WO2018007225A1 - Optoelektronischer halbleiterchip und verfahren zur herstellung eines optoelektronischen halbleiterchips - Google Patents

Optoelektronischer halbleiterchip und verfahren zur herstellung eines optoelektronischen halbleiterchips Download PDF

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WO2018007225A1
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semiconductor layer
optoelectronic semiconductor
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Fabian Kopp
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Osram Opto Semiconductors Gmbh
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    • H01L33/505—Wavelength conversion elements characterised by the shape, e.g. plate or foil

Definitions

  • the disclosure is hereby incorporated by reference.
  • the invention relates to an optoelectronic
  • Contacting current bridges used which consist for example of gold and a layer thickness of up to 3,25ym
  • the invention is based on the object, a
  • the invention relates to an optoelectronic semiconductor chip.
  • the optoelectronic semiconductor chip may be, for example,
  • the semiconductor chip comprises a semiconductor layer stack.
  • the semiconductor layer stack may be, for example
  • Semiconductor layers of different types and having an active layer for generating or detecting electromagnetic radiation are semiconductor layers of different types and having an active layer for generating or detecting electromagnetic radiation.
  • the semiconductor layers of the semiconductor chip are based on
  • the semiconductor material is preferably a
  • Nitride compound semiconductor material such as Al n In] __ n _ m Ga m N or to a phosphide compound semiconductor material such as
  • the semiconductor material may be Al x Ga x __ x As with 0 ⁇ x ⁇ 1
  • the semiconductor layer sequence has in particular a
  • Main extension direction which in the following also as lateral direction is called.
  • a direction oblique or perpendicular to the lateral direction is also referred to below as the vertical direction.
  • Semiconductor layer sequences are arranged one above the other, in particular in the vertical direction.
  • the semiconductor chip comprises one on the
  • the metallic contact layer is advantageous for
  • the metallic contact layer is formed, for example, for n-contacting the optoelectronic semiconductor chip, wherein the metallic
  • the metallic contact layer advantageously contacted the n-doped semiconductor layer directly.
  • the metallic contact layer is alternatively, for example, for p-contacting the formed with optoelectronic semiconductor chip, wherein between the metallic contact layer and the p-doped semiconductor layer advantageously a current spreading layer is arranged.
  • the semiconductor chip comprises one on one
  • the metallic core is advantageously formed electrically conductive and with the metallic contact layer
  • metallic core may in particular consist of a material that differs from a metallic material
  • Metallic core are those surfaces of the metallic core understood, this in the lateral direction
  • the semiconductor chip includes a metallic shell encapsulating the metallic core covering the top surface and the side surfaces of the metallic core.
  • the metallic shell is advantageously formed electrically conductive.
  • the metallic shell is directly coupled to the metallic core.
  • the metallic shell is formed, the metallic core before To protect oxidation.
  • the metallic core exists
  • Cloak are covered in particular more than 90%, preferably more than 95% of the top surface and the side surfaces of the metallic core.
  • the metallic contact layer, the metallic core and the metallic shell form a contact web for electrical contacting of the semiconductor layer stack.
  • the semiconductor chip may, for example, have one or more such contact webs.
  • a contact bar can also be referred to as a power bar.
  • an optoelectronic semiconductor chip which comprises a semiconductor layer stack, one on the
  • the metallic core points to a
  • the semiconductor chip comprises a metal shell encapsulating the metallic core.
  • the metallic one Sheath covers the top surface and side surfaces of the metallic core.
  • the metallic contact layer, the metallic core and the metallic shell form a contact bridge for the electrical contacting of the
  • the contact web allows a targeted adaptation of the specific electrical resistance, in particular a reduction of this compared to a contact web, which consists only of a single material such as gold.
  • a cross-section of the contact web in the lateral direction can be reduced and thus advantageously an absorbent surface of the contact web with respect to a purely golden contact web can be reduced.
  • the contact web described also allows a targeted adaptation of its reflection and / or absorption coefficient compared to a purely golden contact web. In this way, an emission efficiency of the semiconductor chip can advantageously be increased and / or a shift of the color location can be avoided.
  • the contact web has a width between 0.5 ym and 100 ym, preferably between 1 ym and 20 ym, particularly preferably between 2 ym and 8 ym, the limit values in each case are included.
  • the width of the contact web designates in particular an extension of the contact web in the
  • the metallic core comprises or consists of silver and / or copper.
  • a semiconductor chip having such a core is pure gold with respect to a semiconductor chip
  • Radiation-absorbing metal surface can be reduced. Furthermore, since electromigration causes an ion flux to be linear
  • the metallic sheath comprises or consists of platinum and / or palladium and / or rhodium and / or gold.
  • the metallic sheath is designed to prevent oxidation of the core.
  • a metallic core of silver and / or copper it can be advantageously prevented that water-soluble
  • Silver (I) oxide or copper (II) oxide in the electric field migrated By way of example, in the case of a metallic core of copper, a shell formed of palladium can contribute to a significant increase in the service life of the optoelectronic semiconductor chip.
  • Substantial wavelength-independent absorption coefficient can be achieved, so that contributes to a
  • absorbed light is influenced by the wavelength distribution in the semiconductor chip, so that a decrease in brightness in a trained example of rhodium metallic sheath, which is a comparatively high
  • Reflection coefficient can be advantageously reduced in terms of a purely golden contact web.
  • the metallic shell covers the
  • the semiconductor chip comprises one on the
  • the barrier layer is in particular formed
  • the metallic shell is formed of gold and the metallic contact layer comprises or consists of aluminum
  • intermetallic compounds such as e.g. the so-called
  • the barrier layer comprises, for example, titanium or platinum or consists thereof.
  • the metallic contact layer comprises or consists of titanium and / or chromium and / or aluminum and / or copper and / or molybdenum and / or nickel and / or silver.
  • Contact layer is in this case both in a semiconductor chip with gold-containing sheath and barrier layer conceivable, as well as in the case of a semiconductor chip with gold-free
  • Contact layer further comprise a transparent conductive oxide (TCO Transparent Conductive Oxide), in particular indium tin oxide (ITO) or ZnO, or consist thereof.
  • TCO Transparent Conductive Oxide in particular indium tin oxide (ITO) or ZnO, or consist thereof.
  • Transparent conductive oxides are transparent, electrically conductive materials, usually metal oxides, such as
  • binary metal oxygen compounds such as ZnO, SnÜ2 or ⁇ 12 ⁇ 3 also include ternary metal oxygen compounds such as Zn 2 Sn0 4 , CdSn0 3 , ZnSn0 3 , Mgln 2 0 4 , Galn0 3 , Zn 2 In 2 0 5 or In 4 Sn 3 0 2 or mixtures of different transparent, conductive oxides to the group of TCOs.
  • the TCOs do not necessarily correspond to a stoichiometric composition and may also be p- or n-doped.
  • the metallic contact layer has a thickness between 0.1 nm and 50 nm inclusive, preferably between 0.5 nm and 10 nm inclusive, more preferably between 1 nm and 1 nm inclusive
  • the contact layer denotes an extension of the contact layer in the vertical direction.
  • the semiconductor chip comprises a gold terminating layer arranged on a top surface of the metallic shell. This advantageously allows a simple
  • the terminating layer in this context may have a surface suitable for a bonding process with a gold wire.
  • Reflection coefficients for wavelengths greater than 550nm so that through the terminating layer, for example, light
  • a cover surface of the metallic shell is understood to mean a side of the metallic shell which faces away from the semiconductor layer stack in the vertical direction.
  • a layer thickness of the final layer is between 100 nm and 2000 nm.
  • the layer thickness of the outer layer is less than 3250 nm, for example less than 2000 nm, preferably less than 1200 nm, particularly preferably less than 500 nm.
  • the low thickness of the outer layer is less than 3250 nm, for example less than 2000 nm, preferably less than 1200 nm, particularly preferably less than 500 nm.
  • the metallic core has a layer thickness that is greater than or equal to the layer thickness of the top layer of the
  • metallic core is.
  • a metallic core with relatively large layer thickness especially if it is formed of silver and / or copper, the
  • the semiconductor chip comprises a sapphire substrate, an SiC substrate or a GaN substrate.
  • the semiconductor chip is advantageously a volume emitter. In other words, such a semiconductor chip emits light as opposed to one
  • the substrate may be transparent so that light may be emitted at least partially through the transparent substrate.
  • Transparent substrates are, for example, SiC or sapphire or GaN.
  • the semiconductor chip comprises a first semiconductor layer, a second semiconductor layer and an active layer arranged between the first and second semiconductor layer.
  • Semiconductor layers each denote semiconductor layers of different types and may each comprise one or more n-doped or p-doped semiconductor layers.
  • semiconductor layer stack either the n-doped or the p-doped semiconductor layer advantageously forms one
  • the contact web of the semiconductor chip is used in particular for the electrical contacting of the first semiconductor layer.
  • the semiconductor chip for contacting the second semiconductor layer may additionally have a bond pad, an external contact point or one or more analog
  • the active layer is for generation or detection
  • the active layer may be formed, for example, as a double heterostructure, as a single quantum well structure or a multiple quantum well structure.
  • the semiconductor chip comprises one on one of the second
  • Conversion layer can be introduced for example in an encapsulation or a potting of the semiconductor chip.
  • the active layer generates blue light which is transmitted through the first semiconductor layer and at least partially encapsulated by the first semiconductor layer
  • the semiconductor chip comprises an electrically conductive
  • the electrically conductive layer is advantageously designed for electrically contacting a p-doped or n-doped semiconductor layer.
  • the electrically conductive layer can be used to increase the current a comparatively large proportion of the corresponding
  • the current spreading layer is used, for example, for p-contacting the optoelectronic semiconductor chip
  • the current spreading layer may be transparent.
  • the current spreading layer preferably contains a transparent, conductive oxide (TCO Transparent
  • Conductive oxides such as ITO.
  • the semiconductor chip comprises one on one of the first
  • the mirror layer can Reflective material include, for example, the
  • an intensity of the radiated radiation can advantageously be increased at a radiating surface of the semiconductor chip provided for this purpose.
  • the mirror layer comprises, for example, at least one of the materials A1 2 0 3 , Ta0 5 , Zr0 2 , ZnO, SiN x , SiO x N y , Si0 2 , Ti0 2 , Zr0 2 , Hf0 2 , Nb 2 0 5 or MgF 2 or exists it.
  • the passivation layer may be a reflection-enhancing layer and advantageously has one or more dielectric layers which are in the range of the emission spectrum of the active layer, in particular in a dominant
  • the passivation layer may be formed as a dielectric Bragg mirror (DBR).
  • DBR dielectric Bragg mirror
  • Contacting of the first semiconductor layer by means of the contact web can be effected, for example, by a passage opening in the passivation layer, through which material of the contact web extends.
  • the passivation layer may, for example, only in one
  • Semiconductor layer extend, wherein a contacting of the first semiconductor layer then by means of a
  • the semiconductor chip includes a core encapsulating one
  • Passivation which covers the top surface and the side surfaces of the core and has two or more dielectrics.
  • the passivation can be arranged in particular on an outer surface of the metallic shell.
  • the passivation layer comprises or consists of two or more of the materials A1 2 0 3 , Ta0 5 , Zr0 2 , SiN x , SiO x N y , Si0 2 , Ti0 2 , Zr0 2 , Hf0 2 , Nb 2 0 5 or MgF 2 it.
  • the passivation layer is formed moisture-proof.
  • this contributes to a particularly long life of the optoelectronic
  • the passivation layer has a moist, dense layer of aluminum oxide facing the jacket and a terminating layer of silicon oxide facing away from the jacket.
  • the metallic shell covers the top surface and the
  • the invention relates to a
  • Semiconductor layer stack provided and applied a metallic contact layer on the semiconductor layer stack. Further, a metallic core on a the
  • the metallic contact layer, the metallic core and the metallic shell in this case form a
  • the optoelectronic semiconductor chip according to the first aspect by the method according to the second
  • a structured mask is applied to the side of the first semiconductor layer facing away from the second semiconductor layer prior to the application of the metallic contact layer.
  • the mask comprises photoresist, silicon dioxide or silicon nitride.
  • Topcoat vapor-deposited in each case is advantageously characterized in that they can be applied in a structured manner with a high degree of accuracy, for example by means of a lithography method.
  • Figure 2 shows a second embodiment of the
  • FIG. 4 shows a third exemplary embodiment of the invention
  • Figure 5 shows a fourth embodiment of
  • Size ratios of the components with each other are not to be considered as true to scale.
  • FIG. 1 a shows an optoelectronic semiconductor chip 100 with a semiconductor layer stack 10 comprising a first semiconductor layer 11, a second semiconductor layer 17 and an active one arranged between the semiconductor layers
  • the first and second semiconductor layers 11, 17 are semiconductor layers of different types.
  • the first semiconductor layer 11 is p-doped GaN and the second semiconductor layer 17 is n-doped GaN.
  • the semiconductor layer stack 10 is advantageously arranged on a substrate 40, wherein, for example, the n-doped second semiconductor layer 17 faces this.
  • the substrate 40 may advantageously be a sapphire substrate, wherein the semiconductor chip 100 may be formed as a volume emitter.
  • a structured mask 50 is first applied to the p-doped semiconductor layer 11.
  • the structured mask 50 advantageously comprises photoresist
  • the structuring of the mask 50 is advantageously selected for a subsequent formation of one or more contact webs 20 (see FIG. 1 f).
  • Semiconductor layer 11 deposited, for example by
  • the contact layer 21 is in this case
  • FIG. 1b shows the semiconductor chip 100 in a subsequent method step.
  • FIG. 1b shows the semiconductor chip 100 in a subsequent method step.
  • For simplified representation is in
  • a resulting layer 23a of the shell is made by vapor deposition.
  • the layer 23a is in this
  • a precious metal such as platinum
  • a metallic core 25 is applied to the layer 23a.
  • the core 25 is used for current transport and is made of silver or copper.
  • the jacket 23 is produced, for example, by vapor deposition using scattering gas.
  • subsequent process step is a thin end layer 29 of gold on the Sheath 23 deposited, which provides a suitable surface for a bonding process with a gold wire.
  • the structured mask 50 can be removed, and the semiconductor chip 100 can be provided, for example, with a potting and / or a conversion layer (not shown).
  • the contact layer 21, the core 25, the cladding 23 and the terminating layer 29 form a contact web 20 for electrically contacting the
  • Figure 2 shows a second embodiment of a
  • optoelectronic semiconductor chip 100 which can be produced substantially analogously to the first embodiment.
  • the semiconductor chip 100 according to the second embodiment is different from the first embodiment
  • the contact layer 21 is made of aluminum or
  • Aluminum-copper is formed. Further, as shown in Fig. 2, the layer 23a (see Figures lb and lc) may be replaced by a
  • Barrier layer 27 can be replaced from titanium and / or platinum. Alternatively to the illustration in Figure 2, the
  • Aluminum copper is arranged.
  • a material for the jacket 23 is in this case, in particular rhodium, platinum or
  • the side surfaces of the contact web 20 are formed by the material of the jacket 23 and can in the blue
  • Reflection coefficients ⁇ than gold have (see FIG. 3), which in particular for at a shallow angle on a contact web 20 facing surface of
  • the golden termination layer 29 has a high reflection coefficient ⁇ for wavelengths above 550 nm, which is advantageous for the semiconductor chip 100 which has been encapsulated in the encapsulation of the semiconductor chip 100
  • Figure 4 shows a third embodiment of a
  • the optoelectronic semiconductor chip 100 In contrast to the two previous embodiments, the first semiconductor layer 11 is p-doped GaN and the second semiconductor layer is n-doped GaN (not shown). In addition, the semiconductor chip 100 has in this
  • the current spreading layer 13 preferably includes a
  • TCO Transparent Conductive Oxide such as ITO.
  • the layer 23a or the barrier layer 27 can be completely eliminated, so that the core 25 is arranged directly on the contact layer 21.
  • the contact layer 21 is formed in this embodiment of aluminum or aluminum-copper.
  • the semiconductor chip 100 has a mirror layer 15, which may also be referred to as "p-blocking oxide.” This may be in the form of a silicon dioxide layer or as a multilayer / DBR of, for example, silicon dioxide and silicon dioxide
  • Titanium (IV) oxide may be formed.
  • Reflection coefficient at the first semiconductor layer 11 facing interface of the mirror layer 15 are increased, whereby an absorption coefficient of the
  • the reflective layer 23a may be omitted between the contact layer 21 and the core 25.
  • FIG. 4 shows a final example
  • applied passivation 30 which may have a silicon dioxide layer.
  • a fourth exemplary embodiment of an optoelectronic semiconductor chip 100 in expanded form is shown with reference to FIG. Analogously to the first two exemplary embodiments, the first semiconductor layer 11 is n-doped GaN and the second semiconductor layer 17 is p-doped GaN. In addition, the semiconductor chip 100 in this embodiment is analogous to the third
  • a mirror layer 15 which can also be referred to as "n-blocking oxide.” This can also be used as a silicon dioxide layer or as
  • Multilayer / DBR of e.g. Silicon dioxide and titanium (IV) oxide may be formed.
  • a reflection coefficient at the interface of the mirror layer 15 facing the first semiconductor layer 11 can be increased, as a result of which
  • the contact web 20 is arranged, for example, in a mesa trench.
  • a mesa structure is inserted into the semiconductor layer sequence 10
  • the mirror layer 15 is removed, for example, and has a passage opening, so that the contact layer 21 is in direct contact with the first semiconductor layer 11

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Abstract

Es werden ein optoelektronischer Halbleiterchip (100) sowie ein korrespondierendes Herstellungsverfahren angegeben. Der Halbleiterchip (100) umfasst einen Halbleiterschichtenstapel (10);eine auf dem Halbleiterschichtenstapel (10) angeordnete metallische Kontaktschicht (21); einen auf einer dem Halbleiterschichtenstapel (10) abgewandten Seite der Kontaktschicht (21) angeordneten metallischen Kern (25)der auf einer dem Halbleiterschichtenstapel (10) abgewandten Seite eine Deckfläche sowie sich von der Deckfläche zu dem Halbleiterschichtenstapel (10) erstreckende Seitenflächen aufweist; und einen den Kern (25) verkapselnden metallischen Mantel (23), der Deckfläche und Seitenflächen des Kerns (25) bedeckt. Die Kontaktschicht (21), der Kern (25) und der Mantel (23) bilden einen Kontaktsteg (20) zur elektrischen Kontaktierung des Halbleiterschichtenstapels (10).

Description

Beschreibung
Optoelektronischer Halbleiterchip und Verfahren zur
Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung DE 10 2016 112 291.2, deren
Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird. Die Erfindung betrifft einen optoelektronischen
Halbleiterchip und ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips .
Bei optoelektronischen Halbleiterchips werden zur
Kontaktierung Stromstege eingesetzt, die bespielsweise aus Gold bestehen und eine Schichtdicke von bis zu 3,25ym
aufweisen können. Insbesondere bei Strahlungsemittierenden Halbleiterchips können durch Absorption an einer Oberfläche des Stromstegs Effekte wie eine Verringerung der Helligkeit sowie eine Verschiebung des Farborts auftreten. Zudem stellen die Kosten eines Stromstegs einen signifikanten Beitrag zu den Gesamtkosten eines optoelektronischen Halbleiterchips dar . Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen
optoelektronischen Halbleiterchip sowie ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips
anzugeben, der bzw. das beiträgt, die vorgenannten Probleme zu umgehen. Insbesondere soll ein optoelektronischer
Halbleiterchip angegeben werden, der kostengünstig
herstellbar ist und sich durch eine verbesserte
Abstrahleffizienz auszeichnet. Diese Aufgaben werden durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet .
Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung einen optoelektronischen Halbleiterchip. Bei dem optoelektronischen Halbleiterchip kann es sich beispielsweise um
Leuchtdiodenchips oder Fotodiodenchips handeln. In zumindest einer Ausführungsform gemäß dem ersten Aspekt umfasst der Halbleiterchip einen Halbleiterschichtenstapel. Der Halbleiterschichtenstapel kann beispielsweise
Halbleiterschichten unterschiedlichen Typs sowie eine aktive Schicht zur Erzeugung oder Detektion elektromagnetischer Strahlung aufweisen.
Die Halbleiterschichten des Halbleiterchips basieren
bevorzugt auf einem III-V-Verbindungshalbleitermaterial . Bei dem Halbleitermaterial handelt es sich bevorzugt um ein
Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial wie AlnIn]__n_mGamN oder auch um ein Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial wie
AlnIn]__n_mGamP, wobei jeweils 0 ^ n 1, 0 ^ m 1 und n + m < 1 ist. Ebenso kann es sich bei dem Halbleitermaterial um AlxGa]__xAs handeln mit 0 < x < 1. Dabei kann die
Halbleiterschichtenfolge Dotierstoffe sowie zusätzliche
Bestandteile aufweisen. Der Einfachheit halber sind jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters der Halbleiterschichtenfolge, also AI, As, Ga, In, N oder P, angegeben, auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt und/oder ergänzt sein können.
Die Halbleiterschichtenfolge weist insbesondere eine
Haupterstreckungsrichtung auf, die im Folgenden auch als laterale Richtung bezeichnet wird. Eine Richtung schräg oder senkrecht zu der lateralen Richtung wird im Folgenden auch als vertikale Richtung bezeichnet. Die Schichten der
Halbleiterschichtenfolge sind insbesondere in der vertikalen Richtung übereinander angeordnet.
Dass eine Schicht auf oder über einer anderen Schicht angeordnet ist bezeichnet hier und im Folgenden, dass die Schicht unmittelbar oder mittelbar in elektrischem und/oder mechanischem Kontakt zu der anderen Schicht angeordnet ist. Dabei können bei mittelbarem Kontakt zumindest bereichsweise zwischen den besagten Schichten weitere Schichten oder weitere Elemente angeordnet sein. In zumindest einer Ausführungsform gemäß dem ersten Aspekt umfasst der Halbleiterchip eine auf dem
Halbleiterschichtenstapel angeordnete metallische
Kontaktschicht . Die metallische Kontaktschicht ist vorteilhaft zur
elektrischen Kontaktierung einer p-dotierten oder n-dotierten Halbleiterschicht eingerichtet. Insbesondere ist die
metallische Kontaktschicht elektrisch leitfähig ausgebildet und mit einer ersten Halbleiterschicht des
Halbleiterschichtenstapels unmittelbar gekoppelt, das heißt in direktem Kontakt zu dieser angeordnet. Alternativ ist die metallische Kontaktschicht mittelbar mit der ersten
Halbleiterschicht gekoppelt. Die metallische Kontaktschicht ist beispielsweise zur n-Kontaktierung des optoelektronischen Halbleiterchips ausgebildet, wobei die metallische
Kontaktschicht die n-dotierte Halbleiterschicht vorteilhaft direkt kontaktiert. Die metallische Kontaktschicht ist alternativ beispielsweise zur p-Kontaktierung des optoelektronischen Halbleiterchips ausgebildet, wobei zwischen der metallischen Kontaktschicht und der p-dotierten Halbleiterschicht vorteilhaft eine StromaufWeitungsschicht angeordnet ist.
In zumindest einer Ausführungsform gemäß dem ersten Aspekt umfasst der Halbleiterchip einen auf einer dem
Halbleiterschichtenstapel abgewandten Seite der metallischen Kontaktschicht angeordneten metallischen Kern. Der
metallische Kern weist auf einer dem
Halbleiterschichtenstapel abgewandten Seite eine Deckfläche auf, sowie sich von der Deckfläche hin zu dem
Halbleiterschichtenstapel erstreckende Seitenflächen. Der metallische Kern ist vorteilhaft elektrisch leitfähig ausgebildet und mit der metallischen Kontaktschicht
unmittelbar oder zumindest mittelbar gekoppelt. Der
metallische Kern kann insbesondere aus einem Material bestehen, das sich von einem Material der metallischen
Kontaktschicht unterscheidet. Als Seitenflächen des
metallischen Kerns werden diejenigen Flächen des metallischen Kerns verstanden, welche diesen in lateraler Richtung
begrenzen . In zumindest einer Ausführungsform gemäß dem ersten Aspekt umfasst der Halbleiterchip einen den metallischen Kern verkapselnden metallischen Mantel, der die Deckfläche und die Seitenflächen des metallischen Kerns bedeckt. Der metallische Mantel ist vorteilhaft elektrisch leitfähig ausgebildet. Insbesondere ist der metallische Mantel mit dem metallischen Kern unmittelbar gekoppelt. Vorteilhaft ist der metallische Mantel ausgebildet, den metallischen Kern vor Oxidation zu schützen. Der metallische Kern besteht
insbesondere aus einem Material, das sich von einem Material des metallischen Kerns unterscheidet. Unter einer Verkapselung des metallischen Kerns wird eine oxidationshemmende Versiegelung seiner Oberflächen
verstanden. Bei der Verkapselung durch den metallischen
Mantel sind insbesondere mehr als 90%, bevorzugt mehr als 95% der Deckfläche und der Seitenflächen des metallischen Kerns bedeckt.
In zumindest einer Ausführungsform gemäß dem ersten Aspekt bilden die metallische Kontaktschicht, der metallische Kern und der metallische Mantel einen Kontaktsteg zur elektrischen Kontaktierung des Halbleiterschichtenstapels.
Der Halbleiterchip kann zum Beispiel einen oder mehrere solcher Kontaktstege aufweisen. Ein Kontaktsteg kann auch als Stromsteg bezeichnet werden.
In zumindest einer Ausführungsform gemäß dem ersten Aspekt wird ein optoelektronischer Halbleiterchip angegeben, der einen Halbleiterschichtenstapel, eine auf dem
Halbleiterschichtenstapel angeordnete metallische
Kontaktschicht und einen auf einer dem
Halbleiterschichtenstapel abgewandten Seite der metallischen Kontaktschicht angeordneten metallischen Kern umfasst. Der metallische Kern weist auf einer dem
Halbleiterschichtenstapel abgewandten Seite eine Deckfläche sowie sich von der Deckfläche zu dem
Halbleiterschichtenstapel erstreckende Seitenflächen auf. Überdies umfasst der Halbleiterchip einen den metallischen Kern verkapselnden metallischen Mantel. Der metallische Mantel bedeckt die Deckfläche und die Seitenflächen des metallischen Kerns. Die metallische Kontaktschicht, der metallische Kern und der metallische Mantel bilden einen Kontaktsteg zur elektrischen Kontaktierung des
Halbleiterschichtenstapels.
In vorteilhafter Weise ermöglicht der Kontaktsteg eine gezielte Anpassung des spezifischen elektrischen Widerstands, insbesondere eine Verringerung dessen im Vergleich zu einem Kontaktsteg, welcher lediglich aus einem einzigen Material wie Gold besteht. In Folge dessen kann ein Querschnitt des Kontaktstegs in lateraler Richtung reduziert und somit vorteilhaft eine absorbierende Oberfläche des Kontaktstegs im Hinblick auf einen rein goldenen Kontaktsteg verringert werden. Alternativ kann auch bei beispielsweise gleichem Querschnitt des Kontaktstegs in lateraler Richtung im
Hinblick auf einen rein goldenen Kontaktsteg ein
Spannungsbeitrag gesenkt werden. Darüber hinaus kann in Folge des verringerten spezifischen elektrischen Widerstands und/oder mittels des metallischen Mantels beigetragen werden Elektromigration zu verhindern.
Der beschriebene Kontaktsteg ermöglicht im Vergleich zu einem rein goldenen Kontaktsteg ferner eine gezielte Anpassung seines Reflexions- und/oder Absorptionskoeffizienten. In vorteilhafter Weise kann damit eine Abstrahleffizienz des Halbleiterchips erhöht werden und/oder eine Verschiebung des Farborts vermieden werden. In zumindest einer Ausführungsform gemäß dem ersten Aspekt weist der Kontaktsteg eine Breite zwischen 0,5 ym und 100 ym, bevorzugt zwischen 1 ym und 20 ym, besonders bevorzugt zwischen 2 ym und 8 ym auf, wobei die Grenzwerte jeweils eingeschlossen sind. Die Breite des Kontaktstegs bezeichnet insbesondere eine Ausdehnung des Kontaktstegs in der
lateralen Richtung. In zumindest einer Ausführungsform gemäß dem ersten Aspekt weist der metallische Kern Silber und/oder Kupfer auf, oder besteht daraus. Ein Halbleiterchip mit einem solchen Kern ist im Hinblick auf einen Halbleiterchip mit rein goldenem
Kontaktsteg besonders kostengünstig herstellbar. Darüber hinaus kann dadurch der spezifische elektrische Widerstand des Kontaktstegs gesenkt werden. So beträgt dieser bei 20°C bei Gold etwa 2,44 * 10~8Qm, bei Silber und Kupfer hingegen lediglich 1,59 * 10"8Qm bzw. 1,68 * 10"8Qm. In Folge dessen kann bei gleicher Querschnittsfläche in lateraler Richtung der Spannungsabfall an den Stromstegen und damit die dort entstehende Verlustleistung gesenkt, oder bei gleichem
Spannungsabfall die Querschnittsfläche und somit eine
Strahlungsabsorbierende Metalloberfläche reduziert werden. Da ferner bei Elektromigration ein Ionenfluss linear vom
spezifischen elektrischen Widerstand abhängt, kann durch den Einsatz von Silber bzw. Kupfer als Material für den Kern dazu beigetragen werden, dass eine Elektromigration verringert wird . In zumindest einer Ausführungsform gemäß dem ersten Aspekt weist der metallische Mantel Platin und/oder Palladium und/oder Rhodium und/oder Gold auf, oder besteht daraus.
Insbesondere ist der metallische Mantel ausgebildet, eine Oxidation des Kerns zu verhindern. Beispielsweise bei einem metallischen Kern aus Silber und/oder Kupfer kann dadurch vorteilhaft verhindert werden, dass wasserlösliches
Silber ( I ) -oxid bzw. Kupfer ( I I ) -oxid im elektrischen Feld migriert. Beispielhaft kann bei einem metallischen Kern aus Kupfer ein aus Palladium ausgebildeter Mantel zu einer signifikanten Erhöhung der Lebensdauer des optoelektronischen Halbleiterchips beitragen.
In zumindest einer Ausführungsform gemäß dem ersten Aspekt ist der metallische Mantel aus Platin, Palladium oder Rhodium ausgebildet. Im Gegensatz zu Gold, dessen
Reflexionskoeffizient bei einer Wellenlänge unterhalb von 550nm massiv einbricht, weisen diese Materialien über einen Wellenlängenbereich zwischen 400nm und 750nm einen nahezu konstanten Reflexionskoeffizienten auf, wodurch ein im
Wesentlichen wellenlängenunabhängiger Absorptionskoeffizient erreicht werden kann, so dass beigetragen wird, eine
Verschiebung des Farborts zu vermeiden. Das insgesamt an den Seitenflächen sowie der Oberfläche des Kontaktstegs
absorbierte Licht wird durch die Wellenlängenverteilung im Halbleiterchip beeinflusst, so dass ein Helligkeitsabfall bei einem beispielsweise aus Rhodium ausgebildetem metallischen Mantel, welcher einen vergleichsweise hohen
Reflexionskoeffizienten aufweist, im Hinblick auf einen rein goldenen Kontaktsteg vorteilhaft verringert sein kann.
In zumindest einer Ausführungsform gemäß dem ersten Aspekt bedeckt der metallische Mantel eine dem
Halbleiterschichtenstapel zugewandte Seite des metallischen Kerns. In vorteilhafter Weise ermöglicht diese Verkapselung besonders effektiven Schutz des metallischen Kerns vor
Oxidation .
In zumindest einer Ausführungsform gemäß dem ersten Aspekt umfasst der Halbleiterchip eine auf der dem
Halbleiterschichtenstapel abgewandten Seite der metallischen Kontaktschicht angeordnete Barrierenschicht. Die Barrierenschicht ist insbesondere ausgebildet,
intermetallische Vermischungen zwischen der metallischen Kontaktschicht und dem metallischen Mantel zu verhindern. Insbesondere im Falle, dass der metallische Mantel aus Gold ausgebildet ist und die metallische Kontaktschicht Aluminium aufweist oder daraus besteht können mit der Barrierenschicht intermetallische Vermischungen wie z.B. die sogenannte
Purpurpest verhindert werden. Die Barrierenschicht weist beispielsweise Titan und/oder Platin auf oder besteht daraus.
In zumindest einer Ausführungsform gemäß dem ersten Aspekt weist die metallische Kontaktschicht Titan und/oder Chrom und/oder Aluminium und/oder Kupfer und/oder Molybdän und/oder Nickel und/oder Silber auf, oder besteht daraus. Insbesondere ein Einsatz von Aluminium oder Aluminium-Kupfer als
Kontaktschicht ist hierbei sowohl bei einem Halbleiterchip mit Gold aufweisenden Mantel und Barrierenschicht denkbar, als auch im Falle eines Halbleiterchips mit goldfreiem
Mantel, der keine Barrierenschicht oder lediglich eine mit vergleichsweise geringer Schichtdicke ausgebildete
Barrierenschicht aufweist.
Alternativ oder zusätzlich kann die metallische
Kontaktschicht ferner ein transparentes leitfähiges Oxid (TCO Transparent Conductive Oxide) , insbesondere Indiumzinnoxid (ITO) oder ZnO, aufweisen oder daraus bestehen.
Transparente leitfähige Oxide sind transparente, elektrisch leitende Materialien, in der Regel Metalloxide, wie
beispielsweise Zinkoxid, Zinnoxid, Cadmiumoxid, Titanoxid, Indiumoxid, Indiumzinnoxid (ITO) oder Aluminiumzinkoxid (AZO) oder Kupferoxid. Neben binären MetallsauerstoffVerbindungen wie beispielsweise ZnO, SnÜ2 oder ΙΓ12Ο3 gehören auch ternäre MetallsauerstoffVerbindungen wie beispielsweise Zn2Sn04, CdSn03, ZnSn03, Mgln204, Galn03, Zn2In205 oder In4Sn302 oder Mischungen unterschiedlicher transparenter, leitender Oxide zu der Gruppe der TCOs . Weiterhin entsprechen die TCOs nicht zwingend einer stöchiometrischen Zusammensetzung und können auch p- oder n-dotiert sein.
In zumindest einer Ausführungsform gemäß dem ersten Aspekt weist die metallische Kontaktschicht eine Dicke zwischen einschließlich 0,1 nm und einschließlich 50 nm, bevorzugt zwischen einschließlich 0,5 nm und einschließlich 10 nm, besonders bevorzugt zwischen einschließlich 1 nm und
einschließlich 2 nm, wie z.B. 1,5 nm auf. Die Dicke der
Kontaktschicht bezeichnet insbesondere eine Ausdehnung der Kontaktschicht in der vertikalen Richtung.
In zumindest einer Ausführungsform gemäß dem ersten Aspekt umfasst der Halbleiterchip eine auf einer Deckfläche des metallischen Mantels angeordnete Abschlussschicht aus Gold. In vorteilhafter Weise ermöglicht dies eine einfache
Kontaktierung des Halbleiterchips mittels Bonddrahts.
Insbesondere kann die Abschlussschicht in diesem Zusammenhang eine für einen Bondprozess mit einem Golddraht geeignete Oberfläche aufweisen.
Überdies weist Gold mit Vorteil einen hohen
Reflexionskoeffizienten für Wellenlängen größer 550nm auf, so dass durch die Abschlussschicht beispielsweise Licht
reflektiert werden kann, welches mittels einer
Konversionsschicht im Verguss des Halbleiterchips konvertiert und auf den Halbleiterchip zurückgeworfen wurde. Unter einer Deckfläche des metallischen Mantels wird eine dem Halbleiterschichtenstapel in vertikaler Richtung abgewandte Seite des metallischen Mantels verstanden.
In zumindest einer Ausführungsform gemäß dem ersten Aspekt beträgt eine Schichtdicke der Abschlussschicht zwischen lOOnm und 2000nm.
Insbesondere beträgt die Schichtdicke der Abschlussschicht weniger als 3250nm, beispielsweise weniger als 2000nm, bevorzugt weniger als 1200nm, besonders bevorzugt weniger als 500nm. In vorteilhafter Weise können durch die geringe
Schichtdicke Materialkosten gespart werden.
In zumindest einer Ausführungsform gemäß dem ersten Aspekt weist der metallische Kern eine Schichtdicke auf, die größer oder gleich der Schichtdicke der Abschlussschicht des
metallischen Kerns ist. Durch einen metallischen Kern mit verhältnismäßig großer Schichtdicke, insbesondere wenn dieser aus Silber und/oder Kupfer ausgebildet ist, kann der
elektrische Widerstand des Kontaktstegs im Hinblick auf einen rein goldenen Kontaktsteg mit Vorteil herabgesetzt werden.
In zumindest einer Ausführungsform gemäß dem ersten Aspekt umfasst der Halbleiterchip ein Saphirsubstrat, ein SiC- Substrat oder ein GaN-Substrat . Der Halbleiterchip ist vorteilhaft ein Volumenemitter. Mit anderen Worten emittiert ein solcher Halbleiterchip Licht im Gegensatz zu einem
Flächenstrahler (Dünnfilm-Bauelement) allseitig und
insbesondere auch über das Substratvolumen. Zweckmäßigerweise kann das Substrat transparent sein, so dass Licht zumindest teilweise durch das transparente Substrat emittiert werden kann. Transparente Substrate sind beispielsweise SiC oder Saphir oder GaN. In zumindest einer Ausführungsform gemäß dem ersten Aspekt umfasst der Halbleiterchip eine erste Halbleiterschicht, eine zweite Halbleiterschicht und eine zwischen der ersten und zweiten Halbleiterschicht angeordnete aktive Schicht.
Die erste Halbleiterschicht sowie die zweite
Halbleiterschicht bezeichnen jeweils Halbleiterschichten unterschiedlichen Typs und können jeweils eine oder mehrere n-dotierte oder p-dotierte Halbleiterschichten umfassen. Bei dem Halbleiterschichtenstapel bildet vorteilhaft entweder die n-dotierte oder die p-dotierte Halbleiterschicht eine
Abstrahlseite des Halbleiterschichtenstapels oder des
Halbleiterchips . Der Kontaktsteg des Halbleiterchips dient insbesondere der elektrischen Kontaktierung der ersten Halbleiterschicht.
Darüber hinaus kann der Halbleiterchip zur Kontaktierung der zweiten Halbleiterschicht zusätzlich ein Bondpad, eine externe Kontaktstelle oder einen oder mehrere analog
ausgebildete Kontaktstege aufweisen.
In zumindest einer Ausführungsform gemäß dem ersten Aspekt ist die aktive Schicht zur Erzeugung oder Detektion
elektromagnetischer Strahlung vorgesehen. Die aktive Schicht kann zum Beispiel als Doppelheterostruktur, als Einfach- Quantentopfstruktur oder Mehrfach-Quantentopfstruktur ausgebildet sein.
In zumindest einer Ausführungsform gemäß dem ersten Aspekt umfasst der Halbleiterchip eine auf einer der zweiten
Halbleiterschicht abgewandten Seite der ersten
Halbleiterschicht angeordnete Konversionsschicht. Die
Konversionsschicht kann beispielsweise eingebracht sein in eine Verkapselung bzw. einen Verguss des Halbleiterchips. Beispielsweise erzeugt die aktive Schicht blaues Licht, welches durch die erste Halbleiterschicht transmittiert und zumindest teilweise in der Verkapselung durch die
Konversionsschicht konvertiert wird.
In zumindest einer Ausführungsform gemäß dem ersten Aspekt umfasst der Halbleiterchip eine elektrisch leitfähige
Stromaufweitungsschicht . Die elektrisch leitfähige Schicht ist vorteilhaft zur elektrischen Kontaktierung einer p- dotierten oder n-dotierten Halbleiterschicht eingerichtet. Die elektrisch leitfähige Schicht kann zur Stromaufweitung einen vergleichsweise großen Anteil der entsprechenden
Halbleiterschicht bedecken.
Die Stromaufweitungsschicht wird beispielsweise zur p- Kontaktierung des optoelektronischen Halbleiterchips
ausgebildet, wobei sie die p-dotierte Halbleiterschicht vorteilhaft direkt kontaktiert.
Die Stromaufweitungsschicht kann transparent sein.
Insbesondere ist sie für die emittierte Strahlung
durchlässig. Die Stromaufweitungsschicht enthält vorzugsweise ein transparentes, leitfähiges Oxid (TCO Transparent
Conductive Oxide), wie zum Beispiel ITO.
In zumindest einer Ausführungsform gemäß dem ersten Aspekt umfasst der Halbleiterchip eine auf einer der ersten
Halbleiterschicht zugewandten Seite der zweiten
Halbleiterschicht angeordnete Passivierungsschicht .
Die Spiegelschicht umfasst vorteilhaft ein elektrisch
isolierendes Material. Überdies kann die Spiegelschicht ein reflektierendes Material umfassen, beispielsweise zur
Verringerung der Auskopplung von Strahlung. Dadurch kann vorteilhaft eine Intensität der abgestrahlten Strahlung an einer dafür vorgesehenen Abstrahlfläche des Halbleiterchips gesteigert werden.
Die Spiegelschicht umfasst beispielsweise mindestens eines der Materialien A1203, Ta05, Zr02, ZnO, SiNx, SiOxNy, Si02, Ti02, Zr02, Hf02, Nb205 oder MgF2 oder besteht daraus. Die Passivierungsschicht kann eine reflexionserhöhende Schicht sein und weist vorteilhaft eine oder mehrere dielektrische Schichten auf, die im Bereich des Emissionsspektrums der aktiven Schicht, insbesondere bei einer dominanten
Wellenlänge und einem dominanten Winkel der emittierten
Strahlung, eine möglichst hohe Reflexion aufweisen.
Insbesondere kann die Passivierungsschicht als dielektrischer Bragg-Spiegel (DBR) ausgebildet sein.
Eine Kontaktierung der ersten Halbleiterschicht mittels des Kontaktstegs kann beispielsweise durch eine Durchgangsöffnung in der Passivierungsschicht erfolgen, durch die sich Material des Kontaktstegs hindurch erstreckt. Alternativ kann sich die Passivierungsschicht beispielsweise lediglich in einem
Bereich des Kontaktstegs lateral über die erste
Halbleiterschicht erstrecken, wobei eine Kontaktierung der ersten Halbleiterschicht dann mittels einer
Stromaufweitungsschicht erfolgen kann, die zwischen dem
Kontaktsteg und der Passivierungsschicht angeordnet ist und sich von dem Kontaktsteg lateral hin zu einer durch die
Passivierungsschicht unbedeckte Oberfläche der ersten
Halbleiterschicht erstreckt. In zumindest einer Ausführungsform gemäß dem ersten Aspekt umfasst der Halbleiterchip eine den Kern verkapselnde
Passivierung, die die Deckfläche und die Seitenflächen des Kerns bedeckt und zwei oder mehr Dielektrika aufweist. Die Passivierung kann insbesondere auf einer Außenfläche des metallischen Mantels angeordnet sein.
Beispielsweise weist die Passivierungsschicht zwei oder mehr der Materialien A1203, Ta05, Zr02, SiNx, SiOxNy, Si02, Ti02, Zr02, Hf02, Nb205 oder MgF2 auf oder besteht daraus.
Insbesondere ist die Passivierungsschicht feuchtedicht ausgebildet. In vorteilhafter Weise trägt dies zu einer besonders hohen Lebensdauer des optoelektronischen
Halbleiterchips bei. Insbesondere können so Fehlertoleranzen bei der Verkapselung des Kerns mittels des metallischen
Mantels ausgeglichen werden.
Beispielhaft weist die Passivierungsschicht eine dem Mantel zugewandte feuchtedichte Schicht aus Aluminiumoxid und eine vom Mantel abgewandte Abschlussschicht aus Siliziumoxid auf. In zumindest einer Ausführungsform gemäß dem ersten Aspekt bedeckt der metallische Mantel die Deckfläche und die
Seitenflächen des metallischen Kerns vollständig.
Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung ein
Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen
Halbleiterchips. Bei dem Verfahren wird ein
Halbleiterschichtenstapel bereitgestellt und eine metallische Kontaktschicht auf dem Halbleiterschichtenstapel aufgebracht. Ferner wird ein metallischer Kern auf einer dem
Halbleiterschichtenstapel abgewandten Seite der metallischen Kontaktschicht aufgebracht, der auf einer dem
Halbleiterschichtenstapel abgewandten Seite eine Deckfläche sowie sich von der Deckfläche zu dem Halbleiterschichtenstapel erstreckende Seitenflächen
aufweist. Schließlich wird ein den metallischen Kern
verkapselnder metallischer Mantel derart aufgebracht, dass die Deckfläche und die Seitenflächen des metallischen Kerns bedeckt sind. Die metallische Kontaktschicht, der metallische Kern und der metallische Mantel bilden hierbei einen
Kontaktsteg zur elektrischen Kontaktierung des
Halbleiterschichtenstapels . Vorzugsweise wird der optoelektronische Halbleiterchip gemäß dem ersten Aspekt durch das Verfahren gemäß dem zweiten
Aspekt hergestellt. Das heißt, sämtliche für das Verfahren offenbarten Merkmale sind auch für den optoelektronischen Halbleiterchip offenbart und umgekehrt.
In zumindest einer Ausführungsform gemäß dem zweiten Aspekt wird vor dem Aufbringen der metallischen Kontaktschicht eine strukturierte Maske auf die der zweiten Halbleiterschicht abgewandten Seite der ersten Halbleiterschicht aufgebracht. Beispielsweise umfasst die Maske Fotolack, Siliziumdioxid oder Siliziumnitrid.
In zumindest einer Ausführungsform gemäß dem zweiten Aspekt wird Material der metallischen Kontaktschicht, des
metallischen Kerns, des metallischen Mantels und der
Abschlussschicht jeweils aufgedampft. Das Aufbringen der Schichten mittels Aufdampfen zeichnet sich vorteilhaft dadurch aus, dass diese mit einem hohen Grad an Genauigkeit strukturiert aufgebracht werden können, beispielsweise mittels eines Lithographieverfahrens.
In zumindest einer Ausführungsform gemäß dem zweiten Aspekt wird Material des metallischen Mantels unter Einsatz von Streugas aufgedampft. In vorteilhafter Weise ermöglicht dies eine hinreichende Verkapselung des metallischen Kerns auch von dessen Seitenflächen. Weitere Vorteile, vorteilhafte Ausführungsformen und
Weiterbildungen ergeben sich aus dem im Folgenden in
Verbindung mit den Figuren beschriebenen
Ausführungsbeispielen . Es zeigen:
Figuren la-lf Verfahrensschritte zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips gemäß eines ersten Ausführungsbeispiels, dargestellt in schematischer
Schnittansieht,
Figur 2 ein zweites Ausführungsbeispiel des
optoelektronischen Halbleiterchips in schematischer Schnittansicht,
Figur 3 wellenlängenabhängige
Reflexionskoeffizienten unterschiedlicher
KontaktStegmaterialien,
Figur 4 ein drittes Ausführungsbeispiel des
optoelektronischen Halbleiterchips in schematischer Schnittansicht, Figur 5 ein viertes Ausführungsbeispiel des
optoelektronischen Halbleiterchips in schematischer Schnittansicht. Gleiche oder gleichwirkende Elemente sind in den Figuren jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die in den Figuren dargestellten Bestandteile sowie die
Größenverhältnisse der Bestandteile untereinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen.
Figur la zeigt einen optoelektronischen Halbleiterchip 100 mit einem Halbleiterschichtenstapel 10 umfassend eine erste Halbleiterschicht 11, eine zweite Halbleiterschicht 17 und eine zwischen den Halbleiterschichten angeordnete aktive
Schicht 19. Bei der ersten und zweiten Halbleiterschicht 11, 17 handelt es sich um Halbleiterschichten unterschiedlichen Typs. In diesem Ausführungsbeispiel handelt es sich bei der ersten Halbleiterschicht 11 um p-dotiertes GaN und bei der zweiten Halbleiterschicht 17 um n-dotiertes GaN.
Der Halbleiterschichtenstapel 10 ist vorteilhaft auf einem Substrat 40 angeordnet, wobei beispielsweise die n-dotierte zweite Halbleiterschicht 17 diesem zugewandt ist. Bei dem Substrat 40 kann es sich vorteilhaft um ein Saphirsubstrat handeln, wobei der Halbleiterchip 100 als Volumenemitter ausgebildet sein kann.
Bei Herstellung des Halbleiterchips 100 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel wird zunächst eine strukturierte Maske 50 auf die p-dotierte Halbleiterschicht 11 aufgebracht. Die strukturierte Maske 50 umfasst vorteilhaft Fotolack,
beispielsweise einen Negativlack. Die Strukturierung der Maske 50 wird vorteilhaft für eine anschließende Ausbildung eines oder mehrere Kontaktstege 20 (siehe Figur lf) gewählt.
In einem nachfolgenden Verfahrensschritt wird eine
metallische Kontaktschicht 21 mittels der strukturierten Maske 50 in einem vorgegebenen Bereich auf der ersten
Halbleiterschicht 11 abgeschieden, beispielsweise durch
Aufdampfen. Die Kontaktschicht 21 ist in diesem
Ausführungsbeispiel aus Titan oder Chrom ausgebildet.
Figur lb zeigt den Halbleiterchip 100 in einem anschließenden Verfahrensschritt. Zur vereinfachten Darstellung ist im
Folgenden lediglich die erste Halbleiterschicht 11 der
Halbleiterschichtenfolge 10 dargestellt. In dem dargestellten Verfahrensschritt wird in diesem Ausführungsbeispiel Material eines metallischen Mantels (vgl. Fig. ld) auf der
Kontaktschicht 21 abgeschieden. Beispielsweise wird eine damit entstehende Schicht 23a des Mantels durch Aufdampfen hergestellt. Die Schicht 23a ist in diesem
Ausführungsbeispiel aus einem Edelmetall wie Platin,
Palladium oder Rhodium ausgebildet. Alternativ hierzu ist auch denkbar die Schicht 23a aus Gold auszubilden.
In einem darauffolgenden Verfahrensschritt (Figur lc) wird ein metallischer Kern 25 auf die Schicht 23a aufgebracht. Der Kern 25 dient dem Stromtransport und ist aus Silber oder Kupfer ausgebildet.
Anschließend (Figur ld) wird der Kern 25 mit weiterem
Material des vorgenannten Mantels 23 verkapselt, so dass der Kern 25 auch an seinen Seitenflächen sowie auf seiner
Oberseite vollständig bedeckt ist. Hierzu wird der Mantel 23 beispielsweise durch Aufdampfen unter Einsatz von Streugas hergestellt .
In einem optionalen, darauffolgenden Verfahrensschritt (Figur le) wird eine dünne Abschlussschicht 29 aus Gold auf den Mantel 23 abgeschieden, die eine für einen Bondprozess mit einem Golddraht geeignete Oberfläche bietet.
Abschließend (Figur lf) kann die strukturierte Maske 50 entfernt werden, und der Halbleiterchip 100 beispielsweise mit einem Verguss und/oder einer Konversionsschicht versehen werden (nicht gezeigt) . Die Kontaktschicht 21, der Kern 25, der Mantel 23 sowie die Abschlussschicht 29 bilden einen Kontaktsteg 20 zur elektrischen Kontaktierung der
Halbleiterschichtenfolge 10, insbesondere der ersten
Halbleiterschicht 11. In vorteilhafter Weise erfolgt bei den im Herstellungsprozess auftretenden Temperaturen keine
Vermischung von Material der Abschlussschicht 29 und des Mantels 23 erfolgt.
Figur 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines
optoelektronischen Halbleiterchips 100, der im Wesentlich analog zu dem ersten Ausführungsbeispiel hergestellt werden kann .
Der Halbleiterchip 100 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel
dadurch, dass die Kontaktschicht 21 aus Aluminium oder
Aluminium-Kupfer ausgebildet ist. Wie in Figur 2 gezeigt kann ferner die Schicht 23a (vgl. Figuren lb und lc) durch eine
Barrierenschicht 27 aus Titan und/oder Platin ersetzt werden. Alternativ zu der Darstellung in Figur 2 kann die
Barrierenschicht 27 auch mit reduzierter Schichtdicke
ausgebildet sein oder vollständig entfallen, so dass der Kern 25 direkt auf der Kontaktschicht 21 aus Aluminium oder
Aluminium-Kupfer angeordnet ist. Als Material für den Mantel 23 ist in diesem Fall insbesondere Rhodium, Platin oder
Palladium geeignet. Die Seitenflächen des Kontaktstegs 20 werden durch Material des Mantels 23 gebildet und können im blauen
Wellenlängenbereich bei etwa 450nm einen höheren
Reflexionskoeffizienten Γ als Gold aufweisen (vergleiche Fig. 3) , was insbesondere für unter einem flachen Winkel an einer dem Kontaktsteg 20 zugewandten Oberfläche der
Halbleiterschichtenfolge 10 austretendes Licht LI vorteilhaft ist. Die goldene Abschlussschicht 29 weist hingegen einen hohen Reflexionskoeffizienten Γ für Wellenlängen oberhalb von 550nm auf, was vorteilhaft für im Verguss des Halbleiterchips 100 konvertiertes und auf den Halbleiterchip 100
zurückgeworfenes Licht L2 ist.
Figur 4 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel eines
optoelektronischen Halbleiterchips 100. Im Gegensatz zu den beiden vorigen Ausführungsbeispielen handelt es sich bei der ersten Halbleiterschicht 11 um p-dotiertes GaN und bei der zweiten Halbleiterschicht um n-dotiertes GaN (nicht gezeigt) . Darüber hinaus weist der Halbleiterchip 100 in diesem
Ausführungsbeispiel eine elektrisch leitfähige
Stromaufweitungsschicht 13 auf, die die erste
Halbleiterschicht 11 zumindest bereichsweise bedeckt. Die Stromaufweitungsschicht 13 enthält vorzugsweise ein
transparentes, leitfähiges Oxid (TCO Transparent Conductive Oxide), wie zum Beispiel ITO.
Analog zu dem zweiten Ausführungsbeispiel kann in diesem Ausführungsbeispiel die Schicht 23a bzw. die Barrierenschicht 27 vollständig entfallen, so dass der Kern 25 direkt auf der Kontaktschicht 21 angeordnet ist. Die Kontaktschicht 21 ist in diesem Ausführungsbeispiel aus Aluminium oder Aluminium- Kupfer ausgebildet. Darüber hinaus weist der Halbleiterchip 100 eine Spiegelschicht 15 auf, die auch als „p-blocking oxide" bezeichnet werden kann. Diese kann als Siliziumdioxid-Schicht oder als Mehrschichter/DBR aus z.B. Siliziumdioxid und
Titan ( IV) -oxid ausgebildet sein. Weitere Gängige
Magnesiumflorid Mg2f, Nioboxid Nb2C>5. Hierdurch kann ein
Reflexionskoeffizient an der der ersten Halbleiterschicht 11 zugewandten Grenzfläche der Spiegelschicht 15 gesteigert werden, wodurch ein Absorptionskoeffizient der
darüberliegenden Metalle des Kontaktstegs 20 vernachlässigt werden kann. Somit kann beispielsweise die reflektierende Schicht 23a zwischen der Kontaktschicht 21 und dem Kern 25 entfallen .
Figur 4 zeigt überdies beispielhaft eine abschließend
aufgebrachte Passivierung 30, die eine Siliziumdioxidschicht aufweisen kann.
Anhand der Figur 5 ist ein viertes Ausführungsbeispiel eines optoelektronischen Halbleiterchips 100 in erweiterter Form gezeigt. Analog zu den ersten beiden Ausführungsbeispielen handelt es sich bei der ersten Halbleiterschicht 11 um n- dotiertes GaN und bei der zweiten Halbleiterschicht 17 um p- dotiertes GaN. Darüber hinaus weist der Halbleiterchip 100 in diesem Ausführungsbeispiel analog zu dem dritten
Ausführungsbeispiel eine Spiegelschicht 15 auf, die hier auch als „n-blocking oxide" bezeichnet werden kann. Diese kann ebenfalls als Siliziumdioxid-Schicht oder als
Mehrschichter/DBR aus z.B. Siliziumdioxid und Titan ( IV) -oxid ausgebildet sein. Hierdurch kann ein Reflexionskoeffizient an der der ersten Halbleiterschicht 11 zugewandten Grenzfläche der Spiegelschicht 15 gesteigert werden, wodurch ein
Absorptionskoeffizient der darüberliegenden Metalle des Kontaktstegs 20 vernachlässigt werden kann. Der Kontaktsteg 20 ist beispielsweise in einem Mesagraben angeordnet. Hierbei ist vor Aufbringen der Kontaktschicht 21 eine Mesastruktur in die Halbleiterschichtenfolge 10
eingebracht und mit der Spiegelschicht 15 bedeckt worden. In einem Bereich der Mesastruktur bzw. des Kontaktstegs 20 ist die Spiegelschicht 15 beispielsweise entfernt und weist eine Durchgangsöffnung auf, so dass die Kontaktschicht 21 in direktem Kontakt zu der ersten Halbleiterschicht 11
angeordnet ist.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den
Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Bezugs zeichenliste
100 Halbleiterchip
10 Halbleiterschichtenfolge 11 erste Halbleiterschicht
13 Stromaufweitungsschicht
15 Spiegelschicht
17 zweite Halbleiterschicht
19 aktive Schicht
20 Kontaktsteg
21 metallische Kontaktschicht
23 metallischer Mantel
25 metallischer Kern
27 Barrierenschicht
29 Abschlussschicht
30 Passivierung
40 Substrat
50 Maske
LI, L2 reflektiertes Licht
Γ Reflexionskoeffizient λ Wellenlänge

Claims

Optoelektronischer Halbleiterchip (100), umfassend
- einen Halbleiterschichtenstapel (10),
- eine auf dem Halbleiterschichtenstapel (10)
angeordnete metallische Kontaktschicht (21),
- einen auf einer dem Halbleiterschichtenstapel (10) abgewandten Seite der Kontaktschicht (21) angeordneten metallischen Kern (25) , der auf einer dem
Halbleiterschichtenstapel (10) abgewandten Seite eine Deckfläche sowie sich von der Deckfläche zu dem
Halbleiterschichtenstapel (10) erstreckende
Seitenflächen aufweist, und
- einen den Kern (25) verkapselnden metallischen Mantel (23) , der die Deckfläche und die Seitenflächen des Kerns (25) bedeckt, wobei die Kontaktschicht (21), der Kern (25) und der Mantel (23) einen Kontaktsteg (20) zur elektrischen Kontaktierung des
Halbleiterschichtenstapels (10) bilden, und die
Kontaktschicht (21) zumindest eines der folgenden
Materialien aufweist: Titan, Chrom, Aluminium, Kupfer, Molybdän, Silber oder transparentes, leitfähiges Oxid.
Optoelektronischer Halbleiterchip (100) nach Anspruch 1, wobei eine Breite des Kontaktstegs (20) zwischen einschließlich 0,5 ym und einschließlich 100 ym
beträgt .
Optoelektronischer Halbleiterchip (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine Dicke der
Kontaktschicht (21) zwischen einschließlich 0,1 nm und einschließlich 50 nm beträgt. Optoelektronischer Halbleiterchip (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Kern (25) Silber und/oder Kupfer aufweist oder daraus besteht.
Optoelektronischer Halbleiterchip (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Mantel (23) zumindest eines der folgenden Materialien aufweist oder daraus besteht: Platin, Palladium, Rhodium oder Gold.
Optoelektronischer Halbleiterchip (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Mantel (23) eine dem Halbleiterschichtenstapel (10) zugewandte Seite des Kerns (25) bedeckt.
Optoelektronischer Halbleiterchip (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend eine auf einer
Deckfläche des Mantels (23) angeordnete
Abschlussschicht (29) aus Gold.
Optoelektronischer Halbleiterchip (100) nach Anspruch 7, wobei eine Schichtdicke der Abschlussschicht (29) zwischen lOOnm und 2000nm beträgt.
Optoelektronischer Halbleiterchip (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche 7 oder 8, wobei der Kern (25) eine Schichtdicke aufweist, die größer oder gleich der Schichtdicke der Abschlussschicht (29) ist.
Optoelektronischer Halbleiterchip (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend ein Saphirsubstrat, ein SiC-Substrat oder ein GaN-Substrat . Optoelektronischer Halbleiterchip (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend eine erste
Halbleiterschicht (11), eine zweite Halbleiterschicht
(17) und eine zwischen der ersten und zweiten
Halbleiterschicht (11, 17) angeordnete aktive Schicht
(19) .
Optoelektronischer Halbleiterchip (100) nach Anspruch 11, wobei die aktive Schicht (19) zur Erzeugung oder Detektion elektromagnetischer Strahlung vorgesehen ist.
Optoelektronischer Halbleiterchip (100) nach einem der Ansprüche 11 oder 12, umfassend eine auf einer der zweiten Halbleiterschicht (17) abgewandten Seite der ersten Halbleiterschicht (11) angeordnete
Konversionsschicht .
Optoelektronischer Halbleiterchip (10) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, umfassend eine auf einer der ersten Halbleiterschicht (11) zugewandten Seite der zweiten Halbleiterschicht (17) angeordnete
Spiegelschicht (15).
Optoelektronischer Halbleiterchip (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend eine den Kern (25) verkapselnde Passivierung (30), die die Deckfläche und die Seitenflächen des Kerns (25) bedeckt und zwei oder mehr Dielektrika aufweist.
Optoelektronischer Halbleiterchip (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Mantel (23) die
Deckfläche und Seitenflächen des Kerns (25) vollständig bedeckt . Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips (100), bei dem:
- ein Halbleiterschichtenstapel (10) bereitgestellt wird,
- eine metallische Kontaktschicht (21) auf dem
Halbleiterschichtenstapel (10) aufgebracht wird,
- ein metallischer Kern (25) auf einer dem
Halbleiterschichtenstapel (10) abgewandten Seite der Kontaktschicht (21) aufgebracht wird, der auf einer dem Halbleiterschichtenstapel (10) abgewandten Seite eine Deckfläche sowie sich von der Deckfläche zu dem
Halbleiterschichtenstapel (10) erstreckende
Seitenflächen aufweist, und
- ein den Kern (25) verkapselnder metallischer Mantel (23) derart aufgebracht wird, dass die Deckfläche und die Seitenflächen des Kerns (25) bedeckt sind, wobei die Kontaktschicht (21), der Kern (25) und der Mantel (23) einen Kontaktsteg (20) zur elektrischen
Kontaktierung des Halbleiterschichtenstapels (10) bilden, und die Kontaktschicht (21) zumindest eines der folgenden Materialien aufweist: Titan, Chrom,
Aluminium, Kupfer, Molybdän, Silber oder transparentes leitfähiges Oxid.
Optoelektronischer Halbleiterchip (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 16 oder Verfahren zur Herstellung des optoelektronischen Halbleiterchips (100) nach Anspruch 17, wobei die Kontaktschicht (21) ferner Nickel aufweist.
Optoelektronischer Halbleiterchip (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 16 oder Verfahren zur Herstellung des optoelektronischen Halbleiterchips (100) nach Anspruch 17, wobei die Kontaktschicht (21) aus einem der folgenden Materialien besteht: Titan, Chrom, Aluminium, Kupfer, Molybdän, Silber oder transparentes, leitfähiges Oxid.
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