WO2015140159A1 - Optoelektronisches bauelement und verfahren zur herstellung von optoelektronischen halbleiterbauelementen - Google Patents

Optoelektronisches bauelement und verfahren zur herstellung von optoelektronischen halbleiterbauelementen Download PDF

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Definitions

  • the present application relates to an optoelectronic semiconductor component and to a method for producing optoelectronic semiconductor components.
  • optoelectronic semiconductor devices such as
  • light-emitting diodes are for different purposes.
  • light-emitting diodes are for different purposes.
  • One task is an optoelectronic
  • Semiconductor devices can be produced efficiently and inexpensively.
  • An optoelectronic component has a semiconductor body according to at least one embodiment.
  • Semiconductor body has a particular epitaxial
  • Semiconductor layer sequence which is prepared for example by means of MOCVD or MBE.
  • the semiconductor layer sequence has an active region provided for generating and / or receiving radiation.
  • the active region is, for example, between a first semiconductor layer and a second one
  • the first semiconductor layer and the second semiconductor layer are at least partially different from each other with respect to the conductivity type, so that the active region is in a pn junction.
  • the first semiconductor layer, the second semiconductor layer and the active region may each have a multilayer structure.
  • the semiconductor component has a carrier to which the semiconductor body is fastened.
  • the carrier is in particular electrically conductive.
  • the carrier may consist of an electrically conductive material.
  • Semiconductor device is the carrier in a first
  • Carrier body and a second carrier body divided.
  • the first carrier body and the second carrier body are thus parts of the carrier.
  • the first carrier body and the second carrier body with respect to the material
  • the first carrier body and the second carrier body are electrically isolated from each other.
  • the first carrier body on the side remote from the semiconductor body on a first external contact of the semiconductor device.
  • the first contact is electrically conductively connected to the first semiconductor layer via the first carrier body.
  • the second carrier body on the side facing away from the semiconductor body on a second external contact of the semiconductor device.
  • the second contact is electrically conductively connected to the second semiconductor layer via the second carrier body.
  • the first contact and the second contact are for the external electrical contacting of the semiconductor component
  • the semiconductor device is a surface mountable
  • SMD surface mounted device
  • the first carrier body and the second carrier body are each themselves electrically conductive, so that the electrical contacting of the semiconductor body for both polarities can take place through the material of the carrier. On vias through the carrier can be dispensed with. In a plan view of the semiconductor device protrude
  • both the first carrier body and the second carrier body at least the semiconductor body
  • the first carrier body and the second carrier body at least partially form the semiconductor component in the lateral direction limiting
  • Optoelectronic semiconductor device to a carrier and a semiconductor body, wherein the semiconductor body on the
  • Carrier is attached and a semiconductor layer sequence having an intended for generating and / or receiving radiation active region, a first semiconductor layer and a second semiconductor layer.
  • the active region is arranged between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer.
  • the carrier is
  • the first carrier body On the side facing away from the semiconductor body, the first carrier body has a first external contact of the semiconductor component, wherein the first contact is electrically conductively connected to the first semiconductor layer via the first carrier body.
  • the second carrier body has a second external contact of the side facing away from the semiconductor body
  • the first contact and the second contact can each as a coating on the first carrier body or be formed of the second carrier body. Deviating from this, the first contact and the second contact can also be respectively regions of the first carrier body or of the second carrier body on the side of the carrier facing away from the semiconductor body.
  • the semiconductor body is over a
  • Connecting layer such as a solder layer or an electrically conductive adhesive layer, connected to the carrier.
  • Semiconductor component cover the first carrier body and the second carrier body in plan view of the
  • Base area of the semiconductor device preferably at least 90%.
  • the majority of the base area of the semiconductor component is therefore formed by the electrically conductive material of the carrier.
  • Semiconductor component cover the first carrier body and the second carrier body in a rear view of the
  • Semiconductor body preferably at least 90%. The higher the coverage of the semiconductor body, the more efficiently loss heat generated during operation of the semiconductor component can be removed from the semiconductor component.
  • the first semiconductor layer is disposed on the side facing away from the carrier of the active region.
  • the semiconductor body has at least one recess which extends through the second semiconductor layer and the active semiconductor Area extends into the first semiconductor layer inside.
  • a first connection layer is arranged, which is electrically conductively connected to the first semiconductor layer.
  • the recess is in particular completely in the lateral direction of material of the
  • the semiconductor body may also have a plurality of recesses.
  • the first semiconductor layer arranged on the side of the active region facing away from the carrier can be electrically contacted.
  • Carrier remote side of the semiconductor body applied contact elements for electrical contacting of the first semiconductor layer can therefore be omitted.
  • the semiconductor device on a second connection layer, which is electrically conductively connected to the second semiconductor layer.
  • the second connection layer has at least one recess in which the first semiconductor layer overlies the first
  • Connection layer is connected to the first carrier body of the carrier.
  • the recess overlaps in plan view of the semiconductor device with the recess of the semiconductor body.
  • the second connection layer may have a plurality of recesses in which the first
  • Semiconductor layer is connected via the first connection layer with the first carrier body of the carrier, wherein in
  • Carrier body arranged.
  • the first carrier body and the second carrier body are separated by a separation trench.
  • In the vertical direction extends the
  • the separation trench extends between two opposite side surfaces of the carrier 5, in particular continuously from the one side surface to the opposite side surface.
  • Semiconductor device is the separation trench with a
  • the electrically insulating material includes a
  • Polymer material such as an epoxy
  • the separation trench may be free of solid material. According to at least one embodiment of the
  • Semiconductor component is the carrier, in particular the first carrier body and the second carrier body, metallic.
  • the carrier contains or consists of a metal or a metallic alloy or a compound with at least one metal.
  • the carrier may include molybdenum, tungsten, copper, steel, aluminum or iron.
  • the carrier can also be designed as a single-layered or multi-layered. The materials mentioned are distinguished not only by their electrical conductivity but also by their high level of conductivity
  • Loss heat can be efficiently dissipated via the carrier.
  • the carrier is
  • Semiconductor device the semiconductor device on a radiation conversion element.
  • Radiation conversion element is in particular for at least partial conversion of the primary radiation generated in operation in the active region in secondary radiation having a peak wavelength of the peak wavelength of the
  • the semiconductor device may be formed as a device that knows to the human eye in operation
  • the semiconductor device is characterized by a high mechanical stability on the side of the semiconductor body to which the carrier is attached.
  • the specific arrangement of the first contact and the second contact on the back of the semiconductor device can be freely designed within wide limits. custom
  • the electrically conductive carrier is also characterized by good thermal properties, so that the
  • the carrier can optionally be provided with a mirror layer, with which the radiation radiated in operation in the direction of the carrier can be efficiently deflected.
  • the radiation conversion element itself does not have to be mechanically stable. Furthermore, a growth substrate for the epitaxial deposition of the semiconductor layers of the
  • Growth substrate is removed, is also referred to as a thin-film semiconductor device. Deviating from the growth substrate but also in the semiconductor device
  • Embodiment a step in which a carrier assembly with a plurality of semiconductor body mounting areas provided.
  • Each semiconductor body mounting region has at least a first contacting surface and a second contacting surface on and in each
  • Semiconductor body mounting area is between the first
  • Semiconductor body mounting region may also have a plurality of firstmaschinetechniksflachen and / or a plurality of secondmaschinetechniksflachen.
  • first contacting surfaces and / or the second contacting surfaces may be arranged in a matrix-like pattern on the carrier composite.
  • the separating trench extends in particular in the vertical direction, that is perpendicular to the main extension plane of the
  • Carrier composite completely through the carrier composite.
  • the separation trenches extend only in regions over the carrier assembly, so that the separation trenches do not sever the carrier composite as a whole.
  • Carrier composite with the separation trenches is formed in other words coherently.
  • the carrier assembly is in particular free of electrically insulating material for electrical insulation between the first contacting surfaces and the second
  • the method has a step in which a plurality of semiconductor bodies is mounted on the semiconductor body mounting areas.
  • a first pad of the Semiconductor body is electrically connected to the first contacting surface and a second pad of the semiconductor body with the second contacting surface.
  • the semiconductor body may also have a plurality of first
  • the number of first connection areas is equal to the number of first contact areas and the number of second connection areas is equal to the number of second contact areas.
  • these are each positioned relative to the semiconductor body mounting areas in such a way that the semiconductor bodies in plan view in each case at least in some areas the dividing trench of the associated
  • Contact surfaces and the pads are, for example, by means of a connecting layer, such as a solder layer or an electrically conductive adhesive layer.
  • the method includes a step in which the carrier assembly is singulated into the semiconductor devices, each one
  • Semiconductor device has at least one semiconductor body and a carrier having a first carrier body and a second carrier body.
  • the first carrier body and the second carrier body are in particular through the separation trench
  • Carrier composite takes place only after the Semiconductor body already at the
  • Terminal surface of the semiconductor body are short-circuited. Only after separation are the pads of the
  • each semiconductor body mounting region at least a first
  • a plurality of semiconductor bodies is mounted on the semiconductor body mounting regions, wherein a first connection surface of the semiconductor body in each case with the first contacting surface and a second connection surface of the semiconductor body in each case with the second
  • the carrier composite is singulated into the semiconductor components, wherein each semiconductor component at least one
  • Carrier body and a second carrier body in which the first carrier body and the second carrier body are electrically isolated from each other by the separation trench.
  • the singulation takes place by means of a laser, in particular by means of a pulsed laser.
  • a laser with a pulse duration in the picosecond range for example, a laser with a pulse duration in the picosecond range, in particular
  • the semiconductor bodies are fastened to the
  • Waferverbund can only after attaching the Semiconductor body to the carrier composite, in particular simultaneously with the separation of the carrier composite, take place.
  • the semiconductor bodies are fastened to the
  • FIGS. 1A and 1B show a plan view of a first exemplary embodiment of an optoelectronic semiconductor component (FIG. 1B) and associated components
  • Figure 2 shows a second embodiment of a
  • FIGS. 3A to 3G show an exemplary embodiment of FIG
  • the semiconductor device 1 according to the embodiment shown in FIGS. 1A and 1B has one
  • the semiconductor body 2 with a semiconductor layer sequence on.
  • the semiconductor layer sequence comprises an active region 20, which is arranged between a first semiconductor layer 21 and a second semiconductor layer 22.
  • the semiconductor layer and the second semiconductor layer are different from each other in the conductivity type.
  • the first semiconductor layer is n-type and the second semiconductor layer is p-type or vice versa.
  • the first semiconductor layer, the second semiconductor layer and the active region may each be formed as a single layer or as a multilayer.
  • the semiconductor component is designed as a light-emitting diode, in particular as a light-emitting diode, in which the active region is provided for generating radiation.
  • the semiconductor component can also be another optoelectronic component,
  • connection layer 55 for example a solder layer or an electrically conductive adhesive layer.
  • connection layer for example, a gold-tin solder is suitable.
  • the semiconductor body in particular the active region, is based for example on a III-V
  • Compound semiconductor material in particular a nitride compound semiconductor material.
  • nitride compound semiconductor material in the present context means that
  • a nitride compound semiconductor material preferably Al x In y Gai- x - y N or consists of this, wherein O ⁇ x ⁇ l, O ⁇ y ⁇ l and x + y ⁇ 1. This material does not necessarily have to be mathematically exact
  • composition according to the above formula may, for example, one or more dopants as well
  • the carrier 5 is divided into a first carrier body 51 and a second carrier body 52.
  • the first carrier body 51 and the second carrier body 52 extend next to each other without overlapping.
  • the first carrier body and the second carrier body are electrically separated from one another by means of a separating trench 59 isolated.
  • plan view of the separation trench projects to two
  • the separation trench may be unfilled or at least partially filled with an electrically insulating filling material 590, for example a
  • Polymer material such as an epoxy, to be filled.
  • the semiconductor device 1 is as a
  • Semiconductor device can thus be made bond wire free.
  • the semiconductor component itself does not have a bonding wire.
  • the first carrier body and the second carrier body together cover at least 80%, preferably at least 90%, of a base area of the semiconductor component.
  • the first carrier body and the second carrier body jointly cover at least 80% of the semiconductor body, preferably at least 90% of the semiconductor body. The higher the
  • Carrier 5 are discharged.
  • the carrier 5, in particular the first carrier body 51 and the second carrier body 52, are electrically conductive, in particular metallic.
  • the charge carriers can be injected through the first carrier body 51 and the second carrier body 52 into the semiconductor body 2, so that the charge carriers from different sides enter the active region 20 and there with emission of Recombine radiation.
  • the carrier 5 is preferably with respect to the thermal
  • Expansion coefficient of the semiconductor body 2 adjusted.
  • the thermal expansion coefficient of the semiconductor body 2 adjusted.
  • Epitaxially grown nitride compound semiconductor material typically has a thermal
  • the carrier contains molybdenum.
  • Compounds are for example Mo-lanthanum oxide,
  • MLS Tension-free lanthanum oxide
  • ILQ incandescent lamp quality
  • molybdenum yttrium oxide for example with 0.47% Y 2 O 3 and 0.08% Ce 2 O 3
  • molybdenum rhenium (MoRe) for example with 5% rhenium (MoRe 5) or with 41% rhenium ( MoRe41)
  • MoRe41 molybdenum-tungsten
  • MoW molybdenum-tungsten
  • MoCu30 or 15% copper (MoCul5), molybdenum zirconia (MoZr0 2 ), for example with 1.7% zirconia (MZ17), molybdenum tantalum (MoTa), for example with 11% tantalum
  • MT11 titanium-zirconium-molybdenum
  • MHC molybdenum-hafnium-carbon
  • ML molybdenum-lanthanum oxide
  • MY molybdenum-yttrium-ceria
  • the carrier may include a tungsten alloy or a copper alloy.
  • the carrier may contain, for example, copper, steel, aluminum or iron. Such a carrier can in particular
  • ⁇ be coated, for example with aluminum, silver or nickel.
  • a copper-nickel coating is suitable.
  • ductile, plastically deformable metals or coatings are suitable for the support.
  • a structured metal-plastic laminate may alternatively be used for the carrier.
  • the carrier 5 has a side facing the semiconductor body 2
  • the coating can be used as a mirror layer for those produced in the active region
  • the semiconductor body 2 facing side disposed a plurality of first contacting surfaces 65.
  • the first Kunststofftechniksflachen are spaced apart in the lateral direction, for example arranged in a matrix.
  • the contacting surfaces 65 are electrically conductively connected to one another and to the first contact 61 via the first carrier body 51.
  • the second carrier body 52 has analogously on the
  • the first carrier body 51 and the second carrier body 52 each form
  • a lateral surface 57 bounding the semiconductor component 1 in the lateral direction In some areas, a lateral surface 57 bounding the semiconductor component 1 in the lateral direction.
  • the semiconductor body 2 has a plurality of first connection surfaces 35 on the side facing the carrier 5.
  • the first connection surfaces 35 are electrically conductively connected to the first semiconductor layer 21.
  • Pads 35 are arranged spaced apart in the lateral direction and further arranged such that each first pad 35 each having a first
  • Contact surface 65 overlaps. Expediently, the number of first connection surfaces 35 is greater than or equal to the number of contact surfaces 65 on the carrier 5.
  • the semiconductor body 2 has a plurality of recesses 27 extending through the second semiconductor layer 22 and the active region 20 into the first
  • Semiconductor layer 21 extend into it. In each recess, the first semiconductor layer 21 is over a first one
  • Terminal layer 31 with one of the first pads 35th connected.
  • the first connection layer 31 is thus in
  • the first connection layer can also be so
  • Connection layer connects together (see Figure 3D).
  • the side surfaces of the recesses 27 are provided with a
  • Insulation layer 4 covered. An electrical short between the first terminal layer 31 and the active
  • the second pad 36 is over a second
  • Terminal layer 32 electrically conductive with the second
  • the second connection layer 32 has a partial layer 321.
  • the sub-layer 321 overlaps with the first carrier body 51.
  • Partial layer 321 covers the second semiconductor layer 22, apart from the recesses 27, over a large area
  • the second semiconductor layer 22 for example, with a degree of coverage of at least 60%, preferably of at least 80%.
  • the sub-layer 321 is formed as a mirror layer for the radiation generated in the active region.
  • the reflectivity of the mirror layer is at least 60%, particularly preferably at least 80% for those in the active
  • the sub-layer 321 may also be permeable to the generated radiation.
  • the sublayer can be a transparent conductive oxide (TCO, Transparent Conductive Oxide).
  • the second connection layer 32 in particular the partial layer 321 of the second connection layer, has a plurality of recesses 325, in which the first semiconductor layer 21 is connected to the first connection layer 31 via the first connection layer 31
  • Carrier body 51 of the carrier is connected. The first
  • Connection layer thus extends in the vertical direction through the recesses of the second connection layer.
  • the semiconductor device overlaps the
  • Recesses 325 with the first carrier body.
  • all recesses extend in plan view within the first carrier body.
  • the recesses 325 are therefore in the vertical direction above the first carrier body, in particular above the respective one
  • the second connection surfaces 36 are electrically conductively connected to the second contacting surfaces 66.
  • the second connection surfaces 36 are electrically conductively connected to the second contacting surfaces 66.
  • Semiconductor body 2 free of metallic elements for the electrical contacting of the semiconductor body. The danger of shading generated in the semiconductor device
  • a further insulating layer 41 is arranged.
  • a plastic is suitable for the further insulation layer. In the embodiment shown, this is
  • Semiconductor device 1 is formed as a thin-film semiconductor device in which a growth substrate for the
  • a radiation conversion element 81 is arranged.
  • the radiation conversion element is provided for, in the active region 20 generated primary radiation of a first peak wavelength at least partially in
  • the semiconductor component 1 is provided for producing mixed light, for example light appearing white to the human eye. In the embodiment shown, this is
  • Attachment layer 82 attached to the semiconductor body 2.
  • a ceramic radiation conversion element which is in the form of a prefabricated platelet is suitable for the radiation conversion element.
  • the radiation conversion element can also be formed by a matrix material into which a phosphor for Radiation conversion is embedded.
  • a matrix material for example, a silicone or an epoxy or a hybrid material with at least one silicone and an epoxy is suitable.
  • Structuring is intended to increase the coupling-out efficiency of the radiation generated during operation.
  • a roughening is suitable as structuring.
  • the first carrier body 51 and the second carrier body 52 protrude beyond the semiconductor body 2 in the lateral direction.
  • Such a configuration is similar to the course of metal strip of a lead frame.
  • Embodiment of the carrier 5 can be varied within wide limits.
  • Separation step for example, traces of a mechanical process, a chemical process or a material removal by means of coherent radiation.
  • the electrical contacting of the semiconductor body 2 can take place through the first carrier body 51 and the second carrier body 52, which is electrically insulated from the first carrier body 51.
  • Vias through the carrier 5 can be dispensed with. Rather, the electrical contact is made by the material of the separate carrier body
  • a particular metallic carrier is characterized by a high thermal conductivity, so that in
  • Figures 1A and 1B described first embodiment.
  • the semiconductor component 1 has a growth substrate 29 of the semiconductor layer sequence of FIG.
  • growth substrate so not removed.
  • a growth substrate for example, sapphire, in particular a sapphire substrate with a structured interface for
  • the thermal expansion coefficient of the carrier 5 is in this case preferably to the expansion coefficient of the
  • a sapphire growth substrate typically has a thermal
  • a semiconductor layer sequence 200 is provided on a growth substrate 29.
  • Semiconductor layer sequence 200 has a first semiconductor layer 21, an active one, as seen from the growth substrate
  • Semiconductor layer 22 extend therethrough. Furthermore, semiconductor bodies 2, which are separated from one another by mesa trenches 201, are formed from the semiconductor layer sequence 200. The mesa trenches cut through at least the active regions of the adjacent semiconductor bodies from one another.
  • FIGS. 3C and 3D show two different variants for the electrical contacting of the first semiconductor layer 21 and the second semiconductor layer 22.
  • a first connection layer 31 is formed in such a way that it has individual subregions, which are each arranged in the recesses 27. The partial regions are spaced apart from one another and electrically conductively connected to one another only via the first semiconductor layer.
  • a second connection layer 32 is formed, which is connected to the second semiconductor layer 22
  • the first connection layer 31 and the second connection layer 32 form on the On the growth substrate side facing away an accessible first pad 35 and a second
  • the first connection layer 31 is formed in such a way that the first connection layer on the side facing away from the growth substrate 29 is continuous and arranged in the recesses 27
  • the semiconductor bodies 2 each have two connection surfaces on one side of the semiconductor body
  • the singulation from a wafer composite 290 takes place along the mesa trenches 201
  • Breaking and / or irradiation by means of coherent radiation For example, a stealth dicing method can be used.
  • the singulation is illustrated in FIG. 3E by means of the arrows 91.
  • Attached carrier composite The provided carrier assembly 50 is shown in plan view in FIG. 3F.
  • FIG. 3F shows a section of the carrier assembly 50, in the example of which eight unit cells 501 are juxtaposed are arranged in a matrix. In each unit cell, a semiconductor mounting portion 505 is disposed.
  • Semiconductor mounting portion 505 is associated with a plurality of first contacting surfaces 65 and second Mulltechniksflachen 66. Between the first contacting surfaces 65 and the second contacting surfaces 66 of a
  • Contact surfaces 66 still electrically connected to each other via the carrier assembly 50. Electrical isolation between the first contacting surfaces 65 and the second contacting surfaces 66 takes place only when the carrier assembly 50 is separated along the separating lines 95 shown in FIG. 3F, which run perpendicular to a main extension plane of the separating trenches 59.
  • the carrier assembly may be, for example, a sheet, which apart from the separation trenches
  • the attachment of the individual semiconductor bodies 2 is shown in FIG. 3G.
  • the semiconductor bodies 2 are each positioned relative to the carrier assembly 50 such that the first connection surfaces 35 with the first contacting surfaces 61 and the second connection surfaces 36 with the second
  • coherent radiation such as by means of a pulsed laser with pulse durations in the picosecond range.
  • the first connection surfaces 35 are electrically short-circuited to the second connection surfaces via the carrier assembly 50. Only when separating along the dividing lines 95 (FIG. 3F) are they electrically insulated from one another.
  • Figure 3G shows the case that the semiconductor body 2 already from the
  • Wafer composite are isolated when they are attached to the carrier assembly 50. Deviating from that can be
  • the growth substrate 29 may be removed before or after attachment to the carrier assembly 50 or remain in the finished semiconductor devices
  • the radiation conversion element 81 can also be omitted or first attached or formed on the semiconductor body 2 after the semiconductor body is attached to the carrier assembly.
  • the completed semiconductor device 1 is shown in FIG. 1A in a sectional view.
  • the respective carrier 5 is shown in FIG. 1A in a sectional view.
  • delimiting side surfaces 57 arise when separating the carrier composite 50.
  • the semiconductor body can directly on a Carrier fixed in the form of a structured sheet,
  • An electrically insulating coating of the main surfaces of the carrier is not
  • the carrier may be coated with a reflective material, for example silver.
  • a reflective material for example silver.
  • Reinforcing webs in particular of non-conductive material can be applied.
  • the non-conductive material can be applied.
  • Radiation conversion element 81 may be formed mechanically stable, for example as a ceramic plate.
  • the assembly of the semiconductor components can be done for example by conventional surface mounting technology.
  • an inverted surface mount technique may be used. Such a method is in the

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Abstract

Es wird ein optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) mit einem Träger (5) und einem Halbleiterkörper (2) angegeben, wobei der Halbleiterkörper an dem Träger befestigt ist und eine Halbleiterschichtenfolge mit einem zum Erzeugen und/oder zum Empfangen von Strahlung vorgesehenen aktiven Bereich (20), einer ersten Halbleiterschicht (21) und einer zweiten Halbleiterschicht (22) aufweist. Der aktive Bereich ist zwischen der ersten Halbleiterschicht und der zweiten Halbleiterschicht angeordnet. Der Träger ist elektrisch leitfähig und in einen ersten Trägerkörper (51) und einen zweiten Trägerkörper (52) unterteilt, wobei der erste Trägerkörper und der zweite Trägerkörper voneinander elektrisch isoliert sind. Der erste Trägerkörper weist auf der dem Halbleiterkörper abgewandten Seite einen ersten externen Kontakt (61) des Halbleiterbauelements auf, wobei der erste Kontakt über den ersten Trägerkörper mit der ersten Halbleiterschicht elektrisch leitend verbunden ist. Der zweite Trägerkörper weist auf der dem Halbleiterkörper abgewandten Seite einen zweiten externen Kontakt (62) des Halbleiterbauelements auf, wobei der zweite Kontakt über den zweiten Trägerkörper mit der zweiten Halbleiterschicht elektrisch leitend verbunden ist. Weiterhin wird ein Verfahren zur Herstellung von Halbleiterbauelementen angegeben.

Description

Beschreibung
Optoelektronisches Bauelement und Verfahren zur Herstellung von optoelektronischen Halbleiterbauelementen
Die vorliegende Anmeldung betrifft ein optoelektronisches Halbleiterbauelement und ein Verfahren zur Herstellung von optoelektronischen Halbleiterbauelementen . Bei optoelektronischen Halbleiterbauelementen wie
beispielsweise Lumineszenzdioden sind für verschiedene
Anwendungen Miniaturbauformen gewünscht, die sich einfach und insbesondere bonddrahtfrei kontaktieren lassen. Hierfür können Halbleiterbauelemente Anwendung finden, deren Träger mit Durchkontaktierungen versehen sind. Dieser Ansatz ist jedoch mit hohen Herstellungskosten und einer oftmals geringen mechanischen Stabilität verbunden.
Eine Aufgabe ist es, ein optoelektronisches
Halbleiterbauelement anzugeben, das einfach und zuverlässig herstellbar ist und sich durch eine hohe mechanische
Stabilität auszeichnet. Weiterhin soll ein Verfahren
angegeben werden, mit dem optoelektronische
Halbleiterbauelemente effizient und kostengünstig hergestellt werden können.
Diese Aufgaben werden unter anderem durch ein
Halbleiterbauelement beziehungsweise ein Verfahren gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Weitere Ausgestaltungen und Zweckmäßigkeiten sind Gegenstand der abhängigen
Patentansprüche . Ein optoelektronisches Bauelement weist gemäß zumindest einer Ausführungsform einen Halbleiterkörper auf. Der
Halbleiterkörper weist eine insbesondere epitaktische
Halbleiterschichtenfolge auf, die beispielsweise mittels MOCVD oder MBE, hergestellt ist.
Beispielsweise weist die Halbleiterschichtenfolge einen zum Erzeugen und/oder zum Empfangen von Strahlung vorgesehenen aktiven Bereich auf. Der aktive Bereich ist zum Beispiel zwischen einer ersten Halbleiterschicht und einer zweiten
Halbleiterschicht angeordnet. Die erste Halbleiterschicht und die zweite Halbleiterschicht sind bezüglich des Leitungstyps zumindest bereichsweise voneinander verschieden, sodass sich der aktive Bereich in einem pn-Übergang befindet. Die erste Halbleiterschicht, die zweite Halbleiterschicht und der aktive Bereich können jeweils mehrschichtig ausgebildet sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements weist das Halbleiterbauelement einen Träger auf, an dem der Halbleiterkörper befestigt ist. Der Träger ist insbesondere elektrisch leitfähig. Insbesondere kann der Träger aus einem elektrisch leitfähigen Material bestehen . Gemäß zumindest einer Ausführungsform des
Halbleiterbauelements ist der Träger in einen ersten
Trägerkörper und einen zweiten Trägerkörper unterteilt. Der erste Trägerkörper und der zweite Trägerkörper sind also Teile des Trägers. Insbesondere sind der erste Trägerkörper und der zweite Trägerkörper bezüglich des Materials
gleichartig ausgebildet. Der erste Trägerkörper und der zweite Trägerkörper sind elektrisch voneinander isoliert. Beispielsweise sind der erste Trägerkörper und der zweite Trägerkörper in lateraler Richtung, also in einer entlang der Haupterstreckungsebene der Halbleiterschichten der
Halbleiterschichtenfolge verlaufenden Richtung, voneinander beabstandet .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des
Halbleiterbauelements weist der erste Trägerkörper auf der dem Halbleiterkörper abgewandten Seite einen ersten externen Kontakt des Halbleiterbauelements auf. Beispielsweise ist der erste Kontakt über den ersten Trägerkörper mit der ersten Halbleiterschicht elektrisch leitend verbunden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des
Halbleiterbauelements weist der zweite Trägerkörper auf der dem Halbleiterkörper abgewandten Seite einen zweiten externen Kontakt des Halbleiterbauelements auf. Beispielsweise ist der zweite Kontakt über den zweiten Trägerkörper mit der zweiten Halbleiterschicht elektrisch leitend verbunden. Der erste Kontakt und der zweite Kontakt sind für die externe elektrische Kontaktierung des Halbleiterbauelements
vorgesehen. Insbesondere sind sowohl der erste Kontakt als auch der zweite Kontakt von der dem Halbleiterkörper
abgewandten Seite des Trägers her für eine externe
elektrische Kontaktierung zugänglich. Insbesondere ist das Halbleiterbauelement als ein oberflächenmontierbares
Bauelement ( surface mounted device, SMD) ausgebildet.
Der erste Trägerkörper und der zweite Trägerkörper sind jeweils selbst elektrisch leitend, sodass die elektrische Kontaktierung des Halbleiterkörpers für beide Polaritäten durch das Material des Trägers hindurch erfolgen kann. Auf Durchkontaktierungen durch den Träger kann verzichtet werden. In Draufsicht auf das Halbleiterbauelement überragen
vorzugsweise sowohl der erste Trägerkörper als auch der zweite Trägerkörper den Halbleiterkörper zumindest
bereichsweise. Insbesondere bilden der erste Trägerkörper und der zweite Trägerkörper zumindest bereichsweise die das Halbleiterbauelement in lateraler Richtung begrenzende
Seitenfläche .
In mindestens einer Ausführungsform weist das
optoelektronische Halbleiterbauelement einen Träger und einen Halbleiterkörper auf, wobei der Halbleiterkörper an dem
Träger befestigt ist und eine Halbleiterschichtenfolge mit einem zum Erzeugen und/oder zum Empfangen von Strahlung vorgesehenen aktiven Bereich, einer ersten Halbleiterschicht und einer zweiten Halbleiterschicht aufweist. Der aktive Bereich ist zwischen der ersten Halbleiterschicht und der zweiten Halbleiterschicht angeordnet. Der Träger ist
elektrisch leitfähig und in einen ersten Trägerkörper und einen zweiten Trägerkörper unterteilt, wobei der erste
Trägerkörper und der zweite Trägerkörper voneinander
elektrisch isoliert sind. Der erste Trägerkörper weist auf der dem Halbleiterkörper abgewandten Seite einen ersten externen Kontakt des Halbleiterbauelements auf, wobei der erste Kontakt über den ersten Trägerkörper mit der ersten Halbleiterschicht elektrisch leitend verbunden ist. Der zweite Trägerkörper weist auf der dem Halbleiterkörper abgewandten Seite einen zweiten externen Kontakt des
Halbleiterbauelements auf, wobei der zweite Kontakt über den zweiten Trägerkörper mit der zweiten Halbleiterschicht elektrisch leitend verbunden ist.
Der erste Kontakt und der zweite Kontakt können jeweils als eine Beschichtung auf dem ersten Trägerkörper beziehungsweise dem zweiten Trägerkörper ausgebildet sein. Davon abweichend können der erste Kontakt und der zweite Kontakt auch jeweils Bereiche des ersten Trägerkörpers beziehungsweise des zweiten Trägerkörpers auf der dem Halbleiterkörper abgewandten Seite des Trägers sein.
Beispielsweise ist der Halbleiterkörper über eine
Verbindungsschicht, etwa eine Lotschicht oder eine elektrisch leitfähige Klebeschicht, mit dem Träger verbunden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des
Halbleiterbauelements bedecken der erste Trägerkörper und der zweite Trägerkörper in Draufsicht auf das
Halbleiterbauelement gemeinsam mindestens 80 ~6 einer
Grundfläche des Halbleiterbauelements, bevorzugt mindestens 90 %. Der Großteil der Grundfläche des Halbleiterbauelements ist also durch das elektrisch leitfähige Material des Trägers gebildet . Gemäß zumindest einer Ausführungsform des
Halbleiterbauelements überdecken der erste Trägerkörper und der zweite Trägerkörper in einer Rückansicht des
Halbleiterbauelements gemeinsam mindestens 80 % des
Halbleiterkörpers, bevorzugt mindestens 90 %. Je höher die Bedeckung des Halbleiterkörpers, desto effizienter kann im Betrieb des Halbleiterbauelements erzeugte Verlustwärme aus dem Halbleiterbauelement abgeführt werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des
Halbleiterbauelements ist die erste Halbleiterschicht auf der dem Träger abgewandten Seite des aktiven Bereichs angeordnet. Der Halbleiterkörper weist zumindest eine Ausnehmung auf, die sich durch die zweite Halbleiterschicht und den aktiven Bereich hindurch in die erste Halbleiterschicht hinein erstreckt. In der Ausnehmung ist eine erste Anschlussschicht angeordnet, die mit der ersten Halbleiterschicht elektrisch leitend verbunden ist. Die Ausnehmung ist insbesondere vollständig in lateraler Richtung von Material des
Halbleiterkörpers umgeben. Mit anderen verläuft die
Ausnehmung nicht am Rand des Halbleiterkörpers. Weiterhin kann der Halbleiterkörper auch eine Mehrzahl von Ausnehmungen aufweisen. Mittels der Ausnehmung ist die auf der vom Träger abgewandten Seite des aktiven Bereichs angeordnete erste Halbleiterschicht elektrisch kontaktierbar . Auf der dem
Träger abgewandten Seite des Halbleiterkörpers aufgebrachte Kontaktelemente zur elektrischen Kontaktierung der ersten Halbleiterschicht kann also verzichtet werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des
Halbleiterbauelements weist das Halbleiterbauelement eine zweite Anschlussschicht auf, die elektrisch leitend mit der zweiten Halbleiterschicht verbunden ist. Insbesondere weist die zweite Anschlussschicht zumindest eine Aussparung auf, in der die erste Halbleiterschicht über die erste
Anschlussschicht mit dem ersten Trägerkörper des Trägers verbunden ist. Beispielsweise überlappt die Aussparung in Draufsicht auf das Halbleiterbauelement mit der Ausnehmung des Halbleiterkörpers.
Insbesondere kann die zweite Anschlussschicht eine Mehrzahl von Aussparungen aufweisen, in denen die erste
Halbleiterschicht über die erste Anschlussschicht mit dem ersten Trägerkörper des Trägers verbunden ist, wobei in
Draufsicht auf das Halbleiterbauelement alle Aussparungen innerhalb des ersten Trägerkörpers verlaufen. Die Aussparungen sind also überlappungsfrei zum zweiten
Trägerkörper angeordnet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des
Halbleiterbauelements sind der erste Trägerkörper und der zweite Trägerkörper durch einen Trenngraben voneinander getrennt. In vertikaler Richtung erstreckt sich der
Trenngraben vollständig durch den Träger hindurch. Der erste Trägerkörper und der zweite Trägerkörper grenzen also an keiner Stelle unmittelbar aneinander an. Beispielsweise verläuft der Trenngraben zwischen zwei gegenüberliegenden Seitenflächen des Trägers 5, insbesondere durchgängig von der einen Seitenfläche zu der gegenüberliegenden Seitenfläche. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des
Halbleiterbauelements ist der Trenngraben mit einem
elektrisch isolierenden Füllmaterial befüllt. Beispielsweise enthält das elektrisch isolierende Material ein
Polymermaterial, etwa ein Epoxid. Zur Anpassung des
Längenausdehnungskoeffizienten kann das elektrisch
isolierende Material mit Füllstoffen versetzt sein.
Alternativ kann der Trenngraben frei von festem Material sein . Gemäß zumindest einer Ausführungsform des
Halbleiterbauelements ist der Träger, insbesondere der erste Trägerkörper und der zweite Trägerkörper, metallisch.
Beispielsweise enthält der Träger ein Metall oder eine metallische Legierung oder eine Verbindung mit zumindest einem Metall oder besteht aus einem solchen Material.
Beispielsweise kann der Träger Molybdän, Wolfram, Kupfer, Stahl, Aluminium oder Eisen enthalten. Der Träger kann weiterhin einschichtig oder mehrschichtig ausgebildet sein. Die genannten Materialien zeichnen sich neben der elektrischen Leitfähigkeit auch durch eine hohe
Wärmeleitfähigkeit aus, sodass im Betrieb des
Halbleiterbauelements im Halbleiterkörper erzeugte
Verlustwärme effizient über den Träger abgeführt werden kann.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Träger
bezüglich des thermischen Ausdehnungskoeffizienten an den Halbleiterkörper angepasst. Insbesondere weicht ein
thermischer Ausdehnungskoeffizient des Trägers um höchstens 50 % vom thermischen Ausdehnungskoeffizienten des
Halbleiterkörpers ab. Die Gefahr von mechanischen Spannungen infolge von Temperaturänderungen wird so vermindert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des
Halbleiterbauelements weist das Halbleiterbauelement ein Strahlungskonversionselement auf. Das
Strahlungskonversionselement ist insbesondere zur zumindest teilweisen Konversion der im Betrieb im aktiven Bereich erzeugten Primärstrahlung in Sekundärstrahlung mit einer Peak-Wellenlänge, die von der Peak-Wellenlänge der
Primärstrahlung verschieden ist, vorgesehen. Beispielsweise kann das Halbleiterbauelement als ein Bauelement ausgebildet sein, das im Betrieb für das menschliche Auge weiß
erscheinendes Mischlicht abstrahlt.
Bei dem beschriebenen Halbleiterbauelement können
insbesondere die folgenden Effekte erzielt werden.
Das Halbleiterbauelement zeichnet sich auf der Seite des Halbleiterkörpers, an dem der Träger befestigt ist, durch eine hohe mechanische Stabilität aus. Die konkrete Anordnung des ersten Kontakts und des zweiten Kontakts auf der Rückseite des Halbleiterbauelements ist in weiten Grenzen frei gestaltbar. Kundenspezifische
Anforderungen können so auf einfache Weise umgesetzt werden.
Der elektrisch leitfähige Träger zeichnet sich weiterhin durch gute thermische Eigenschaften aus, sodass die
Verlustwärme effizient und großflächig abgeführt werden kann. Weiterhin kann der Träger optional mit einer Spiegelschicht versehen werden, mit der im Betrieb in Richtung des Trägers abgestrahlte Strahlung effizient umgelenkt werden kann.
Absorptionsverluste am Träger können vermindert werden. Aufgrund der hohen mechanischen Stabilität kann der Träger auch das Strahlungskonversionselement mechanisch
stabilisieren. Das Strahlungskonversionselement selbst muss also nicht mechanisch stabil ausgebildet sein. Weiterhin ist auch ein Aufwachssubstrat für die epitaktische Abscheidung der Halbleiterschichten der
Halbleiterschichtenfolge nicht erforderlich und kann entfernt werden. Ein Halbleiterbauelement, bei dem das
Aufwachssubstrat entfernt ist, wird auch als Dünnfilm- Halbleiterbauelement bezeichnet. Davon abweichend kann das Aufwachssubstrat aber auch im Halbleiterbauelement
verbleiben. Der Herstellungsschritt zum Entfernen des
Aufwachssubstrats kann also entfallen. Ein Verfahren zum Herstellen einer Mehrzahl von
Halbleiterbauelementen weist gemäß zumindest einer
Ausführungsform einen Schritt auf, in dem ein Trägerverbund mit einer Mehrzahl von Halbleiterkörpermontagebereichen bereitgestellt wird. Jeder Halbleiterkörpermontagebereich weist zumindest eine erste Kontaktierungsflache und eine zweite Kontaktierungsflache auf und in jedem
Halbleiterkörpermontagebereich ist zwischen der ersten
Kontaktierungsflache und der zweiten Kontaktierungsflache ein Trenngraben im Trägerverbund ausgebildet. Der
Halbleiterkörpermontagebereich kann auch eine Mehrzahl von ersten Kontaktierungsflachen und/oder eine Mehrzahl von zweiten Kontaktierungsflachen aufweisen. Beispielsweise können die ersten Kontaktierungsflachen und/oder die zweiten Kontaktierungsflachen in einem matrixförmigen Muster auf dem Trägerverbund angeordnet sein.
Der Trenngraben erstreckt sich insbesondere in vertikaler Richtung, also senkrecht zur Haupterstreckungsebene des
Trägerverbunds, vollständig durch den Trägerverbund hindurch. In lateraler Richtung erstrecken sich die Trenngräben nur bereichsweise über den Trägerverbund, so dass die Trenngräben nicht den Trägerverbund als Ganzes durchtrennen. Der
Trägerverbund mit den Trenngräben ist mit anderen Worten zusammenhängend ausgebildet.
Der Trägerverbund ist insbesondere frei von elektrisch isolierendem Material zur elektrischen Isolation zwischen den ersten Kontaktierungsflächen und den zweiten
Kontaktierungsflächen . Weiterhin sind die ersten
Kontaktierungsflächen und die zweiten Kontaktierungsflächen elektrisch leitend mit dem Trägerverbund verbunden. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens weist das Verfahren einen Schritt auf, in dem eine Mehrzahl von Halbleiterkörpern auf den Halbleiterkörpermontagebereichen befestigt wird. Eine erste Anschlussfläche des Halbleiterkörpers wird mit der ersten Kontaktierungsflache und eine zweite Anschlussfläche des Halbleiterkörpers mit der zweiten Kontaktierungsflache elektrisch leitend verbunden. Der Halbleiterkörper kann auch eine Mehrzahl von ersten
Anschlussflächen und/oder eine Mehrzahl von zweiten
Anschlussflächen aufweisen.
Beispielsweise ist die Anzahl der ersten Anschlussflächen gleich der Anzahl der ersten Kontaktierungsflächen und die Anzahl der zweiten Anschlussflächen gleich der Anzahl der zweiten Kontaktierungsflächen .
Zur Befestigung der Halbleiterkörper werden diese jeweils so relativ zu den Halbleiterkörpermontagebereichen positioniert, dass die Halbleiterkörper in Draufsicht jeweils zumindest bereichsweise den Trenngraben des zugeordneten
Halbleiterkörpermontagebereichs überdecken .
Die elektrisch leitende Verbindung zwischen den
Kontaktierungsflächen und den Anschlussflächen erfolgt beispielsweise mittels einer Verbindungsschicht, etwa einer Lotschicht oder eine elektrisch leitfähigen Klebeschicht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens enthält das Verfahren einen Schritt, in dem der Trägerverbund in die Halbleiterbauelemente vereinzelt wird, wobei jedes
Halbleiterbauelement zumindest einen Halbleiterkörper und einen Träger mit einem ersten Trägerkörper und einem zweiten Trägerkörper aufweist. Der erste Trägerkörper und der zweite Trägerkörper sind insbesondere durch den Trenngraben
elektrisch voneinander isoliert. Die Vereinzelung des
Trägerverbunds erfolgt also erst, nachdem die Halbleiterkörper bereits an den
Halbleiterkörpermontagebereichen befestigt sind.
Die den Träger in lateraler Richtung begrenzenden
Seitenflächen entstehen zumindest bereichsweise oder entlang des gesamten Umfangs des Trägers erst beim Vereinzeln des Trägerverbunds. Entsprechend weisen die aus dem Trägerverbund vereinzelten Träger, insbesondere die ersten Trägerkörper und die zweiten Trägerkörper, an den Seitenflächen
Vereinzelungsspuren, beispielsweise aufgrund eines
mechanischen Vereinzelungsverfahrens oder eines chemischen Vereinzelungsverfahrens oder eines Vereinzelungsverfahrens mittels kohärenter Strahlung, auf. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens sind die erste Kontaktierungsfläche und die zweite
Kontaktierungsfläche des Trägerverbunds beim Befestigen der Halbleiterkörper jeweils über den Trägerverbund
kurzgeschlossen und werden beim Vereinzeln elektrisch
voneinander isoliert. Mit anderen Worten erfolgt das
Befestigen der Halbleiterkörper derart, dass die erste
Anschlussfläche des Halbleiterkörpers und die zweite
Anschlussfläche des Halbleiterkörpers kurzgeschlossen werden. Erst nach dem Vereinzeln sind die Anschlussflächen des
Halbleiterkörpers getrennt voneinander elektrisch
kontaktierbar .
In mindestens einer Ausführungsform des Verfahrens wird ein Trägerverbund mit einer Mehrzahl von
Halbleiterkörpermontagebereichen bereitgestellt, wobei jeder Halbleiterkörpermontagebereich zumindest eine erste
Kontaktierungsfläche und eine zweite Kontaktierungsfläche aufweist und in jedem Halbleiterkörpermontagebereich zwischen der ersten Kontaktierungsflache und der zweiten
Kontaktierungsflache ein Trenngraben im Trägerverbund
ausgebildet ist. Eine Mehrzahl von Halbleiterkörpern wird auf den Halbleiterkörpermontagebereichen befestigt, wobei eine erste Anschlussfläche des Halbleiterkörpers jeweils mit der ersten Kontaktierungsfläche und eine zweite Anschlussfläche des Halbleiterkörpers jeweils mit der zweiten
Kontaktierungsfläche elektrisch leitend verbunden werden. Der Trägerverbund wird in die Halbleiterbauelemente vereinzelt, wobei jedes Halbleiterbauelement zumindest einen
Halbleiterkörper und einen Träger mit einem ersten
Trägerkörper und einem zweiten Trägerkörper aufweist, bei dem der erste Trägerkörper und der zweite Trägerkörper durch den Trenngraben elektrisch voneinander isoliert sind.
Das Verfahren wird zweckmäßigerweise in der Reihenfolge der angegebenen Herstellungsschritte durchgeführt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgt die Vereinzelung mittels eines Lasers, insbesondere mittels eines gepulsten Lasers. Beispielsweise kann ein Laser mit einer Pulsdauer im Pikosekunden-Bereich, insbesondere
zwischen einschließlich 1 ps und einschließlich 100 ps, Anwendung finden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens werden die Halbleiterkörper beim Befestigen auf den
Halbleiterbauelementmontagebereichen in einem Waferverbund bereitgestellt. Eine Vielzahl von Halbleiterkörpern kann in dem Trägerverbund also gleichzeitig mit den jeweils
zugeordneten Halbleiterkörpermontagebereichen verbunden werden. Die Vereinzelung der Halbleiterkörper aus dem
Waferverbund kann erst nach dem Befestigen der Halbleiterkörper an dem Trägerverbund, insbesondere gleichzeitig mit dem Vereinzeln des Trägerverbunds, erfolgen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens werden die Halbleiterkörper beim Befestigen an den
Halbleiterkörpermontagebereichen voneinander getrennt an dem Trägerverbund befestigt. Die Halbleiterkörper liegen also in diesem Herstellungsschritt bereits in vereinzelter Form vor. Das beschriebene Verfahren ist zur Herstellung eines
vorstehend beschriebenen Halbleiterbauelements besonders geeignet. Im Zusammenhang mit dem Halbleiterbauelement beschriebene Merkmale können daher auch für das Verfahren herangezogen werden und umgekehrt.
Weitere Merkmale, Ausgestaltungen und Zweckmäßigkeiten ergeben sich aus der folgenden Beschreibung der
Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Figuren. Es zeigen: die Figuren 1A und 1B ein erstes Ausführungsbeispiel für ein optoelektronisches Halbleiterbauelement in Draufsicht (Figur 1B) und zugehöriger
Schnittansicht (Figur 1A) ;
Figur 2 ein zweites Ausführungsbeispiel für ein
optoelektronisches Halbleiterbauelement in schematischer Schnittansicht; und die Figuren 3A bis 3G ein Ausführungsbeispiel für ein
Verfahren zur Herstellung von optoelektronischen Halbleiterbauelementen anhand von schematisch dargestellten Zwischenschritten in Schnittansicht (Figuren 3A bis 3E und 3G) und in Draufsicht (Figur 3F) . Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als
maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente und insbesondere Schichtdicken zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß
dargestellt sein. Das Halbleiterbauelement 1 gemäß dem in den Figuren 1A und 1B dargestellten Ausführungsbeispiel weist einen
Halbleiterkörper 2 mit einer Halbleiterschichtenfolge auf. Die Halbleiterschichtenfolge umfasst einen aktiven Bereich 20, der zwischen einer ersten Halbleiterschicht 21 und einer zweiten Halbleiterschicht 22 angeordnet ist. Die erste
Halbleiterschicht und die zweite Halbleiterschicht sind bezüglich des Leitungstyps voneinander verschieden.
Beispielsweise ist die erste Halbleiterschicht n-leitend und die zweite Halbleiterschicht p-leitend oder umgekehrt. Die erste Halbleiterschicht, die zweite Halbleiterschicht und der aktive Bereich können jeweils einschichtig oder mehrschichtig ausgebildet sein. Das Halbleiterbauelement ist exemplarisch als eine Lumineszenzdiode, insbesondere als eine Leuchtdiode ausgebildet, bei der der aktive Bereich zur Erzeugung von Strahlung vorgesehen ist. Das Halbleiterbauelement kann aber auch ein anderes optoelektronisches Bauelement,
beispielsweise ein Strahlungsempfänger sein. Der Halbleiterkörper 2 ist mittels einer Verbindungsschicht 55, beispielsweise einer Lotschicht oder einer elektrisch leitfähigen Klebeschicht, an einem Träger 5 befestigt. Für die Verbindungsschicht eignet sich beispielsweise ein Gold- Zinn-Lot.
Der Halbleiterkörper, insbesondere der aktive Bereich, basiert beispielsweise auf einem III-V-
Verbindungshalbleitermaterial , insbesondere einem Nitrid- Verbindungshalbleitermaterial auf.
Auf „Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial basierend" bedeutet im vorliegenden Zusammenhang, dass die
Halbleiterschichtenfolge oder zumindest ein Teil davon, besonders bevorzugt zumindest der aktive Bereich und/oder das Aufwachssubstrat , ein Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial, vorzugsweise AlxInyGai-x-yN aufweist oder aus diesem besteht, wobei O ^ x ^ l, O ^ y ^ l und x+y ^ 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 aufweisen. Der Einfachheit halber beinhaltet obige Formel jedoch nur die wesentlichen
Bestandteile des Kristallgitters (AI, Ga, In, N) , auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt und/oder ergänzt sein können.
Der Träger 5 ist in einen ersten Trägerkörper 51 und einen zweiten Trägerkörper 52 unterteilt. In Draufsicht auf das Halbleiterbauelement verlaufen der erste Trägerkörper 51 und der zweite Trägerkörper 52 überlappungsfrei nebeneinander. Der erste Trägerkörper und der zweite Trägerkörper sind mittels eines Trenngrabens 59 elektrisch voneinander isoliert. In Draufsicht ragt der Trenngraben an zwei
gegenüberliegenden Seitenflächen 23 des Halbleiterkörpers über den Halbleiterkörper hinaus. Der Trenngraben kann unbefüllt oder zumindest teilweise mit einem elektrisch isolierenden Füllmaterial 590, beispielsweise einem
Polymermaterial, etwa einem Epoxid, befüllt sein. Zur
Anpassung des Längenausdehnungskoeffizienten kann das
Material für die Befüllung des Trenngrabens mit einem
Füllstoff versetzt sein.
Das Halbleiterbauelement 1 ist als ein
oberflächenmontierbares Halbleiterbauelement ausgebildet, bei dem ein erster Kontakt 61 und ein zweiter Kontakt 62 für die externe elektrische Kontaktierung des Halbleiterbauelements auf der dem Halbleiterkörper 2 abgewandten Rückseite 58 des Trägers 5 angeordnet sind. Die Kontaktierung des
Halbleiterbauelements kann also bonddrahtfrei erfolgen.
Weiterhin weist auch das Halbleiterbauelement selbst keinen Bonddraht auf.
In Draufsicht auf das Halbleiterbauelement 1 bedecken der erste Trägerkörper und der zweite Trägerkörper gemeinsam mindestens 80 %, bevorzugt mindestens 90 %, einer Grundfläche des Halbleiterbauelements.
Weiterhin überdecken der erste Trägerkörper und der zweite Trägerkörper in einer Rückansicht des Halbleiterbauelements gemeinsam mindestens 80 % des Halbleiterkörpers, bevorzugt mindestens 90 % des Halbleiterkörpers. Je höher der
Überdeckungsgrad, desto effizienter kann im Betrieb des
Halbleiterbauelements entstehende Verlustwärme über den
Träger 5 abgeführt werden. Der Träger 5, insbesondere der erste Trägerkörper 51 und der zweite Trägerkörper 52, sind elektrisch leitend, insbesondere metallisch ausgebildet. Durch Anlegen einer externen
elektrischen Spannung zwischen dem ersten Kontakt 61 und dem zweiten Kontakt 62 können die Ladungsträger durch den ersten Trägerkörper 51 beziehungsweise den zweiten Trägerkörper 52 hindurch in den Halbleiterkörper 2 injiziert werden, sodass die Ladungsträger von unterschiedlichen Seiten in den aktiven Bereich 20 gelangen und dort unter Emission von Strahlung rekombinieren.
Der Träger 5 ist vorzugsweise bezüglich des thermischen
Ausdehnungskoeffizienten an den thermischen
Ausdehnungskoeffizienten des Halbleiterkörpers 2 angepasst. Vorzugsweise weicht der thermische Ausdehnungskoeffizient des
Trägers um höchstens 50 % vom thermischen
Ausdehnungskoeffizienten des Halbleiterkörpers ab.
Epitaktisch gewachsenes Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial weist typischerweise einen thermischen
Ausdehnungskoeffizienten von etwa 5,59 x 10"6 K_1 auf.
Beispielsweise enthält der Träger Molybdän. Geeignete
Verbindungen sind beispielsweise Mo-Lanthanoxid,
beispielsweise mit 0,3 % La2Ü3, rekristallisiertes Mo- Lanthanoxid (MLR), beispielsweise mit 0,7 % La2Ü3,
spannungsfreies Lanthanoxid (MLS) , beispielsweise mit 0,7 % La2Ü3, Molybdän-Lanthanoxid in Glühlampenqualität (MoILQ (ILQ = incandescent lamp quality) , beispielsweise mit 0,03 %
La2Ü3, Molybdän-Yttriumoxid (MY) , beispielsweise mit 0,47 % Y2O3 und 0,08 % Ce2<03, Molybdän-Rhenium (MoRe) , beispielsweise mit 5 % Rhenium (MoRe5) oder mit 41 % Rhenium (MoRe41), Molybdän-Wolfram (MoW) , beispielsweise mit 20 % Wolfram
(MW20), 30 % Wolfram (MW30) oder 50 % Wolfram (MW50), Molybdän-Kupfer (MoCu) , beispielsweise mit 30 % Kupfer
(MoCu30) oder 15 % Kupfer (MoCul5) , Molybdän-Zirkoniumdioxid (MoZr02) , beispielsweise mit 1,7 % Zirkoniumdioxid (MZ17), Molybdän-Tantal (MoTa) , beispielsweise mit 11 % Tantal
(MT11), Titan-Zirkonium-Molybdän (TZM) , Molybdän-Hafnium- Kohlenstoff (MHC) , Molybdän-Lanthanoxid (ML) , Molybdän- Yttrium-Ceroxid (MY) .
Alternativ kann der Träger eine Wolfram-Legierung oder eine Kupfer-Legierung enthalten. Weiterhin alternativ kann der Träger beispielsweise Kupfer, Stahl, Aluminium oder Eisen enthalten. Ein derartiger Träger kann insbesondere
beschichtet sein, beispielsweise mit Aluminium, Silber oder Nickel. Insbesondere eignet sich eine Kupfer-Nickel- Beschichtung .
Weiterhin eignen sich für den Träger duktile, plastisch verformbare Metalle oder Beschichtungen . Ferner kann für den Träger alternativ ein strukturiertes Metall-Kunststoff- Laminat verwendet werden.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel weist der Träger 5 auf der dem Halbleiterkörper 2 zugewandten Seite eine
Beschichtung 53 auf. Die Beschichtung kann insbesondere als eine Spiegelschicht für die im aktiven Bereich erzeugte
Strahlung dienen. Beispielsweise zeichnen sich Silber, Nickel und Aluminium durch eine hohe Reflektivität im sichtbaren Spektralbereich aus. Auf eine solche Beschichtung kann davon abweichend aber auch verzichtet werden.
Auf dem ersten Trägerkörper 51 ist auf der dem
Halbleiterkörper 2 zugewandten Seite eine Mehrzahl von ersten Kontaktierungsflächen 65 angeordnet. Die ersten Kontaktierungsflachen sind in lateraler Richtung voneinander beabstandet, beispielsweise matrixförmig angeordnet. Die Kontaktierungsflachen 65 sind über den ersten Trägerkörper 51 elektrisch leitend miteinander und mit dem ersten Kontakt 61 verbunden.
Der zweite Trägerkörper 52 weist analog auf der dem
Halbleiterkörper 2 zugewandten Seite eine Mehrzahl von zweiten Kontaktierungsflächen 66 auf. In Draufsicht auf das Halbleiterbauelement 1 sind die ersten Kontaktierungsflächen 65 und die zweiten Kontaktierungsflächen 66 durch den
Trenngraben 59 voneinander getrennt. Der erste Trägerkörper 51 und der zweite Trägerkörper 52 bilden jeweils
bereichsweise eine das Halbleiterbauelement 1 in lateraler Richtung begrenzende Seitenfläche 57.
Der Halbleiterkörper 2 weist auf der dem Träger 5 zugewandten Seite eine Mehrzahl von ersten Anschlussflächen 35 auf. Die ersten Anschlussflächen 35 sind elektrisch leitend mit der ersten Halbleiterschicht 21 verbunden. Die ersten
Anschlussflächen 35 sind in lateraler Richtung voneinander beabstandet angeordnet und weiterhin derart angeordnet, dass jede erste Anschlussfläche 35 jeweils mit einer ersten
Kontaktierungsfläche 65 überlappt. Zweckmäßigerweise ist die Anzahl der ersten Anschlussflächen 35 größer oder gleich der Anzahl der Kontaktflächen 65 auf dem Träger 5.
Der Halbleiterkörper 2 weist eine Mehrzahl von Ausnehmungen 27 auf, die sich durch die zweite Halbleiterschicht 22 und den aktiven Bereich 20 hindurch in die erste
Halbleiterschicht 21 hinein erstrecken. In jeder Ausnehmung ist die erste Halbleiterschicht 21 über eine erste
Anschlussschicht 31 mit einer der ersten Anschlussflächen 35 verbunden. Die erste Anschlussschicht 31 ist also in
voneinander beabstandete Teilbereiche unterteilt, die jeweils nur im Bereich der Ausnehmungen 27 vorgesehen sind. Davon abweichend kann die erste Anschlussschicht auch so
ausgebildet sein, dass die erste Anschlussschicht auf der dem Träger 5 zugewandten Seite des Halbleiterkörpers 2 die in den Ausnehmungen 27 angeordneten Teile der ersten
Anschlussschicht miteinander verbindet (vergleiche Figur 3D) . Die Seitenflächen der Ausnehmungen 27 sind mit einer
Isolationsschicht 4 bedeckt. Ein elektrischer Kurzschluss zwischen der ersten Anschlussschicht 31 und dem aktiven
Bereich 20 wird so verhindert. Die zweite Anschlussfläche 36 ist über eine zweite
Anschlussschicht 32 elektrisch leitend mit der zweiten
Halbleiterschicht 22 verbunden. In dem gezeigten
Ausführungsbeispiel weist die zweite Anschlussschicht 32 eine Teilschicht 321 auf.
In Draufsicht auf das Halbleiterbauelement überlappt die Teilschicht 321 mit dem ersten Trägerkörper 51. Die
Teilschicht 321 bedeckt die zweite Halbleiterschicht 22, abgesehen von den Ausnehmungen 27, großflächig,
beispielsweise mit einem Bedeckungsgrad von mindestens 60 %, bevorzugt von mindestens 80 %. Je höher der Bedeckungsgrad der zweiten Halbleiterschicht 22, desto besser kann eine in lateraler Richtung homogene Ladungsträgerinjektion in die zweite Halbleiterschicht erzielt werden.
Die Teilschicht 321 ist als eine Spiegelschicht für die im aktiven Bereich erzeugte Strahlung ausgebildet. Vorzugsweise beträgt die Reflektivität der Spiegelschicht mindestens 60 %, besonders bevorzugt mindestens 80 % für die im aktiven
Bereich erzeugte Strahlung. Insbesondere durch die
großflächige Bedeckung mittels der Teilschicht 321 kann in Richtung des Trägers 5 abgestrahlte Strahlung des
Halbleiterbauelements effizient zurückreflektiert werden.
Von einer reflektierenden Ausgestaltung abweichend kann die Teilschicht 321 auch für die erzeugte Strahlung durchlässig sein. Beispielsweise kann die Teilschicht ein transparentes leitfähiges Oxid (TCO, Transparent Conductive Oxide)
aufweisen .
Die zweite Anschlussschicht 32, insbesondere die Teilschicht 321 der zweiten Anschlussschicht, weist eine Mehrzahl von Aussparungen 325 auf, in denen die erste Halbleiterschicht 21 über die erste Anschlussschicht 31 mit dem ersten
Trägerkörper 51 des Trägers verbunden ist. Die erste
Anschlussschicht verläuft in vertikaler Richtung also durch die Aussparungen der zweiten Anschlussschicht hindurch. In Draufsicht auf das Halbleiterbauelement überlappen die
Aussparungen 325 mit dem ersten Trägerkörper. Insbesondere verlaufen alle Aussparungen in Draufsicht innerhalb des ersten Trägerkörpers. In der Schnittansicht der Figur 1A sind die Aussparungen 325 also in vertikaler Richtung über dem ersten Trägerkörper, insbesondere über der jeweils
zugehörigen ersten Kontaktierungsfläche 65, angeordnet. Die Aussparungen 325 überlappen jeweils mit den ersten
Kontaktierungsflächen 65 und sind in Figur 1B zur
vereinfachten Darstellung nicht explizit gezeigt.
Die zweiten Anschlussflächen 36 sind elektrisch leitend mit den zweiten Kontaktierungsflächen 66 verbunden. Auf der vom Träger 5 abgewandten Seite ist der
Halbleiterkörper 2 frei von metallischen Elementen für die elektrische Kontaktierung des Halbleiterkörpers. Die Gefahr einer Abschattung der im Halbleiterbauelement erzeugten
Strahlung wird dadurch vermieden. Zwischen den ersten
Anschlussflächen 35 und den zweiten Anschlussflächen 36 ist eine weitere Isolationsschicht 41 angeordnet. Für die weitere Isolationsschicht eignet sich beispielsweise ein Kunststoff. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist das
Halbleiterbauelement 1 als ein Dünnfilm-Halbleiterbauelement ausgebildet, bei dem ein Aufwachssubstrat für die
Halbleiterschichtenfolge des Halbleiterkörpers 2 entfernt ist. Auf der dem Träger 5 abgewandten Seite des
Halbleiterkörpers 2 ist ein Strahlungskonversionselement 81 angeordnet. Das Strahlungskonversionselement ist dafür vorgesehen, im aktiven Bereich 20 erzeugte Primärstrahlung einer ersten Peak-Wellenlänge zumindest teilweise in
Sekundärstrahlung mit einer von der ersten Peak-Wellenlänge verschiedenen zweiten Peak-Wellenlänge umzuwandeln.
Insbesondere ist das Halbleiterbauelement 1 zur Erzeugung von Mischlicht, etwa für das menschliche Auge weiß erscheinendes Licht, vorgesehen. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist das
Strahlungskonversionselement 81 mittels einer
Befestigungsschicht 82 am Halbleiterkörper 2 befestigt. Für das Strahlungskonversionselement eignet sich beispielsweise ein keramisches Strahlungskonversionselement, das in Form eines vorgefertigten Plättchens vorliegt.
Alternativ kann das Strahlungskonversionselement auch durch ein Matrixmaterial gebildet sein, in das ein Leuchtstoff zur Strahlungskonversion eingebettet ist. Als Matrixmaterial eignet sich beispielsweise ein Silikon oder ein Epoxid oder ein Hybridmaterial mit zumindest einem Silikon und einem Epoxid .
Das Strahlungskonversionselement kann weiterhin von dem beschriebenen Ausführungsbeispiel abweichend auch die
Seitenflächen des Halbleiterkörper vollständig oder zumindest bereichsweise bedecken.
Auf der dem Träger 5 abgewandten Seite weist der
Halbleiterkörper 2 eine Strukturierung 25 auf. Die
Strukturierung ist zur Erhöhung der Auskoppeleffizienz der im Betrieb erzeugten Strahlung vorgesehen. Beispielsweise eignet sich als Strukturierung eine Aufrauhung.
Der erste Trägerkörper 51 und der zweite Trägerkörper 52 ragen in lateraler Richtung jeweils über den Halbleiterkörper 2 hinaus. Eine derartige Ausgestaltung ähnelt dem Verlauf von Metallstreifen eines Leiterrahmens. Die konkrete
Ausgestaltung des Trägers 5 ist jedoch in weiten Grenzen variierbar .
Bei der Herstellung können die Seitenflächen 57 aus der
Vereinzelung des Trägers 5 aus einem Trägerverbund entstehen. Entsprechend können die Seitenflächen 57 Spuren eines
Vereinzelungsschritts aufweisen, beispielsweise Spuren eines mechanischen Verfahrens, eines chemischen Verfahrens oder eines Materialabtrags mittels kohärenter Strahlung.
Das Halbleiterbauelement zeichnet sich aufgrund des
insbesondere metallischen Trägers durch eine hohe mechanische Stabilität und eine gleichzeitig einfache Herstellbarkeit aus. Die elektrische Kontaktierung des Halbleiterkörpers 2 kann durch den ersten Trägerkörper 51 und den vom ersten Trägerkörper 51 elektrisch isolierten zweiten Trägerkörper 52 hindurch erfolgen. Auf aufwändig herzustellende
Durchkontaktierungen durch den Träger 5 kann verzichtet werden. Vielmehr erfolgt die elektrische Kontaktierung durch das Material der voneinander getrennten Trägerkörper
hindurch . Weiterhin zeichnet sich ein insbesondere metallischer Träger durch eine hohe thermische Leitfähigkeit aus, sodass im
Betrieb entstehende Verlustwärme effizient über den Träger 5 abgeführt werden kann. Das in Figur 2 dargestellte zweite Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem im Zusammenhang mit den
Figuren 1A und 1B beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel. Im Unterschied hierzu weist das Halbleiterbauelement 1 ein Aufwachssubstrat 29 der Halbleiterschichtenfolge des
Halbleiterkörpers 2 auf. Im Unterschied zu dem in Figur 1A dargestellten Dünnfilm-Halbleiterbauelement ist das
Aufwachssubstrat also nicht entfernt. Als Aufwachssubstrat eignet sich beispielsweise Saphir, insbesondere ein Saphir- Substrat mit einer strukturierten Grenzfläche zum
Halbleiterkörper. Die Lichtauskopplung aus dem
Halbleiterbauelement wird dadurch erhöht. Der thermische Ausdehnungskoeffizient des Trägers 5 ist in diesem Fall vorzugsweise an den Ausdehnungskoeffizienten des
Aufwachssubstrats angepasst. Ein Saphir-Aufwachssubstrat weist zum Beispiel typischerweise einen thermischen
Ausdehnungskoeffizienten zwischen 6,5 und 7,5 x 10"6 K_1 auf. Ein Ausführungsbeispiel für ein Verfahren zur Herstellung von Halbleiterbauelementen ist anhand der Figuren 3A bis 3G gezeigt, wobei exemplarisch ein Halbleiterbauelement
hergestellt wird, das wie im Zusammenhang mit den Figuren 1A und 1B beschrieben ausgebildet ist.
Wie in Figur 3A gezeigt, wird eine Halbleiterschichtenfolge 200 auf einem Aufwachssubstrat 29 bereitgestellt. Die
Halbleiterschichtenfolge 200 weist vom Aufwachssubstrat aus gesehen eine erste Halbleiterschicht 21, einen aktiven
Bereich 20 und eine zweite Halbleiterschicht 22 auf.
Von der dem Aufwachssubstrat 29 abgewandten Seite her wird eine Mehrzahl von Ausnehmungen 27 ausgebildet, wobei sich die Ausnehmungen durch den aktiven Bereich 20 und die zweite
Halbleiterschicht 22 hindurch erstrecken. Weiterhin werden aus der Halbleiterschichtenfolge 200 Halbleiterkörper 2 ausgebildet, die durch Mesa-Gräben 201 voneinander getrennt sind. Die Mesa-Gräben durchtrennen zumindest die aktiven Bereiche der benachbarten Halbleiterkörper voneinander.
In den Figuren 3C und 3D sind zwei verschiedene Varianten für die elektrische Kontaktierung der ersten Halbleiterschicht 21 und der zweiten Halbleiterschicht 22 gezeigt. Bei der in Figur 3C gezeigten Variante wird eine erste Anschlussschicht 31 derart ausgebildet, dass diese einzelne Teilbereiche aufweist, die jeweils in den Ausnehmungen 27 angeordnet sind. Die Teilbereiche sind voneinander beabstandet und nur über die erste Halbleiterschicht miteinander elektrisch leitend verbunden. Weiterhin wird eine zweite Anschlussschicht 32 ausgebildet, die mit der zweiten Halbleiterschicht 22
elektrisch leitend verbunden ist. Die erste Anschlussschicht 31 und die zweite Anschlussschicht 32 bilden auf der dem Aufwachssubstrat abgewandten Seite eine zugängliche erste Anschlussfläche 35 beziehungsweise eine zweite
Anschlussfläche 36. Im Unterschied hierzu wird bei der in Figur 3D dargestellten Variante die erste Anschlussschicht 31 so ausgebildet, dass die erste Anschlussschicht auf der dem Aufwachssubstrat 29 abgewandten Seite der Halbleiterkörper 2 zusammenhängend verläuft und die in den Ausnehmungen 27 angeordneten
Teilbereiche elektrisch miteinander verbindet. Bei beiden Varianten stellen die Halbleiterkörper 2 jeweils auf einer Seite der Halbleiterkörper zwei Anschlussflächen
unterschiedlicher Polarität für die elektrische Kontaktierung zur Verfügung.
Nachfolgend erfolgt, wie in Figur 3E dargestellt, ein
Vereinzelungsschritt, bei dem die Halbleiterkörper 2
vollständig voneinander getrennt werden. Die Vereinzelung aus einem Waferverbund 290 erfolgt entlang der Mesa-Gräben 201. Beispielsweise eignet sich für das
Vereinzeln ein mechanisches Verfahren, etwa Sägen oder
Brechen und/oder Bestrahlung mittels kohärenter Strahlung. Beispielsweise kann ein Stealth-Dicing-Verfahren Anwendung finden. Die Vereinzelung ist in Figur 3E anhand der Pfeile 91 veranschaulicht .
Nachfolgend werden die Halbleiterkörper 2 an einem
Trägerverbund befestigt. Der bereitgestellte Trägerverbund 50 ist in Figur 3F in Draufsicht gezeigt.
In Figur 3F ist ein Ausschnitt des Trägerverbunds 50 gezeigt, bei dem exemplarisch acht Einheitszellen 501 nebeneinander matrixartig angeordnet sind. In jeder Einheitszelle ist ein Halbleitermontagebereich 505 angeordnet. Jedem
Halbleitermontagebereich 505 ist eine Mehrzahl von ersten Kontaktierungsflachen 65 und zweiten Kontaktierungsflachen 66 zugeordnet. Zwischen den ersten Kontaktierungsflachen 65 und den zweiten Kontaktierungsflachen 66 eines
Halbleitermontagebereichs ist jeweils ein Trenngraben 59 angeordnet. In dem Trägerverbund 50 sind die ersten
Kontaktierungsflächen 65 und die zweiten
Kontaktierungsflächen 66 noch über den Trägerverbund 50 elektrisch leitend miteinander verbunden. Eine elektrische Isolation zwischen den ersten Kontaktierungsflächen 65 und den zweiten Kontaktierungsflächen 66 erfolgt erst bei der Vereinzelung des Trägerverbunds 50 entlang der in Figur 3F dargestellten Vereinzelungslinien 95, die senkrecht zu einer Haupterstreckungsebene der Trenngräben 59 verlaufen.
Bei dem Trägerverbund kann es sich beispielsweise um ein Blech handeln, das abgesehen von den Trenngräben
unstrukturiert ist und das abgesehen von einem optional vorhandenen Füllmaterial in den Trenngräben frei von
elektrisch isolierendem Material ist.
Die Befestigung der einzelnen Halbleiterkörper 2 ist in Figur 3G dargestellt. Die Halbleiterkörper 2 werden jeweils so relativ zum Trägerverbund 50 positioniert, dass die ersten Anschlussflächen 35 mit den ersten Kontaktierungsflächen 61 und die zweiten Anschlussflächen 36 mit den zweiten
Kontaktierungsflächen 62 eines Halbleitermontagebereiche 505 überlappen. Nach dem Befestigen der Halbleiterkörper an dem Trägerverbund 50 wird der Trägerverbund vereinzelt,
beispielsweise mittels kohärenter Strahlung, etwa mittels eines gepulsten Lasers mit Pulsdauern im Pikosekunden- Bereich .
Bei der Befestigung der Halbleiterkörper werden die ersten Anschlussflächen 35 mit den zweiten Anschlussflächen über den Trägerverbund 50 elektrisch kurzgeschlossen. Erst bei der Vereinzelung entlang der Trennlinien 95 (Figur 3F) werden diese voneinander elektrisch isoliert. Figur 3G zeigt den Fall, dass die Halbleiterkörper 2 bereits aus dem
Waferverbund vereinzelt sind, wenn sie am Trägerverbund 50 befestigt werden. Davon abweichend können sich die
Halbleiterkörper bei der Befestigung noch im Waferverbund befinden. Das Aufwachssubstrat 29 kann vor oder nach dem Befestigen an dem Trägerverbund 50 entfernt werden oder in den fertiggestellten Halbleiterbauelementen verbleiben
(vergleiche Figur 2) .
Weiterhin kann das Strahlungskonversionselement 81 auch weggelassen werden oder am Halbleiterkörper 2 erst befestigt oder ausgebildet werden, nachdem der Halbleiterkörper am Trägerverbund befestigt ist.
Das fertiggestellte Halbleiterbauelement 1 ist in Figur 1A in Schnittansicht gezeigt. Die den jeweiligen Träger 5
begrenzenden Seitenflächen 57 entstehen bei der Vereinzelung des Trägerverbunds 50.
Mit dem beschriebenen Verfahren können auf einfache und zuverlässige Weise oberflächenmontierbare
Halbleiterbauelemente mit zwei rückseitigen Kontakten
hergestellt werden, ohne dass Durchkontaktierungen durch den Träger 5 des Halbleiterbauelements erforderlich sind.
Beispielsweise können die Halbleiterkörper direkt auf einen Träger in Form eines strukturierten Blechs befestigt,
beispielsweise gelötet, werden.
Die elektrische Trennung zwischen dem ersten Kontakt 61 und dem zweiten Kontakt 62 erfolgt über eine Unterteilung des Trägers in zwei Trägerkörper. Eine elektrisch isolierende Beschichtung der Hauptflächen des Trägers ist nicht
erforderlich . Für eine Erhöhung der Reflektivität des Trägers kann dieser mit einem reflektierenden Material, beispielsweise Silber, beschichtet sein. Zur Verstärkung des Halbleiterbauelements, insbesondere bei einem Halbleiterbauelement, bei dem das Aufwachssubstrat entfernt ist, können auf den Träger
Verstärkungsstege, insbesondere aus nicht leitendem Material, aufgebracht werden. Alternativ oder zusätzlich kann das
Strahlungskonversionselement 81 mechanisch stabil ausgebildet sein, beispielsweise als ein Keramikplättchen . Die Montage der Halbleiterbauelemente kann beispielsweise durch konventionelle Oberflächenmontagetechnik erfolgen.
Alternativ kann eine invertierte Oberflächenmontagetechnik Anwendung finden. Ein derartiges Verfahren ist in der
Anmeldung DE 10 2013 111 977.8 beschrieben, deren
Offenbarungsgehalt insofern explizit durch Rückbezug
aufgenommen wird.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2014 103 828.2, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen i den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den
Patentansprüchen oder den Ausführungsbeispielen angegeben ist .

Claims

Patentansprüche
1. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) mit einem Träger (5) und einem Halbleiterkörper (2), der an dem Träger befestigt ist und eine Halbleiterschichtenfolge mit einem zum Erzeugen und/oder zum Empfangen von Strahlung vorgesehenen aktiven Bereich (20), einer ersten Halbleiterschicht (21) und einer zweiten Halbleiterschicht (22) aufweist, wobei
- der aktive Bereich zwischen der ersten Halbleiterschicht und der zweiten Halbleiterschicht angeordnet ist;
- der Träger elektrisch leitfähig ist und in einen ersten Trägerkörper (51) und einen zweiten Trägerkörper (52) unterteilt ist, wobei der erste Trägerkörper und der zweite Trägerkörper voneinander elektrisch isoliert sind;
- der erste Trägerkörper auf der dem Halbleiterkörper
abgewandten Seite einen ersten externen Kontakt (61) des Halbleiterbauelements aufweist, wobei der erste Kontakt über den ersten Trägerkörper mit der ersten Halbleiterschicht elektrisch leitend verbunden ist; und
- der zweite Trägerkörper auf der dem Halbleiterkörper abgewandten Seite einen zweiten externen Kontakt (62) des Halbleiterbauelements aufweist, wobei der zweite Kontakt über den zweiten Trägerkörper mit der zweiten Halbleiterschicht elektrisch leitend verbunden ist.
2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1,
wobei der erste Trägerkörper und der zweite Trägerkörper in Draufsicht auf das Halbleiterbauelement mindestens 80 ~6 einer Grundfläche des Halbleiterbauelements bedecken.
3. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1 oder 2, wobei der erste Trägerkörper und der zweite Trägerkörper in einer Rückansicht des Halbleiterbauelements gemeinsam mit mindestens 80 % des Halbleiterkörpers überdecken.
4. Halbleiterbauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei
- die erste Halbleiterschicht auf der dem Träger abgewandten Seite des aktiven Bereichs angeordnet ist;
- der Halbleiterkörper zumindest eine Ausnehmung (27) aufweist, die sich durch die zweite Halbleiterschicht und den aktiven Bereich hindurch in die erste Halbleiterschicht hinein erstreckt; und
- in der Ausnehmung eine erste Anschlussschicht (31)
angeordnet ist, die mit der ersten Halbleiterschicht
elektrisch leitend verbunden ist.
5. Halbleiterbauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die zweite Halbleiterschicht mit einer zweiten
Anschlussschicht (32) elektrisch leitend verbunden ist und die zweite Anschlussschicht zumindest eine Aussparung (325) aufweist, in der die erste Halbleiterschicht über die erste Anschlussschicht mit dem ersten Trägerkörper des Trägers verbunden ist.
6. Halbleiterbauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der erste Trägerkörper und der zweite Trägerkörper durch einen Trenngraben (59) voneinander getrennt sind.
7. Halbleiterbauelement nach Anspruch 6, wobei der
Trenngraben mit einem elektrisch isolierenden Füllmaterial befüllt ist.
8. Halbleiterbauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Träger metallisch ist.
9. Halbleiterbauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei ein thermischer Ausdehnungskoeffizient des Trägers um höchstens 50 % vom thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Halbleiterkörpers abweicht.
10. Verfahren zum Herstellen einer Mehrzahl von
Halbleiterbauelementen (1) mit den Schritten:
a) Bereitstellen eines Trägerverbunds (50) mit einer Mehrzahl von Halbleiterkörpermontagebereichen (505), wobei jeder
Halbleiterkörpermontagebereich zumindest eine erste
Kontaktierungsfläche (65) und eine zweite
Kontaktierungsfläche (66) aufweist und in jedem
Halbleiterkörpermontagebereich zwischen der ersten
Kontaktierungsfläche und der zweiten Kontaktierungsfläche ein Trenngraben (59) im Trägerverbund ausgebildet ist;
b) Befestigen einer Mehrzahl von Halbleiterkörpern (2) auf den Halbleiterkörpermontagebereichen, wobei eine erste
Anschlussfläche (35) des Halbleiterkörpers mit der ersten Kontaktierungsfläche und eine zweite Anschlussfläche (36) des Halbleiterkörpers mit der zweiten Kontaktierungsfläche elektrisch leitend verbunden werden; und
c) Vereinzeln des Trägerverbunds in die
Halbleiterbauelemente, wobei jedes Halbleiterbauelement zumindest einen Halbleiterkörper und einen Träger (5) mit einem ersten Trägerkörper (51) und einem zweiten Trägerkörper (52) aufweist, bei dem der erste Trägerkörper und der zweite Trägerkörper durch den Trenngraben elektrisch voneinander isoliert sind.
11. Verfahren nach Anspruch 10,
wobei die erste Kontaktierungsflache und die zweite
Kontaktierungsflache des Trägerverbunds beim Befestigen der Halbleiterkörper jeweils über den Trägerverbund
kurzgeschlossen sind und beim Vereinzeln elektrisch
voneinander isoliert werden.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11,
wobei die Vereinzelung mittels eines gepulsten Lasers erfolgt.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12,
wobei die Halbleiterkörper in Schritt b) in einem
Waferverbund (290) bereitgestellt werden.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12,
wobei die Halbleiterkörper in Schritt b) voneinander getrennt an dem Trägerverbund befestigt werden.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14,
bei dem ein Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 9 hergestellt wird.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2018215309A1 (de) * 2017-05-23 2018-11-29 Osram Opto Semiconductors Gmbh Halbleiterbauelement und verfahren zur herstellung eines halbleiterbauelements

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