optoelectronic semiconductor chip.
  • the optoelectronic semiconductor chip further comprises an electrical connection region 52, which in the present case is used for
  • connection region 52 is by means of the connection layer 14 and the first
  • the optoelectronic semiconductor chip can be connected on the p-side via the connection region 52.
  • the optoelectronic semiconductor chip according to the embodiment of Figure 1D via the carrier 10 and the via 51, extending into the n-type
  • Area 43 extends into, be connected.
  • the optoelectronic semiconductor chip further comprises a fourth encapsulation layer 34, which covers the outer surface of the semiconductor body 40, which faces away from the carrier 10.
  • the fourth encapsulation layer 34 like the first encapsulation layer 31, is an ALD layer and can For example, be executed identical to the first encapsulation layer 31.
  • the fourth encapsulation layer 34 is in direct contact with the first encapsulation layer 31 in places at the triple points 30. In this way, it is possible that the semiconductor body 40 is completely encapsulated by means of an ALD layer.
  • the fourth encapsulation layer 34 encloses the
  • Connection area 52 laterally complete.
  • the fourth encapsulation layer 34 also covers the
  • the fourth encapsulation layer 34 has at its the
  • Encapsulation layer 35 which is formed, for example, identical to the second and the third encapsulation layer.
  • the optoelectronic semiconductor chip according to the exemplary embodiment of FIG. 1D is protected particularly well against external influences such as moisture and atmospheric gases via at least two ALD layers 31, 34.
  • Mask layer 15 applied in places on the not yet mesageankten semiconductor body 40.
  • the mask layer 15 is, for example, a hard mask
  • Silicon dioxide having a thickness of at least 300 nm
  • a mesa etching is carried out along the crystal axes of the semiconductor body 40.
  • the etching stops on the connection layer 14, which, for example, on its side facing the semiconductor body 40 a
  • the mask layer 15 and the third encapsulation layer 33 dry chemical etching of the mask layer 15 and the exposed portions of the third encapsulation layer 33.
  • the mask layer 15 and the third etching dry chemical etching of the mask layer 15 and the exposed portions of the third encapsulation layer 33.
  • Encapsulation layer 33 for example, identically constructed or have at least the same thickness. Depending on the original thickness of the mask layer 15 and the third encapsulation layer 33, these are partially or completely removed at the exposed areas.
  • the etching depth can be effected, for example, by means of end point detection on the first encapsulation layer 31, which is formed, for example, with aluminum oxide. Subsequently, if necessary, cleaning of the p / n junction is performed on the side surface 40a of the semiconductor body 40.
  • FIG. 1D shows a detail of an optoelectronic semiconductor chip described here.
  • the semiconductor chip may have a semiconductor body as described in connection with FIG.
  • Via 51 comprises. Furthermore, it is possible that the semiconductor body 40 has no through-connection 51, but instead, for example, an n-side contacting of the
  • Semiconductor body 40 from the first mirror layer 21 facing away from the upper side of the semiconductor body 40 forth.
  • Embodiment borders the first encapsulation layer 31, which is an ALD layer, directly to the first mirror layer 21, which is formed for example with silver.
  • the first encapsulation layer 31 completely covers the underside of the first mirror layer 21 facing away from the semiconductor body 40. Furthermore, the first covers
  • the first encapsulation layer 31 is formed with a precursor material that is free from ozone.
  • the first one includes
  • Encapsulation layer 31 alumina and / or silicon oxide as a material and has a thickness of 40 nm.
  • Figure 3 shows a
  • connection layer 14 which comprises at least one metallic layer. Also, side surfaces 14c of the terminal layer 14 are completely off the first one
  • Encapsulation layer 31 is covered.
  • the second mirror layer 22 and / or the third mirror layer 23 is on the side facing away from the first mirror layer 21 underside of the first Encapsulation layer 31 is arranged.
  • the further mirror layers 22, 23 project beyond the connection layer 14 in the lateral direction, so that electromagnetic
  • Radiation that does not strike the first mirror layer 21 is reflected by at least one of the further mirror layers.
  • radiation-permeable connection layer 16 is arranged. In this case, it is also possible on the metallic
  • Encapsulation layer 31 directly adjacent to the radiation-transmissive connection layer 16.
  • Terminal layer 16 is formed, for example, with a TCO (Transparent Conductive Oxide) material such as ITO or ZnO.
  • TCO Transparent Conductive Oxide
  • the radiation-transmissive terminal layer 16 may also be suitable for preventing the diffusion of material from the mirror layer 21 into other areas of the substrate
  • Embodiment of Figure 3 shows an embodiment shown in which the first encapsulation layer 31st
  • an encapsulation layer 33 which is provided, for example, with silicon dioxide, is arranged between the first encapsulation layer 31 and the first mirror layer 21 and / or silicon nitride is formed.
  • Encapsulation layer 33 completely covers the underside and side surfaces 21 c of the silver mirror 21. In this case, it is possible for the production of the first encapsulation layer 31 to use an ALD method in which ozone is used as the precursor material.
  • first encapsulation layer 31 has a first sub-layer 31a directly adjacent to the first
  • the first underlayer 31a is formed, for example, by an ALD method which is free from ozone as a precursor material. For example, water or oxygen is used as the precursor material here.
  • the first sub-layer 31a has, for example, a thickness between 5 and 10 nm.
  • the first underlayer 31a covers the first mirror layer 21 at its underside facing the carrier and at its bottom
  • the second sub-layer 31b is formed, in which an ALD method
  • the first encapsulation layer 31 can be gently applied to the mirror layer 21 and, on the other hand, the first mirror layer 31 is distinguished by a particularly high density against moisture. Overall, the first layer 31 has, for example, a thickness of 40 nm.

Abstract

Es wird ein optoelektronischer Halbleiterchip angegeben, mit - einem Halbleiterkörper (40), der einen zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung vorgesehenen aktiven Bereich (42) umfasst, - eine erste Spiegelschicht (21), die zur Reflexion der elektromagnetischen Strahlung vorgesehen ist, - einer ersten Verkapselungsschicht (31), die mit einem elektrisch isolierenden Material gebildet ist, und - einem Träger (10), der dazu vorgesehen ist, die erste Verkapselungsschicht (31), die erste Spiegelschicht (21) und den Halbleiterkörper (40) mechanisch zu stützen, wobei - die erste Spiegelschicht (21) zwischen dem Träger (10) und dem Halbleiterkörper (40) angeordnet ist, - die erste Verkapselungsschicht (31) zwischen dem Träger (10) und der ersten Spiegelschicht (21) angeordnet ist, und - die erste Verkapselungsschicht (31) eine ALD-Schicht ist.

Description

Beschreibung
OPTOELEKTRONISCHER HALBLEITERCHIP MIT EINER ALD-SCHICHT VERKAPSELT UND ENTSPRECHENDES VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG
Die Druckschrift WO 2012/031852 AI beschreibt einen
optoelektronischen Halbleiterchip .
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, einen
optoelektronischen Halbleiterchip anzugeben, der besonders langlebig ist und der eine erhöhte Effizienz aufweist.
Es wird ein optoelektronischer Halbleiterchip angegeben. Bei dem optoelektronischen Halbleiterchip handelt es sich zum Beispiel um einen Leuchtdiodenchip.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der
optoelektronische Halbleiterchip einen Halbleiterkörper, der einen zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung
vorgesehenen aktiven Bereich umfasst. Bei dem
Halbleiterkörper handelt es sich beispielsweise um einen epitaktisch gewachsenen Halbleiterkörper, der einen n- leitenden Bereich, einen p-leitenden Bereich und zwischen den beiden leitenden Bereichen einen aktiven Bereich aufweist.
Im aktiven Bereich kann beispielsweise elektromagnetische Strahlung im Spektralbereich zwischen UV-Strahlung und
Infrarotstrahlung, insbesondere im Spektralbereich von sichtbarem Licht erzeugt werden. Insbesondere ist es möglich, dass der Halbleiterkörper auf einem III-V-Halbleitermaterial, zum Beispiel auf einem Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial basiert . Im aktiven Bereich des Halbleiterkörpers wird bei Bestromung des Halbleiterkörpers die elektromagnetische Strahlung erzeugt, welche den Halbleiterkörper über Außenflächen des Halbleiterkörpers zumindest zum Teil verlassen kann.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterchips umfasst der optoelektronische Halbleiterchip eine erste Spiegelschicht, die zur Reflexion der
elektromagnetischen Strahlung vorgesehen ist. Der
Halbleiterkörper weist beispielsweise zwei Hauptflächen auf, die über zumindest eine Seitenfläche miteinander verbunden sind. Die erste Spiegelschicht kann an eine der beiden
Hauptflächen angeordnet sein. Elektromagnetische Strahlung, die im aktiven Bereich des Halbleiterkörpers erzeugt wird, trifft zum Teil auf die erste Spiegelschicht und kann von dieser in Richtung der Außenfläche des Halbleiterkörpers reflektiert werden, wo sie dann zum Teil austritt.
Die Spiegelschicht kann beispielsweise metallisch ausgebildet sein. Insbesondere eignen sich Metalle wie Silber und/oder Aluminium zur Bildung der ersten Spiegelschicht. Diese
Metalle weisen eine gut bis sehr gute Reflektivität für sichtbares Licht auf, können jedoch den Nachteil aufweisen, dass sie, insbesondere wenn, wie im Betrieb des
optoelektronischen Halbleiterchips der Fall, ein
elektromagnetisches Feld vorhanden ist, zur Diffusion oder Elektromigration neigen. Ferner können diese Metalle zum Beispiel in feuchter Umgebung oxidieren, was die
Reflektivität vermindert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterchips umfasst der optoelektronische Halbleiterchip eine erste Verkapselungsschicht , die mit einem elektrisch isolierenden Material gebildet ist. Die erste
Verkapselungsschicht ist insbesondere dazu vorgesehen, die Diffusion von Material aus der ersten Spiegelschicht in andere Bereiche des optoelektronischen Halbleiterchips zu unterbinden und/oder das Eindringen von atmosphärischen Gasen oder Feuchtigkeit zur ersten Spiegelschicht zu behindern oder zu verhindern. Die erste Verkapselungsschicht ist mit einem elektrisch isolierenden Material gebildet und kann
insbesondere elektrisch isolierend ausgebildet sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterchips umfasst der optoelektronische Halbleiterchip einen Träger, der dazu vorgesehen ist, die erste
Verkapselungsschicht, die erste Spiegelschicht und den
Halbleiterkörper mechanisch zu stützen. Das heißt, bei dem
Träger kann es sich um die mechanisch tragende Komponente des optoelektronischen Halbleiterchips handeln. Auf dem Träger sind dann die übrigen Komponenten des optoelektronischen Halbleiterchips, insbesondere die genannten Komponenten
Verkapselungsschicht, Spiegelschicht und Halbleiterkörper angeordnet .
Der Träger kann elektrisch isolierend oder elektrisch leitend ausgebildet sein. Für den Fall, dass der Träger zumindest stellenweise elektrisch leitend ausgebildet ist, kann er zum elektrischen Anschluss des optoelektronischen Halbleiterchips dienen .
Der Träger kann beispielsweise mit einem keramischen
Material, einem Kunststoff-Material , einem Glas, einem
Halbleitermaterial oder einem Metall gebildet sein. Für den Fall, dass der Träger mit einem Metall gebildet ist, kann der Träger zumindest stellenweise mit einem galvanisch oder stromlos abgeschiedenen Metall gebildet sein. Insbesondere ist es möglich, dass der Träger aus Materialien wie dotiertem oder undotiertem Silizium, Germanium, Kupfer oder Saphir gebildet ist.
Bei dem Träger handelt es sich bevorzugt nicht um ein
Aufwachssubstrat des Halbleiterkörpers des optoelektronischen Halbleiterchips. Der Träger kann insbesondere an einer Seite des Halbleiterkörpers angeordnet sein, die dem ursprünglichen Aufwachssubstrat des Halbleiterkörpers gegenüber liegt. Das ursprüngliche Aufwachssubstrat kann zumindest teilweise, insbesondere vollständig vom Halbleiterkörper entfernt sein. Das heißt, der optoelektronische Halbleiterchip ist dann insbesondere frei von einem Aufwachssubstrat des
Halbleiterkörpers.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterchips ist die erste Spiegelschicht zwischen dem Träger und dem Halbleiterkörper angeordnet. Das heißt, vom Träger aus gesehen folgt dem Träger zunächst die
Spiegelschicht nach, an der dem Träger abgewandten Seite der Spiegelschicht ist der Halbleiterkörper angeordnet. Die erste Spiegelschicht kann dabei in direktem Kontakt mit dem
Halbleiterkörper stehen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterchips ist die erste Verkapselungsschicht zumindest stellenweise zwischen dem Träger und der ersten
Spiegelschicht angeordnet. Das heißt, vom Träger aus gesehen folgt zunächst die erste Verkapselungsschicht. An der dem
Träger abgewandten Seite der ersten Verkapselungsschicht ist die erste Spiegelschicht angeordnet. Die erste
Verkapselungsschicht kann dabei unmittelbar an die erste Spiegelschicht grenzen. Es ist insbesondere jedoch auch möglich, dass sich weitere elektrisch leitende und/oder elektrisch isolierende Schichten zwischen der ersten
Verkapselungsschicht und dem Träger befinden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterchips ist die erste Verkapselungsschicht eine ALD- Schicht. Das heißt, die erste Verkapselungsschicht ist mittels eines ALD (Atomic Layer Deposition,
Atomlagenabscheidung) -Verfahrens gebildet. Mittels eines ALD-Verfahrens können sehr dünne Schichten erzeugt werden, die eine polykristalline oder amorphe Struktur aufweisen. Da eine mittels ALD hergestellte Schicht proportional zur Zahl der Reaktionszyklen, mit denen die Schicht hergestellt wird, wächst, ist eine exakte Steuerung der Schichtdicke möglich.
Mittels des ALD-Verfahrens lassen sich besonders gleichmäßige Schichten, das heißt Schichten besonders gleichmäßiger Dicke herstellen . Mit anderen Worten, die erste Verkapselungsschicht ist mit
Hilfe eines ALD-Prozesses wie Flash-ALD, photoinduzierte ALD oder ein anderes ALD-Verfahren abgeschieden. Dabei kann insbesondere auch ein Hochtemperatur-ALD-Verfahren Verwendung finden, bei dem die erste Verkapselungsschicht bei
Temperaturen von 100 °C oder mehr abgeschieden wird.
Eine mittels eines ALD-Verfahrens hergestellte Schicht ist über elektronenmikroskopische Untersuchungen und andere
Analysemethoden der Halbleitertechnik eindeutig von Schichten unterscheidbar, die über alternative Verfahren wie
beispielsweise herkömmliche CVD (Chemical Vapor Deposition, chemische Dampfphasenabscheidung) hergestellt sind. Bei dem Merkmal, wonach die Verkapselungsschicht eine ALD-Schicht ist, handelt es sich daher insbesondere um ein
gegenständliches Merkmal, das am fertigen optoelektronischen Halbleiterchip nachweisbar ist. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterchips umfasst der optoelektronische Halbleiterchip einen Halbleiterkörper, der einen zur Erzeugung von
elektromagnetischer Strahlung vorgesehenen aktiven Bereich umfasst. Ferner umfasst der optoelektronische Halbleiterchip eine erste Spiegelschicht, die zur Reflexion der
elektromagnetischen Strahlung vorgesehen ist. Der
optoelektronische Halbleiterchip umfasst weiter eine erste Verkapselungsschicht , die mit einem elektrisch isolierenden Material gebildet ist. Der optoelektronische Halbleiterchip umfasst schließlich einen Träger, der dazu vorgesehen ist, die erste Verkapselungsschicht, die erste Spiegelschicht und den Halbleiterkörper mechanisch zu stützen. Beim
optoelektronischen Halbleiterchip dieses Ausführungsbeispiels ist die erste Spiegelschicht zwischen dem Träger und dem Halbleiterkörper angeordnet, die erste Verkapselungsschicht ist zwischen dem Träger und der ersten Spiegelschicht
angeordnet und die erste Verkapselungsschicht ist eine ALD- Schicht . Dem hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterchip liegen dabei unter anderem die folgenden Überlegungen
zugrunde :
Optoelektronische Halbleiterchips, insbesondere
Leuchtdiodenchips, müssen für eine lange Lebensdauer
zuverlässig gegen die Einwirkung von Feuchte und
atmosphärischen Gasen geschützt werden. Kommt im
optoelektronischen Halbleiterchip eine erste Spiegelschicht zum Einsatz, die mit einem Metall gebildet ist, das zur Diffusion und/oder zur Elektromigration neigt, oder das eine geringe Widerstandsfähigkeit gegen Feuchte aufweist, wie das beispielsweise für Silber der Fall ist, erweist es sich als vorteilhaft, wenn die erste Spiegelschicht vor der Feuchte und/oder den atmosphärischen Gasen geschützt wird.
Für diesen Schutz könnte beispielsweise eine
Verkapselungsschicht Verwendung finden, die mit einem Metall gebildet ist. Es hat sich jedoch gezeigt, dass solche metallischen Schichten die im Halbleiterkörper im Betrieb erzeugte elektromagnetische Strahlung absorbieren können. Ferner bestünde die Möglichkeit, zur Verkapselung der ersten Schicht Schichten zu verwenden, die mittels eines
herkömmlichen CVD-Verfahrens erzeugt sind. Insbesondere hinsichtlich ihrer Stabilität gegenüber von Feuchtigkeit erweisen sich diese Schichten jedoch als nachteilig.
Beim hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterchip kommt als erste Verkapselungsschicht eine ALD-Schicht zur Verwendung, welche die erste Spiegelschicht zuverlässig gegenüber von Feuchtigkeit schützen kann und gleichzeitig keine absorbierenden Eigenschaften für die im
Halbleiterkörper erzeugte elektromagnetische Strahlung aufweist.
Es wird ferner ein Verfahren zur Herstellung eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterchips angegeben. Sämtliche für den optoelektronischen Halbleiterchip
offenbarten Merkmale sind auch für das Verfahren offenbart und umgekehrt. Bei dem Verfahren zur Herstellung des
optoelektronischen Halbleiterchips wird die erste
Verkapselungsschicht mittels eines ALD-Verfahrens erzeugt. Die folgenden Ausführungsformen und Ausführungsbeispiele beziehen sich sowohl auf den optoelektronischen
Halbleiterchip als auch auf das Verfahren zur Herstellung des optoelektronischen Halbleiterchips.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der
optoelektronische Halbleiterchip zumindest eine
Durchkontaktierung, wobei die zumindest eine
Durchkontaktierung die erste Verkapselungsschicht , die erste Spiegelschicht und den aktiven Bereich durchdringt. Dabei ist es möglich, dass der optoelektronische Halbleiterchip eine Vielzahl gleichartiger Durchkontaktierungen umfasst.
Die Durchkontaktierung ist mit einem elektrisch leitenden Material verbunden. Das elektrisch leitende Material
durchdringt, elektrisch isoliert von der ersten
Spiegelschicht, die erste Spiegelschicht und, elektrisch isoliert vom aktiven Bereich, den aktiven Bereich. Die
Durchkontaktierung kann beispielsweise eine Ausnehmung im Halbleiterkörper umfassen, welche sich durch den p-leitenden Bereich des Halbleiterkörpers, den aktiven Bereich des
Halbleiterkörpers bis zum n-leitenden Bereich des
Halbleiterkörpers erstreckt. Über die Durchkontaktierung ist der aktive Bereich dann von einer Seite des
Halbleiterkörpers, beispielsweise vom n-leitenden Bereich des Halbleiterkörpers her, elektrisch kontaktierbar .
Bei einem optoelektronischen Halbleiterchip, der zumindest eine solche Durchkontaktierung aufweist, ist es insbesondere möglich, dass die dem Träger abgewandte Deckfläche des
Halbleiterkörpers frei von elektrischen Anschlussbereichen und/oder Leiterbahnen zur Stromverteilung ist. Dies ermöglicht einen optoelektronischen Halbleiterchip, bei dem elektromagnetische Strahlung möglichst kaum oder gar nicht durch Anschlussbereiche und/oder Leiterbahnen zur
Stromverteilung absorbiert wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform überdeckt die erste Verkapselungsschicht bis auf Bereiche, in denen die zumindest eine Durchkontaktierung die erste Verkapselungsschicht durchdringt, den Träger an seiner dem Halbleiterkörper zugewandten Oberseite vollständig. Das heißt, die erste
Verkapselungsschicht ist als Schicht zwischen dem Träger und dem Halbleiterkörper ausgebildet und weist höchstens dort Unterbrechungen auf, wo eventuell vorhandene
Durchkontaktierungen, die sich durch die erste
Verkapselungsschicht hindurch erstrecken, ausgebildet sind. Ansonsten ist die erste Verkapselungsschicht gemäß dieser Ausführungsform ganzflächig ausgebildet und überdeckt die dem Halbleiterkörper zugewandte Oberseite des Trägers
vollständig, ohne dass es notwendig ist, dass die erste
Verkapselungsschicht in direktem Kontakt mit dem Träger steht .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der
optoelektronische Halbleiterchip eine zweite Spiegelschicht, die an der dem Träger zugewandten Unterseite der
Durchkontaktierung angeordnet ist, wobei die erste
Verkapselungsschicht stellenweise zwischen der ersten
Spiegelschicht und der zweiten Spiegelschicht angeordnet ist. Die zweite Spiegelschicht kann ebenfalls mit einem zur
Diffusion und/oder zur Elektromigration neigenden Metall wie Silber gebildet sein. Dabei ist es insbesondere möglich, dass die zweite Spiegelschicht mit dem gleichen Material wie die erste Spiegelschicht gebildet ist. Die zweite Spiegelschicht ist beispielsweise zwischen dem Träger und dem
Halbleiterkörper angeordnet. Die zweite Spiegelschicht kann an der dem Träger zugewandten Unterseite der
Durchkontaktierung ausgebildet sein. Die Verkapselungsschicht ist stellenweise zwischen der ersten Spiegelschicht und der zweiten Spiegelschicht angeordnet, so dass die
Verkapselungsschicht sowohl für die erste als auch die zweite Spiegelschicht als Verkapselungsschicht wirken kann.
Aufgrund der verwendeten Materialien wie A1203 oder Si02 ist die Verkapselungsschicht für im Halbleiterkörper erzeugte elektromagnetische Strahlung besonders gut durchlässig. Die zweite Spiegelschicht ist wie die erste Spiegelschicht dazu eingerichtet, im Halbleiterkörper erzeugte elektromagnetische Strahlung zu reflektieren. Aufgrund der guten Durchlässigkeit der ersten Verkapselungsschicht kann ein besonders großer Anteil der elektromagnetischen Strahlung auf die zweite
Spiegelschicht treffen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der
optoelektronische Halbleiterchip eine dritte Spiegelschicht, die eine Seitenfläche des Halbleiterkörpers in einer
lateralen Richtung überragt, wobei die erste
Verkapselungsschicht zumindest stellenweise an der dem Träger abgewandten Seite der dritten Spiegelschicht verläuft. Die dritte Spiegelschicht ist dabei ebenfalls zur Reflexion von im Halbleiterkörper im Betrieb erzeugter elektromagnetischer Strahlung vorgesehen. Die dritte Spiegelschicht kann mit den gleichen Materialien wie die erste oder die zweite
Spiegelschicht gebildet sein. Das heißt, insbesondere ist es möglich, dass die dritte Spiegelschicht mit einem zur
Diffusion und/oder zur Elektromigration neigendem Metall wie Silber oder Aluminium gebildet ist oder aus einem dieser Materialien besteht.
Die dritte Spiegelschicht überragt den Halbleiterkörper in einer lateralen Richtung. Eine laterale Richtung ist dabei eine Richtung, die zur Haupterstreckungsebene des Trägers parallel verläuft. Das heißt, die dritte Spiegelschicht steht seitlich über den Halbleiterkörper über. Auf diese Weise kann die dritte Spiegelschicht auch elektromagnetische Strahlung, die aus den Seitenflächen des Halbleiterkörpers austritt und anschließend auf den Träger trifft, reflektieren. Die erste Verkapselungsschicht ist an der dem Träger abgewandten Seite der dritten Spiegelschicht und damit zumindest mittelbar zwischen der dritten Spiegelschicht und dem Halbleiterkörper angeordnet. Aufgrund der guten Durchlässigkeit der ersten
Verkapselungsschicht für elektromagnetische Strahlung, die im Betrieb im Halbleiterkörper erzeugt wird, trifft ein
besonders großer Anteil der durch die erste
Verkapselungsschicht tretenden elektromagnetischen Strahlung auf die dritte Spiegelschicht und kann auf diese Weise aus dem optoelektronischen Halbleiterchip reflektiert werden.
Dabei ist es auch möglich, dass die zweite Spiegelschicht und die dritte Spiegelschicht zusammenhängen und auf diese Weise eine gemeinsame weitere Spiegelschicht ausbilden. Diese weitere Spiegelschicht hängt dann nicht mit der ersten
Spiegelschicht zusammen und ist insbesondere in einer anderen Ebene des optoelektronischen Halbleiterchips als die erste Spiegelschicht ausgebildet. Das heißt, die erste Spielschicht und die weitere (n) Spiegelschicht (en) sind zumindest
stellenweise in einer vertikalen Richtung voneinander
beabstandet. Die vertikale Richtung verläuft dabei parallel zu einer Wachstumsrichtung des Halbleiterkörpers und/oder senkrecht zur lateralen Richtung.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist eine Seitenfläche der ersten Spiegelschicht frei von der ersten
Verkapselungsschicht. Insbesondere ist es möglich, dass sämtliche Seitenflächen der ersten Spiegelschicht frei von der ersten Verkapselungsschicht sind. Das heißt, die erste Verkapselungsschicht steht in diesem Fall mit einer
Seitenfläche der ersten Spiegelschicht nicht in direktem
Kontakt. Dabei ist es insbesondere möglich, dass die erste Verkapselungsschicht an keiner Stelle mit der ersten
Spiegelschicht in direktem Kontakt steht. Ferner ist es möglich, dass die erste Verkapselungsschicht mit keiner der Spiegelschichten des optoelektronischen Halbleiterchips in direktem Kontakt steht.
Ferner ist es möglich, dass zwischen den Spiegelschichten und der ersten Verkapselungsschicht wenigstens eine weitere
Verkapselungsschicht angeordnet ist, die ebenfalls eine
Sperre gegen Feuchtigkeit und/oder atmosphärische Gase darstellt. Zusammen mit der ersten Verkapselungsschicht kann auf diese Weise eine besonders dichte Verkapselung der
Spiegelschichten erreicht werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterchips ist die erste Verkapselungsschicht mit einem elektrisch isolierenden Material gebildet und weist eine Dicke zwischen wenigstens 0,05 nm und höchstens 500 nm, insbesondere wenigstens 30 nm und höchstens 50 nm, zum
Beispiel 40 nm auf. Die erste Verkapselungsschicht kann dabei eine Vielzahl von Unterschichten umfassen, die aufeinander angeordnet sind. Die erste Verkapselungsschicht enthält oder besteht beispielsweise aus einem der folgenden Materialien: AI2O3, S1O2, SiN. Dabei ist es insbesondere auch möglich, dass die erste Verkapselungsschicht eine Kombination dieser Materialien enthält. Beispielsweise kann die erste
Verkapselungsschicht als Abfolge von Unterschichten
ausgebildet sein, die abwechselnd aus den Materialien AI2O3 und S1O2 bestehen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der
optoelektronische Halbleiterchip eine zweite
Verkapselungsschicht, die zwischen dem Träger und der ersten Verkapselungsschicht angeordnet ist, wobei die zweite
Verkapselungsschicht elektrisch isolierend ist, die zweite Verkapselungsschicht in direktem Kontakt mit der ersten
Verkapselungsschicht steht und die zweite
Verkapselungsschicht zumindest 90 % der ihr zugewandten
Außenfläche der ersten Verkapselungsschicht bedeckt.
Bei der zweiten Verkapselungsschicht kann es sich
beispielsweise um eine Schicht handeln, die mit einem CVD- Verfahren oder mit einem Spin-Coating-Verfahren hergestellt wird. Die zweite Verkapselungsschicht kann zumindest
stellenweise zwischen der ersten Verkapselungsschicht und der zweiten Spiegelschicht und/oder der dritten Spiegelschicht angeordnet sein. Dabei ist es möglich, dass die zweite
Verkapselungsschicht direkt an die zweite Spiegelschicht und/oder dritte Spiegelschicht grenzt. Die zweite
Verkapselungsschicht ist in diesem Fall an der dem Träger abgewandten Oberseite der zweiten Spiegelschicht und/oder der dritten Spiegelschicht angeordnet.
Die zweite Verkapselungsschicht hat den Vorteil, dass sie für die zweite Spiegelschicht und/oder die dritte Spiegelschicht beim Abscheiden der ersten Verkapselungsschicht einen Schutz bildet. Bei der Abscheidung der ersten Verkapselungsschicht können dann Materialien, beispielsweise Precursor- Materialien, Verwendung finden, die das Material der
Spiegelschichten ansonsten schädigen würden. Sind die zweite Spiegelschicht und die dritte Spiegelschicht beispielsweise mit Silber gebildet, so kann bei der Herstellung der ersten Verkapselungsschicht Ozon als Precursor-Material verwendet werden, ohne dass eine Schädigung des Silberspiegels oder der Silberspiegel eintritt, da die zweite Verkapselungsschicht einen Schutz für die Spiegelschichten bildet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der
optoelektronische Halbleiterchip eine dritte
Verkapselungsschicht, die zwischen der ersten
Verkapselungsschicht und dem Halbleiterkörper angeordnet ist, wobei die dritte Verkapselungsschicht elektrisch isolierend ist, die dritte Verkapselungsschicht in direktem Kontakt mit der ersten Verkapselungsschicht steht und die dritte
Verkapselungsschicht zumindest 90 % der ihr zugewandten
Außenfläche der ersten Verkapselungsschicht bedeckt.
Die dritte Verkapselungsschicht kann dabei identisch zur zweiten Verkapselungsschicht ausgebildet sein. Ferner ist es möglich, dass die dritte Verkapselungsschicht direkt an die erste Spiegelschicht grenzt. Ferner ist es möglich, dass zwischen der dritten Verkapselungsschicht und der ersten Verkapselungsschicht eine weitere Schicht, zum Beispiel eine Anschlussschicht aus einem Metall angeordnet ist. Die dritte Verkapselungsschicht kann ebenso wie die zweite
Verkapselungsschicht angrenzende, insbesondere metallische Schichten, bei der Herstellung der ersten Verkapselungsschicht mittels eines ALD-Verfahrens vor im Verfahren verwendeten Materialien schützen.
Sowohl die zweite Verkapselungsschicht als auch die dritte Verkapselungsschicht können die ihnen jeweils zugewandten
Außenflächen der ersten Verkapselungsschicht zu wenigstens 90 %, insbesondere vollständig bedecken. Das heißt, die erste Verkapselungsschicht kann an ihren Hauptflächen vollständig von der zweiten und von der dritten Verkapselungsschicht bedeckt sein. Die erste Verkapselungsschicht ist auf diese Weise von den beiden weiteren Verkapselungsschichten
eingeschlossen .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform beträgt die Dicke der zweiten Verkapselungsschicht und/oder die Dicke der dritten Verkapselungsschicht wenigstens das Sechsfache der Dicke der ersten Verkapselungsschicht. Das heißt, die zweite und die dritte Verkapselungsschicht weisen jeweils eine wesentlich größere Dicke als die erste Verkapselungsschicht auf. Die zweite und die dritte Verkapselungsschicht können dabei
Schichtdicken von 300 nm und mehr aufweisen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der
optoelektronische Halbleiterchip eine vierte
Verkapselungsschicht, die die nicht vom Träger überdeckten
Bereiche einer Außenfläche des Halbleiterkörpers vollständig bedeckt, wobei die vierte Verkapselungsschicht zumindest stellenweise in direktem Kontakt mit der ersten
Verkapselungsschicht steht und wobei die vierte
Verkapselungsschicht eine ALD-Schicht ist. Mit anderen Worten kann der Halbleiterkörper an seinen nicht bedeckten
Bereichen, zum Beispiel an seiner dem Träger abgewandten Hauptfläche und an seinen Seitenflächen von einer vierten Verkapselungsschicht überzogen sein, bei der es sich
ebenfalls um eine ALD-Schicht handelt. Die vierte
Verkapselungsschicht kann dabei zum Beispiel identisch zur ersten Verkapselungsschicht ausgebildet sein. An Stellen, an denen die erste Verkapselungsschicht frei liegt, also nicht von weiteren Schichten bedeckt ist, befindet sich die erste Verkapselungsschicht mit der vierten Verkapselungsschicht in direktem Kontakt. Auf diese Weise bilden sich Stellen (im Folgenden auch: Tripplepunkte) aus, an denen ALD-Schichten direkt aneinander grenzen. Mit einer solchen vierten
Verkapselungsschicht ist es insbesondere möglich, dass der Halbleiterkörper vollständig von Verkapselungsschichten, die mit einem ALD-Verfahren hergestellt sind, umschlossen ist. Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der
optoelektronische Halbleiterchip eine fünfte
Verkapselungsschicht, die elektrisch isolierend ist und in direktem Kontakt mit der vierten Verkapselungsschicht steht. Die fünfte Verkapselungsschicht kann beispielsweise identisch zur zweiten und/oder zur dritten Verkapselungsschicht
ausgebildet sein. Die fünfte Verkapselungsschicht stellt einen Schutz der vierten Verkapselungsschicht und der ersten Verkapselungsschicht dar. Dabei ist es möglich, dass die fünfte Verkapselungsschicht stellenweise auch in direktem Kontakt zur ersten Verkapselungsschicht steht. Die fünfte
Verkapselungsschicht ist dabei wiederum wesentlich dicker als die erste Verkapselungsschicht und die vierte
Verkapselungsschicht ausgebildet. Insbesondere ist es
möglich, dass die Schichtdicke der fünften
Verkapselungsschicht wenigstens dem Sechsfachen der
Schichtdicke der ersten Verkapselungsschicht und/oder der vierten Verkapselungsschicht entspricht. Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst zumindest eine der folgenden Verkapselungsschichten zumindest zwei
Teilschichten, die mit voneinander unterschiedlichen
Materialien gebildet sind: Die zweite Verkapselungsschicht, die dritte Verkapselungsschicht, die fünfte
Verkapselungsschicht. Beispielsweise handelt es sich bei zumindest einer dieser Schichten, insbesondere bei allen dieser Schichten, um Schichten, die mittels eines CVD- Verfahrens hergestellt sind. Die Schichten können
beispielsweise Unterschichten umfassen. Beispielsweise können die Schichten jeweils eine erste Unterschicht umfassen, die mit SiC>2, eine zweite Unterschicht, die mit SiN, eine dritte Unterschicht, die mit S1O2 und eine vierte Unterschicht, die mit SiN gebildet ist. Die Unterschichten sind dabei in einer vertikalen Richtung, senkrecht zur lateralen Richtung, übereinander angeordnet.
Beispielsweise weisen die mit S1O2 gebildeten Unterschichten eine Dicke zwischen 130 nm und 170 nm, insbesondere von
150 nm auf. Die mit SiN gebildeten Unterschichten können eine Dicke zwischen 10 nm und 14 nm, insbesondere von 12 nm aufweisen. Insbesondere sind auf diese Weise
Verkapselungsschichten gebildet, die auch gegen Materialien, die bei der Herstellung der ALD-Schichten, das heißt der ersten Verkapselungsschicht und der vierten
Verkapselungsschicht, zum Einsatz kommen, besonders
undurchlässig ausgeführt sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterchips umfasst der optoelektronische Halbleiterchip einen Anschlussbereich, der lateral beabstandet zum
Halbleiterkörper angeordnet ist, wobei der elektrische
Anschlussbereich seitlich vollständig von der ersten Verkapselungsschicht und/oder der vierten
Verkapselungsschicht umgeben ist. Bei dem ersten
Anschlussbereich handelt es sich beispielsweise um einen Anschlussbereich, der zur Drahtkontaktierung vorgesehen ist. Das heißt, über so genanntes „Wirebonding" kann der
elektrische Anschlussbereich mittels einer Drahtkontaktierung elektrisch kontaktiert werden. Der erste Anschlussbereich ist beispielsweise über die erste Spiegelschicht elektrisch leitend mit dem Halbleiterkörper verbunden. Der erste
Anschlussbereich kann dann zum Beispiel zur p-seitigen
Kontaktierung des Halbleiterkörpers Verwendung finden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterchips ist der Träger elektrisch leitend ausgebildet, wobei der Träger mit der zumindest einen Durchkontaktierung elektrisch leitend verbunden ist. In diesem Fall kann eine elektrische
Kontaktierung, beispielsweise von der n-leitenden Seite her, des Halbleiterkörpers über den Träger durch die
Durchkontaktierung hindurch erfolgen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird die erste
Verkapselungsschicht, bei der es sich um eine ALD-Schicht handelt, mittels eines ALD-Verfahrens erzeugt, wobei die erste Verkapselungsschicht zumindest stellenweise unter der Verwendung von Ozon als Precursor abgeschieden wird. Dabei ist es möglich, dass die gesamte Verkapselungsschicht unter der Verwendung von Ozon als Precursor abgeschieden wird.
Ferner ist es möglich, dass die Verkapselungsschicht
wenigstens zwei Unterschichten aufweist, die beispielsweise aufeinandergestapelt angeordnet sind, wobei zumindest eine der Unterschichten mittels eines ALD-Verfahrens erzeugt wird, bei dem Ozon als Precursor Verwendung findet. Es hat sich dabei herausgestellt, dass eine ALD-Schicht, bei der Ozon als Precursor verwendet wird, eine besonders hohe Dichtigkeit gegenüber Feuchtigkeit aufweist. Bei der Schicht oder Unterschicht, die mit Ozon als Precursor abgeschieden wird, handelt es sich beispielsweise um eine Al203-Schicht oder eine Si02_Schicht .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die erste
Verkapselungsschicht eine erste Unterschicht, die unter
Verwendung eines Precursors abgeschieden wird, der frei von Ozon ist, wobei die erste Unterschicht direkt auf eine der Spiegelschichten abgeschieden wird. Das heißt, die erste Verkapselungsschicht umfasst eine Unterschicht, die direkt an eine der Spiegelschichten, zum Beispiel die erste
Spiegelschicht, grenzt. Die Spiegelschicht ist dabei
beispielsweise mit Silber gebildet. Da eine silberhaltige Schicht bei der Verwendung von Ozon als Precursor-Material geschädigt werden kann, erweist es sich als besonders vorteilhaft, wenn die erste Verkapselungsschicht in diesem Fall eine erste Unterschicht aufweist, die ohne Ozon als
Precursor abgeschieden wird. Beispielsweise kann in diesem Fall Wasser oder Sauerstoff als Precursor-Material Verwendung finden . Die erste Verkapselungsschicht weist ferner eine zweite
Unterschicht auf, die unter Verwendung eines Precursors abgeschieden wird, der Ozon umfasst, wobei die zweite
Unterschicht direkt auf die erste Unterschicht abgeschieden wird. Das heißt, die zweite Unterschicht grenzt an der der Spiegelschicht abgewandten Seite direkt an die erste
Unterschicht. Die zweite Unterschicht wird unter der
Verwendung von Ozon als Precursor-Material abgeschieden und weist daher eine besonders hohe Dichte gegenüber Feuchtigkeit auf. Die erste Unterschicht schützt die Spiegelschicht, an der sie ausgebildet ist, vor dem Ozon, das beim Abscheiden der zweiten Unterschicht Verwendung findet. Die erste Unterschicht kann dabei beispielsweise eine Dicke zwischen 5 und 10 nm aufweisen. Die zweite Unterschicht kann dann beispielsweise eine Dicke zwischen 25 und 45 nm
aufweisen . Im Folgenden wird der hier beschriebene optoelektronische Halbleiterchip anhand von Ausführungsbeispielen und den dazugehörigen Figuren näher erläutert.
Die Figuren 1A, 1B, IC, 1D zeigen schematische
Schnittdarstellungen zu Verfahrensschritten zur
Herstellung eines hier beschriebenen
optoelektronischen Halbleiterchips .
In Verbindung mit den Figuren 2, 3, 4, 5, 6, 7 sind weitere
Ausführungsbeispiele eines hier beschriebenen
Halbleiterchips sowie eines hier beschriebenen Verfahrens näher erläutert.
Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als
maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder für eine bessere
Verständlichkeit übertrieben groß dargestellt sein. Die Figur 1D zeigt ein Ausführungsbeispiel eines hier
beschriebenen optoelektronischen Halbleiterchips in einer schematischen Schnittdarstellung . Der optoelektronische Halbleiterchip umfasst einen Träger 10. Der Träger 10 kann beispielsweise mit einem Metall wie Kupfer oder einem Halbleitermaterial wie Germanium oder Silizium gebildet sein. Im Ausführungsbeispiel der Figur 1D ist der Träger 10 elektrisch leitend ausgebildet.
Der optoelektronische Halbleiterchip umfasst weiter einen Halbleiterkörper 40. Der Halbleiterkörper 40 umfasst einen p- leitenden Bereich 41, der dem Träger 10 zugewandt ist, einen n-leitenden Bereich 43, der dem Träger 10 abgewandt ist und einen aktiven Bereich 42 zwischen dem p-leitenden Bereich 41 und dem n-leitenden Bereich 43. Der Halbleiterkörper 40 weist an seiner dem Träger 10 abgewandten Oberseite, das heißt im n-leitenden Bereich 43, Aufrauungen auf, welche einen
Lichtaustritt aus der aufgerauten Oberfläche wahrscheinlicher machen.
Der Träger 10 umfasst an seiner Unterseite eine Metallschicht 11, bei der es sich beispielsweise um eine Lotmetallisierung handeln kann. Mit der Metallschicht 11 kann der
optoelektronische Halbleiterchip am Bestimmungsort
beispielsweise mittels Löten oder elektrisch leitfähigem Klebstoff befestigt werden.
Im Ausführungsbeispiel der Figur 1D ist der Träger 10
elektrisch leitend ausgebildet. Ein elektrischer Anschluss von der n-leitenden Seite her erfolgt für den
optoelektronischen Halbleiterchip des Ausführungsbeispiels der Figur 1D über den Träger 10. An der der Metallschicht 11 abgewandten Oberseite des Trägers 10 ist eine Verbindungsschicht 12 angeordnet, die
beispielsweise Gold enthalten kann oder aus Gold besteht. Bei der Verbindungsschicht 12 kann es sich insbesondere um eine Lotschicht handeln.
Der Verbindungsschicht 12 folgt die Sperrschicht 13 nach. Die Sperrschicht 13 verhindert beispielsweise Diffusionsprozesse zwischen der Verbindungsschicht 12 und den nachfolgenden Komponenten des optoelektronischen Halbleiterchips. Die
Sperrschicht 13 kann beispielsweise Titan enthalten oder aus Titan bestehen. Der optoelektronische Halbleiterchip umfasst an der dem
Träger 10 abgewandten Seite der Sperrschicht 13 stellenweise die zweite Spiegelschicht 22 und die dritte Spiegelschicht 23. Die zweite Spiegelschicht 22 ist dabei an der Unterseite einer Durchkontaktierung 51 ausgebildet. Die dritte
Spiegelschicht 23 überragt den Halbleiterkörper 40 in
lateralen Richtungen zumindest stellenweise.
Der Halbleiterkörper 40 ist an der der Metallschicht 11 abgewandten Oberseite des Trägers mit dem Träger 10
verbunden.
Die zweite und die dritte Spiegelschicht können
zusammenhängen und damit gemeinsam eine weitere
Spiegelschicht bilden. Dabei ist es insbesondere auch
möglich, dass sich die zweite und die dritte Spiegelschicht unterbrechungsfrei über die gesamte Querschnittsfläche des optoelektronischen Halbleiterchips erstrecken. Die zweite und die dritte Spiegelschicht sind im Ausführungsbeispiel der Figur 1D mit Silber gebildet.
Der zweiten und der dritten Spiegelschicht 22, 23 folgt an ihrer dem Träger 10 abgewandten Seite die zweite
Verkapselungsschicht 32 nach. Die zweite Verkapselungsschicht 32 ist elektrisch isolierend ausgebildet und beispielsweise mittels eines CVD-Verfahrens hergestellt. Beispielsweise umfasst die zweite Verkapselungsschicht 32 eine erste, der zweiten Spiegelschicht 22 und der dritten Spiegelschicht 23 zugewandte Unterschicht, die mit Siliziumdioxid gebildet ist und eine Dicke von zirka 150 nm aufweist. An der dem Träger 10 abgewandten Seite folgt dieser Unterschicht eine mit
Siliziumnitrid gebildete Unterschicht nach, die eine Dicke von zirka 12 nm aufweist. Dieser folgt wiederum eine zirka 150 nm dicke Siliziumdioxid-Schicht nach, der wiederum eine 12 nm dicke Siliziumnitrid-Schicht nachfolgt.
Die zweite Verkapselungsschicht 32 schützt dabei insbesondere die zweite Spiegelschicht 22 und die dritte Spiegelschicht 23 vor Feuchtigkeit, atmosphärischen Gasen und Materialien, die bei der Herstellung der nachfolgenden ersten
Verkapselungsschicht Verwendung finden. So kann die erste
Verkapselungsschicht beispielsweise unter der Verwendung von Ozon hergestellt werden, ohne dass damit die silberhaltige zweite Spiegelschicht oder die silberhaltige dritte
Spiegelschicht beschädigt wird.
Die erste Verkapselungsschicht ist eine ALD-Schicht, die mittels eines ALD-Verfahrens hergestellt wird. Die erste
Verkapselungsschicht besteht beispielsweise aus Aluminiumoxid oder aus Siliziumdioxid und weist eine Dicke von zirka 40 nm auf. Die erste Verkapselungsschicht 31 zeichnet sich durch ihre besonders gute Dichte gegenüber Feuchtigkeit und atmosphärischen Gasen aus. Darüber hinaus ist die erste Verkapselungsschicht 31 besonders gut für elektromagnetische Strahlung durchlässig, die im Betrieb im aktiven Bereich 42 des Halbleiterkörpers 40 erzeugt wird. Damit ist der
optoelektronische Halbleiterchip besonders effizient und besonders langlebig.
An der der zweiten Verkapselungsschicht 32 abgewandten
Oberseite der ersten Verkapselungsschicht 31 ist beim
Ausführungsbeispiel der Figur 1D zumindest stellenweise die dritte Verkapselungsschicht 33 angeordnet. Die dritte
Verkapselungsschicht 33 kann dabei identisch zur zweiten Verkapselungsschicht 32 aufgebaut sein.
An der der ersten Verkapselungsschicht 31 abgewandten
Oberseite der zweiten Verkapselungsschicht 32 ist zumindest stellenweise die Anschlussschicht 14 angeordnet, die mit einem elektrisch leitenden Material gebildet ist.
Die Anschlussschicht 14 ist dabei über die erste
Verkapselungsschicht 31, die zweite Verkapselungsschicht 32 und die dritte Verkapselungsschicht 33 elektrisch von der zweiten Spiegelschicht 22 und zumindest stellenweise von der Durchkontaktierung 51 getrennt.
Der optoelektronische Halbleiterchip umfasst weiter eine erste Spiegelschicht 21, die elektrisch leitend mit der Anschlussschicht 14 verbunden ist. Die erste Spiegelschicht 21 ist im Ausführungsbeispiel der Figur 1D ebenfalls mit Silber gebildet und befindet sich an der Unterseite des Halbleiterkörpers 40 am p-leitenden Bereich 41. Die erste Verkapselungsschicht 31, die zweite
Verkapselungsschicht 32, die dritte Verkapselungsschicht 33, die Anschlussschicht 14 und die erste Spiegelschicht 21 sind durch die Durchkontaktierung 51 durchdrungen, die sich auch durch den p-leitenden Bereich 41 und den aktiven Bereich 42 des Halbleiterkörpers 40 bis in den n-leitenden Bereich 43 hindurch erstreckt.
Dabei ist es möglich, dass die zweite Verkapselungsschicht 32 sich ebenfalls in den Halbleiterkörper 40 bis zum n-leitenden Bereich 43 erstreckt und auf diese Weise zur Isolation der Durchkontaktierung 51 vor den p-leitenden Bereichen des optoelektronischen Halbleiterchips schützt. Der optoelektronische Halbleiterchip umfasst weiter einen elektrischen Anschlussbereich 52, der vorliegend zur
Drahtkontaktierung geeignet ist. Der Anschlussbereich 52 ist dabei mittels der Anschlussschicht 14 und der ersten
Spiegelschicht 21 mit dem p-leitenden Bereich des
Halbleiterkörpers 40 elektrisch leitend verbunden. Das heißt, der optoelektronische Halbleiterchip ist p-seitig über den Anschlussbereich 52 anschließbar.
N-seitig kann der optoelektronische Halbleiterchip gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 1D über den Träger 10 und die Durchkontaktierung 51, die sich bis in den n-leitenden
Bereich 43 hinein erstreckt, angeschlossen werden.
Der optoelektronische Halbleiterchip umfasst weiter eine vierte Verkapselungsschicht 34, welche die Außenfläche des Halbleiterkörpers 40, die dem Träger 10 abgewandt ist, bedeckt. Die vierte Verkapselungsschicht 34 ist wie die erste Verkapselungsschicht 31 eine ALD-Schicht und kann beispielsweise identisch zur ersten Verkapselungsschicht 31 ausgeführt sein. Dabei steht die vierte Verkapselungsschicht 34 mit der ersten Verkapselungsschicht 31 stellenweise an den Tripplepunkten 30 in direktem Kontakt. Auf diese Weise ist es möglich, dass der Halbleiterkörper 40 vollständig mittels einer ALD-Schicht verkapselt ist.
Die vierte Verkapselungsschicht 34 umschließt den
Anschlussbereich 52 seitlich vollständig.
Die vierte Verkapselungsschicht 34 bedeckt auch die
Seitenflächen 40a des Halbleiterkörpers 40.
Die vierte Verkapselungsschicht 34 weist an ihrer dem
Halbleiterkörper 40 abgewandten Seite eine fünfte
Verkapselungsschicht 35 auf, die beispielsweise identisch zur zweiten und zur dritten Verkapselungsschicht ausgebildet ist.
Insgesamt ist der optoelektronische Halbleiterchip gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 1D über wenigstens zwei ALD- Schichten 31, 34 besonders gut gegen äußere Einflüsse wie Feuchtigkeit und atmosphärische Gase geschützt.
In Verbindung mit den Figuren 1A bis 1D sind
Verfahrensschritte zur Herstellung des optoelektronischen Halbleiterchips gemäß der Figur 1D näher erläutert.
Im ersten Verfahrensschritt, Figur 1A, wird eine
Maskenschicht 15 stellenweise auf den noch nicht mesageätzten Halbleiterkörper 40 aufgebracht. Bei der Maskenschicht 15 handelt es sich beispielsweise um eine Hartmaske aus
Siliziumdioxid, die eine Dicke von wenigstens 300 nm,
beispielsweise 324 nm aufweisen kann. Im nächsten Verfahrensschritt wird eine Mesa-Ätzung entlang der Kristallachsen des Halbleiterkörpers 40 durchgeführt. Die Ätzung stoppt auf der Anschlussschicht 14, die beispielsweise an ihrer dem Halbleiterkörper 40 zugewandten Seite eine
Schicht aufweist, die aus Platin besteht. Weiter stoppt die Mesa-Ätzung auf der dritten Verkapselungsschicht 33, die an ihrer dem Halbleiterkörper 40 abgewandten Außenfläche
beispielsweise mit Siliziumdioxid gebildet ist.
Im nächsten Verfahrensschritt, Figur IC, erfolgt eine
trockenchemische Ätzung der Maskenschicht 15 sowie der freiliegenden Stellen der dritten Verkapselungsschicht 33. Dazu sind die Maskenschicht 15 und die dritte
Verkapselungsschicht 33 beispielsweise identisch aufgebaut oder weisen zumindest die gleiche Dicke auf. Je nach der ursprünglichen Dicke der Maskenschicht 15 sowie der dritten Verkapselungsschicht 33 werden diese an den freiliegenden Bereichen teilweise oder vollständig entfernt. Die Ätztiefe kann beispielsweise mittels Endpunktdetektion auf der ersten Verkapselungsschicht 31, die beispielsweise mit Aluminiumoxid gebildet ist, erfolgen. Nachfolgend erfolgt, falls notwendig, eine Reinigung des p/n-Übergangs an der Seitenfläche 40a des Halbleiterkörpers 40.
Nachfolgend, Figur 1D, erfolgt das Aufbringen der bereits beschriebenen vierten Verkapselungsschicht 34 und fünften Verkapselungsschicht 35. Insgesamt kann über das Verfahren ein hier beschriebener optoelektronischer Halbleiterchip auf besonders einfache und kostengünstige Weise hergestellt werden . Die Figur 2 zeigt einen Ausschnitt aus einem hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterchip. Der
Halbleiterchip kann einen wie in Verbindung mit der Figur 1D beschriebenen Halbleiterkörper aufweisen, der eine
Durchkontaktierung 51 umfasst. Ferner ist es möglich, dass der Halbleiterkörper 40 keine Durchkontaktierung 51 aufweist, sondern beispielsweise eine n-seitige Kontaktierung des
Halbleiterkörpers 40 von der der ersten Spiegelschicht 21 abgewandten Oberseite des Halbleiterkörpers 40 her erfolgt.
Gemäß dem in Verbindung mit der Figur 2 beschriebenen
Ausführungsbeispiel grenzt die erste Verkapselungsschicht 31, bei der es sich um eine ALD-Schicht handelt, direkt an die erste Spiegelschicht 21, die beispielsweise mit Silber gebildet ist. Die erste Verkapselungsschicht 31 bedeckt dabei die dem Halbleiterkörper 40 abgewandte Unterseite der ersten Spiegelschicht 21 vollständig. Ferner bedeckt die erste
Verkapselungsschicht 31 auch Seitenflächen 21c der ersten Spiegelschicht 21 vollständig. Die erste Verkapselungsschicht 31 ist dabei mit einem Precursor-Material gebildet, das frei von Ozon ist. Beispielsweise umfasst die erste
Verkapselungsschicht 31 Aluminiumoxid und/oder Siliziumoxid als Material und weist eine Dicke von 40 nm auf. Im Unterschied dazu zeigt die Figur 3 einen
optoelektronischen Halbleiterchip, bei dem zwischen der ersten Verkapselungsschicht 31 und der ersten Spiegelschicht 21 eine Anschlussschicht 14 angeordnet ist, die zumindest eine metallische Schicht umfasst. Auch Seitenflächen 14c der Anschlussschicht 14 sind vollständig von der ersten
Verkapselungsschicht 31 bedeckt. Die zweite Spiegelschicht 22 und/oder die dritte Spiegelschicht 23 ist an der der ersten Spiegelschicht 21 abgewandten Unterseite der ersten Verkapselungsschicht 31 angeordnet. Die weiteren Spiegelschichten 22, 23 überragen die Anschlussschicht 14 dabei in lateraler Richtung, sodass elektromagnetische
Strahlung, die nicht auf die erste Spiegelschicht 21 trifft, von zumindest einer der weiteren Spiegelschichten reflektiert wird .
In Verbindung mit der Figur 4 ist ein optoelektronischer Halbleiterchip beschrieben, bei dem im Unterschied zum
Ausführungsbeispiel der Figur 3 zwischen der Anschlussschicht 14 und der ersten Spiegelschicht 21 eine zusätzliche
strahlungsdurchlässige Anschlussschicht 16 angeordnet ist. In diesem Fall ist es auch möglich, auf die metallische
Anschlussschicht 14 zu verzichten, sodass die erste
Verkapselungsschicht 31 direkt an die strahlungsdurchlässige Anschlussschicht 16 grenzt. Die strahlungsdurchlässige
Anschlussschicht 16 ist beispielsweise mit einem TCO- (Transparent Conductive Oxide) Material wie ITO oder ZnO gebildet. Die strahlungsdurchlässige Anschlussschicht 16 kann ebenfalls dazu geeignet sein, die Diffusion von Material aus der Spiegelschicht 21 in andere Bereiche des
optoelektronischen Halbleiterchips zu behindern.
In Verbindung mit der Figur 5 ist im Unterschied zum
Ausführungsbeispiel der Figur 3 ein Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem die erste Verkapselungsschicht 31
strukturiert aufgebracht ist und lediglich im Bereich der Seitenflächen 21c der ersten Spiegelschicht ausgebildet ist. In Verbindung mit der Figur 6 ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem zwischen der ersten Verkapselungsschicht 31 und der ersten Spiegelschicht 21 eine Verkapselungsschicht 33 angeordnet ist, die beispielsweise mit Siliziumdioxid und/oder Siliziumnitrid gebildet ist. Die
Verkapselungsschicht 33 bedeckt dabei die Unterseite sowie Seitenflächen 21c des Silberspiegels 21 vollständig. In diesem Fall ist es möglich, dass zur Herstellung der ersten Verkapselungsschicht 31 ein ALD-Verfahren Verwendung findet, bei dem Ozon als Precursor-Material eingesetzt wird.
In Verbindung mit der Figur 7 ist ein Ausführungsbeispiel beschrieben, bei dem die erste Verkapselungsschicht 31 eine erste Unterschicht 31a aufweist, die direkt an die erste
Spiegelschicht 21 grenzt, und eine zweite Unterschicht 31b, die direkt an die erste Unterschicht 31a grenzt. Die erste Unterschicht 31a wird beispielsweise mit einem ALD-Verfahren gebildet, das frei von Ozon als Precursor-Material ist. Zum Beispiel kommt hier Wasser oder Sauerstoff als Precursor- Material zur Verwendung. Die erste Unterschicht 31a weist beispielsweise eine Dicke zwischen 5 und 10 nm auf. Die erste Unterschicht 31a bedeckt die erste Spiegelschicht 21 an ihrer dem Träger zugewandten Unterseite sowie an ihren
Seitenflächen 21c vollständig.
An der der Spiegelschicht 21 abgewandten Unterseite sowie an den Seitenflächen der ersten Unterschicht 31a ist die zweite Unterschicht 31b ausgebildet, bei der ein ALD-Verfahren
Verwendung findet, das Ozon als Precursor-Material verwendet. Damit kann zum einen die erste Verkapselungsschicht 31 schonend auf die Spiegelschicht 21 aufgebracht werden und zum anderen zeichnet sich die erste Spiegelschicht 31 durch eine besonders hohe Dichte gegen Feuchtigkeit aus. Insgesamt weist die erste Schicht 31 beispielsweise eine Dicke von 40 nm auf.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den
Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 102013100818.6, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.

Claims

Patentansprüche
1. Optoelektronischer Halbleiterchip mit
- einem Halbleiterkörper (40), der einen zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung vorgesehenen aktiven Bereich
(42) umfasst,
- eine erste Spiegelschicht (21), die zur Reflexion der elektromagnetischen Strahlung vorgesehen ist,
- einer ersten Verkapselungsschicht (31), die mit einem elektrisch isolierenden Material gebildet ist, und
- einem Träger (10), der dazu vorgesehen ist, die erste
Verkapselungsschicht (31), die erste Spiegelschicht (21) und den Halbleiterkörper (40) mechanisch zu stützen, wobei
- die erste Spiegelschicht (21) zwischen dem Träger (10) und dem Halbleiterkörper (40) angeordnet ist,
- die erste Verkapselungsschicht (31) zwischen dem Träger (10) und der ersten Spiegelschicht (21) angeordnet ist, und
- die erste Verkapselungsschicht (31) eine ALD-Schicht ist.
2. Optoelektronischer Halbleiterchip nach dem vorherigen Anspruch
mit zumindest einer Durchkontaktierung (51), wobei die zumindest eine Durchkontaktierung (51) die erste
Verkapselungsschicht (31), die erste Spiegelschicht (21) und den aktiven Bereich (42) durchdringt.
3. Optoelektronischer Halbleiterchip nach einem der
vorherigen Ansprüche,
bei dem der Halbleiterkörper (40) abgesehen von der zumindest einen Durchkontaktierung (51) vollständig von
Verkapselungsschichten (31,34) umschlossen ist, die ALD- Schichten sind.
4. Optoelektronischer Halbleiterchip nach einem der
vorherigen Ansprüche,
bei dem die erste Verkapselungsschicht (31) bis auf Bereiche, in denen die zumindest eine Durchkontaktierung (51) die erste Verkapselungsschicht (31) durchdringt, den Träger (10) an seiner dem Halbleiterkörper (40) zugewandten Oberseite vollständig überdeckt.
5. Optoelektronischer Halbleiterchip nach einem der
vorherigen Ansprüche
mit einer zweiten Spiegelschicht (22), die an der dem Träger (10) zugewandten Unterseite der Durchkontaktierung (51) angeordnet ist, wobei die erste Verkapselungsschicht (31) stellenweise zwischen der ersten Spiegelschicht (21) und der zweiten Spiegelschicht (22) angeordnet ist.
6. Optoelektronischer Halbleiterchip nach einem der
vorherigen Ansprüche
mit einer dritten Spiegelschicht (23) , die eine Seitenfläche (40a) des Halbleiterkörpers (40) in einer lateralen Richtung überragt, wobei die erste Verkapselungsschicht (31) zumindest stellenweise an der dem Träger (10) abgewandten Seite der dritten Spiegelschicht (22) verläuft.
7. Optoelektronischer Halbleiterchip nach einem der
vorherigen Ansprüche, bei dem
eine Seitenfläche der ersten Spiegelschicht (21) frei von der ersten Verkapselungsschicht (31) ist.
8. Optoelektronischer Halbleiterchip nach einem der
vorherigen Ansprüche, bei dem die erste Verkapselungsschicht (31) mit einem
elektrisch isolierenden Material gebildet ist und eine Dicke zwischen wenigstens 0,05 nm und höchstens 500 nm aufweist.
9. Optoelektronischer Halbleiterchip nach einem der
vorherigen Ansprüche
mit einer zweiten Verkapselungsschicht (32), die zwischen dem Träger (10) und der ersten Verkapselungsschicht (31)
angeordnet ist, wobei die zweite Verkapselungsschicht (32) elektrisch isolierend ist, die zweite Verkapselungsschicht
(32) in direktem Kontakt mit der ersten Verkapselungsschicht (31) steht und die zweite Verkapselungsschicht (32) zumindest 90 % der ihr zugewandten Außenfläche der ersten
Verkapselungsschicht (31) bedeckt.
10. Optoelektronischer Halbleiterchip nach einem der
vorherigen Ansprüche
mit einer dritten Verkapselungsschicht (33) , die zwischen der ersten Verkapselungsschicht (31) und dem Halbleiterkörper (40) angeordnet ist, wobei die dritte Verkapselungsschicht
(33) elektrisch isolierend ist, die dritte
Verkapselungsschicht (33) in direktem Kontakt mit der ersten Verkapselungsschicht (31) steht und die dritte
Verkapselungsschicht (33) zumindest 90 % der ihr zugewandten Außenfläche der ersten Verkapselungsschicht (31) bedeckt.
11. Optoelektronischer Halbleiterchip nach dem vorherigen Anspruch,
bei dem die Dicke der zweiten Verkapselungsschicht (32) und der dritten Verkapselungsschicht (33) wenigstens das
Sechsfache der Dicke der ersten Verkapselungsschicht (31) beträgt .
12. Optoelektronischer Halbleiterchip nach einem der vorherigen Ansprüche
mit einer vierten Verkapselungsschicht (34), die die nicht vom Träger (10) überdeckten Bereiche einer Außenfläche des Halbleiterkörpers (40) vollständig bedeckt, wobei die vierte Verkapslungsschicht (34) zumindest stellenweise in direktem Kontakt mit der ersten Verkapselungsschicht (31) steht und wobei die vierte Verkapselungsschicht (34) eine ALD-Schicht ist .
13. Optoelektronischer Halbleiterchip nach einem der vorherigen Ansprüche,
bei dem die erste Verkapselungsschicht (31) und die vierte Verkapselungsschicht (34) stellenweise in direktem Kontakt miteinander stehen.
14. Optoelektronischer Halbleiterchip nach einem der vorherigen Ansprüche
mit einer fünften Verkapselungsschicht (35) , die elektrisch isolierend ist und in direktem Kontakt mit der vierten
Verkapselungsschicht (34) steht.
15. Halbleiterchip nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem zumindest eine der folgenden Verkapselungsschichten zumindest zwei Teilschichten umfasst, die mit voneinander unterschiedlichem Material gebildet sind: zweite
Verkapselungsschicht (32), dritte Verkapselungsschicht (33) fünfte Verkapselungsschicht (35) .
16. Optoelektronischer Halbleiterchip nach einem der vorherigen Ansprüche
mit einem elektrischen Anschlussbereich (52), der lateral beabstandet zum Halbleiterkörper (40) angeordnet ist, wobe der elektrische Anschlussbereich (52) seitlich vollständig von der ersten Verkapselungsschicht (31) und/oder der vierten Verkapselungsschicht (34) umgeben ist.
17. Optoelektronischer Halbleiterchip nach einem der
vorherigen Ansprüche,
bei dem der Träger (10) elektrisch leitend ausgebildet ist, wobei der Träger (10) mit der zumindest einen
Durchkontaktierung (51) elektrisch leitend verbunden ist.
18. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen
Halbleiterchips nach einem der vorherigen Ansprüche,
wobei die erste Verkapselungsschicht (31) mittels eines ALD-V erfahrens erzeugt wird, wobei die erste Verkapselungsschicht (31) zumindest stellenweise unter der Verwendung von Ozon als Precursor abgeschieden wird.
19. Verfahren nach dem vorherigen Anspruch,
wobei die erste Verkapselungsschicht (31) eine erste
Unterschicht (31a) umfasst, die unter Verwendung eines
Precursors abgeschieden wird, der frei von Ozon ist, wobei die erste Unterschicht (31a) direkt auf eine der
Spiegelschichten (21, 22, 23) abgeschieden wird, und die erste Verkapselungsschicht (31) eine zweite Unterschicht (31b) umfasst, die unter Verwendung eines Precursors
abgeschieden wird, der Ozon umfasst, wobei die zweite
Unterschicht (31b) direkt auf die erste Unterschicht (31a) abgeschieden wird.
PCT/EP2014/050574 2013-01-28 2014-01-14 Optoelektronischer halbleiterchip mit einer ald-schicht verkapselt und entsprechendes verfahren zur herstellung WO2014114524A1 (de)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201480006010.4A CN104956501B (zh) 2013-01-28 2014-01-14 用ald层封装的光电子半导体芯片和相应的制造方法
US14/760,454 US9761770B2 (en) 2013-01-28 2014-01-14 Optoelectronic semiconductor chip encapsulated with an ALD layer and corresponding method for production
JP2015554105A JP6165881B2 (ja) 2013-01-28 2014-01-14 Ａｌｄ層によって封止したオプトエレクトロニクス半導体チップおよび対応する製造方法

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DE102013100818.6 2013-01-28
DE102013100818.6A DE102013100818B4 (de) 2013-01-28 2013-01-28 Optoelektronischer Halbleiterchip und Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips

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