Beschreibung
OPTOELEKTRONISCHES BAUELEMENT UND VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES OPTOELEKTRONISCHE BAUELEMENTS
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Bauelement,
insbesondere ein optoelektronisches Bauelement. Weiterhin betrifft die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zur
Herstellung eines Bauelements, insbesondere eines
optoelektronischen Bauelements.
Bei der Herstellung optoelektronischer Bauelemente ist es oftmals nötig, einzeln vorgefertigte Teilelemente des
Bauelements über eine gesonderte Fügeschicht, wie eine
Klebeschicht oder eine Lotschicht, zusammenzufügen.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein neues Bauelement, vorzugsweise ein verbessertes Bauelement, oder ein neues Verfahren, vorzugsweise ein verbessertes Verfahren, zur Herstellung eines Bauelements anzugeben.
Diese Aufgabe wird unter anderem durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst kann aber auch durch weitere, hierin offenbarte Gegenstände gelöst werden. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind
Gegenstand der abhängigen Patentansprüche und ergeben sich aus der folgenden Beschreibung.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das
optoelektronische Bauelement ein Halbleiterchip,
beispielsweise ein Diodenchip.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das
optoelektronische Bauelement einen Halbleiterkörper auf. Der
Halbleiterkörper weist einen optisch aktiven Bereich auf. Der optisch aktive Bereich kann zur Strahlungserzeugung oder zum Strahlungsempfang eingerichtet sein. Das Bauelement kann insbesondere ein Lumineszenzdiodenbauelement sein.
Gemäß zumindest einer weiteren Ausgestaltung weist das
Bauelement einen Träger auf. Der Halbleiterkörper ist
vorzugsweise auf dem Träger angeordnet. Der Träger ist zweckmäßigerweise Teil des Halbleiterchips.
Gemäß zumindest einer weiteren Ausführungsform weist das Bauelement ein Verbindungsschichtenpaar auf. Das
Verbindungsschichtenpaar umfasst eine erste
Verbindungsschicht und eine zweite Verbindungsschicht. Die erste Verbindungsschicht kann zwischen dem Halbleiterkörper und dem Träger angeordnet und insbesondere mit dem
Halbleiterkörper verbunden sein. Die zweite
Verbindungsschicht kann zwischen der ersten
Verbindungsschicht und dem Träger angeordnet sein. Die zweite Verbindungsschicht kann mit einem weiteren Halbleiterkörper mit einem optisch aktiven Bereich und/oder einem Träger, der bevorzugt optisch nicht aktiv ist, also nicht zur
Strahlungserzeugung oder zum Strahlungsempfang ausgelegt ist, verbunden sein. Die zweite Verbindungsschicht kann mit dem Träger mittelbar oder unmittelbar verbunden sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die erste und die zweite Verbindungsschicht zumindest bereichsweise in einem oder mehreren Verbindungsbereichen, insbesondere direkt, miteinander verbunden. Auf diese Weise kann das
Verbindungsschichtenpaar an der mechanischen Anbindung des Halbleiterkörpers an den Träger beteiligt sein. Dabei kann ein einziger, zweckmäßigerweise zusammenhängender
Verbindungsbereich, oder es können mehrere, insbesondere voneinander getrennte, zum Beispiel nicht zusammenhängende, Verbindungsbereiche vorliegen. Die Verbindungsschichten sind im jeweiligen Verbindungsbereich zweckmäßigerweise direkt, also unmittelbar, miteinander verbunden. Die
Verbindungsschichten können bereichsweise, großflächig oder vollflächig miteinander verbunden sein. Die Verbindung zwischen den Verbindungsschichten ist zweckmäßigerweise mechanisch stabil, sodass ein Delaminieren des
Halbleiterkörpers vom Träger vermieden wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die
Verbindungsschichten, insbesondere im jeweiligen
Verbindungsbereich, durch direktes Bonden (direct Bonding, oft auch Ansprengen genannt) miteinander verbunden. Bei direktem Bonden kann auf eine separate Fügeschicht zwischen den zu verbindenden Schichten verzichtet werden. Beim
direkten Bonden kann die mechanische Verbindung zwischen den zwei Verbindungsschichten nur durch mechanischen Kontakt zwischen den Verbindungsschichten erfolgen. Die
Verbindungskraft kann durch Van-der-Waals-Wechselwirkung und/oder Wasserstoffbrückenbindungen erzeugt werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die erste
Verbindungsschicht eine erste Grenzfläche auf, die der zweiten Verbindungsschicht zugewandt ist. Die zweite
Verbindungsschicht kann eine zweite Grenzfläche aufweisen, die der ersten Verbindungsschicht zugewandt ist. Die erste und die zweite Grenzfläche grenzen vorzugsweise wenigstens in dem jeweiligen Verbindungsbereich oder aber vollflächig aneinander. Die erste Grenzfläche und/oder die zweite
Grenzfläche weist, bevorzugt zumindest in dem jeweiligen Verbindungsbereich oder großflächiger, beispielsweise
vollflächig, eine Rauigkeit auf, die kleiner oder gleich 1 nm (RMS, RMS : Root Mean Square), vorzugsweise kleiner oder gleich 0,5 nm ist. Derartig geringe Rauigkeiten sind für das direkte Verbinden zweier Schichten durch direktes Bonden besonders vorteilhaft.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform enthält eine oder es enthalten beide der folgenden Schichten zumindest ein
elektrisch leitfähiges und/oder ein elektrisch isolierendes Oxid, beispielsweise ein Metalloxid, ein Halbleiteroxid oder ein Halbleitermetalloxid: erste Verbindungsschicht, zweite Verbindungsschicht. Oxidschichten sind für das direkte Bonden besonders geeignet. Gemäß zumindest einer Ausführungsform enthält eine oder es enthalten beide der folgenden Schichten ein
strahlungsdurchlässiges und elektrisch leitfähiges Oxid (TCO: Transparent Conducting Oxide) : erste Verbindungsschicht, zweite Verbindungsschicht. Als strahlungsdurchlässige und elektrisch leitfähige Oxide kommen beispielsweise in Frage:
InSnO (Indiumzinnoxid, oft auch ITO: Indium Tin Oxide), AlZnO (Aluminiumzinkoxid) , ZnO (Zinkoxid) , GalnO
(Galliumindiumoxid) . Auch andere TCO-Materialien kommen in Frage .
Wird die TCO-haltige Verbindungsschicht mit der anderen
Verbindungsschicht durch direktes Bonden verbunden, so kann fügeschichtlos das im hohen Grade transparente TCO-Material in dem optoelektronischen Bauelement nicht nur für das Fügen, sondern auch zur elektrischen Kontaktierung des optisch aktiven Bereichs eingesetzt werden. Durch das direkte
Zusammenfügen mittels direkten Bondens reduzieren sich auch die in dem Bauelement auftretenden Grenzflächen, was wiederum
für die Auskoppeleffizienz oder die Abstrahlcharakteristik vorteilhaft sein kann, da jede Grenzfläche potentiell zu Reflexionen führt. Auch kann auf absorbierende
Metallschichten im Fügebereich verzichtet werden.
Eine TCO-haltige Verbindungsschicht des
Verbindungsschichtenpaares kann mit dem Halbleiterkörper elektrisch leitend verbunden sein. Gleiches gilt alternativ oder ergänzend auch für den Träger, mit dem diese Schicht elektrisch leitfähig verbunden sein kann. Bevorzugt enthält zumindest eine Schicht der ersten und zweiten
Verbindungsschicht ein TCO-Material.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform enthält die erste Verbindungschicht und/oder die zweite Verbindungsschicht des Verbindungsschichtenpaares ein elektrisch isolierendes
Material, zum Beispiel ein Oxid. Das elektrisch isolierende Material kann ein Siliziumoxid, wie Siliziumdioxid, oder ein Aluminiumoxid, wie AI2O3, sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ändert die erste
Verbindungsschicht und/oder die zweite Verbindungsschicht ihre Zusammensetzung nicht oder nicht maßgeblich über ihre Erstreckung, also ihre Ausdehnung in lateraler Richtung, Alternativ oder ergänzend ändert die jeweilige
Verbindungsschicht ihre Zusammensetzung nicht in
Dickenrichtung. Demnach kann eine in einem einzigen Prozess abgeschiedene Schicht als erste und/oder zweite
Verbindungsschicht verwendet werden. Die erste und/oder zweite Verbindungsschicht kann als flächige Schicht
ausgeführt sein, die gleichförmig zusammengesetzt ist (im Folgenden auch: gleichförmige Schicht).
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die erste
Verbindungsschicht und/oder die zweite Verbindungsschicht strukturiert und weist eine oder eine Mehrzahl von
Ausnehmungen auf. Die jeweilige Ausnehmung kann sich, vorzugsweise in Dickenrichtung, durch die jeweilige
Verbindungsschicht erstrecken. Insbesondere kann sich die jeweilige Ausnehmung durch das gesamte
Verbindungsschichtenpaar erstrecken. Die jeweilige Ausnehmung kann gasgefüllt, z. B. mit Luft gefüllt, sein oder ein Vakuum aufweisen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die erste
Verbindungsschicht und/oder die zweite Verbindungsschicht als Hybridschicht ausgeführt. Eine Hybridschicht kann einen oder eine Mehrzahl von elektrisch leitfähigen Teilbereichen und einen oder eine Mehrzahl von elektrisch isolierenden
Teilbereichen aufweisen. Insbesondere kann eine Hybridschicht also eine sich über die laterale Erstreckungsrichtung der Schicht ändernde Zusammensetzung aufweisen. Der jeweilige elektrisch leitfähige oder elektrisch isolierende Teilbereich kann sich in Dickenrichtung durch die gesamte Hybridschicht bzw. das Verbindungsschichtenpaar erstrecken. Bevorzugt enthält der jeweilige elektrisch isolierendes Teilbereich eines der oben genannten elektrisch isolierenden Materialien oder besteht daraus. Bevorzugt enthält der jeweilige
elektrisch leitfähige Teilbereich eines der oben genannten elektrisch leitfähigen Materialien oder besteht daraus.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die erste
Verbindungsschicht und/oder die zweite Verbindungsschicht eine Mehrzahl von innerhalb der jeweiligen Schicht elektrisch voneinander isolierten, selbst aber elektrisch leitfähigen Teilbereichen auf. Diese Teilbereiche können ein TCO-Material
enthalten oder daraus bestehen. Die elektrisch leitfähigen Teilbereiche können separate, also nicht zusammenhängende, Teilbereiche der Schicht sein. Analoges gilt für das
Verbindungsschichtenpaar. Die elektrisch leitfähigen
Teilbereiche können durch, zum Beispiel gasgefüllte oder ein Vakuum aufweisende, Ausnehmungen in der jeweiligen Schicht oder aber über elektrisch isolierende Teilbereiche der
Schicht selbst, die dann zweckmäßigerweise als Hybridschicht ausgeführt ist, voneinander elektrisch isoliert sein.
Die getrennten elektrisch leitfähigen Teilbereiche der jeweiligen Verbindungsschicht bzw. des
Verbindungsschichtpaares können zur elektrischen
Kontaktierung des Bauelements eingesetzt werden. Sie können auf verschiedene elektrische Potentiale gelegt werden, mit
Halbleitermaterialien verschiedener Leitungstypen (n-leitend, p-leitend) , mit einem Halbleiterkörper auf verschiedenen Seiten des optisch aktiven Bereichs dieses Halbleiterkörpers und/oder verschiedenen Halbleiterkörpern des Bauelements elektrisch leitend verbunden sein. Beispielsweise kann ein erster Teilbereich dieser elektrisch leitfähigen, aber voneinander isolierten Teilbereiche mit dem Halbleiterkörper des Bauelements auf einer Seite des optisch aktiven Bereichs elektrisch leitfähig verbunden sein und der andere kann elektrisch leitfähig mit dem Halbleiterkörper auf der anderen Seite des optisch aktiven Bereichs verbunden sein. Aufgrund der elektrischen Trennung der verschiedenen Teilbereiche innerhalb der jeweiligen Schicht wird ein Kurzschluss
vermieden. Der jeweilige elektrisch leitfähige Teilbereich kann sich in Dickenrichtung durch die gesamte
Verbindungsschicht und insbesondere durch das gesamte
Verbindungsschichtenpaar erstrecken .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Bauelement einen Verbindungsleiter auf. Dieser erstreckt sich bevorzugt innerhalb des Halbleiterkörpers, beispielsweise in einer Ausnehmung des Halbleiterkörpers, von einer Seite des aktiven Bereichs dieses Halbleiterkörpers bis zur anderen Seite dieses aktiven Bereichs. Der Verbindungsleiter kann sich nur teilweise oder vollständig durch den Halbleiterkörper erstrecken. Innerhalb des Halbleiterkörpers ist der
Verbindungsleiter von dem aktiven Bereich und auf zumindest einer Seite des aktiven Bereichs bevorzugt elektrisch von dem Halbleiterkörper isoliert. Auf der anderen Seite des aktiven Bereichs kann der Verbindungsleiter mittelbar, beispielsweise über einen elektrisch leitfähigen Teilbereich eines
Verbindungsschichtenpaares, das auf dieser Seite des
Halbleiterkörpers angeordnet ist, oder unmittelbar mit dem Halbleiterkörper elektrisch leitfähig verbunden sein.
Alternativ dazu kann der Verbindungsleiter von dem gesamten Halbleiterkörper, also insbesondere auf beiden Seiten des aktiven Bereichs, elektrisch isoliert sein. In diesem Fall erstreckt er sich bevorzugt durch den gesamten
Halbleiterkörper und ist auf der vom optisch aktiven Bereich abgewandten Seite elektrisch leitfähig mit einem weiteren Halbleiterkörper verbunden. Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist ein erster
Teilbereich von zumindest zwei elektrisch leitfähigen
Teilbereichen einer der Verbindungsschichten oder des
Verbindungsschichtenpaares mit dem Halbleiterkörper auf der dem Verbindungsschichtenpaar zugewandten Seite des aktiven Bereichs, insbesondere unmittelbar, elektrisch leitfähig verbunden. Bevorzugt ist ein zweiter Teilbereich der
zumindest zwei Teilbereiche mit dem Halbleiterkörper über den Verbindungsleiter auf der von dem Verbindungsschichtenpaar
abgewandten Seite des optisch aktiven Bereichs elektrisch leitfähig verbunden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der
Verbindungsleiter auf der dem Halbleiterkörper zugewandten Seite des Verbindungsschichtenpaares mit einem elektrisch leitfähigen Teilbereich der ersten Verbindungsschicht
elektrisch leitfähig verbunden. Dieser Teilbereich kann der Teilbereich sein, der auf der dem Verbindungsschichtenpaar abgewandten Seite des optisch aktiven Bereichs elektrisch leitfähig mit dem Halbleiterkörper oder einem weiteren
Halbleiterkörper verbunden ist. Bevorzugt ist der
Flächeninhalt einer Kontaktfläche zwischen diesem elektrisch leitfähigen Teilbereich und dem Verbindungsleiter kleiner als der Flächeninhalt der dem Halbleiterkörper zugewandten
Oberfläche dieses elektrisch leitfähigen Teilbereichs. Mit anderen Worten kann der Verbindungsleiter kleinflächiger ausgeführt sein als der elektrisch leitfähige Teilbereich der Verbindungsschicht, der mit diesem verbunden ist. Der
elektrisch leitfähige Teilbereich der Verbindungsschicht ist ja, wie oben erläutert, zweckmäßigerweise
strahlungsdurchlässig. Der Verbindungsleiter dagegen kann aus einem Metall bestehen oder zumindest metallische
Eigenschaften aufweisen. Dementsprechend kann mit Vorteil die laterale Ausdehnung des Verbindungsleiters gering gehalten werden und trotzdem wegen der großflächigeren Ausführung des elektrisch leitfähigen Teilbereichs der Verbindungsleiter vereinfacht mittels des Verbindungsschichtenpaars kontaktiert werden. Der Flächeninhalt der Kontaktfläche zwischen
Verbindungsleiter und leitfähigem Teilbereich kann kleiner oder gleich 0,25 x A, bevorzugt kleiner oder gleich 0,2 x A sein, wobei A der Flächeninhalt des elektrisch leitfähigen Teilbereichs ist, der mit dem Verbindungsleiter in der
Kontaktfläche elektrisch leitend verbunden ist. Alternativ oder ergänzend kann der Flächeninhalt der Kontaktfläche größer oder gleich 0,05 x A, bevorzugt größer oder gleich 0,1 x A sein .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform erstreckt sich der Verbindungsleiter durch das Verbindungsschichtenpaar und ist elektrisch von dem Verbindungsschichtenpaar isoliert. In diesem Fall muss kein gesonderter leitfähiger Teilbereich zur Kontaktierung des Verbindungsleiters vorgesehen sein. Die jeweilige Verbindungsschicht kann vereinfacht als
gleichförmig zusammengesetzte Schicht, also nicht als
Hybridschicht, ausgeführt sein. Ist die Schicht als
Hybridschicht ausgeführt, so kann sich der Verbindungsleiter durch einen elektrisch isolierenden Teilbereich dieser
Schicht erstrecken und so elektrisch vom Rest der Schicht getrennt sein. Alternativ kann der Verbindungsleiter über nicht der jeweiligen Verbindungsschicht angehörendes
Isolationsmaterial elektrisch von der Verbindungsschicht und/oder dem Halbleiterkörper isoliert sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die erste
Verbindungsschicht gemäß der zweiten Verbindungsschicht strukturiert. Dementsprechend können elektrisch leitfähige Teilbereiche der ersten und der zweiten Verbindungsschicht aneinandergrenzen und miteinander verbunden sein.
Entsprechendes gilt für elektrisch isolierende Teilbereiche beziehungsweise Ausnehmungen der ersten beziehungsweise zweiten Verbindungsschicht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das
Verbindungsschichtenpaar einen oder eine Mehrzahl von
elektrisch leitfähigen Teilbereichen auf, die sich in
Dickenrichtung durch das gesamte Verbindungsschichtenpaar erstrecken. Bevorzugt weist das Verbindungsschichtenpaar auch einen oder eine Mehrzahl von elektrisch isolierenden
Teilbereichen auf, die sich in Dickenrichtung durch das gesamte Verbindungsschichtenpaar erstrecken. Der jeweilige Teilbereich kann durch eine Kombination von elektrisch leitfähigen Teilbereichen der ersten und zweiten
Verbindungsschicht beziehungsweise elektrisch isolierenden Teilbereichen der zweiten und ersten Verbindungsschicht gebildet sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist ein elektrisch isolierender Teilbereich der ersten Verbindungsschicht mit einem elektrisch isolierenden Teilbereich der zweiten
Verbindungsschicht, insbesondere direkt, verbunden.
Alternativ oder ergänzend ist ein elektrisch leitfähiger Teilbereich der ersten Verbindungsschicht mit einem
elektrisch leitfähigen Teilbereich der zweiten
Verbindungsschicht verbunden. Wiederum alternativ oder ergänzend ist ein elektrisch isolierender Teilbereich einer der Verbindungsschichten des -paares - die erste oder zweite Verbindungsschicht - mit einem elektrisch leitfähigen
Teilbereich der anderen Verbindungsschicht des Paares verbunden. Die jeweilige Verbindung kann direkt sein.
Insbesondere kann die jeweilige Verbindung durch direktes Bonden erzeugt sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt in einem
Verbindungsbereich zumindest eines, eine beliebig ausgewählte Mehrzahl von oder es liegen alle der folgenden
aneinandergrenzende Materialpaare vor, wobei links von dem Schrägstrich das Material der ersten Verbindungsschicht und
rechts von dem Schrägstrich das der zweiten Verbindungschicht angegeben ist:
Leiter / Isolator,
Isolator / Leiter,
Isolator / Isolator, und/oder
Leiter / Leiter.
Weist die jeweilige Schicht elektrisch leitfähige und/oder isolierende Teilbereiche auf, so gilt obiges natürlich entsprechend für die Teilbereiche.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das
Verbindungsschichtenpaar gebildet aus folgenden Schichttypen, wobei links von dem Schrägstrich der Typ der ersten
Verbindungsschicht und rechts von dem Schrägstrich der der zweiten Verbindungschicht angegeben ist:
- Hybridschicht / Hybridschicht
- Hybridschicht / gleichförmige Schicht
- gleichförmige Schicht / Hybridschicht
- gleichförmige Schicht / gleichförmige Schicht.
Die jeweilige gleichförmige Schicht kann mit oder ohne
Ausnehmungen zur Ausbildung getrennter leitfähiger
Teilbereiche ausgebildet sein. Die jeweilige gleichförmige Schicht kann aus elektrisch leitfähigem oder elektrisch isolierendem Material sein. Im Falle zweier gleichförmiger Schichten ist bevorzugt zumindest eine davon elektrisch leitfähig und insbesondere eine TCO-Schicht. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Bauelement nur einen oder eine Mehrzahl von gesonderten
Verbindungsbereichen auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die erste und/oder zweite Verbindungsschicht durchgehend oder zusammenhängend ausgeführt. Die jeweilige Schicht kann nur zur Durchführung des Verbindungsleiters unterbrochen sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die erste
Verbindungsschicht und/oder die zweite Verbindungsschicht strahlungsdurchlässig. Unter "strahlungsdurchlässig" kann im Rahmen der vorliegenden Offenbarung verstanden werden, dass die jeweilige Schicht oder das Verbindungsschichtenpaar mit diesen Schichten für eine vom Bauelement zu empfangende oder zu erzeugende Strahlung einen Transmissionsgrad von X oder mehr aufweist oder einen Transmissionskoeffizienten von größer oder gleich X aufweist, wobei X einen der folgenden Werte annimmt: 0,7, 0,8, 0,85, 0,9, 0,95.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der
Halbleiterkörper ein erster Halbleiterkörper und das
Bauelement weist einen oder mehrere weitere Halbleiterkörper auf. Beispielsweise weist das Bauelement einen zweiten und dritten Halbleiterkörper auf mit jeweils einem optisch aktiven Bereich. Das Bauelement kann auch noch weitere
Halbleiterkörper aufweisen. Zwischen den jeweiligen
benachbarten Halbleiterkörpern, die übereinander angeordnet sein können, ist vorzugsweise je ein Verbindungsschichtenpaar angeordnet. Das Verbindungsschichtenpaar kann wie oben ausgestaltet ausgebildet sein. Vorzugsweise ist das jeweilige Verbindungsschichtenpaar mittels zweier als Hybridschichten ausgebildeter Verbindungsschichten gebildet.
Der erste und der zweite Halbleiterkörper können über das Verbindungsschichtenpaar elektrisch leitfähig miteinander verbunden sein. Hierzu kann ein elektrisch leitfähiger
Teilbereich des Verbindungsschichtenpaars die beiden
Halbleiterkörper elektrisch leitfähig, beispielsweise
seriell, miteinander verbinden. Alternativ kann das gesamte Verbindungsschichtenpaar über seine Erstreckungsrichtung elektrisch leitfähig ausgebildet sein, ohne dass ein
gesonderter elektrisch leitfähiger Teilbereich vorgesehen sein muss. In diesem Fall ist zweckmäßigerweise eine
Aussparung oder Ausnehmung in dem Verbindungsschichtenpaar vorgesehen, durch das sich ein Verbindungsleiter erstrecken kann (vergleiche auch weiter unten) . Die Anzahl an sich innerhalb eines Halbleiterkörpers ersteckenden
Verbindungsleitern kann gleich der Anzahl an verschiedenen Halbleiterkörpern oder größer sein. Die Anzahl der
Verbindungsleiter innerhalb der Halbleiterkörper des
Bauelements kann sich mit wachsendem Abstand des jeweiligen Halbleiterkörpers vom Träger verringern. In einem
trägerferneren Halbleiterkörper können also weniger
Verbindungsleiter verlaufen als in einem trägernäheren
Halbleiterkörper .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform erstreckt sich ein Verbindungsleiter in dem ersten Halbleiterkörper und ist innerhalb dieses Halbleiterkörpers elektrisch von diesem isoliert. Dieser Verbindungsleiter kann sich durch den gesamten ersten Halbleiterkörper erstrecken und ist bevorzugt mit einem weiteren Halbleiterkörper, beispielsweise dem zweiten Halbleiterkörper, elektrisch leitfähig verbunden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist ein Teilstück der elektrisch leitenden Verbindung zwischen Verbindungsleiter und weiterem Halbleiterkörper durch das zwischen den
Halbleiterkörpern angeordnete Verbindungsschichtenpaar gebildet. Das Teilstück ist zweckmäßigerweise ein elektrisch
leitfähiger Teilbereich des Verbindungsschichtenpaares. Der elektrisch leitfähige Teilbereich kann von einem oder allen verbleibenden elektrisch leitfähigen Teilbereichen des
Verbindungschichtenpaars durch einen, beispielsweise
umlaufenden, elektrisch isolierenden Teilbereich elektrisch isoliert sein.
Alternativ oder ergänzend dazu kann sich ein
Verbindungsleiter auch durch das Verbindungsschichtenpaar hindurch erstrecken. In diesem Fall ist der Verbindungsleiter zweckmäßigerweise von einem elektrisch leitfähigen
Teilbereich des Verbindungsschichtenpaars elektrisch
isoliert. Hierzu kann beispielsweise eine Innenwand einer Aussparung in dem Verbindungsschichtenpaar mit einem
Isolationsmaterial ausgekleidet sein, das erst nach dem
Ausbilden der Aussparung im Verbindungsschichtenpaar
vorgesehen wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist in dem Träger eines oder eine Mehrzahl von elektronischen Elementen integriert. Das jeweilige elektronische Element kann zur Ansteuerung eines oder einer Mehrzahl von Halbleiterkörpern des
Bauelements dienen. Die Integration elektronischer Elemente in dem Träger ist besonders zweckmäßig, wenn eine Mehrzahl von Halbleiterkörpern mit je einem optisch aktiven Bereich vorgesehen ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Träger einen oder eine Mehrzahl von Anschlüssen, beispielsweise
Anschlussmetallisierungen, auf. Bevorzugt ist die Zahl der Anschlüsse größer oder gleich der Anzahl an
Halbleiterkörpern, beispielsweise größer oder gleich der Anzahl an Halbleiterkörpern + 1.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die optisch aktiven Bereiche zweier Halbleiterkörper zur Erzeugung von Strahlung in verschiedenfarbigen Spektralbereichen
ausgebildet. Hierdurch kann die Erzeugung mischfarbigen
Lichts, beispielsweise weißen Lichts, durch das Bauelement erleichtert werden. Alternativ kann gleichfarbiges Licht erzeugt werden, wodurch die erzeugte Strahlungsleistung erhöht werden kann. Gemäß zumindest einer Ausführungsform koppelt das
Verbindungsschichtenpaar wie oben beschrieben den
Halbleiterkörper oder bei einer Mehrzahl von
Halbleiterkörpern den dem Träger nächstliegenden
Halbleiterkörper an den Träger an. Alternativ kann für die Verbindung zum Träger auch eine gesonderte Fügeschicht, wie eine Klebe- oder Lotschicht, eingesetzt werden, sodass die Anbindung an den Träger nicht unbedingt mittels direkten Bondens oder Waferbondens erfolgen muss. Gemäß zumindest einer Ausgestaltung ist der jeweilige
Halbleiterkörper epitaktisch gewachsen. Insbesondere kann der Halbleiterkörper epitaktisch auf einem Aufwachssubstrat gewachsen sein. Der Träger ist zweckmäßigerweise verschieden von dem Aufwachssubstrat . Das Aufwachssubstrat kann von dem jeweiligen Halbleiterkörper entfernt worden sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist eine Dicke der ersten Verbindungsschicht und/oder der zweiten
Verbindungsschicht kleiner oder gleich 20 nm, beispielsweise kleiner oder gleich 15 nm oder kleiner oder gleich 10 nm. Mit derartigen Schichten können Rauigkeiten für das direkte
Bonden vereinfacht bereits beim Abscheiden der Schichten,
ohne, zum Beispiel mechanische, Nachbehandlung verwirklicht werden .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements wird eine Halbleiterschichtenfolge mit einem optisch aktiven Bereich bereitgestellt. Das vorgeschlagene Verfahren eignet sich besonders zur Herstellung der oben oder im Folgenden
beschriebenen Bauelemente, sodass sich im Zusammenhang mit dem Verfahren beschriebenen Merkmale auch auf das Bauelement beziehen können und umgekehrt. Die bereitgestellte
Halbleiterschichtenfolge stellt vorzugsweise
Halbleitermaterial für eine Mehrzahl von Halbleiterkörpern bereit. Beispielsweise kann es sich um einen Halbleiterwafer handeln. Die Halbleiterschichtenfolge kann auf dem
Aufwachssubstrat bereitgestellt werden, auf dem sie
epitaktisch gewachsen wurde, oder aber auf einem
Zwischenträger, der bereits verschieden vom Aufwachssubstrat ist .
Auf die Halbleiterschichtenfolge wird eine erste
Verbindungsschicht aufgebracht, sodass die
Halbleiterschichtenfolge und die erste Verbindungsschicht einen ersten Verbund bilden.
Weiterhin wird ein Verbundelement bereitgestellt. Auf dieses Verbundelement wird eine zweite Verbindungsschicht
aufgebracht, sodass das Verbundelement und die zweite
Verbindungsschicht einen zweiten Verbund bilden.
Nachfolgend können der erste und der zweite Verbund über die erste und zweite Verbindungsschicht mittels direkten Bondens, insbesondere mechanisch, verbunden werden.
Wie oben schon dargelegt enthält bevorzugt mindestens eine Schicht ausgewählt aus der ersten Verbindungsschicht und der zweiten Verbindungsschicht ein strahlungsdurchlässiges und elektrisch leitfähiges Oxid.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird die erste
Verbindungsschicht und/oder die zweite Verbindungsschicht so abgeschieden, dass ihre Oberfläche direkt nach dem Abscheiden eine Rauigkeit von kleiner oder gleich 1 nm oder kleiner oder gleich 0,5 nm (jeweils RMS) aufweist. Wird eine Hybridschicht vorgesehen, so können das elektrisch leitfähige Material und das elektrisch isolierende Material getrennt voneinander abgeschieden und mit Hilfe entsprechender Masken und/oder Strukturierungsschritte für die getrennt abgeschiedenen
Materialien so angeordnet werden, dass sich direkt nach dem Abscheiden der beiden Materialien - Leiter und Isolator - eine Oberfläche ausbildet, die zumindest bereichsweise, insbesondere in für die Ausbildung von Verbindungsbereichen vorgesehenen Teilbereichen, oder vollflächig eine Rauigkeit von kleiner oder gleich 1 nm, vorzugsweise kleiner oder gleich 0,5 nm, aufweist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird die erste
Verbindungsschicht und/oder die zweite Verbindungsschicht nach dem Aufbringen und vor dem Verbinden des ersten und zweiten Verbundes planarisiert , sodass ihre Oberfläche nach dem Planarisieren eine Rauigkeit von kleiner oder gleich 1 nm, vorzugsweise kleiner oder gleich 0,5 nm, aufweist.
Dementsprechend kann die Rauigkeit vor dem Planarisieren größer als 1 nm oder größer als 0,5 nm und insbesondere größer als die für das direkte Bonden erforderliche geringe Rauigkeit sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird die erste und/oder die zweite Verbindungsschicht noch vor dem Verbinden des ersten und zweiten Verbunds einer Temperaturbehandlung bei einer ersten Temperatur unterzogen, die erste Temperatur kann zwischen je einschließlich 200°C und 900°C liegen. Durch die erste Temperaturbehandlung können die Kristalleigenschaften der jeweiligen Verbindungsschicht, insbesondere einer
TCO-haltigen Verbindungsschicht, optimiert werden. Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird die erste
Verbindungsschicht und/oder die zweite Verbindungsschicht, vorzugsweise nach der Temperaturbehandlung bei der ersten Temperatur, durch eine Aktivierungsbehandlung, beispielsweise mittels eines Plasmaprozesses, für das direkte Bonden des ersten und des zweiten Verbunds vorbereitet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden die erste
Verbindungsschicht und die zweite Verbindungsschicht nach dem direkten Bonden einer Temperaturbehandlung bei einer zweiten Temperatur unterzogen. Die zweite Temperatur ist
zweckmäßigerweise kleiner als die erste Temperatur. Durch diese Temperaturbehandlung kann die Bondverbindung gestärkt werden . Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Verbundelement eine weitere Halbleiterschichtenfolge mit einem optisch aktiven Bereich, oder ein Trägerelement, wie beispielsweise ein Trägerwafer, der beispielsweise Material für Träger von einer Mehrzahl von Bauelementen aufweist. In dem Träger
(wafer) können bereits Strukturen für elektronische Elemente definiert sein.
Der in dem Verfahren hergestellte fertige Verbund kann einen Trägerwafer und eine Mehrzahl von Halbleiterschichtenfolgen aufweisen, die jeweils über eine oder eine Mehrzahl von
Verbindungsschichten, beispielsweise eingangs beschriebene Verbindungsschichtenpaare, verbunden sind. Anschließend kann der Verbund in einzelne Chips vereinzelt werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird nach dem Verbinden der Halbleiterschichtenfolgen beziehungsweise der
Halbleiterschichtenfolge mit dem Trägerelement eine sich nur teilweise oder vollständig durch die Halbleiterschichtenfolge erstreckende Ausnehmung ausgebildet. In diese kann
Isolationsmaterial eingebracht werden und
Verbindungsleitermaterial angeordnet werden, sodass ein
Verbindungsleiter, der sich nur teilweise oder vollständig durch die Halbleiterschichtenfolge erstreckt, ausgebildet wird. Der Verbindungsleiter wird vorzugsweise vorgesehen, bevor der Verbund mit der Halbleiterschichtenfolge mit dem Trägerelement verbunden wird. Die Ausnehmung kann vollständig durch die Halbleiterschichtenfolge und vollständig oder nur teilweise durch eine ggf. mit dieser verbundene weitere
Halbleiterschichtenfolge sowie vollständig durch ein zwischen den Halbleiterschichtenfolgen angeordnetes
Verbindungsschichtenpaar verlaufen .
In dieser Variante wird also nach dem Verbinden von
Halbleiterschichtenfolgen über ein Verbindungsschichtenpaar der Verbindungsleiter vorgesehen. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die
Halbleiterschichtenfolgen, die miteinander verbunden werden sollen, bereits in den Halbleiterschichtenfolgen angeordnete und zumindest bereichsweise von dem Halbleitermaterial
elektrisch isolierte Verbindungsleiter auf. Diese Verbindungsleiter können mit einem elektrisch leitfähigen Teilbereich in der jeweils zugehörigen Verbindungsschicht elektrisch leitfähig verbunden sein, sodass nach dem
Ausbilden eins Verbundes mit einer ersten
Halbleiterschichtenfolge und einer zweiten
Halbleiterschichtenfolge die beiden in diesen
Halbleiterschichtenfolgen angeordnete Verbindungsleiter miteinander über einen Teilbereich des zwischen diesen
Halbleiterschichtenfolgen angeordneten
Verbindungsschichtenpaares elektrisch leitfähig verbunden sind. Dementsprechend kann das Verbindungsschichtenpaar auch an der elektrisch leitfähigen Anbindung verschiedener
Halbleiterkörper beteiligt sein.
In dieser Variante wird der Verbindungsleiter bereits vor dem Verbinden des ersten und des zweiten Verbundes und
vorzugsweise auch schon vor dem Aufbringen der ersten
Verbindungsschicht in der Halbleiterschichtenfolge
ausgebildet.
Merkmale, die im Zusammenhang mit verschiedenen
Ausführungsformen beschrieben werden, können
selbstverständlich miteinander kombiniert werden, insofern sie einander nicht widersprechen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung wird ein
optoelektronisches Bauelement angegeben mit einem
Halbleiterkörper, der einen optisch aktiven Bereich aufweist, weiter mit einem Träger, und einem Verbindungsschichtenpaar, das eine erste Verbindungsschicht und eine zweite
Verbindungsschicht aufweist, wobei:
- der Halbleiterkörper auf dem Träger angeordnet ist,
- die erste Verbindungsschicht zwischen dem Halbleiterkörper und dem Träger angeordnet und mit dem Halbleiterkörper verbunden ist,
- die zweite Verbindungsschicht zwischen der ersten
Verbindungsschicht und dem Träger angeordnet ist,
- zumindest eine Schicht ausgewählt aus der ersten
Verbindungsschicht und der zweiten Verbindungsschicht ein strahlungsdurchlässiges und elektrisch leitfähiges Oxid enthält, und
- die erste Verbindungsschicht und die zweite
Verbindungsschicht zumindest bereichsweise in einem oder mehreren Verbindungsbereichen direkt miteinander verbunden sind, so dass das Verbindungsschichtenpaar an der
mechanischen Anbindung des Halbleiterkörpers an den Träger beteiligt ist.
Weitere Vorteile, Merkmale und vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus der folgenden Beschreibung der
Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Figuren.
Figur 1 illustriert ein Ausführungsbeispiel für ein
vorgeschlagenes Verfahren anhand einer schematischen
Schnittansicht . Figur 2 illustriert ein Ausführungsbeispiel für ein
vorgeschlagenes Bauelement anhand einer schematischen
Schnittansicht .
Figur 3 illustriert ein Ausführungsbeispiel für ein
vorgeschlagenes Bauelement anhand einer schematischen
Schnittansicht .
Gleiche, gleichartige und gleich wirkende Elemente können mit gleichen Bezugszeichen versehen sein. Weiterhin können zum besseren Verständnis der vorliegend beschriebenen Gegenstände einzelne Elemente übertrieben groß dargestellt sein, sodass die Darstellungen nicht notwendigerweise maßstabsgetreu sind.
Figur 1 illustriert ein Ausführungsbeispiel für ein
vorgeschlagenes Verfahren zur Herstellung eines
optoelektronischen Bauelements anhand einer schematischen Schnittansicht. In dem vorgeschlagenen Verfahren werden ein erster Verbund 100, vorzugsweise ein Waferverbund, und ein zweiter Verbund 200, vorzugsweise ein Waferverbund,
mechanisch stabil miteinander verbunden. Der Verbund 100 wird in dem Verfahren mit dem Verbund 200 durch direktes Bonden (direct bonding) mechanisch stabil verbunden.
Der erste Verbund 100 weist eine Halbleiterschichtenfolge 10 auf. Die Halbleiterschichtenfolge 10 weist einen zur
Strahlungserzeugung oder zum Strahlungsempfang vorgesehenen aktiven Bereich 12 auf. Der aktive Bereich 12 kann zwischen einer ersten Halbleiterschicht 14 und einer zweiten
Halbleiterschicht 16 angeordnet oder gebildet sein. Die erste und die zweite Halbleiterschicht weisen vorzugsweise
unterschiedliche Leitungstypen auf (n- beziehungsweise p-leitend) . Der aktive Bereich kann eine Heterostruktur oder eine Ein- oder Mehrfachquantentopfstruktur umfassen. Der aktive Bereich kann intrinsisch, also undotiert, ausgeführt sein. Die Halbleiterschicht 14 und/oder 16 kann für den jeweiligen Leitungstypen dotiert sein. Vorzugsweise ist der aktive Bereich 12 zur Strahlungserzeugung, besonders
bevorzugt von Strahlung im sichtbaren Spektralbereich, ausgebildet. Die Halbleiterschichtenfolge basiert
vorzugsweise auf III-V-Halbleitermaterialien, zum Beispiel
auf Nitrid-Verbindungshalbleitern, wie GaN, InGaN, AlGalnN, oder AlGaN. Selbstverständlich kommen auch andere Materialien in Betracht. Die Halbleiterschichtenfolge 10 ist auf einem Substrat angeordnet. Das Substrat 20 kann durch das Aufwachssubstrat , auf dem die Halbleiterschichtenfolge 10 epitaktisch gewachsen worden ist, gebildet sein oder von dem Aufwachssubstrat verschieden sein. Im letzteren Fall kann das Aufwachssubstrat entfernt worden sein und das Substrat 20 ist ein
Zwischenträger. Für Nitrid-Verbindungshalbleitermaterialien eignet sich zum Beispiel Saphir als Aufwachssubstrat . Das Substrat 20 stabilisiert die Halbleiterschichtenfolge
zweckmäßigerweise mechanisch.
Der erste Verbund umfasst weiterhin eine erste
Verbindungsschicht 32. Diese ist auf der von dem Substrat 20 abgewandten Seite der Halbleiterschichtenfolge 10 angeordnet. Der zweite Verbund 200 umfasst ein Verbundelement 40. Auf dem Verbundelement 40 ist eine zweite Verbindungsschicht 34 angeordnet. Das Verbundelement 40 kann beispielsweise eine weitere Halbleiterschichtenfolge aufweisen mit einem weiteren optisch aktiven Bereich oder ein Trägerelement, das für einen Träger, der optisch vorzugsweise nicht aktiv ist, eines mittels des Verfahrens hergestellten Bauelements, zum
Beispiel eines Halbleiterchips, vorgesehen ist. Die jeweilige Halbleiterschichtenfolge stellt bevorzugt Halbleitermaterial bereit, das für eine Ausbildung von Halbleiterkörpern für eine Mehrzahl von herzustellenden Halbleiterchips geeignet ist .
Die erste Verbindungsschicht 32 und die zweite
Verbindungsschicht 34 sind vorzugsweise zur Verbindung miteinander über direktes Bonden, also ohne separate
Fügeschicht, vorgesehen und ausgebildet. Hierzu weisen die Schichten für die Verbindung mittels direkten Bondens geeignete Grenzflächen auf. Die erste Verbindungsschicht weist eine erste Grenzfläche 321 auf. Die zweite
Verbindungsschicht 34 weist eine zweite Grenzfläche 341 auf. Die jeweilige Grenzfläche ist bevorzugt von dem Rest des zugehörigen Verbundes abgewandt. Die erste Grenzfläche 321 und/oder die zweite Grenzfläche 341 ist vorzugsweise eben. Die Grenzfläche 321 ist von der Halbleiterschichtenfolge 10 abgewandt und die Grenzfläche 341 ist von dem Verbundelement 40 abgewandt. Der erste Verbund und der zweite Verbund sind vorzugsweise für die Verbindung mittels direkten Bondens derart angeordnet, dass die erste Grenzfläche 321 der zweiten Grenzfläche 341 zugewandt ist.
Die erste Grenzfläche 321 und die zweite Grenzfläche 341 sind derart ausgebildet, dass sie bereichsweise, zweckmäßigerweise zumindest in den Bereichen, die für die Verbindung mittels direkten Bondens vorgesehen sind, oder vollflächig, eine Rauigkeit aufweist, die kleiner oder gleich 1 nm RMS (RMS: Root Mean Square) ist. Vorzugsweise ist die Rauigkeit kleiner oder gleich 0,5 nm RMS. Derartige Rauigkeiten sind für eine direkte Bondverbindung besonders vorteilhaft.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die jeweilige
Verbindungsschicht 32 beziehungsweise 34 als Hybridschicht ausgebildet. Eine Hybridschicht weist, insbesondere in
Aufsicht auf die von dem Rest des Verbundes abgewandte
Oberfläche gesehen, vorzugsweise einen oder eine Mehrzahl von elektrisch leitfähigen Teilbereichen (C) auf. Diese
elektrisch leifähigen Teilbereiche sind zweckmäßigerweise innerhalb der Schicht elektrisch voneinander getrennt. Die jeweilige Verbindungsschicht 32, 34 kann insbesondere eine Mehrzahl von in Aufsicht betrachtet leitfähigen Sektoren aufweisen. Die elektrische Isolierung der Sektoren
voneinander wird durch einen oder eine Mehrzahl von
elektrisch isolierende Teilbereichen (I) bewerkstelligt. Die isolierenden Teilbereiche sind aus einem Isolator, in einer festen, nicht gasförmigen Phase gebildet. Entlang ihrer lateralen Erstreckungsrichtung kann die jeweilige
Verbindungsschicht in Schnittansicht betrachtet also eine sich ändernde Zusammensetzung aufweisen. Insbesondere kann ein leitfähiger Bereich C zwischen zwei isolierenden
Bereichen I angeordnet sein. Die elektrisch isolierenden und die elektrisch leitfähigen Teilbereiche können dabei gleiche Dicke aufweisen und/oder verschiedene Dicken aufweisen.
Weisen sie verschiedene Dicken auf, so sind die Dicken bevorzugt trotzdem so gewählt, dass die für die direkte Bondverbindung vorgesehene Grenzfläche 321 bzw. 341 der jeweiligen Verbindungsschicht 32, 34 eben ist oder zumindest die oben angeführten Rauigkeitsmaßgaben erfüllt.
Die Verbindungsschichten 32 und 34 sind vorzugsweise
entsprechend strukturiert, sodass leitfähige und isolierende Bereiche zur Verbindung miteinander vorgesehen sind.
"Entsprechend strukturiert" kann bedeuten, dass elektrisch leitfähige und/oder elektrisch isolierende Teilbereiche der jeweiligen Verbindungsschicht 32 bzw. 34 im jeweiligen
Verbund 100 beziehungsweise 200 entsprechende Positionen, Größen und/oder Formen aufweisen. Dementsprechend können sich im direkten Bondprozess einander zugeordnete leitfähige Bereiche C und einander zugeordnete elektrisch isolierende Bereiche I direkt miteinander verbinden. Alternativ oder
ergänzend können sich aber auch isolierende Bereiche mit leitfähigen Bereichen verbinden. Dies kann beispielsweise in kleinflächigeren Bereichen der Fall sein, etwa wenn ein isolierender Bereich einer der Schichten lateral eine leicht größere Ausdehnung aufweist als der isolierende Bereich einer anderen Schicht, so dass sich ein isolierender Bereich einer der Verbindungsschichten mit einem leitfähigen und einem isolierenden Bereich der anderen Verbindungsschicht direkt verbindet. In jedem Fall ist es vorteilhaft, wenn nach dem Verbinden leitfähige Teilbereiche C beider Schichten
miteinander verbunden sind, um eine elektrisch leitende
Verbindung zwischen der der Halbleiterschichtenfolge 10 zugewandten Seite und der der Halbleiterschichtenfolge abgewandten Seite des mittels der Schichten 32 und 34
gebildeten Verbindungsschichtenpaares durch das
Verbindungsschichtenpaar hindurch bereitzustellen.
Die elektrisch leitfähigen Teilbereiche C sind beispielsweise mittels eines strahlungsdurchlässigen und elektrisch
leitfähigen Oxides, insbesondere eines Metalloxides gebildet. Beispielsweise sind folgende Materialien geeignet: ITO,
AlZnO, ZnO, GalnO. Der jeweilige elektrisch isolierende
Teilbereich I ist zum Beispiel mittels eines elektrisch isolierenden Materials, beispielsweise eines Oxides,
gebildet. Beispielsweise sind folgende Materialien geeignet: 3102^ AI2O3. Die Materialien der isolierenden bzw.
leitfähigen Bereiche können dabei bei den verschiedenen
Verbindungsschichten gleich oder verschieden sein. Auch innerhalb einer Schicht können die isolierenden und
leitfähigen Materialien, insbesondere zwischen verschiedenen Teilbereichen, variieren. Vorzugsweise sind in einer Schicht jedoch die isolierenden bzw. leitfähigen Teilbereiche jeweils durch das gleiche Material gebildet. Werden verschiedene
TCO-Materialien in verschiedenen Verbindungsschichten
eingesetzt, so weisen diese vorzugsweise für
Halbleitermaterialien verschiedenen Leitungstyps verschiedene Kontakteigenschaften auf. Beispielsweise können die
leitfähigen Teilbereiche der ersten Verbindungsschicht 32 ein ZnO enthalten und die elektrisch leitfähigen Teilbereiche der zweiten Verbindungsschicht 34 können ITO enthalten oder umgekehrt. Diese Materialien können sich durch
unterschiedliche Kontakteigenschaften zu p- beziehungsweise n-leitenden Halbleitermaterialien auszeichnen. Alternativ können die leitfähigen Teilbereiche verschiedener Schichten auch gleiche TCO-Materialien enthalten oder daraus bestehen.
Alternativ zur in Figur 1 dargestellten Variante von direkt zu verbindenden Hybridschichten als Verbindungsschichten, bei denen eine elektrische Isolierung mittels eines
Isolationsmaterials I erfolgt, können verschiedene elektrisch voneinander getrennte leitfähige Teilbereiche der jeweiligen Verbindungsschicht 32 bzw. 34 auch durch gasgefüllte oder ein Vakuum aufweisende Zwischenräume zwischen zwei leitfähigen Teilbereichen gebildet werden. In diesem Falle sind die isolierenden Teilbereiche I aus einem isolierenden Material, die in Figur 1 dargestellt sind, nicht vorhanden. Weiterhin kann alternativ zu den in Figur 1 dargestellten Hybridschichten auch eine gleichförmige Schicht als erste und/oder zweite Verbindungsschicht eingesetzt für das direkte Bonden eingesetzt werden. Beispielsweise enthält zumindest eine der gleichförmigen Verbindungsschichten 32 und 34 oder besteht daraus oder es enthalten beide Verbindungsschichten ein TCO-Material oder bestehen daraus. Alternativ kann zumindest eine der gleichförmigen Schichten ein
Isolationsmaterial enthalten oder daraus bestehen.
Gleichförmige Schichten können im Gegensatz zu strukturierten Schichten vollflächig aufgebracht werden. Ein entsprechendes Ausführungsbeispiel für ein solches Bauelement ist in Figur 3 gezeigt .
Für das Herstellen der jeweiligen Verbindungsschicht 32 beziehungsweise 34 kann ein transparentes und elektrisch leitfähiges Oxid, beispielsweise ein Metalloxid, auf die Halbleiterschichtenfolge 10 aufgebracht werden. Für das
Ausbilden einer gleichförmigen Schicht für das direkte Bonden kann die Schicht vollflächig aufgebracht werden. Ist eine Strukturierung in eine oder mehrere elektrisch leitfähige Teilbereiche gewünscht, so kann das elektrisch leitfähige und transparente Material vollflächig abgeschieden und
nachfolgend strukturiert werden oder aber bereits
strukturiert aufgebracht werden. Für den jeweiligen
Strukturierungsschritt kann eine entsprechende Maske
eingesetzt werden. Für das Aufbringen des jeweiligen
strahlungsdurchlässigen und elektrisch leitfähigen Oxids eignet sich beispielsweise Sputtern, Bedampfen oder ein
ALD-Prozess (ALD: Atomic Layer Deposition) . Auch andere
Abscheideprozesse kommen in Frage. Der Isolator bzw. das Isolationsmaterial, vorzugsweise ebenfalls Oxid, für den jeweiligen isolierenden Teilbereich kann auf entsprechende Weise abgeschieden werden. Für das Abscheiden des
Isolationsmaterials eignet sich alternativ oder ergänzend auch chemische Gasphasenabscheidung . Das Isolationsmaterial kann vor oder nach dem leitfähigen Material abgeschieden werden .
Die Rauigkeit der für die Bondverbindung vorgesehenen
Oberfläche der Verbindungsschicht im Bereich mit dem
jeweiligen Material - Leiter oder Isolator - kann direkt nach
dem Abscheiden des Materials bereits den oben genannten
Rauigkeitsmaßgaben oder -anforderungen für das direkte Bonden entsprechen, beispielsweise wegen einer entsprechenden geringen Schichtdicke. Alternativ wird die für das Bonden geeignete Rauigkeit nach dem Aufbringen des Materials hergestellt. Dieser Prozess kann für elektrisch isolierende und elektrisch leitfähige Materialien nacheinander getrennt oder für elektrisch isolierende und elektrisch leitfähige Materialien gemeinsam durchgeführt werden. Die Rauigkeit kann durch Planarisieren verringert werden, bis sie die
erforderlichen Maßgaben erfüllt. Das Planarisieren kann mittels Polierens, beispielsweise chemisch mechanischen
Polierens (kurz: CMP) , erfolgen. Soll die jeweilige
Verbindungsschicht beziehungsweise das jeweilige Material bereits mit einer Rauigkeit abgeschieden werden, die kleiner oder gleich 1,0 nm oder gar kleiner oder gleich 0,5 nm ist, so weist die jeweils abgeschiedene Materialschicht
vorzugsweise eine Dicke von kleiner oder gleich 20 nm, beispielsweise kleiner oder gleich 15 nm oder kleiner oder gleich 10 nm auf. Mittels derartig geringer Dicken können vereinfacht Schichten mit der erforderlichen geringen
Rauigkeit abgeschieden werden. Wird die Rauigkeit durch
Planarisieren erreicht oder ist ein entsprechendes direktes Abscheiden möglich, kann die jeweilige Verbindungsschicht selbstverständlich dicker sein.
Nach dem Ausbilden der jeweiligen Verbindungsschicht kann ein Temperaturprozess durchgeführt werden, dem die jeweilige Verbindungsschicht ausgesetzt wird. Dadurch können die
Kristalleigenschaften, insbesondere des TCO-Materials, der jeweiligen Verbindungsschicht optimiert werden. Der
Temperaturprozess kann bei einer ersten Temperatur von größer oder gleich 200 °C und oder kleiner oder gleich 900 °C,
beispielsweise unter Gasatmosphäre wie etwa unter Sauerstoff¬ oder Stickstoffgasatmosphäre, durchgeführt werden. Nach diesem Temperaturprozess kann das Material der jeweiligen Schicht, insbesondere das TCO-Material, und/oder das
Isolationsmaterial mittels eines Plasmaprozesses,
beispielsweise einer Plasmavorbehandlung, aktiviert werden. Hierzu eignet sich beispielsweise reaktives Ionenätzen (RIE: Reactive Ion Etching, reaktives Ionenätzen) , ein ICP-Prozess (ICP: Inductively Coupled Plasma, induktiv gekoppeltes
Plasma) oder ein Prozess mit Mikrowellenplasma (microwave plasma) , jeweils beispielsweise mit Stickstoffgas ,
Sauerstoffgas und/oder Ar-Plasma. Daraufhin kann die
Oberfläche der jeweiligen Verbindungsschicht gereinigt werden, beispielsweise mittels deionisierten Wassers oder einem als Standard Clean 1 (SCI) oder Regulär Clean 1 (RC1) bekannten Reinigungsmaterials. Auf die oben beschriebene Weise kann die Oberfläche der jeweiligen Verbindungsschicht 32 beziehungsweise 34 optimal für den Bondprozess vorbereitet werden .
Daraufhin werden der erste Verbund 100 und der zweite Verbund 200 derart relativ zueinander bewegt, dass die Grenzflächen 341 und 321 mechanisch miteinander in Kontakt stehen und, wegen des mechanischen Kontakts, über direktes Bonden
mechanisch stabil miteinander verbunden werden. Nach dem mechanischen Inkontaktbringen kann eine weitere
Temperaturbehandlung zur Stärkung der Bondverbindung
durchgeführt werden. Diese wird bevorzugt bei einer
Temperatur kleiner der ersten Temperatur durchgeführt, zum Beispiel bei einer Temperatur von kleiner 200 °C. Danach sind der erste und der zweite Verbund mechanisch stabil verbunden. Das Substrat 20 kann nachfolgend entfernt werden,
beispielsweise durch ein Lasertrennverfahren. Auf der Seite
mit dem entfernten Substrat kann, soweit gewünscht, ein weiterer Verbund, mit dem zuvor hergestellten Verbund
verbunden werden, insbesondere durch direktes Bonden. Wie bereits oben erwähnt, können die Verbindungsschichten 32 und 34 entsprechend zueinander ausgebildet sein oder
voneinander verschieden sein. Beispielsweise kann die Schicht 34 gleichförmig ausgeführt sein und einen Isolator,
beispielsweise Siliziumdioxid, enthalten und die Schicht 32 kann als Hybridschicht mit elektrisch isolierenden Bereichen, beispielsweise aus Siliziumdioxid, und elektrischen
leitfähigen Bereichen, beispielsweise aus TCO-Material, ausgeführt sein. Ist das Verbundelement 40 als Trägerelement ausgebildet, kann es rein tragende Funktion haben oder beispielsweise
integrierte Elektronikkomponenten aufweisen (vergleiche weiter unten. Das Trägerelement kann ein Halbleitermaterial, beispielsweise Silizium, enthalten oder daraus bestehen.
Elektronikelemente können mittels CMOS-Prozessen in dem
Trägerelement ausgebildet sein. Elektronikelemente können in dem Trägerelement durch dotierte Bereiche, die durch
Implantation oder Diffusion ausgebildet sind, definiert sein. Das vorgeschlagene Verfahren bietet erhebliche Vorteile. So können wegen des Einsatzes von TCO-Materialien Elemente des gefertigten Halbleiterbauelements mittels der
Verbindungsschicht elektrisch kontaktiert werden. Ist eine justierte Ausrichtung des ersten und des zweiten Verbunds zueinander erforderlich, beispielsweise zur Verbindung spezieller elektrisch leitfähiger Teilbereiche oder
elektrisch leitender Elemente, der zu verbindenden Verbünde, so reduziert der Einsatz der Hybridschichten mit TCO-Material
die Justageanforderungen, da wegen der geringen Absorption in TCO-Materialien die zu verbindenden leitfähigen Teilbereiche vergrößert werden können und somit vereinfacht eine
leitfähige Verbindung zweier leitfähiger Teilbereiche erzielt während des Bondens erzielt werden. Außerdem gibt es bei der Verwendung von TCO-Materialien, insbesondere für elektrisch voneinander getrennte, elektrisch leitfähige Teilbereiche der Verbindungsschichten, keine absorbierenden Materialien im Verbindungsbereich. Würde statt des TCO-Materials ein Metall eingesetzt, so wäre die Absorption von Strahlung im
Verbindungsbereich im Vergleich zu TCO-Materialien stark erhöht .
Mittels des vorgeschlagenen Verfahrens können verschiedene Halbleiterschichtenfolgen 10 miteinander und/oder eine oder eine Mehrzahl von bereits übereinander gestapelten
Halbleiterschichtenfolgen kann mit einem Trägerelement mechanisch stabil verbunden werden. Mittels des
vorgeschlagenen Verfahrens herstellbare und insbesondere hergestellte Bauelemente, insbesondere Halbleiterchips, sind im Folgenden anhand der Figuren 2 und 3 erläutert. Im
Zusammenhang mit den Figuren 2 und 3 erläuterte Merkmale können selbstverständlich auch für das Verfahren herangezogen werden und umgekehrt.
Figur 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines
optoelektronischen Bauelements, insbesondere eines
Halbleiterchips, anhand einer schematischen Schnittansicht. Das Bauelement 50 weist eine Mehrzahl von Halbleiterkörpern 10a, 10b und 10c auf. Da diese Halbleiterkörper,
beispielsweise durch Vereinzeln, aus
Halbleiterschichtenfolgen 10 gemäß Figur 1 erhalten sein können, werden analoge Bezugszeichen für die Bestandteile der
Halbleiterschichtenfolge verwendet, wie für den aktiven Bereich 12 und die erste und die zweite Halbleiterschicht 14 beziehungsweise 16. Die Halbleiterkörper 10a bis 10c sind übereinander angeordnet, wobei zwischen zwei benachbarten Halbleiterkörpern jeweils ein Verbindungsschichtenpaar 30b beziehungsweise 30c angeordnet ist. Die Halbleiterkörper 10a bis 10c sind übereinander auf einem Träger 60 angeordnet. Dementsprechend sind sie übereinander auf dem Träger
gestapelt. Der Träger 60 kann aus dem Verbundelement 40 aus Figur 1 durch Vereinzeln hervorgegangen sein, das dann als Trägerelement ausgeführt war. Zwischen dem trägernächsten Halbleiterkörper 10a und dem Träger 60 ist ein
Verbindungsschichtenpaar 30a angeordnet Die
Verbindungsschichtenpaare 30a bis 30c enthalten jeweils eine erste Verbindungsschicht und eine zweite Verbindungsschicht, die, da sie, zum Beispiel durch Vereinzeln, aus den
Verbindungsschichten 32 und 34 gemäß Figur 1 erhalten sein können, mit entsprechenden Bezugszeichen versehen sind. Die optisch aktiven Bereiche verschiedener Halbleiterkörper können zur Erzeugung verschiedenfarbigen Lichts,
beispielsweise im roten, grünen und blauen Spektralbereich, ausgebildet sein. Insbesondere kann das Bauelement zur
Erzeugung mischfarbigen, insbesondere weißen, Lichts
ausgebildet sein. Alternativ dazu sind zwei oder drei der optisch aktiven Bereiche zur Erzeugung gleichfarbiger
Strahlung ausgebildet. Die mittels des Bauelements erzeugte Strahlungsleistung im jeweiligen Spektralbereich kann so erhöht werden.
Die Verbindungsschichten 32 und 34 des jeweiligen
Verbindungsschichtenpaares können mittels direkten Bondens wie oben beschrieben mechanisch stabil miteinander verbunden
sein. Die Verbindungsschichten 32 und 34 des jeweiligen
Schichtenpaares sind im dargestellten Beispiel als
Hybridschichten mit elektrisch isolierenden Teilbereichen I und elektrisch leitfähigen Teilbereichen C ausgebildet.
Die Halbleiterschichten 14 und 16 der jeweiligen
Halbleiterkörper 10a bis 10c sind so angeordnet, dass jeweils eine erste Halbleiterschicht 14 und eine zweite
Halbleiterschicht 16 benachbarter Halbleiterkörper einander zugewandt sind. Entsprechend sind Halbleiterschichten
verschiedenen Leitungstyps einander zugewandt, sodass die Halbleiterkörper an sich seriell miteinander verschaltet sind. Die elektrisch leitende Verbindung erfolgt über das leitfähige TCO-Material in elektrisch leitfähigen
Teilbereichen C der Verbindungsschichten 32 und 34.
Das jeweilige Verbindungsschichtenpaar 30a, 30b und/oder 30c weist bevorzugt zumindest einen oder genau einen leitfähigen Teilbereich 80 auf, der Schichten verschiedenen Leitungstyps 14 und 16 benachbarter Halbleiterkörper elektrisch leitfähig miteinander verbinden. Dieser Teilbereich 80 erstreckt sich durch das gesamte jeweilige Verbindungsschichtenpaar.
Das jeweilige Verbindungsschichtenpaar 30a, 30b und/oder 30c weist mindestens einen oder eine Mehrzahl von, zum Beispiel in der Schnittdarstellung zwischen zwei isolierenden
Teilbereichen I des Verbindungsschichtenpaares, angeordnete leitfähige Teilbereiche 82 auf. Das Isolationsmaterial I kann den Teilbereich 82 in Aufsicht gesehen umlaufen. Der
leitfähige Teilbereich 82 kann verglichen mit dem Teilbereich 80, der zwei benachbarte Halbleiterkörper elektrisch leitend miteinander verbindet, in Aufsicht gesehen kleinflächiger ausgeführt sein. Der Teilbereich 82 dient der elektrischen
Durchkontaktierung durch das jeweilige
Verbindungsschichtenpaar und ist innerhalb des Schichtenpaars elektrisch von dem Teilbereich 80 getrennt. Ein Kurzschluss wird so vermieden. Die Teilbereiche 80 und 82 eines
Schichtenpaars können mit dem gleichen Halbleiterkörper auf verschiedenen Seiten des aktiven Bereichs elektrisch leitend verbunden sein. Das Verbindungsschichtenpaar 30a weist drei Teilbereiche 82 auf. Das Verbindungsschichtenpaar 30b weist zwei Teilbereiche 82 auf. Das Verbindungsschichtenpaar 30c weist einen Teilbereich 82 auf. Trägerfernere Schichtenpaare weisen also weniger leitfähige Teilbereiche 82 auf als trägernähere Schichtenpaare.
In dem jeweiligen Halbleiterkörper 10a, 10b und 10c ist mindestens ein Verbindungsleiter ausgebildet. Das Bauelement 50 weist Verbindungsleiter erster Art 72 und
Verbindungsleiter zweiter Art 74 auf. Die Verbindungsleiter erster und/oder zweiter Art 72, 74 können bereits in der jeweiligen Halbleiterschichtenfolge ausgebildet sein, wenn diese für die Verbindung mittels direkten Bondens
bereitgestellt wird.
Jeder Halbleiterkörper 10a bis 10c weist zumindest einen Verbindungsleiter erster Art 72 auf. Dieser erstreckt sich ausgehend von einer Seite des Halbleiterkörpers, bevorzugt der dem Träger 60 zugewandten Seite, in elektrisch isolierter Weise durch den Halbleiterkörper und durch den optisch aktiven Bereich 12 und ist auf der von der Eintrittsseite des Verbindungsleiters in den Halbleiterkörper abgewandten Seite des optisch aktiven Bereichs elektrisch leitend mit dem
Halbleiterkörper verbunden. Beispielsweise ist der jeweilige Verbindungsleiter 72 mit der Halbleiterschicht 14 des
jeweiligen Halbleiterkörpers 10a bis 10c elektrisch leitend
verbunden. Der Verbindungsleiter erster Art 72 dient der elektrischen Kontaktierung dieses speziellen
Halbleiterkörpers. Die elektrische Isolierung kann durch elektrisches Isolationsmaterial 76 hergestellt sein, das eine im jeweiligen Halbleiterkörper für den Verbindungsleiter gebildete Ausnehmung, die sich vorzugsweise nicht vollständig durch den jeweiligen Halbleiterkörper erstreckt, auskleidet. Der Verbindungsleiter erster Art 72 erstreckt sich nur teilweise durch den Halbleiterkörper. Alternativ kann sich der Verbindungsleiter erster Art 72 durch den gesamten
Halbleiterkörper erstrecken (nicht dargestellt) . Auf der trägerfernen Seite des Halbleiterkörpers kann der
Verbindungsleiter erster Art dann leitfähig mit diesem
Halbleiterkörper verbunden sein. In diesem Fall kann das jeweilige Verbindungsschichtenpaar einen weiteren elektrisch von den anderen Teilbereichen isolierten leitfähigen
Teilbereich aufweisen, der nicht wie der Teilbereich 82 von dem Halbleiterkörper isoliert, sondern elektrisch leitend sowohl mit dem Verbindungsleiter erster Art 72 als auch dem Halbleiterkörper, durch den sich dieser Verbindungsleiter erstreckt, elektrisch leitend verbunden ist.
Manche Halbleiterkörper - im Ausführungsbeispiel alle bis auf den trägerfernsten Halbleiterkörper 10c - weisen zumindest einen Verbindungsleiter zweiter Art 74 auf. Der jeweilige Verbindungsleiter 74 erstreckt sich vorzugsweise durch den gesamten Halbleiterkörper und ist, zum Beispiel wiederum mittels Isolationsmaterials 76, elektrisch von diesem
Halbleiterkörper isoliert. Der Verbindungsleiter zweiter Art 74 kann zur elektrischen Kontaktierung eines anderen
Halbleiterkörpers des Bauelements vorgesehen sein als
desjenigen, durch den er sich erstreckt. Über den
Verbindungsleiter erster Art 72 im jeweiligen
Halbleiterkörper ist ein elektrischer Anschluss des
jeweiligen Halbleiterkörpers von der Trägerseite her
ermöglicht, wobei die Verbindungsleiter zweiter Art 74 die elektrische Durchführung des Anschlusses für einen
Halbleiterkörper durch andere, dem Träger näher liegende
Halbleiterkörper bereitstellen. Weist das optoelektronische Bauelement nur einen Halbleiterkörper auf, kann daher auf Verbindungsleiter zweiter Art verzichtet werden. Die Summe an Verbindungsleitern erster und zweiter Art im trägernächsten Halbleiterkörper 10a ist zweckmäßigerweise durch die Anzahl an Halbleiterkörpern im Bauelement bestimmt und vorzugsweise gleich der Anzahl an Halbleiterkörpern des Bauelements.
Der jeweilige Verbindungsleiter zweiter Art 74 ist bevorzugt zumindest auf einer Seite oder aber auf beiden Seiten des Halbleiterkörpers, durch den er sich erstreckt mit einem leitfähigen Teilbereich 82 des auf der jeweiligen Seite des Halbleiterkörpers angeordneten Verbindungsschichtenpaares elektrisch leitend verbunden. Der jeweilige Verbindungsleiter zweiter Art ist schließlich, vorzugsweise auf seiner
trägerfernen Seite, zum Beispiel über einen oder eine
Mehrzahl von Teilbereichen 82 und/oder einen weiteren
Verbindungsleiter zweiter Art 74, mit einem Verbindungsleiter erster Art 72 elektrisch leitfähig verbunden. Auf diese Weise kann auch ein trägerferner Halbleiterkörper - wie der
Halbleiterkörper 10b oder 10c - auf der Seite des
Halbleiterkörperstapels, die dem Träger 60 zugewandt ist, elektrisch kontaktiert werden. Dabei können die Teilbereiche 82 eine großflächigere Ausführung aufweisen als der jeweilige Verbindungsleiter 72 und/oder 74. Der Flächeninhalt der
Kontaktfläche zwischen dem jeweiligen Verbindungsleiter und dem zugehörigen leitfähigen Teilbereich kann kleiner oder gleich 0,25 x A, bevorzugt kleiner oder gleich 0,2 x A sein,
wobei A der Flächeninhalt des elektrisch leitfähigen
Teilbereichs ist, der mit dem Verbindungsleiter in der
Kontaktfläche elektrisch leitend verbunden ist. Alternativ oder ergänzend kann der Flächeninhalt der Kontaktfläche größer oder gleich 0,05 x A, bevorzugt größer oder gleich
0,1 x A sein. Der jeweilige Verbindungsleiter 72 oder 74 kann metallisch ausgeführt sein. Da der jeweilige leitfähige
Teilbereich 82 TCO-Material enthält, ist eine großflächigere Ausführung vereinfacht möglich, ohne die Absorptionsverluste im Bauelement signifikant zu vergrößern. Mit anderen Worten ausgedrückt kann der leitfähige Teilbereich 82 in Aufsicht einen größeren Flächeninhalt aufweisen als die im jeweiligen Halbleiterkörper für den Verbindungsleiter, mit dem der Teilbereich 82 elektrisch leitend verbunden ist, ausgebildete Ausnehmung und diese Ausnehmung insbesondere lateral
überragen. Zwischen dem leitfähigen Teilbereich 82 und dem Halbleiterkörper ist dann zweckmäßigerweise noch
Isolationsmaterial angeordnet, um einen Kurzschluss zu vermeiden .
Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die dem Träger abgewandte erste Halbleiterschicht 14 des jeweiligen
Halbleiterkörpers jeweils über einen oder mehrere
Verbindungsleiter 72 und/oder 74 elektrisch angeschlossen. Die dem Träger zugewandte zweite Halbleiterschicht 16 des jeweiligen Halbleiterkörpers ist vorzugsweise über einen elektrisch leitfähigen Teilbereich 80 des jeweiligen
Verbindungsschichtenpaares elektrisch angeschlossen. Die Teilbereiche 80 des jeweiligen Verbindungsschichtenpaares 30b, 30c verschalten die Halbleiterkörper 10a, 10b und 10c seriell miteinander.
Der Träger 60 weist eine Mehrzahl von Anschlussbereichen 62, 64, 66, und 68, insbesondere Anschlussmetallisierungen, auf. Ein erster Anschlussbereich 62 ist, insbesondere über die Teilbereiche 80, mit den zweiten Halbleiterschichten 16 der verschiedenen Halbleiterkörper elektrisch leitend verbunden. Ein zweiter Anschlussbereich 64 des Trägers 60 ist über den Verbindungsleiter erster Art und einen elektrisch leitfähigen Teilbereich 82 des Verbindungsschichtenpaares 30a mit der ersten Halbleiterschicht 14 des Halbleiterkörpers 10a
elektrisch leitend verbunden. Über die Anschlussbereiche 62 und 64 kann somit der Halbleiterkörper 10a angesteuert werden. Ein dritter Anschlussbereich 66 des Trägers 60 ist, insbesondere über den Verbindungsleiter zweiter Art 74 im ersten Halbleiterkörper 10a, einen leitfähigen Teilbereich 82 des Schichtenpaars 30b und den Verbindungsleiter erster Art 72 im Halbleiterkörper 10b, mit der ersten Halbleiterschicht 14 des Halbleiterkörpers 10b elektrisch leitend verbunden. Über die Anschlussbereiche 62 und 66 kann somit der
Halbleiterkörper 10b angesteuert werden. Ein vierter
Anschlussbereich 68 des Trägers 60 ist - insbesondere über die Verbindungsleiter zweiter Art 74 in den Halbleiterkörpern 10a und 10b und den dazwischen liegenden leitfähigen
Teilbereich 82 des Verbindungsschichtenpaares 30b sowie den Verbindungsleiter erster Art 72 im Halbleiterkörper 10c und den zwischen den Verbindungsleitern 72 und 74 angeordneten leitfähigen Teilbereich 82 des Verbindungsschichtenpaars 30c - mit der Halbleiterschicht 14 des Halbleiterkörpers 10c elektrisch leitend verbunden. Über die Anschlussbereiche 62 und 68 kann somit der Halbleiterkörper 10c angesteuert werden. Die Halbleiterkörper 10a bis 10c sind
zweckmäßigerweise getrennt und/oder voneinander unabhängig ansteuerbar. Die Zahl einzelner Anschlussbereiche des Trägers kann größer oder gleich der Anzahl an Halbleiterkörpern sein,
insbesondere größer oder gleich der Anzahl an
Halbleiterkörpern plus 1.
Der Träger 60 kann eines oder eine Mehrzahl von
elektronischen Elementen 92, 94, 96 und 98, insbesondere zur Steuerung des jeweiligen Halbleiterkörpers 10a bis 10c, aufweisen. Zu diesem Zweck ist der jeweilige Anschlussbereich zweckmäßigerweise mit einer diesem zugeordneten
elektronischen Element elektrisch leitend verbunden. Die elektronischen Elemente 92, 94, 96 und 98 können jeweils eine Ansteuerelektronik und/oder Ansteuerlogik für die Ansteuerung der einzelnen Halbleiterkörper aufweisen. Das jeweilige elektronische Element kann einen oder eine Mehrzahl von
Verstärkern und/oder einen oder eine Mehrzahl von
Transistoren enthalten.
Alternativ dazu kann der Träger keine elektronische Funktion übernehmen. Beispielsweise kann er lediglich externe
elektrische Anschlüsse zur Kontaktierung des Bauelements, etwa durch seitliches Herausführen der Anschlussbereiche 62 bis 68 oder Durchführungen der Anschlussbereiche durch den Träger auf die von den Halbleiterkörpern abgewandte Seite des Trägers, bereitstellen (nicht explizit dargestellt) . Die Verbindung des Halbleiterkörperstapels zum Träger 60 muss weiterhin nicht notwendigerweise durch direktes Bonden gebildet sein. Hier kann auch Verbindungstechnik, die auf einer Fügeschicht basiert, beispielsweise eine Lot- oder Klebeverbindung, Anwendung finden.
Figur 3 illustriert ein weiteres Ausführungsbeispiel eines optoelektronischen Bauelements 50. Das in Figur 3
dargestellte Ausführungsbeispiel eines optoelektronischen
Bauelements 50 entspricht im Wesentlichen dem im Zusammenhang mit Figur 2 beschriebenen Ausführungsbeispiel. Es ist ein Schritt im Herstellungsverfahren des Bauelements dargestellt, kurz bevor der Verbund 100 mit dem Verbund 200 mechanisch stabil verbunden und das Bauelement 50 fertiggestellt wird. Diese Verbindung kann durch direktes Bonden gemäß dem
Verfahren nach Figur 1 oder aber durch eine separate
Fügeschicht erfolgen. Dementsprechend ist zwischen dem Träger 60 und dem trägernächsten Halbleiterkörper 30a (noch) kein Verbindungsschichtenpaar vorgesehen. Die Halbleiterkörper 10a bis 10c sind wieder wie in Figur 2 übereinander angeordnet und durch zwischen zwei benachbarten Halbleiterkörpern angeordnete Verbindungsschichtenpaare 30a, 30b elektrisch leitend miteinander verbunden. In der Darstellung in Figur 3 ist das Substrat 20 noch vorhanden, das selbstverständlich nach der Verbindung mit dem Träger 60 entfernt werden kann. Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 sind die Verbindungsschichten 32 und 34 des jeweiligen
Verbindungsschichtenpaares flächige, insbesondere
vollflächige und/oder zusammenhängende, gleichförmige
Schichten. Die jeweilige Verbindungsschicht 32, 34 enthält ein oder besteht aus einem TCO-Material. Die
Verbindungsschichten 32 und 34 sind wiederum mittels direkten Bondens miteinander verbunden. Über die Verbindungsschichten werden benachbarte Halbleiterkörper elektrisch leitend miteinander verbunden. Die Halbleiterkörper sind über die Verbindungsschichten seriell miteinander verschaltet.
Auf der dem Träger zugewandten Seite des dem Träger
nächstliegenden Halbleiterkörpers sind Kontakte 112 bis 118 angeordnet. Ein Kontakt ist jeweils einem der
Anschlussbereiche 112 bis 118 zugeordnet. Der jeweilige
Kontakte 112 bis 118 ist mit dem jeweils zugehörigen
Anschlussbereich 62 bis 68 in dem fertiggestellten Bauelement elektrisch leitfähig verbunden. Der jeweilige Kontakt kann durch eine Metallisierung gebildet sein. Der erste Kontakt 112 kann mit allen Halbleiterkörpern über die serielle Verschaltungen durch die
Verbindungsschichtenpaare 30a und 30b elektrisch leitend verbunden sein. Zweckmäßigerweise kontaktiert der Kontakt 112 die zweiten Halbleiterschichten 16 der Halbleiterkörper. Die ersten Halbleiterschichten 14 des jeweiligen
Halbleiterkörpers werden über Verbindungsleiter 78
kontaktiert, die sich jeweils durch einen, eine Mehrzahl von oder alle der Halbleiterkörper erstrecken. Mit dem jeweiligen Kontakt 114 bis 118 ist ein diesem Kontakt zugeordneter
Verbindungsleiter 78a, 78b, 78c verbunden. Alternativ kann eine dem Träger zugewandte Fläche des jeweiligen
Verbindungsleiters den Kontakt bilden. Die Anzahl an
Verbindungsleitern entspricht bevorzugt der Anzahl an
Halbleiterkörpern. Einer der Verbindungsleiter, 78a, ist mit dem Verbindungsschichtenpaar 30a, vorzugsweise unmittelbar, elektrisch leitend verbunden. Gleiches gilt für den
Verbindungsleiter 78b hinsichtlich des
Verbindungsschichtenpaars 30b. Die Verbindungsleiter 78a und 78b enden in dem Verbindungsschichtenpaar 30b bzw. 30c. Der Verbindungsleiter 78c wiederum ist mit dem trägerfernsten Halbleiterkörper 10c über einen Anschlusskontakt 120, der nach der Entfernung des Substrats 20 vorgesehen werden kann und in der Figur gestrichelt angedeutet ist, elektrisch leitend verbunden. Dementsprechend kann der erste
Halbleiterkörper über die Kontakte 112,114, der zweite
Halbleiterkörper über die Kontakte 114,116 und der dritte Halbleiterkörper über die Kontakte 116, 118 kontaktiert werden. Alternativ oder ergänzend kann der dritte
Halbleiterkörper über die Kontakte 118, 112, der zweite
Halbleiterkörper über die Kontakte 116, 112 und der erste Halbleiterkörper über die Kontakte 114, 112 elektrisch kontaktiert werden. Die Verbindungsleiter 78a bis 78c
erstrecken sich jeweils in elektrisch isolierter Weise durch die Halbleiterkörper, wozu wiederum wie in Figur 2
Isolationsmaterial 76 vorgesehen ist. Dadurch, dass die
Verbindungsleiter im Bereich der Verbindungsschichtenpaare enden, können aufgrund der im Vergleich zu
Halbleitermaterialien relativ hohen lateralen Leitfähigkeit der TCO-haltigen Verbindungsschichten die
Verbindungsschichtenpaare auch zur Stromverteilung in
lateraler Richtung genutzt werden. Einer oder mehrere
Verbindungsleiter erstrecken sich in elektrisch isolierter Weise durch ein Verbindungsschichtenpaar, insbesondere die
Verbindungsleiter 78c und 78b, so dass sie nicht leitend mit dem Verbindungsschichtenpaar verbunden sind. Der
Verbindungsleiter 78c erstreckt sich sogar durch zwei
Verbindungsschichtenpaare und ist von beiden elektrisch isoliert. In diesem Ausführungsbeispiel werden die
Ausnehmungen für die Verbindungsleiter zweckmäßigerweise erst nach dem Übereinanderanordnen der Halbleiterschichtenfolge und dem direkten Bondprozess vorgesehen. Die Ausnehmungen können dann mit Isolationsmaterial versehen und mit Material für die Verbindungsleiter befüllt werden.
Es wird die Priorität der deutschen Patentanmeldung
10 2016 104 280.3 beansprucht, deren Offenbarung hiermit durch Rückbezug aufgenommen ist.
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 in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den
Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Bezugs zeichenliste
10 Halbleiterschichtenfolge
10a, 10b, 10c Halbleiterkörper
12 aktiver Bereich
14 erste Halbleiterschicht
16 zweite Halbleiterschicht
20 Substrat
30a, 30b, 30c Verbindungsschichtenpaar
32 erste Verbindungsschicht
34 zweite Verbindungsschicht
321 erste Grenzfläche
341 zweite Grenzfläche
40 Verbundelement
50 optoelektronisches Bauelement 60 Träger
62, 64, 66, 68 Anschlussbereich
72 Verbindungsleiter erster Art 74 Verbindungsleiter zweiter Art 76 Isolationsmaterial
78a, 78b, 78c Verbindungsleiter
80, 82 elektrisch leitfähiger Teilbereich
92, 94, 96, 98 elektronisches Element
100 erster Verbund
200 zweiter Verbund
112, 114, 116, 118 Kontakt
120 Anschlusskontakt
I isolierender Teilbereich
C leitfähiger Teilbereich