WO2014124854A1 - Verfahren zur herstellung eines optoelektronischen halbleiterbauelements - Google Patents

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WO2014124854A1
WO2014124854A1 PCT/EP2014/052247 EP2014052247W WO2014124854A1 WO 2014124854 A1 WO2014124854 A1 WO 2014124854A1 EP 2014052247 W EP2014052247 W EP 2014052247W WO 2014124854 A1 WO2014124854 A1 WO 2014124854A1
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layer
barrier layer
semiconductor layer
semiconductor
sequence
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PCT/EP2014/052247
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Inventor
Georg DIRSCHERL
I-Hsin Lin
Gertrud KRÄUTER
Norwin Von Malm
Original Assignee
Osram Opto Semiconductors Gmbh
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    • H01L33/382—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the electrodes with a particular shape the electrode extending partially in or entirely through the semiconductor body

Definitions

  • the present invention relates to a method for the manufacture ⁇ ment of an optoelectronic semiconductor device.
  • Radiation emitting devices are common in the United ⁇ application, for example in motor vehicles, environmental influences, such as moisture, a hydrochloric acid atmosphere and / or harmful ⁇ gases (H 2 S, SO 2, etc.) exposed.
  • the reason for this is a certain permeability of the potting materials (silicones) for moisture and harmful gases located in the radiation-emitting components.
  • Potting materials based on epoxides are also only slightly resistant to moisture and to ⁇ not yet yellowing stable and low light transmission.
  • Individual components of the radiation-emitting devices, such as optoelectronic semiconductor chip metallization ⁇ stanchions or the whole optoelectronic component are exposed to moisture or corrosive gases and, ultimately KORRO ⁇ sion prone.
  • a problem to be solved is to provide a process for the preparation ⁇ position of an optoelectronic semiconductor component type to be applied, that has an improved protection.
  • a method for producing an optoelectronic semiconductor component according to an embodiment comprises the following steps:
  • the semiconductor layer sequence has a radiation main side facing the substrate
  • semiconductor device is to be understood not only fer ⁇ term components such as light emitting diodes (LEDs) or laser diodes, but also substrates and / or semiconductor layers, so for example, already a composite of a copper layer and a semiconductor layer
  • the invented dung modern optoelectronic semiconductor device may be playing, a thin film semiconductor chip, in particular a thin-film LED chip at ⁇ .
  • solution in coating solution, polysilazane solution or derivatives thereof and / or in perhydropolysilazane solution or derivatives thereof also means that the polysilazane and / or perhydropoly-silazane is at least one polymer per se In this case, a solvent is not absolutely necessary, or alternatively solution may also be the formation of a solvate shell around polysilazane and / or perhydropolysilazane molecules, ie a mixture of these Molecules with a solvent.
  • Coating liquid can here and below be understood as meaning a liquid without addition of a solvent.
  • Coating solution can also be referred to in this application as a coating liquid and vice versa.
  • Polysilazane solution can also be referred to in this application as polysilazane and vice versa.
  • Perhydropolysilazane solution may also be referred to in this application as perhydropolysilazane and vice versa.
  • perhydropolysilazane and vice versa.
  • multi-layer structure is in this context a
  • the multilayer structure may comprise a semiconductor layer sequence and a barrier layer, wherein the semiconductor materials used in the semiconductor layer sequence are not limited, as long as they have at least partial electroluminescence.
  • the semiconductor materials used in the semiconductor layer sequence are not limited, as long as they have at least partial electroluminescence.
  • Compounds of elements are used, for example, which are selected from in dium ⁇ , gallium, aluminum, nitrogen, phosphorus, arsenic, oxygen, silicon, carbon, and combinations thereof excluded. However, other elements and additions may be used.
  • the layer sequence with an active loading for example, based on Nitridimplleiter- materials ⁇ rich.
  • On nitride compound semiconductor material based means in this context that the semiconductor layer sequence or at least part because ⁇ of a nitride compound semiconductor material, preferably Al n Ga m ini- n _ m N comprises or consists of, where 0 -S n ⁇ 1, 0 s m ⁇ 1 and n + m ⁇ 1.
  • this material does not necessarily have a mathematically exact composition according to the above formula. Rather, it may, for example, are one or more dopants and additional constituents aufwei ⁇ sen.
  • the above formula in a simplistic view, only the essential components of the crystal lattice (Al, Ga, In, N), even if these can be partially replaced by small amounts of other substances and / or supplemented.
  • the semiconductor layer sequence can play, comprise as an active range ⁇ a conventional pn-junction, a double heterostructure, a single quantum well structure (SQW) structure or a multiple quantum well structure (MQW structure).
  • the semiconductor layer sequence may ⁇ rich include further functional layers and functional preparation ⁇ che addition to the active Be, for instance p- or n-doped charge carrier layers, ie electron or hole transport layers, p- or n-doped confinement or cladding layers, buffer layers and / or electrodes and combinations thereof.
  • Such structures relating to the active region or the further functional layers and regions are known to the person skilled in the art, in particular with regard to structure, function and structure, and are therefore not explained in greater detail here.
  • the semiconductor layer sequence comprises a first contacting layer, which may be configured as an n-doped charge carrier transport layer, and a second contacting layer, which may be configured as a p-doped charge carrier transport layer.
  • First contacting layer may be an n-type semiconductor layer according to an embodiment.
  • Second contacting layer may be a p-type semiconductor layer according to an embodiment.
  • First and / or second contacting layer may here and hereinafter also be referred to as first and / or second contact layer.
  • the semiconductor layer sequence comprises a radiation main side which faces away from the substrate.
  • the radiation main side is oriented perpendicular to a growth direction of a semiconductor layer sequence of the optoelectronic semiconducting ⁇ terbauelements.
  • the opto-electronic semi-conductor device may be ⁇ manufacturedstal ⁇ tet as organic light emitting diode (OLED).
  • OLED organic light emitting diode
  • wei ⁇ terhin can mean also that the one layer or the one element is arranged indirectly on or above the other layer or the other element. In this case, further layers and / or elements can then be arranged between the one and the other layer or between the one and the other element.
  • a layer or an element "within" disposed half ⁇ semiconductor layer sequence or applied may mean, here and hereinafter, that the layer at ⁇ play, the barrier layer, directly or indirectly, with another layer or the other element of the semiconductor layer sequence in
  • the layer for example the barrier layer, may in particular comprise the active region, further functional layers and functional regions, p- or n-doped charge carrier transport layers, ie electron or hole transport layers, p- or n-doped confinement layers. ment or cladding layers, buffer layers and / or
  • Electrodes and combinations thereof are directly and / or indirectly in contact. It can then more
  • Layers and / or elements between one and the other layer or between one and the other be arranged element.
  • this can also be interpreted as meaning that the semiconductor layer sequence comprises the barrier layer. That a layer or an element "below” disposed half ⁇ semiconductor layer sequence or applied, it may mean, here and below that a layer or an element, such as the barrier layer, "between" substrate and the semiconductor layer sequence is arranged or applied.
  • the fact that a layer or an element is arranged "between" two other layers or elements may here and in the following mean that the one layer or the one element is directly in direct mechanical
  • the barrier layer is produced from a coating solution comprising a polysilazane solution and its derivatives and / or a perhydropolysilazane solution and its derivatives.
  • a coating solution comprising a polysilazane solution and its derivatives and / or a perhydropolysilazane solution and its derivatives.
  • a coating can be a thin barrier layer with a layer thickness of 5 nm to 500 nm or a thick barrier layer with a layer thickness of 500 nm to 50 ym, as well as several cohesive layers.
  • Polysilazanes are polymeric compounds in which silicon and nitrogen atoms form the basic chemical framework in an alternating arrangement. Frequently, each silicon atom is bound to two nitrogen atoms and each nitrogen atom to two silicon atoms, so that preferably form molecular chains and / or rings of the formula [R 1 R 2 S1-NR 3 ] n . Ri to R 3 can be hydrogen atoms or organic radicals. If exclusively H atoms are present as substituents, the polymer is referred to as perhydropolysilazane having the formula [H 2 Si-NH] n . Often perhydropolysilazane is also referred to as polyperhydridosilazane or inorganic polysilazane.
  • organopolysilazane hydrocarbon radicals are bonded to the silicon, it is referred to here and below as organopolysilazane.
  • Polysilazanes are composed of one or more repeat units, the monomers. By stringing together these basic units of the monomers, chains of different sizes are formed
  • the coating liquid may alternatively or additionally comprise or consist of polysilazone.
  • the barrier layer comprises SiOx, wherein SiOx is generated from the coating solution with elimination of ammonia. In the presence of air and / or moisture and / or polar surfaces, for example OH groups, a condensation reaction takes place in which ammonia (NH 3) escapes. According to one embodiment, the barrier layer is produced by a condensation Ammo ⁇ niak emission takes place.
  • a perhydropolysilazane is provided as the polysilazane, that is to say a polysilazane which is saturated only with hydrogen and has no organic radical.
  • An advantage of the perhydropolysilazane may be that it comprises can harden a SiO x network. The network is then preferably free of nitrogen and carbon.
  • SiOx is glassy in one embodiment.
  • the x in SiOx is at most 2. As a rule, x is less than 2. If, in one embodiment, x is less than 2, then the remainder to 2 is accounted for by the OH groups (see above reaction scheme).
  • SiOx is insensitive to moisture. Thus, a layer of SiOx does not lose its barrier, insulation or protective function even under the influence of moisture.
  • a barrier layer umfas ⁇ send SiO x is produced, the barrier layer is tight.
  • “Seal” means that the barrier layer tion rate a permeation of less than or equal to 0.1 g H 2 0 / m 2 day, 2 0 having, for example 10 "5 g H / m 2 day.
  • the coating solution comprising or consisting of perhydropolysilazane solution and its derivatives cures to a glassy shaped body.
  • the shaped body is a barrier layer and, for example, arranged on the surface of a further layer or an element of the multilayer structure.
  • the barrier layer has in particular a greater ⁇ in a direction parallel to the layer plane extension than in the thickness direction, in this order, increasingly preferably at least 5-, 10-, 20-, 1000-fold expansion.
  • the coating solution is applied by a method selected from spraying, dispensing, printing and spin coating.
  • Spincoating can be used to produce a uniform thin film, for example with a layer thickness of 300 nm. This will be a surplus of the coating solution is placed on the surface of a layer or element to be coated, and then the surface is rotated at high speed, thus distributing the coating solution by centrifugal force.
  • Disposing here and below may mean structured or unstructured application of the coating solution.
  • the coating solution can be produced with structured ⁇ means of printing processes.
  • “Spraying” as used herein means spreading a coating solution into the finest droplets as an aerosol (mist) in a gas (usually air or nitrogen (N 2 )) and depositing on a surface. Thereby, a Barri- ere für with a uniform layer thickness generated ⁇ the. In addition, surface topographies can be safely overmolded. In this case, a "dense" layer can be produced. [ . Gemäß] According to one embodiment, the coating solution is hardened or hardened to form a barrier layer.
  • Curing a coating solution herein and in the following means that the coating solution partially condenses, cures, or crosslinks, with its viscosity increasing from its viscosity at the time of contact with the surface to which the coating solution is applied.
  • Surface here and in the following designates not only the upper surface or main radiation side of the optoelectronic semiconductor component. Rather, it referred to the upper ⁇ surfaces and / or side surfaces of the intermediate layers inside of the optoelectronic semiconductor component.
  • “Angehär ⁇ Tet” means specifically a state in which the viscosity in order this order increasingly preferably has increased at least 10%, 20%, 30%, 40%.
  • a solid state which is called "curing” which is not mandatory, but preferably rigid arises when the initial curing the crosslinking of the polysilazane molecules increases, as example ⁇ towards a gel-like consistency or state;.
  • a cure It is possible, for example, for a solid to be a thermoset
  • monomers or polymers cure on curing, ie, polymer chains or polymer rings are lengthened or formed, and organic radicals of an organopolysilazane can also be used depending on their size influence the properties of the resulting macromolecules, so that, for example, large side groups can reduce the interaction with water due to a "shielding effect".
  • the coating solution can not only be quenched, but also completely cured according to another embodiment. Upon complete curing, in the case of perhydropolysilazane, an SiO x barrier layer is formed.
  • the barrier layer is structured after or between curing or curing.
  • the barrier layer can be patterned after curing or between application of the barrier layer and curing.
  • said barrier layer during construction of the "multilayered structure” examples play, by the application and patterning of the second electrical connector (p-contact metal) and before the on ⁇ bring the first electrical terminal (n-contact Metal), ie for encapsulation of the second electrical connection (p-contact metal) structured.
  • barrier layer is produced in a structured manner here and below means that the barrier layer is at least partially applied as a layer, this layer having a defined shape and base area.
  • Unstructured here and hereinafter means a planar layer, which is not broken and thus is a homoge ⁇ ne layer.
  • the homogeneous layer may be formed with a uniform layer thickness.
  • the hardening and / or curing of the coating solution is produced at an ambient temperature of at least room temperature.
  • the coating solution comprising polysilazane or its derivatives and / or perhydropolysilazane or their derivatives preferably hardens at an ambient temperature of in this order increasingly preferably at least 20 ° C, 25 ° C, 30 ° C, 40 ° C, 50 ° C, 60 ° C, 70 ° C, 80 ° C on and / or off.
  • Be ⁇ preferred upper limits independently of the above-mentioned lower limits are increasingly preferred in this order at most 220 ° C, 200 ° C, 180 ° C, 160 ° C.
  • the Här ⁇ processing of the coating solution can be accelerated at elevated temperature.
  • the coating solution is subjected to a dry box condition and under the action of a catalyst which is already contained in the coating solution or which is later exposed to the barrier layer leaves, hardened or hardened.
  • Dry box condition here and hereinafter denotes a relative humidity of less than 20%, 10, which is increasingly preferred in this order
  • methylamine can be used, which can accelerate the reaction.
  • the barrier layer may be directly or indirectly, on the radiation side of the main semiconductor ⁇ layer sequence and / or the semiconductor layer sequence surfaces are produced directly or indirectly to the side.
  • NEN "Indirectly on the radiation side of the main Halbleiterschich ⁇ ten plausible” here, kön- that additional layers and / or elements between the barrier layer and the radiation ⁇ home page of the semiconductor layer sequence may be arranged NEN means.
  • Light on the radiation main side of the semiconductor layers ⁇ follow means that the barrier layer is at least in direct mechanical contact with the radiation main side of the semiconductor layer sequence.
  • the semiconductor layer sequence has a first contact layer, the barrier layer being produced directly above the first contact layer.
  • First contact layer and barrier layer are in direct mechanical contact with each other.
  • the barrier layer is produced inside or below the semiconductor layer sequence in a structured or unstructured manner.
  • the structuring takes place by means of etching (dry or wet) after curing.
  • Dry etching can be done, for example, with CF 4 .
  • Wet etching can be For example, with HF and / or buffered HF solution (English, buffered oxide etch, BOE) take place.
  • the optoelectronic semi-conductor device is a first electrical connection layer and a second electrical connecting layer, whereby the bar ⁇ centering layer, the first contact layer and a second Kon ⁇ clock layer against the first and second electrical connection ⁇ layer electrically insulated.
  • the barrier layer acts as insulation and prevents an electrical short circuit. At the same time, it protects the first contacting layer against moisture and environmental influences.
  • the semiconductor layer sequence has at least one breakdown, the barrier layer being produced at least on the sidewalls of the breakdown.
  • Breakthrough referred to herein and in the following a vertical and / or horizontally extending joint between at least one conductive electrical layer, for example a metallization and / or mirror layer and / or the sub ⁇ strat, and the first contacting layer. Breakthrough can be used for electrical connection, alternatively or additionally, to improve the vertical heat conduction.
  • ⁇ form at least two mutually parallel fürbrü ⁇ che be provided for ER- heightening the current carrying capacity.
  • a solution of polysilazane or its derivatives and / or perhydropolysilazane or derivatives thereof in di-n-butyl ether is used as the coating solution.
  • the coating solution and / or barrier layer can comprise further constituents, for example, at least one filler and / or conversion material umfas ⁇ sen.
  • the barrier layer is produced in such a way that no oxygen, moisture, hydrochloric acid substances and / or noxious gases can by the barrier layer DIFFUN ⁇ explosion.
  • the optoelectronic half ⁇ semiconductor component to a second electrical connecting layer, wherein said second electrical connection layer is encapsulated by the barrier layer.
  • Encapsulated may mean that the second electrical connection layer is enclosed by the barrier layer in a form-fitting and / or materially bonded manner.
  • Figures 1 to 5 are each a schematic cross section of an opto-electronic semiconductor device ge ⁇ Yamass one embodiment.
  • FIG. 1 shows a schematic cross-section of an optoelectronic semiconductor component 100 in the exemplary embodiment of a light-emitting diode (LED).
  • the optoelectronic semiconductor The device 100 has a multilayer structure with a semiconductor layer sequence 2 and a radiation main side 12, which is mounted on a carrier 9 with openings 10, a first electrical connection 4 and a second electrical connection 5.
  • the semiconductor layer sequence 2 is embedded in a casting 6, for example silicone.
  • the barrier layer 3 is covered at least partially or fully ⁇ constantly the surface and / or side surfaces of the optoelekt- tronic semiconductor device 100.
  • the Barrier ⁇ e-coating 3 serves as a protective layer against humidity and / or defective gases.
  • the barrier layer 3 is arranged above the second electrical connection 5, which may be formed as a planar chip contacting.
  • base metals of the second electrical connection 5, such as copper, can be protected from corrosion by the barrier layer 3.
  • the barrier layer 3 enabled by the protection function ⁇ also the use of billergeren and korrionsanfetzeren metals as first and / or second electrical connection check. This can save costs.
  • the barrier layer ⁇ 3, which comprises a dense SiOx layer, or may consist represents ⁇ from, may be placed over a casting 6, so that no moisture or corrosive gases, may play in ⁇ as silicone, penetrate the encapsulation. 6
  • a conversion element 8 that is arranged directly on the semiconductor layer sequence ⁇ 2 may include at least one phosphor according to another embodiment.
  • 100 of electromagnetic ⁇ specific primary radiation from the semiconductor layer sequence 2 is emitted with an active region during operation of the optoelectronic semiconductor device and impinges in a Konversi ⁇ onselement 8 on at least one phosphor, which is arranged in Strah ⁇ beam path of the electromagnetic primary radiation and is suitable at least partially absorbing the electromagnetic primary radiation and emitting it as secondary electromagnetic radiation having a wavelength range at least partially different from the electromagnetic primary radiation.
  • a conversion element 8 can fix a phosphor comprising at least ⁇ on the radiation side of the main Halbleiter Anlagenenfol ⁇ ge 12, and additionally protect the conversion element 8 against humidity and noxious gases, the barrier layer.
  • the conversion element 8 formed as a layer can be produced by means of electrophoretic deposition (EPD) (FIG. 5).
  • FIGS. 2 to 4 each show a schematic cross-section of each of an optoelectronic semiconductor component 100 in the exemplary embodiment of a light-emitting diode (LED).
  • the opto-electronic semiconductor device 100 of Figures 2 to 4 each has a multi-layer structure with a semiconductor layer sequence ⁇ 2 and a radiation major side 12, a first electrical terminal 4 and a second electrical connection. 5
  • the semiconductor layer sequence 2 is arranged above the substrate 1, which has one or no electrically conductive properties.
  • the first electrical connection 4 is arranged below the substrate 1 and formed as a layer.
  • the first electrical connection 4 as a bonding pad with a bonding ⁇ wire formed and arranged above the substrate 1.
  • the second electrical connection 5 is embodied in FIGS. 2 to 4 as a bonding pad with a bonding wire.
  • Between the semi-conductor layer sequence 2 and the substrate 1 may further layers or elements (14, 15), for example at least one metallization layer or mirror layer to the charge transport ⁇ be disposed.
  • the semiconductor layer sequence 2 comprises a first contacting layer 2-1, an active layer 2-2 and a second contacting layer 2-3.
  • the active layer 2-2 of the semiconductor layer sequence 2 is befä ⁇ higt electromagnetic (primary) radiation 7 on the radiation major side 12 of the semiconductor layer sequence 2 readkop ⁇ PelN.
  • the semiconductor layer sequence 2 has several
  • the barrier layer 3 is on the sides ⁇ walls of the vertical to the semiconductor layer sequence 2 is arrange ⁇ ten openings 10 and on the side facing the substrate lower sides of the semiconductor layer sequence 2, therefore, disposed horizontally and between the apertures 10 degrees.
  • the barrier layer 3 electrically insulates the first electrical terminal 4 and the substrate 1 against the second contacting layer 2-3 and a metallization or mirror layer 15.
  • the barrier layer 3 an insulation layer, where ⁇ at these additional protective function against moisture and harmful gases having.
  • Figure 3 shows a second barrier layer ⁇ 3-1 on which is arranged between the semiconductor layer sequence 2 and a further layer or element 14, such as a metallization layer, and the substrate 1 in comparison with FIG. 2
  • the first barrier layer 3 as shown in FIG 2, the further layer or the element 14 electrically insulates against the second contacting layer 2- 3.
  • the second barrier layer 3-1 electrically insulates the further layer or element 14 against the substrate 1 or soldering layer 11.
  • FIG. 4 shows, in comparison to FIGS. 2 and 3, at least one encapsulation of the semiconductor layer sequence 2 by means of a second barrier layer 3-1.
  • the second barrier layer 3-1 is arranged at least indirectly or directly on the main radiation side 12 and the side surfaces of the semiconductor layer sequence 2. There may be more layers
  • the second barrier layer 3-1 are encapsulated by the second barrier layer 3-1.
  • the encapsulation of at least the semiconductor layer sequence 2 with the second barrier layer 3-1 Doomed ⁇ gently protection against environmental influences such as moisture and corrosive gases. Encapsulation here and below means the cohesive application of a coating solution, so that a homogeneous second barrier layer 3-1 is produced.
  • FIG. 4 further shows the barrier layer 3 which is arranged on the side walls of the openings 10 arranged vertically to the semiconductor layer sequence 2 and on the undersides of the semiconductor layer sequence 2 facing the substrate, ie horizontally and between the openings 10.
  • the barrier layer 3 electrically insulates the first electrical connections circuit 4 and the substrate 1 against the secondtechnischtechniks ⁇ layer 2-3 and a metallization or mirror layer 15th
  • the second barrier layer 3-1 may have the same definitions and features as described for the barrier layer 3.
  • the barrier layer 3 or the second barrier layer 3-1 or a combination thereof may be angeord ⁇ net in an optoelectronic semiconductor device 100th
  • the barrier layer 3 (FIGS. 2 to 4) is arranged in the optoelectronic semiconductor component 100.
  • the arrangement of the second barrier layer 3-1 in the optoelectronic semiconductor device 100 may be optional.
  • the second barrier layer only the radiation major side 12 and not the sides ⁇ surfaces of the semiconductor layer sequence 2 3- covered. 1 This can be advantageous, for example, with regard to a lower material consumption. This can save material and costs.
  • a coating solution which comprises a polysilazane solution or its derivatives and / or a perhydropolysilazane solution or derivatives thereof can be used.
  • the coating solution can be applied by any of spraying, dispensing, printing or spin-coating.
  • a dense vitreous SiO x layer can be produced after a thermal curing, for example at 150 ° C. for 1 hour.
  • a catalyst may be added.
  • the SiOx layer is thinner than 1 ⁇ m. It can alternatively be an example Ways also form a layer with a thickness of a few Mikrome ⁇ tern, which encloses the optoelectronic semiconductor device 100 or the semiconductor layer sequence 2. This results in a more efficient decoupling of light and better optical properties in comparison to barrier layers which have a greater layer thickness.
  • a barrier layer in the case of polysilazane solution or its derivatives as a coating solution, after a thermal curing, a barrier layer can be produced which is substantially thicker and less hard compared to a barrier layer
  • the barrier layer 3 can also have a planarizing effect, in particular in the openings 10.
  • the SiO x layer as a barrier layer 3 or the second Barri ⁇ ere Anlagen 3-1 the heat generated by the semiconductor layer sequence 2 can easily carry away due to the material property of the SiOx and can thus contribute to cooling of the semiconductor layer sequence.
  • the invention is not limited by the description with reference to the embodiments. Rather includes the inventions-making any new feature and any combination of features, which in particular includes any combination of features in the patent claims, even if this feature or ⁇ se combination itself is not explicitly specified in the patent claims or exemplary embodiments.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements (100) mit den Schritten: -Bereitstellen eines Substrats (1), -Erzeugen eines Mehrschichtaufbaus mit einer Halbleiter- schichtenfolge (2) und einer Barriereschicht (3) auf dem Sub- strat (1), -wobei die Halbleiterschichtenfolge (2) zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung eingerichtet ist, -wobei die Halbleiterschichtenfolge (2) eine dem Substrat (1) abgewandte Strahlungshauptseite (12) aufweist, -wobei die zumindest eine Barriereschicht (3) auf der Strahlungshauptseite (12) der Halbleiterschichtenfolge (2) oder auf zumindest einer Seitenfläche der Halb- leiterschichtenfolge (2) oder innerhalb oder unterhalb der Halbleiterschichtenfolge (2) oder Kombinationen dar- ausaus einer Beschichtungsflüssigkeiterzeugt wird, welche Polysilazan oder deren Derivate und/oder eine Perhydropolysilazan oder deren Derivate umfasst. Signifikante Figur: Fig. 2

Description

Beschreibung
Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstel¬ lung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2013 101 598.0, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Strahlung emittierende Bauelemente sind häufig bei deren Ver¬ wendung, beispielsweise in Kraftfahrzeugen, Umwelteinflüssen, wie Feuchtigkeit, einer salzsauren Atmosphäre und/oder Schad¬ gasen (H2S, SO2, etc.), ausgesetzt. Ursächlich hierfür ist eine gewisse Permeabilität der in den Strahlung emittierenden Bauelementen befindlichen Vergussmaterialien (Silikone) für Feuchtigkeit und Schadgase. Vergussmaterialien auf Basis von Epoxiden sind ebenfalls nur begrenzt feuchteresistent und zu¬ dem noch nicht vergilbungsstabil und gering lichtdurchlässig. Einzelne Komponenten der Strahlung emittierenden Bauelemente, beispielsweise optoelektronische Halbleiterchips, Metallisie¬ rungen oder das gesamte optoelektronische Bauelement sind der Feuchtigkeit oder Schadgasen ausgesetzt und letztlich korro¬ sionsanfällig.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zur Her¬ stellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements anzu- geben, dass einen verbesserten Schutz aufweist.
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausfüh- rungsform und Weiterbildung der Gegenstände sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet und gehen aus der nachfol¬ genden Beschreibung und den Zeichnungen hervor. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß einer Ausführungsform umfasst folgende Schritte :
- Bereitstellen eines Substrats,
- Erzeugen eines Mehrschichtaufbaus mit einer Halbleiter- schichtenfolge und einer Barriereschicht auf dem Substrat,
- wobei die Halbleiterschichtenfolge zur Erzeugung von
elektromagnetischer Strahlung eingerichtet ist,
- wobei die Halbleiterschichtenfolge eine dem Substrat ab¬ gewandte Strahlungshauptseite aufweist,
- wobei die zumindest eine Barriereschicht auf der Strah¬ lungshauptseite der Halbleiterschichtenfolge oder auf zumindest einer Seitenfläche der Halbleiterschichtenfol¬ ge oder innerhalb oder unterhalb der Halbleiterschichtenfolge oder Kombinationen daraus aus einer Beschich- tungslösung oder Beschichtungsflüssigkeit erzeugt wird, welche Polysilazan oder eine Polysilazan-Lösung oder deren Derivate und/oder Perhydropolysilazan oder eine Perhydropolysilazan-Lösung oder deren Derivate umfasst oder daraus besteht.
Unter dem Begriff "Halbleiterbauelement" sind nicht nur fer¬ tige Bauelemente, wie beispielsweise Leuchtdioden (LEDs) oder Laserdioden zu verstehen, sondern auch Substrate und/oder Halbleiterschichten, sodass beispielsweise bereits ein Ver- bund einer Kupfer-Schicht und einer Halbleiterschicht ein
Bauelement darstellen und einen Bestandteil eines übergeord¬ neten zweiten Bauelements bilden kann, in dem beispielsweise zusätzlich elektrische Anschlüsse vorhanden sind. Das erfin- dungsgemäße optoelektronische Halbleiterbauelement kann bei¬ spielsweise ein Dünnfilm-Halbleiterchip, insbesondere ein Dünnfilm-Leuchtdiodenchip sein. Hier und im Folgenden wird unter dem Begriff „Lösung" in Be- schichtungslösung, Polysilazan-Lösung oder deren Derivate und/oder in Perhydropolysilazan-Lösung oder deren Derivate auch verstanden, dass das Polysilazan und/oder Perhydropoly- silazan als zumindest ein polymeres an sich flüssiges Molekül vorliegt, aus dem dann durch weitere Vernetzung eine feste Schicht erzeugt werden kann. Dabei ist ein Lösungsmittel nicht unbedingt erforderlich. Alternativ kann Lösung auch die Bildung einer Solvathülle um Polysilazan- und/oder Perhydro- polysilazan-Moleküle bezeichnen, also eine Mischung dieser Moleküle mit einem Lösungsmittel.
Unter Beschichtungsflüssigkeit kann hier und im Folgenden ei¬ ne Flüssigkeit ohne Zusatz eines Lösungsmittels verstanden werden .
Beschichtungslösung kann in dieser Anmeldung auch als Beschichtungsflüssigkeit und umgekehrt bezeichnet werden.
Polysilazan-Lösung kann in dieser Anmeldung auch als Poly- silazan und umgekehrt bezeichnet werden.
Perhydropolysilazan-Lösung kann in dieser Anmeldung auch als Perhydropolysilazan und umgekehrt bezeichnet werden. Unter "Mehrschichtaufbau" ist in diesem Zusammenhang eine
Schichtenfolge zu verstehen, die mehr als eine übereinander angeordnete Schichten umfasst, beispielsweise eine Folge ei¬ ner p-dotierten und einer n-dotierten Halbleiterschicht. Gemäß einer Ausführungsform kann der Mehrschichtaufbau eine Halbleiterschichtenfolge und eine Barriereschicht umfassen, wobei die in der Halbleiterschichtenfolge eingesetzten Halb- leitermaterialien nicht beschränkt sind, sofern diese zumindest teilweise Elektrolumineszenz aufweisen. Es werden beispielsweise Verbindungen aus Elementen verwendet, die aus In¬ dium, Gallium, Aluminium, Stickstoff, Phosphor, Arsen, Sauerstoff, Silizium, Kohlenstoff und Kombinationen daraus ausge- wählt sind. Es können aber auch andere Elemente und Zusätze verwendet werden. Die Schichtenfolge mit einem aktiven Be¬ reich kann beispielsweise auf Nitridverbindungshalbleiter- materialien basieren. „Auf Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial basierend" bedeutet im vorliegenden Zusammenhang, dass die Halbleiterschichtenfolge oder zumindest ein Teil da¬ von, ein Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial, vorzugsweise AlnGamIni-n_mN aufweist oder aus diesem besteht, wobei 0 -S n < 1, 0 -S m < 1 und n+m < 1. Dabei muss dieses Material nicht zwingend eine mathematisch exakte Zusammensetzung nach obiger Formel aufweisen. Vielmehr kann es beispielsweise ein oder mehrere Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufwei¬ sen. Die obige Formel gibt in vereinfachender Darstellung nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters (AI, Ga, In, N) an, auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt und/oder ergänzt sein können.
Die Halbleiterschichtenfolge kann als aktiven Bereich bei¬ spielsweise einen herkömmlichen pn-Übergang, eine Doppelheterostruktur, eine Einfach-Quantentopfstruktur ( SQW-Struktur) oder eine Mehrfach-Quantentopfstruktur (MQW-Strukur) aufweisen. Die Halbleiterschichtenfolge kann neben dem aktiven Be¬ reich weitere funktionelle Schichten und funktionelle Berei¬ che umfassen, etwa p- oder n-dotierte Ladungsträgertransport- schichten, also Elektronen- oder Löchertransportschichten, p- oder n-dotierte Confinement- oder Cladding-Schichten, Pufferschichten und/oder Elektroden sowie Kombinationen daraus. Solche Strukturen den aktiven Bereich oder die weiteren funk- tionellen Schichten und Bereiche betreffend sind dem Fachmann insbesondere hinsichtlich Aufbau, Funktion und Struktur bekannt und werden von daher an dieser Stelle nicht näher erläutert . Insbesondere umfasst die Halbleiterschichtenfolge gemäß einer Ausführungsform eine erste Kontaktierungsschicht , welche als n-dotierte Ladungsträgertransportschicht ausgestaltet sein kann, und eine zweite Kontaktierungsschicht, welche als p- dotierte Ladungsträgertransportschicht ausgestaltet sein kann.
Erste Kontaktierungsschicht kann gemäß einer Ausführungsform eine n-leitende Halbleiterschicht sein. Zweite Kontaktierungsschicht kann gemäß einer Ausführungsform eine p-leitende Halbleiterschicht sein.
Erste und/oder zweite Kontaktierungsschicht kann hier und im Folgenden auch als erste und/oder zweite Kontaktschicht be- zeichnet werden.
Die Halbleiterschichtenfolge umfasst eine Strahlungshauptsei¬ te, die dem Substrat abgewandt ist. Insbesondere ist die Strahlungshauptseite senkrecht zu einer Wachstumsrichtung ei- ner Halbleiterschichtenfolge des optoelektronischen Halblei¬ terbauelements orientiert. Gemäß einer Ausführungsform kann das optoelektronische Halb¬ leiterbauelement als organische Leuchtdiode (OLED) ausgestal¬ tet sein. Dass eine Schicht oder ein Element „auf" oder „über" einer anderen Schicht oder einem anderen Element angeordnet oder aufgebracht ist, kann dabei hier und im Folgenden bedeuten, dass die eine Schicht oder das eine Element unmittelbar in direktem mechanischen und/oder elektrischen Kontakt auf der anderen Schicht oder dem anderen Element angeordnet ist. Wei¬ terhin kann es auch bedeuten, dass die eine Schicht oder das eine Element mittelbar auf beziehungsweise über der anderen Schicht oder dem anderen Element angeordnet ist. Dabei können dann weitere Schichten und/oder Elemente zwischen der einen und der anderen Schicht beziehungsweise zwischen dem einen und dem anderen Element angeordnet sein.
Dass eine Schicht oder ein Element „innerhalb" der Halb¬ leiterschichtenfolge angeordnet oder aufgebracht ist, kann dabei hier und im Folgenden bedeuten, dass die Schicht, bei¬ spielsweise die Barriereschicht, unmittelbar oder mittelbar mit einer anderen Schicht oder dem anderen Element der Halbleiterschichtenfolge in mechanischen und/oder elektrischen Kontakt steht. Die Schicht, beispielsweise die Barriere- Schicht, kann insbesondere mit dem aktiven Bereich, weiteren funktionellen Schichten und funktionellen Bereichen, p- oder n-dotierte Ladungsträgertransportschichten also Elektronenoder Löchertransportschichten, p- oder n-dotierte Confine- ment- oder Cladding-Schichten, Pufferschichten und/oder
Elektroden sowie Kombinationen daraus unmittelbar und/oder mittelbar in Kontakt stehen. Dabei können dann weitere
Schichten und/oder Elemente zwischen der einen und der anderen Schicht beziehungsweise zwischen dem einen und dem ande- ren Element angeordnet sein. Insbesondere kann dies auch be¬ deuten, dass die Halbleiterschichtenfolge die Barriereschicht umfasst . Dass eine Schicht oder ein Element „unterhalb" der Halb¬ leiterschichtenfolge angeordnet oder aufgebracht ist, kann dabei hier und im Folgenden bedeuten, dass eine Schicht oder ein Element, beispielsweise die Barriereschicht, „zwischen" Substrat und Halbleiterschichtenfolge angeordnet oder aufge- bracht ist. Dass eine Schicht oder ein Element „zwischen" zwei anderen Schichten oder Elementen angeordnet ist, kann hier und im Folgenden bedeuten, dass die eine Schicht oder das eine Element unmittelbar in direktem mechanischen
und/oder elektrischen Kontakt oder in mittelbarem Kontakt zur einen der zwei anderen Schichten oder Elementen und in direktem mechanischen und/oder elektrischen Kontakt oder in mittelbarem Kontakt zur anderen der zwei anderen Schichten oder Elementen angeordnet ist. Dabei können bei mittelbarem Kontakt dann weitere Schichten und/oder Elemente zwischen der einen und zumindest einer der zwei anderen Schichten beziehungsweise zwischen dem einen und zumindest einem der zwei anderen Element angeordnet sein.
Gemäß einer Ausführungsform wird die Barriereschicht aus ei- ner Beschichtungslösung, welche eine Polysilazan-Lösung und deren Derivate und/oder eine Perhydropolysilazan-Lösung und deren Derivate umfasst, erzeugt. Durch das Aufbringen der Barriereschicht auf beispielsweise der Strahlungshauptseite der Halbleiterschichtenfolge oder auf zumindest einer Seiten- fläche der Halbleiterschichtenfolge oder innerhalb oder un¬ terhalb der Halbleiterschichtenfolge oder Kombinationen dar¬ aus wird eine Beschichtung erzeugt. Unter Beschichten wird hier und im Folgenden verstanden, das Aufbringen einer Poly- silazan-Lösung und deren Derivate und/oder eine Perhydropoly- silazan-Lösung und deren Derivate auf die Oberfläche und/oder Seitenfläche zumindest einer Schicht des Mehrschichtaufbaus des optoelektronischen Halbleiterbauelements.
Bei einer Beschichtung kann es sich um eine dünne Barriereschicht mit einer Schichtdicke von 5 nm bis 500 nm oder um eine dicke Barriereschicht mit einer Schichtdicke von 500 nm bis 50 ym sowie um mehrere in sich zusammenhängende Schichten handeln .
Insbesondere wird gemäß einer Ausführungsform eine Barriere¬ schicht mit einer Schichtdicke von kleiner als 1 ym, insbe¬ sondere mit einer Schichtdicke zwischen 50 nm und 500 nm, beispielsweise 300 nm erzeugt.
Polysilazane sind polymere Verbindungen, in denen Silizium und Stickstoffatome in alternierender Anordnung das chemische Grundgerüst bilden. Häufig ist dabei jedes Siliziumatom an zwei Stickstoffatome gebunden und jedes Stickstoffatom an zwei Siliziumatome, so dass sich bevorzugt molekulare Ketten und/oder Ringe der Formel [R1R2S1-NR3 ] n bilden. Ri bis R3 können dabei Wasserstoffatome oder organische Reste sein. Sind ausschließlich H-Atome als Substituenten vorhanden, bezeichnet man das Polymer als Perhydropolysilazan mit der Formel [H2Si-NH]n. Oft wird auch Perhydropolysilazan als Polyperhyd- ridosilazan oder anorganisches Polysilazan bezeichnet. Sind Kohlenwasserstoffreste am Silizium gebunden so wird es hier und im Folgenden als Organopolysilazan bezeichnet. Polysilazane sind aus einer oder mehreren Grundeinheiten, den Monome- ren, aufgebaut. Durch Aneinanderreihung dieser Grundeinheiten der Monomere bilden sich unterschiedlich große Ketten
und/oder Ringe und dreidimensional vernetzte Makromoleküle mit einer mehr oder weniger breiten Molmassenverteilung. Die Beschichtungsflüssigkeit kann alternativ oder zusätzlich Polysilazon umfassen oder daraus bestehen. Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Barriereschicht SiOx, wobei SiOx unter Abspaltung von Ammoniak aus der Beschich- tungslösung erzeugt wird. In Anwesenheit von Luft und/oder Feuchtigkeit und/oder polaren Oberflächen, beispielsweise OH- Gruppen, findet eine Kondensationsreaktion statt, bei der Am- moniak (NH3) entweicht. Gemäß einer Ausführungsform wird die Barriereschicht erzeugt, indem eine Kondensation unter Ammo¬ niak-Emission stattfindet.
Folgendes Reaktionsschema zeigt die Erzeugung von SiOx (C) unter Abspaltung von Ammoniak aus der Beschichtungslösung
(A) , welche eine Perhydropolysilazan-Lösung oder deren Derivate umfasst:
Figure imgf000011_0001
(A) (B) (C)
Insbesondere wird gemäß einer Ausführungsform als Polysilazan ein Perhydropolysilazan vorgesehen, also ein nur mit Wasserstoff gesättigtes Polysilazan ohne organischen Rest. Ein Vor- teil des Perhydropolysilazans kann darin bestehen, dass es zu einem SiOx-Netzwerk aushärten kann. Das Netzwerk ist dann also vorzugsweise frei von Stickstoff und Kohlenstoff.
SiOx ist gemäß einer Ausführungsform glasartig. Das x in SiOx ist maximal 2. In der Regel ist x kleiner als 2. Ist gemäß einer Ausführungsform x kleiner als 2, dann entfällt der Rest zu 2 auf die OH-Gruppen (siehe obiges Reaktionsschema) . SiOx ist feuchtigkeitsunempfindlich. Damit verliert eine Schicht aus SiOx seine Barriere-, Isolation- bzw. Schutzfunktion auch unter Feuchtigkeitseinfluss nicht.
Gemäß einer Ausführungsform wird eine Barriereschicht umfas¬ send SiOx erzeugt, wobei die Barriereschicht dicht ist.
„Dicht" bedeutet dabei, dass die Barriereschicht eine Permea- tionsrate von kleiner oder gleich 0,1 g H20/m2 Tag , beispielsweise 10"5 g H20/m2 Tag aufweist.
Gemäß einer Ausführungsform härtet die Beschichtungslösung, welche Perhydropolysilazan-Lösung und deren Derivate umfasst oder daraus besteht, also zu einem glasartigen Formkörper.
Insbesondere ist der Formkörper eine Barriereschicht und zum Beispiel auf der Oberfläche einer weiteren Schicht oder eines Elements des Mehrschichtaufbaus angeordnet. Die Barriere¬ schicht hat insbesondere eine in einer Richtung parallel zur Schichtebene größere Ausdehnung als in Dickenrichtung, in dieser Reihenfolge zunehmend bevorzugt eine mindestens 5-, 10-, 20-, 1000-fache Ausdehnung.
Gemäß einer Ausführungsform wird die Beschichtungslösung durch ein Verfahren, ausgewählt aus Sprühen, Dispensen, Drucken und Spincoating, aufgebracht. Durch Spincoating kann ein gleichmäßiger dünner Film, beispielsweise mit einer Schichtdicke von 300 nm erzeugt werden. Dabei wird ein Überschuss der Beschichtungslösung auf der Oberfläche einer zu beschichtenden Schicht oder eines Elements platziert, wobei dann die Oberfläche mit hoher Geschwindigkeit rotiert und somit die Beschichtungslösung durch Zentrifugalkraft verteilt wird.
"Dispensen" kann hier und im Folgenden strukturiertes oder unstruktiertes Aufbringen der Beschichtungslösung bedeuten. Insbesondere kann die Beschichtungslösung strukturiert mit¬ tels Druckverfahren erzeugt werden.
"Sprühen" bedeutet hier und im Folgenden das Verteilen einer Beschichtungslösung in feinste Tröpfchen als Aerosol (Nebel) in einem Gas (üblicherweise Luft oder Stickstoff (N2) ) und Niederschlagen auf einer Oberfläche. Dadurch kann eine Barri- ereschicht mit einer gleichmäßigen Schichtdicke erzeugt wer¬ den. Außerdem können Oberflächen-Topographien sicher überformt werden. Dabei kann eine „dichte" Schicht erzeugt wer¬ den . Gemäß einer Ausführungsform wird die Beschichtungslösung zu einer Barriereschicht an- oder ausgehärtet.
Anhärten einer Beschichtungslösung bedeutet hier und im Folgenden, dass die Beschichtungslösung teilweise kondensiert, härtet oder vernetzt, wobei ihre Viskosität zunimmt gegenüber ihrer Viskosität im Zeitpunkt des in Kontakttretens mit der Oberfläche, auf der die Beschichtungslösung aufgebracht wird. Oberfläche bezeichnet hier und im Folgenden nicht nur die obere Fläche oder Strahlungshauptseite des optoelektronischen Halbleiterbauelements. Vielmehr bezeichnet es auch die Ober¬ flächen und/oder Seitenflächen von Zwischenschichten innerhalb des optoelektronischen Halbleiterbauelements. „Angehär¬ tet" meint konkret einen Zustand, in dem die Viskosität um in dieser Reihenfolge zunehmend bevorzugt mindestens 10 %, 20 %, 30 %, 40 % zugenommen hat. Besonders bevorzugt entsteht ein Festkörper, was als „Aushärten" bezeichnet wird, der nicht zwingend, aber vorzugsweise starr ist. Beim Anhärten nimmt dann die Vernetzung der Polysilazan-Moleküle zu, beispiels¬ weise hin zu einer gelartigen Konsistenz bzw. Zustand; auch ein Aushärten zu einem Festkörper ist möglich, es kann sich beispielsweise um einen Duromer handeln. Im Allgemeinen vernetzen beim Anhärten Monomere bzw. Polymere, es verlängern sich bzw. entstehen also Polymerketten beziehungsweise auch Polymerringe. Organische Reste eines Orga- nopolysilazans können auch in Abhängigkeit von ihrer Größe die Eigenschaften der entstehenden Makromoleküle beeinflus- sen, sodass beispielsweise große Seitengruppen aufgrund eines „Abschirmeffekts" die Wechselwirkung mit Wasser reduzieren können .
Die Beschichtungslösung kann nicht nur angehärtet, sondern auch gemäß einer weiteren Ausführungsform vollständig ausgehärtet werden. Beim vollständigen Aushärten entsteht im Falle von Perhydropolysilazan eine SiOx-Barriereschicht .
Gemäß einer Ausführungsform wird die Barriereschicht nach o- der zwischen der An- oder Aushärtung strukturiert. Mit anderen Worten kann die Barriereschicht nach der Aushärtung oder zwischen Aufbringen der Barriereschicht und Anhärtung strukturiert werden. Gemäß einer Ausführungsform wird die Barriereschicht während des Aufbaus des „Mehrschichtaufbaus" , bei- spielsweise nach dem Aufbringen und Strukturieren des zweiten elektrischen Anschlusses (p-Kontakt-Metalls ) und vor dem Auf¬ bringen des ersten elektrischen Anschlusses (n-Kontakt- Metalls) , also zur Kapselung des zweiten elektrischen Anschlusses (p-Kontakt-Metalls ) strukturiert.
Dass eine Barriereschicht strukturiert erzeugt wird bedeutet hier und im Folgenden, dass die Barriereschicht zumindest teilweise als Schicht aufgebracht wird, wobei diese Schicht eine definierte Form und Grundfläche aufweist.
Unstrukturiert bedeutet hier und im Folgenden eine planare Schicht, welche nicht durchbrochen ist und somit eine homoge¬ ne Schicht ist. Dabei kann die homogene Schicht gemäß einer Ausführungsform mit einer gleichmäßigen Schichtdicke ausgeformt sein. Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird das Anhärten und/oder Aushärten der Beschichtungslösung bei einer Umgebungstemperatur von mindestens Raumtemperatur erzeugt.
Die Beschichtungslösung, welche Polysilazan oder deren Deri- vate und/oder Perhydropolysilazan oder deren Derivate um- fasst, härtet vorzugsweise bei einer Umgebungstemperatur von in dieser Reihenfolge zunehmend bevorzugt mindestens 20°C, 25°C, 30°C, 40°C, 50°C, 60°C, 70°C, 80°C an und/oder aus. Be¬ vorzugte von den eben genannten Untergrenzen unabhängige Obergrenzen liegen in dieser Reihenfolge zunehmend bevorzugt bei höchstens 220°C, 200°C, 180°C, 160°C. Somit kann die Här¬ tung der Beschichtungslösung bei erhöhter Temperatur beschleunigt werden. Gemäß einer Ausführungsform wird die Beschichtungslösung unter Trockenboxbedingung und unter Einwirkung eines Katalysators, welcher bereits in der Beschichtungslösung enthalten ist oder den man später auf die Barriereschicht einwirken lässt, an- oder ausgehärtet. Trockenboxbedingung bezeichnet hier und im Folgenden eine Luftfeuchte von in dieser Reihenfolge zunehmend bevorzugt weniger als 20 %, 10
Als Katalysator kann Methylamin verwendet werden, welcher die Reaktion beschleunigen kann.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Barriereschicht direkt oder indirekt auf der Strahlungshauptseite der Halbleiter¬ schichtenfolge und/oder direkt oder indirekt an den Seiten- flächen der Halbleiterschichtenfolge erzeugt werden.
„Indirekt auf der Strahlungshauptseite der Halbleiterschich¬ tenfolge" bedeutet dabei, dass weitere Schichten und/oder Elemente zwischen der Barriereschicht und der Strahlungs¬ hauptseite der Halbleiterschichtenfolge angeordnet sein kön- nen.
„Direkt auf der Strahlungshauptseite der Halbleiterschichten¬ folge" bedeutet dabei, dass die Barriereschicht zumindest in direktem mechanischen Kontakt zur Strahlungshauptseite der Halbleiterschichtenfolge steht.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Halbleiterschichtenfol¬ ge eine erste Kontaktschicht auf, wobei die Barriereschicht direkt über der ersten Kontaktschicht erzeugt wird. Dabei stehen erste Kontaktschicht und Barriereschicht in direktem mechanischem Kontakt zueinander.
Gemäß einer Ausführungsform wird die Barriereschicht inner¬ halb und unterhalb der Halbleiterschichtenfolge strukturiert oder unstrukturiert erzeugt.
Gemäß einer Ausführungsform erfolgt die Strukturierung mittels Ätzen (trocken oder nass) nach dem Aushärten. Trockenätzen kann beispielsweise mit CF4 erfolgen. Nassätzen kann bei- spielsweise mit HF und/oder gepufferter HF-Lösung (engl, buf- fered oxide etch, BOE) erfolgen.
Gemäß einer Ausführungsform weist das optoelektronische Halb- leiterbauelement eine erste elektrische Anschlussschicht und eine zweite elektrische Anschlussschicht auf, wobei die Bar¬ riereschicht die erste Kontaktschicht und eine zweite Kon¬ taktschicht gegen die erste und zweite elektrische Anschluss¬ schicht elektrisch isoliert. Somit wirkt die Barriereschicht als Isolation und verhindert einen elektrischen Kurzschluss. Gleichzeitig schützt sie die erste Kontaktierungsschicht ge¬ gen Feuchtigkeit und Umwelteinflüsse.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Halbleiterschichtenfol- ge zumindest einen Durchbruch auf, wobei zumindest an den Seitenwänden des Durchbruchs die Barriereschicht erzeugt wird .
Durchbruch bezeichnet hier und im Folgenden eine vertikale und/oder horizontal verlaufende Verbindung zwischen zumindest einer leitfähigen elektrischen Schicht, beispielsweise eine Metallisierungs- und/oder Spiegelschicht und/oder dem Sub¬ strat, und der ersten Kontaktierungsschicht. Durchbruch kann zur elektrischen Verbindung, alternativ oder zusätzlich auch zur Verbesserung der vertikalen Wärmeleitung dienen. Zur Er- höhung der Stromtragfähigkeit werden gemäß einer Ausführungs¬ form zumindest zwei parallel zueinander verlaufende Durchbrü¬ che vorgesehen.
Gemäß einer Ausführungsform wird eine Lösung aus Polysilazan oder deren Derivaten und/oder Perhydropolysilazan oder deren Derivaten in Di-n-buthylether als Beschichtungslösung verwendet . Gemäß einer Ausführungsform kann die Beschichtungslösung und/oder Barriereschicht weitere Bestandteile, beispielsweise zumindest einen Füllstoff und/oder Konversionsmaterial umfas¬ sen .
Gemäß einer Ausführungsform wird die Barriereschicht derart erzeugt, dass kein Sauerstoff, keine Feuchtigkeit, salzsauren Stoffe und/oder Schadgase durch die Barriereschicht diffun¬ dieren können.
Gemäß einer Ausführungsform weist das optoelektronische Halb¬ leiterbauelement eine zweite elektrische Anschlussschicht auf, wobei die zweite elektrische Anschlussschicht durch die Barriereschicht verkapselt wird.
Verkapselt kann dabei bedeuten, dass die zweite elektrische Anschlussschicht formschlüssig und/oder stoffschlüssig von der Barriereschicht umschlossen wird. Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen und Wei¬ terbildung des erfindungsgemäßen Gegenstandes ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen. Die Figuren zeigen:
Figuren 1 bis 5 jeweils einen schematischen Querschnitt eines optoelektronischen Halbleiterbauelements ge¬ mäß einer Ausführungsform.
Figur 1 zeigt einen schematischen Querschnitt eines opto¬ elektronischen Halbleiterbauelements 100 am Ausführungsbei¬ spiel einer Leuchtdiode (LED) . Das optoelektronische Halblei- terbauelement 100 weist einen Mehrschichtenaufbau mit einer Halbleiterschichtenfolge 2 und einer Strahlungshauptseite 12, welche auf einem Träger 9 mit Durchbrüchen 10 montiert ist, einen ersten elektrischen Anschluss 4 und einen zweiten elektrischen Anschluss 5 auf. Die Halbleiterschichtenfolge 2 ist in einem Verguss 6, beispielsweise Silikon, eingebettet.
Über dem finalen optoelektronischen Halbleiterbauelement 100 und der in dem Verguss 6 eingebetteten Halbleiterschichten- folge 2 ist auf der äußeren Oberfläche, der Strahlungshaupt¬ seite 12 und/oder Seitenfläche 13 des optoelektronischen Halbleiterbauelements 100 eine Barriereschicht 3 aufgebracht. Die Barriereschicht 3 bedeckt zumindest teilweise oder voll¬ ständig die Oberfläche und/oder Seitenflächen des optoelekt- ronischen Halbleiterbauelements 100. Somit dient die Barrier¬ eschicht 3 als Schutzschicht vor Luftfeuchtigkeit und/oder schadhaften Gasen. Die Barriereschicht 3 ist über dem zweiten elektrischen Anschluss 5, welcher als planare Chip- Kontaktierung ausgeformt sein kann, angeordnet. Damit können unedle Metalle des zweiten elektrischen Anschlusses 5, wie Kupfer, durch die Barriereschicht 3 vor Korrosion geschützt werden. Die Barriereschicht 3 ermöglicht durch deren Schutz¬ funktion zudem den Einsatz von billergeren und korrionsanfeiligeren Metallen als ersten und/oder zweiten elektrischen An- schluss. Damit können Kosten gespart werden. Die Barriere¬ schicht 3, welche eine dichte SiOx-Schicht umfasst oder dar¬ aus bestehen kann, kann über einem Verguss 6 angeordnet sein, so dass keine Feuchtigkeit oder Schadgase den Verguss 6, bei¬ spielsweise Silikon, durchdringen kann.
Ein Konversionselement 8, welches direkt auf der Halbleiter¬ schichtenfolge 2 angeordnet ist, kann gemäß einer weiteren Ausführungsform zumindest einen Leuchtstoff umfassen. Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird im Betrieb des optoelektronischen Halbleiterbauelements 100 elektromagneti¬ sche Primärstrahlung von der Halbleiterschichtenfolge 2 mit einem aktiven Bereich emittiert und trifft in einem Konversi¬ onselement 8 auf zumindest einen Leuchtstoff, der im Strah¬ lengang der elektromagnetischen Primärstrahlung angeordnet ist und geeignet ist, die elektromagnetische Primärstrahlung zumindest teilweise zu absorbieren und als elektromagnetische Sekundärstrahlung mit einem zumindest teilweise von der elektromagnetischen Primärstrahlung verschiedenen Wellenlängenbereich zu emittieren.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Barriereschicht 3 ein Konversionselement 8 umfassend einen Leuchtstoff zumin¬ dest auf der Strahlungshauptseite der Halbleiterschichtenfol¬ ge 12 fixieren und zusätzlich das Konversionselement 8 vor Luftfeuchtigkeit und Schadgasen schützen. Das als Schicht ausgeformte Konversionselement 8 kann mittels elektrophoreti- scher Abscheidung (EPD) erzeugt werden (Figur 5) .
Figuren 2 bis 4 zeigen jeweils einen schematischen Querschnitt je eines optoelektronischen Halbleiterbauelements 100 am Ausführungsbeispiel einer Leuchtdiode (LED) . Das opto- elektronische Halbleiterbauelement 100 der Figuren 2 bis 4 weist jeweils einen Mehrschichtenaufbau mit einer Halbleiter¬ schichtenfolge 2 und einer Strahlungshauptseite 12, einen ersten elektrischen Anschluss 4 und einen zweiten elektrischen Anschluss 5 auf. Die Halbleiterschichtenfolge 2 ist über dem Substrat 1, welche eine oder keine elektrisch Leit¬ fähigkeit aufweist, angeordnet. In den Figuren 2 und 4 ist der erste elektrische Anschluss 4 unterhalb des Substrats 1 angeordnet und als Schicht ausgeformt. In Figur 3 ist der erste elektrische Anschluss 4 als Bond-Pad mit einem Bond¬ draht ausgeformt und über dem Substrat 1 angeordnet. Der zweite elektrische Anschluss 5 ist in den Figuren 2 bis 4 als Bond-Pad mit einem Bonddraht ausgeführt. Zwischen der Halb- leiterschichtenfolge 2 und dem Substrat 1 können weitere Schichten oder Elemente (14, 15), beispielsweise zumindest eine Metallisierungsschicht oder Spiegelschicht zum Ladungs¬ transport, angeordnet sein. Die Halbleiterschichtenfolge 2 umfasst eine erste Kontaktierungsschicht 2-1, eine aktive Schicht 2-2 und eine zweite Kontaktierungsschicht 2-3. Die aktive Schicht 2-2 der Halbleiterschichtenfolge 2 ist befä¬ higt elektromagnetische ( Primär) Strahlung 7 über die Strahlungshauptseite 12 der Halbleiterschichtenfolge 2 auszukop¬ peln .
In Figur 2 weist die Halbleiterschichtenfolge 2 mehrere
Durchbrüche 10 auf. Die Barriereschicht 3 ist an den Seiten¬ wänden der vertikal zur Halbleiterschichtenfolge 2 angeordne¬ ten Durchbrüche 10 und an den dem Substrat zugewandten Unter- Seiten der Halbleiterschichtenfolge 2, also horizontal und zwischen den Durchbrüchen 10 angeordnet. Die Barriereschicht 3 isoliert elektrisch den ersten elektrischen Anschluss 4 und das Substrat 1 gegen die zweite Kontaktierungsschicht 2-3 und eine Metallisierungs- oder Spiegelschicht 15. Somit ist in diesem Fall die Barriereschicht 3 eine Isolationsschicht, wo¬ bei diese zusätzlich Schutzfunktion gegenüber Feuchtigkeit und Schadgase aufweist.
Figur 3 zeigt im Vergleich zu Figur 2 eine zweite Barriere¬ schicht 3-1 auf, welche zwischen der Halbleiterschichtenfolge 2 bzw. einer weiteren Schicht oder eines Elements 14, beispielsweise einer Metallisierungsschicht, und dem Substrat 1 angeordnet ist. Die erste Barriereschicht 3, die wie in Figur 2 ausgestaltet ist, isoliert elektrisch die weitere Schicht oder das Element 14 gegen die zweite Kontaktierungsschicht 2- 3. Die zweite Barriereschicht 3-1 isoliert elektrisch die weitere Schicht oder Element 14 gegen das Substrat 1 bzw. Lötschicht 11.
Figur 4 zeigt im Vergleich zu den Figuren 2 und 3 zumindest eine Verkapselung der Halbleiterschichtenfolge 2 mittels ei¬ ner zweiten Barriereschicht 3-1. Die zweite Barriereschicht 3-1 ist zumindest mittelbar oder direkt auf der Stahlungs- hauptseite 12 und den Seitenflächen der Halbleiterschichtenfolge 2 angeordnet. Es können dabei weitere Schichten
und/oder Elemente, beispielsweise eine Metallisierungsschicht und/oder Spiegelschicht, von der zweiten Barriereschicht 3-1 eingekapselt werden. Die Kapselung zumindest der Halbleiterschichtenfolge 2 mit der zweiten Barriereschicht 3-1 verur¬ sacht einen Schutz gegenüber Umwelteinflüssen, wie Feuchtigkeit und Schadgasen. Kapselung bedeutet hier und im Folgenden das Stoffschlüssige Aufbringen einer Beschichtungslösung, so dass eine homogene zweite Barriereschicht 3-1 erzeugt wird.
Figur 4 zeigt weiterhin die Barriereschicht 3, welche an den Seitenwänden der vertikal zur Halbleiterschichtenfolge 2 an¬ geordneten Durchbrüche 10 und an den dem Substrat zugewandten Unterseiten der Halbleiterschichtenfolge 2, also horizontal und zwischen den Durchbrüchen 10 angeordnet ist. Die Barriereschicht 3 isoliert elektrisch den ersten elektrischen An- schluss 4 und das Substrat 1 gegen die zweite Kontaktierungs¬ schicht 2-3 und einer Metallisierungs- oder Spiegelschicht 15. Gemäß einer Ausführungsform kann die zweite Barriereschicht 3-1 die gleichen Definitionen und Merkmale aufweisen, wie sie für die Barriereschicht 3 beschrieben sind. Gemäß einer Ausführungsform kann die Barriereschicht 3 oder die zweite Barriereschicht 3-1 oder eine Kombination daraus in einem optoelektronischen Halbleiterbauelement 100 angeord¬ net sein. Insbesondere ist die Barriereschicht 3 (Figuren 2 bis 4) in dem optoelektronischen Halbleiterbauelement 100 an- geordnet. Die Anordnung der zweiten Barriereschicht 3-1 in dem optoelektronischen Halbleiterbauelement 100 kann optional sein .
Alternativ ist es möglich, dass die zweite Barriereschicht 3- 1 lediglich die Strahlungshauptseite 12 und nicht die Seiten¬ flächen der Halbleiterschichtenfolge 2 bedeckt. Dies kann beispielsweise hinsichtlich eines geringeren Materialverbrauchs vorteilhaft sein. Dadurch können Material und Kosten gespart werden.
Im Falle sämtlicher Ausführungsbeispiele gemäß den Figuren 1 bis 4 kann eine Beschichtungslösung, welche eine Polysilazan- Lösung oder deren Derivate und/oder eine Perhydropolysilazan- Lösung oder deren Derivate umfasst, genutzt werden. Die Be- schichtungslösung kann durch eines von Sprühen, Dispensen, Drucken oder Spin-Coating aufgebracht werden.
Im Falle von Perhydropolysilazan-Lösung oder deren Derivaten als Beschichtungslösung kann nach einem thermischen Aushär- ten, beispielsweise bei 150 °C für 1 Stunde, eine dichte glasartige SiOx-Schicht erzeugt werden. Zusätzlich kann ein Katalysator zugegeben werden. Insbesondere ist die SiOx- Schicht dünner als 1 ym. Es kann sich alternativ beispiels- weise auch eine Schicht mit einer Dicke von einigen Mikrome¬ tern bilden, die das optolelektronische Halbleiterbauelement 100 oder die Halbleiterschichtenfolge 2 umschließt. Daraus resultiert eine effizientere Lichtauskopplung und bessere op- tische Eigenschaften im Vergleich zu Barriereschichten, welche eine größere Schichtdicke, aufweisen.
Im Falle von Polysilazan-Lösung oder deren Derivaten als Be- schichtungslösung kann nach einem thermischen Aushärten eine Barriereschicht erzeugt werden, welche wesentlich dicker und weniger hart im Vergleich zu einer Barriereschicht aus
Perhydropolysilazan-Lösung oder deren Derivaten als Beschich- tungslösung ist. Dadurch kann die Barriereschicht 3 auch eine planarisierende Wirkung zeigen, insbesondere in den Durchbrü- chen 10.
Die SiOx-Schicht als Barriereschicht 3 oder als zweite Barri¬ ereschicht 3-1 kann die von der Halbleiterschichtenfolge 2 erzeugte Wärme aufgrund der Materialeigenschaft des SiOx leicht abtransportieren und kann damit zur Kühlung der Halbleiterschichtenfolge 2 beitragen.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfin- dung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder die¬ se Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements (100) mit den Schritten:
Bereitstellen eines Substrats (1),
Erzeugen eines Mehrschichtaufbaus mit einer Halbleiter¬ schichtenfolge (2) und einer Barriereschicht (3) auf dem Substrat ( 1 ) ,
wobei die Halbleiterschichtenfolge (2) zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung eingerichtet ist,
wobei die Halbleiterschichtenfolge (2) eine dem Substrat
(1) abgewandte Strahlungshauptseite (12) aufweist, wobei die zumindest eine Barriereschicht (3) auf der Strahlungshauptseite (12) der Halbleiterschichtenfolge
(2) oder auf zumindest einer Seitenfläche der Halbleiterschichtenfolge (2) oder innerhalb oder unterhalb der Halbleiterschichtenfolge (2) oder Kombinationen daraus aus einer Beschichtungsflüssigkeit erzeugt wird, welche Polysilazan oder deren Derivate und/oder Perhydropoly- silazan oder deren Derivate umfasst.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Beschichtungsflüssigkeit durch eines von Sprühen, Dispensen, Drucken oder Spin-Coating aufgebracht wird.
3. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die Beschichtungsflüssigkeit zu einer Barriereschicht (3) an- oder ausgehärtet wird.
4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei eine Barriereschicht (3) mit einer Schichtdicke von kleiner als 1 ym erzeugt wird.
5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem ein Anhärten und/oder Aushärten der Beschichtungsflüssigkeit bei einer Umgebungstemperatur von mindestens Raumtemperatur erfolgt.
6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem das Anhärten oder Aushärten der Beschichtungsflüssigkeit unter Trockenbox-Bedingungen und unter Einwirkung eines Katalysators, welcher bereits in der Beschichtungsflüs- sigkeit enthalten ist oder den man später auf die Barrie¬ reschicht (3) einwirken lässt, erfolgt.
7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Barriereschicht (3) direkt oder indirekt auf der Strah- lungshauptseite (12) der Halbleiterschichtenfolge (2) und/oder direkt oder indirekt an den Seitenflächen der Halbleiterschichtenfolge (2) erzeugt wird.
8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Halbleiterschichtenfolge (2) eine erste Kontaktierungs- schicht (2-1) aufweist, wobei die Barriereschicht (3) di¬ rekt über der ersten Kontaktierungsschicht (2-1) erzeugt wird .
9. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Barriereschicht (3) innerhalb und unterhalb der Halb¬ leiterschichtenfolge (2) strukturiert oder unstrukturiert erzeugt wird.
10. Verfahren nach vorherigem Anspruch, wobei die Strukturierung mittels Trockenätzen oder Nassätzen erfolgt.
11. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das optoelektronische Halbleiterbauelement (100) eine erste elektrische Anschlussschicht (4) und eine zweite elektri¬ sche Anschlussschicht (5) aufweist, wobei die Barriere- schicht (3) die erste Kontaktierungsschicht (2-1) und ei¬ ne zweite Kontaktierungsschicht (2-3) gegen die erste und zweite elektrische Anschlussschicht (4, 5) elektrisch isoliert .
12. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Halbleiterschichtenfolge (2) zumindest einen Durchbruch (10) aufweist, wobei zumindest an den Seitenwänden des Durchbruchs die Barriereschicht (3) erzeugt wird.
13. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die Barriereschicht (3) SiOx umfasst, wobei SiOx unter Abspaltung von Ammoniak aus der abgeschiedenen Beschich- tungsflüssigkeit erzeugt wird.
14. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem eine Lösung aus Polysilazan oder deren Derivaten und/oder Perhydropolysilazan oder deren Derivaten in Di-n- buthylether als Beschichtungsflüssigkeit verwendet wird.
15. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das optoelektronische Halbleiterbauelement (100) eine zweite elektrische Anschlussschicht (5) aufweist, wobei die zweite elektrische Anschlussschicht (5) durch die Barrie¬ reschicht (3) verkapselt wird.
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