WO2018234122A1 - Optoelektronischer halbleiterchip, verfahren zur herstellung eines optoelektronischen halbleiterchips und optoelektronisches bauelement - Google Patents

Optoelektronischer halbleiterchip, verfahren zur herstellung eines optoelektronischen halbleiterchips und optoelektronisches bauelement Download PDF

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WO2018234122A1
WO2018234122A1 PCT/EP2018/065692 EP2018065692W WO2018234122A1 WO 2018234122 A1 WO2018234122 A1 WO 2018234122A1 EP 2018065692 W EP2018065692 W EP 2018065692W WO 2018234122 A1 WO2018234122 A1 WO 2018234122A1
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WO
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semiconductor chip
absorption layer
substrate
optoelectronic
optoelectronic semiconductor
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Application number
PCT/EP2018/065692
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French (fr)
Inventor
Martin LEMBERGER
Julian IKONOMOV
Original Assignee
Osram Opto Semiconductors Gmbh
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/44—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the coatings, e.g. passivation layer or anti-reflective coating
    • H—ELECTRICITY
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    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/005—Processes
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    • H01L2933/00—Details relating to devices covered by the group H01L33/00 but not provided for in its subgroups
    • H01L2933/0008—Processes
    • H01L2933/0025—Processes relating to coatings

Definitions

  • An optoelectronic semiconductor chip is described, for example, in document US 2005/0233484 A1. It is intended to specify a semiconductor chip whose
  • Brightness can be set to a desired value. Furthermore, a simplified method for
  • this comprises an epitaxial
  • Semiconductor layer sequence with an active zone in which electromagnetic radiation is generated during operation is generated during operation.
  • the active zone produces blue light.
  • the epitaxial semiconductor layer sequence is based on
  • Nitride compound semiconductor materials for example, on a nitride compound semiconductor material.
  • gallium nitride is a nitride compound semiconductor material.
  • An epitaxial semiconductor layer sequence based on a nitride compound semiconductor material typically has an active region capable of generating blue light.
  • the optoelectronic semiconductor chip comprises a substrate which, at least for the electromagnetic generated in the active zone
  • Semiconductor layer sequence is preferably on a first
  • the substrate Main surface of the substrate arranged.
  • the epitaxial semiconductor layer sequence has grown epitaxially on the first main surface of the substrate.
  • the substrate has a second major surface opposite the first major surface.
  • the substrate has side surfaces disposed between the first main surface and the second main surface.
  • the substrate comprises sapphire or is formed of sapphire.
  • sapphire is as
  • the substrate sapphire and the active zone is adapted to produce blue light.
  • the optoelectronic semiconductor chips the substrate sapphire and the active zone is adapted to produce blue light.
  • the optoelectronic semiconductor chips the substrate sapphire and the active zone is adapted to produce blue light.
  • Sapphire substrate has grown epitaxially.
  • the optoelectronic semiconductor chip sends the
  • Electromagnetic radiation which is generated in the active zone, preferably via a radiation exit surface.
  • the radiation exit surface preferably has a main surface of the semiconductor chip, which lies opposite the second main surface of the substrate. Furthermore, the semiconductor chip preferably transmits electromagnetic radiation generated in the active zone, also via the side surfaces of the
  • the absorption layer is preferably configured to set a brightness of the semiconductor chip to a desired value, in particular by absorbing radiation of the active zone from the absorption layer.
  • the desired brightness value of the semiconductor chip is preferably between 10 cd inclusive and 50 cd inclusive, and more preferably between 20 cd inclusive and 40 cd inclusive, in particular for a semiconductor chip having a size of approximately 200 microns by 300
  • Semiconductor chips may also be between 250 cd inclusive and 500 cd inclusive, and more preferably between 300 cd inclusive and 450 cd inclusive, especially for a semiconductor chip having a size of approximately 200 microns by 300 microns in size
  • the absorption layer is applied over the entire surface of the second main surface of the substrate.
  • the absorption layer is preferably in direct contact with the substrate.
  • the absorption layer is freely accessible from outside.
  • Semiconductor chips is the absorption layer of a
  • Absorption layer particularly preferably in direct contact with the substrate and is simultaneously free from the outside
  • the absorption layer is formed electrically insulating.
  • the absorption layer is free of a metal. According to a particularly preferred embodiment of the
  • the absorption layer has a thickness of between 10 nanometers and 500 nanometers inclusive. Particularly preferably, the thickness of the
  • Absorption layer has a value between 50 nanometers inclusive and 350 nanometers inclusive.
  • the preferred thickness of the absorption layer is about 135 nanometers.
  • Absorption layer to an absorption of at least 70% for electromagnetic radiation of the active zone.
  • the absorption layer has an absorption of at least 70% for visible light or blue light.
  • the absorption layer has a
  • a multiplicity of semiconductor chips are provided in a wafer composite which are to be singulated.
  • the wafer composite is preferably applied to an expandable film. Then, breaking nuclei along dividing lines in the wafer composite are preferred
  • the laser preferably emits infrared light, for example with a
  • Wavelength of about 1045 nm Preference is given to the breaking germs starting from a rear side of the
  • Wafer composite introduced. Generally speaking, the irradiation with laser radiation takes place during the singulation through the absorption layer. After introduction of the breaker nuclei, the wafer composite is broken along the dividing lines for separation. Then, the expandable film is pulled apart, so that a plurality of separate semiconductor chips is formed on the expandable film.
  • the absorption layer is preferably absorbent on electromagnetic radiation of the active zone, such as visible or blue light, and permeable to electromagnetic radiation in the infrared region.
  • electromagnetic radiation of the active zone such as visible or blue light
  • permeable to electromagnetic radiation in the infrared region With such an absorption layer, it is advantageously possible by absorption of the radiation of the active zone, the brightness of the semiconductor chip
  • an absorption layer comprising silicon has such advantageous optical properties.
  • a metallic layer is not suitable for a stealth dicing method with an infrared laser, since metals are generally not permeable to infrared radiation.
  • Optoelectronic semiconductor chip has two electrical contacts on one front.
  • the front side of the semiconductor chip can, for example, lie opposite a rear side of the semiconductor chip, which is preferably formed by the absorption layer. With two frontal electric
  • the method described below preferably takes place at wafer level, wherein the wafer in the various
  • the individual semiconductor chip later includes, such as the substrate, the epitaxial
  • Absorption layer is not differentiated between the wafer and the single semiconductor chip.
  • Optoelectronic semiconductor chip is preferably first a substrate having a first major surface and a second Main surface provided, wherein the second main surface of the first major surface opposite.
  • an epitaxial semiconductor layer sequence having an active radiation-generating zone is applied to the first main surface of the substrate.
  • the substrate is preferably permeable to the electromagnetic radiation of the active zone.
  • the epitaxial semiconductor layer sequence is grown epitaxially on the substrate.
  • Main surface of the substrate deposited, for example by sputtering or thermal evaporation.
  • Absorption layer is hereby set up a
  • Semiconductor chips preferably isolated.
  • the resulting semiconductor chip composite is separated along separation lines with the aid of a laser into individual semiconductor chips.
  • the laser emits infrared light.
  • the wavelength of the light of the laser has a value of about 1045 nanometers.
  • the optoelectronic semiconductor chip is particularly suitable for being used in an optoelectronic component. According to one embodiment, the optoelectronic
  • the housing has a recess into which the semiconductor chip is mounted.
  • the recess may be mirrored.
  • the semiconductor chip with his
  • Rear which may be formed by the absorption layer, fixed in the recess.
  • Rear which may be formed by the absorption layer, fixed in the recess.
  • Mirroring can increase the brightness of the semiconductor chip.
  • Operating current can be manufactured and has a predetermined brightness value, which is below the actual
  • Brightness value of the semiconductor chip is located. In this way, with a given process and the
  • FIG. 5 shows a schematic sectional view of an optoelectronic semiconductor chip in accordance with FIG.
  • FIGS. 6 and 7 show simulated values of reflection, transmission and absorption of an absorption layer in FIG.
  • FIG. 8 shows simulated values of the transmission of an absorption layer as a function of the wavelength.
  • FIG. 9 shows a schematic sectional illustration of an optoelectronic component according to FIG.
  • FIG. 10 schematically shows the detail marked in FIG.
  • a substrate 1 is provided in a first step, which is shown schematically in FIG.
  • the substrate 1 is formed here of sapphire and in particular transparent to visible light from the blue spectral range.
  • Substrate 1 an epitaxial semiconductor layer sequence 2 epitaxially deposited.
  • Semiconductor layer sequence 2 has an active zone 3 in which electromagnetic radiation, preferably visible blue light, is generated during operation.
  • electromagnetic radiation preferably visible blue light
  • Semiconductor layer sequence 3 is based for example on a nitride compound semiconductor material.
  • Substrate 1 which is opposite to the first main side, an absorption layer 4 deposited, for example by sputtering or thermal evaporation.
  • the absorption layer 4 in the present case has silicon and is in direct contact with the second main surface of the
  • the semiconductor chip composite of FIG. 3 is applied to an expandable film 7. Then be with one
  • the wavelength of the laser preferably has a value of 1045 nanometers.
  • the expandable film 7 is expanded so that gaps between the semiconductor chips 6 are created.
  • the optoelectronic semiconductor chip 6 according to the
  • Embodiment of Figure 5 may for example be generated by a method as described with reference to Figures 1 to 4 already.
  • the semiconductor chip 6 has a substrate 1 with a first main area and a second main area, wherein the first main area is opposite to the second main area. Side surfaces are arranged between the first main surface and the second main surface.
  • An epitaxial semiconductor layer sequence 2 has grown epitaxially on the first main area.
  • the epitaxial semiconductor layer sequence 2 has an active zone 3 in which blue light is generated in operation.
  • the radiation generated in the active zone is emitted here by a radiation exit surface, which also includes the side surfaces of the substrate 1 in addition to a main side of the semiconductor chip 6, which faces away from the second main surface of the substrate 1.
  • two electrical contacts 8 for electrically contacting the active zone 3 are arranged on a front side of the semiconductor chip 6.
  • Absorbing layer 4 applied which is formed in the present case of silicon.
  • the absorption layer 4 in this case forms a back side of the semiconductor chip 6, which lies opposite the front side.
  • FIG. 6 shows simulated values of the reflection R
  • the absorption layer 4 is formed of silicon and has a thickness of about 135 nanometers.
  • the electromagnetic radiation has an angle of incidence of 0 °.
  • the simulated values of the transmission T in a wavelength range from 400 to 700 nanometers are values between 60% and 80%, while the simulated transmission T in this wavelength range is below 20%.
  • FIG. 7 shows simulated value of the absorption A in FIG.
  • FIG. 8 shows simulated values of the transmission T a
  • the transmission T is hereby dependent on the layer thickness d of
  • the absorption layer 4 shown.
  • the absorption layer 4 is formed of silicon.
  • Transmission T vary between 50% and 100% depending on the layer thickness d.
  • the simulated values of the transmittance T show that an absorption layer 4 formed of silicon is compatible with a stealth dicing method because it is sufficiently permeable to
  • infrared laser light is.
  • Embodiment of Figures 9 and 10 has a housing 9 with a recess 10. On the bottom of the recess 10, an optoelectronic semiconductor chip 6 is fixed, as it has already been described for example with reference to FIG 5.
  • the recess of the housing 9 is formed mirrored by the surface is provided with a mirror layer 11.
  • the front-side contacts 8 of the semiconductor chip 6 are electrically conductively connected to bonding wires with connection points in the recess 10 of the housing 9.
  • FIG. 10 shows the detail marked in FIG.
  • the arrows in FIGS. 9 and 10 show possible light paths within the optoelectronic component.
  • Electromagnetic radiation generated in the active zone 3 of the semiconductor chip 6 can, as shown in FIG. 9, either directly from the radiation exit face of the
  • optoelectronic semiconductor chips 6 are emitted or meets the back of the absorption layer 4 ( Figure 10).
  • a light beam which strikes the absorption layer 4 at the back is at least partially absorbed by the absorption layer 4, so that the brightness of the optoelectronic component can be reduced to a desired value.

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Abstract

Es wird ein optoelektronischer Halbleiterchip (6) mit den folgenden Merkmalen angegeben: - einer epitaktischen Halbleiterschichtenfolge (2), die eine aktive Zone (3) umfasst, in der im Betrieb elektromagnetische Strahlung erzeugt wird, - einem Substrat (1), das zumindest für die in der aktiven Zone (3) erzeugte elektromagnetische Strahlung durchlässig ist, wobei die epitaktische Halbleiterschichtenfolge (2) auf einer ersten Hauptfläche des Substrats (1) angeordnet ist, und - einer Absorptionsschicht (4), die auf einer zweiten Hauptfläche des Substrats (1) aufgebracht ist, wobei die zweite Hauptfläche der ersten Hauptfläche gegenüberliegt und die Absorptionsschicht (4) dazu eingerichtet ist, eine Helligkeit des Halbleiterchips (6) auf einen gewünschten Wert einzustellen. Weiterhin werden ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips und ein optoelektronisches Bauelement angegeben.

Description

Beschreibung
OPTOELEKTRONISCHER HALBLEITERCHIP, VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG
EINES OPTOELEKTRONISCHEN HALBLEITERCHIPS UND OPTOELEKTRONISCHES BAUELEMENT
Es werden ein optoelektronischer Halbleiterchip, ein
Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen
Halbleiterchips und ein optoelektronisches Bauelement
angegeben.
Ein optoelektronischer Halbleiterchip ist beispielsweise in der Druckschrift US 2005/0233484 AI beschrieben. Es soll ein Halbleiterchip angegeben werden, dessen
Helligkeit auf einen gewünschten Wert eingestellt werden kann. Weiterhin soll ein vereinfachtes Verfahren zur
Herstellung eines Halbleiterchips angegeben werden, dessen Helligkeit auf einen gewünschten Wert eingestellt werden kann. Außerdem soll ein optoelektronisches Bauelement mit einem derartigen Halbleiterchip angegeben werden.
Diese Aufgaben werden durch einen optoelektronischen
Halbleiterchip mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, durch ein Verfahren mit den Schritten des Patentanspruchs 9 und durch ein optoelektronisches Bauelement mit den Merkmalen des Patentanspruchs 13 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausführungsformen des
Halbleiterchips, des Verfahrens und des optoelektronischen
Bauelements sind Gegenstand der jeweils abhängigen Ansprüche. Gemäß einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterchips umfasst dieser eine epitaktische
Halbleiterschichtenfolge mit einer aktiven Zone, in der im Betrieb elektromagnetische Strahlung erzeugt wird. Bevorzugt erzeugt die aktive Zone blaues Licht.
Die epitaktische Halbleiterschichtenfolge basiert
beispielsweise auf einem Nitrid- Verbindungshalbleitermaterial . Nitrid- Verbindungshalbleitermaterialien sind
Verbindungshalbleitermaterialien, die Stickstoff enthalten, wie die Materialien aus dem System InxAlyGai-x-yN mit 0 < x < 1, 0 < y < 1 und x+y < 1. Beispielsweise ist Galliumnitrid ein Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial. Eine epitaktische Halbleiterschichtenfolge, die auf einem Nitrid- Verbindungshalbleitermaterial beruht, weist in der Regel eine aktive Zone auf, die dazu geeignet ist, blaues Licht zu erzeugen . Gemäß einer weiteren Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterchips umfasst dieser ein Substrat, das zumindest für die in der aktiven Zone erzeugte elektromagnetische
Strahlung durchlässig ist. Die epitaktische
Halbleiterschichtenfolge ist bevorzugt auf einer ersten
Hauptfläche des Substrats angeordnet. Besonders bevorzugt ist die epitaktische Halbleiterschichtenfolge auf der ersten Hauptfläche des Substrats epitaktisch gewachsen. Das Substrat weist eine zweite Hauptfläche auf, die der ersten Hauptfläche gegenüberliegt. Außerdem weist das Substrat Seitenflächen auf, die zwischen der ersten Hauptfläche und der zweiten Hauptfläche angeordnet sind. Beispielsweise weist das Substrat Saphir auf oder ist aus Saphir gebildet. Insbesondere ist Saphir als
Wachstumssubstrat für eine epitaktische
Halbleiterschichtenfolge geeignet, die auf einem Nitrid- Verbindungshalbleitermaterial beruht.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des
optoelektronischen Halbleiterchips weist das Substrat Saphir auf und die aktive Zone ist dazu geeignet, blaues Licht zu erzeugen. Bevorzugt weist der optoelektronische
Halbleiterchip eine epitaktische Halbleiterschichtenfolge auf, die auf einem Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial basiert und deren aktive Zone blaues Licht erzeugt, wobei die epitaktische Halbleiterschichtenfolge auf einem
Saphirsubstrat epitaktisch gewachsen ist.
Der optoelektronische Halbleiterchip sendet die
elektromagnetische Strahlung, die in der aktiven Zone erzeugt wird, bevorzugt über eine Strahlungsaustrittsfläche aus. Die Strahlungsaustrittsfläche weist bevorzugt eine Hauptfläche des Halbleiterchips auf, die der zweiten Hauptfläche des Substrats gegenüberliegt. Weiterhin sendet der Halbleiterchip elektromagnetische Strahlung, die in der aktiven Zone erzeugt wird, bevorzugt ebenfalls über die Seitenflächen des
Substrats aus. Mit anderen Worten kann die
Strahlungsaustrittsfläche durch eine Hauptseite des
Halbleiterchips, die der zweiten Hauptseite des Substrats gegenüberliegt, und die Seitenflächen des Substrats gebildet sein .
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterchips ist auf der zweiten
Hauptfläche des Substrats eine Absorptionsschicht aufgebracht. Die Absorptionsschicht ist bevorzugt dazu eingerichtet, eine Helligkeit des Halbleiterchips auf einen gewünschten Wert einzustellen, insbesondere indem Strahlung der aktiven Zone von der Absorptionsschicht absorbiert wird. Der gewünschte Helligkeitswert des Halbleiterchips liegt bevorzugt zwischen einschließlich 10 cd und einschließlich 50 cd und besonders bevorzugt zwischen einschließlich 20 cd und einschließlich 40 cd, insbesondere für einen Halbleiterchip mit einer Größen von ungefähr 200 Mikrometer mal 300
Mikrometer bei einem Betriebsstrom von ungefähr 1 Milliamper.
Weiterhin kann der gewünschte Helligkeitswert des
Halbleiterchips bevorzugt auch zwischen einschließlich 250 cd und einschließlich 500 cd und besonders bevorzugt zwischen einschließlich 300 cd und einschließlich 450 cd liegen, insbesondere für einen Halbleiterchip mit einer Größen von ungefähr 200 Mikrometer mal 300 Mikrometer bei einem
Betriebsstrom von ungefähr 1 Milliamper. Bevorzugt ist die Absorptionsschicht vollflächig auf die zweite Hauptfläche des Substrats aufgebracht. Hierbei steht die Absorptionsschicht bevorzugt in direktem Kontakt mit dem Substrat. Besonders bevorzugt ist die Absorptionsschicht von außen frei zugänglich.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform des
Halbleiterchips ist die Absorptionsschicht aus einer
Einzelschicht gebildet. Mit anderen Worten steht die
Absorptionsschicht besonders bevorzugt in direktem Kontakt mit dem Substrat und ist gleichzeitig von außen frei
zugänglich . Bevorzugt ist die Absorptionsschicht elektrisch isolierend ausgebildet. Besonders bevorzugt ist die Absorptionsschicht frei von einem Metall. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform des
optoelektronischen Halbleiterchips weist die
Absorptionsschicht Silizium auf oder ist aus Silizium
gebildet. Silizium ist insbesondere alterungsstabil. Gemäß einer weiteren Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterchips weist die Absorptionsschicht eine Dicke zwischen einschließlich 10 Nanometer und einschließlich 500 Nanometer auf. Besonders bevorzugt weist die Dicke der
Absorptionsschicht einen Wert zwischen einschließlich 50 Nanometer und einschließlich 350 Nanometer auf. Ein
bevorzugter Wert für die Dicke der Absorptionsschicht beträgt ungefähr 135 Nanometer.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform des
optoelektronischen Halbleiterchips weist die
Absorptionsschicht eine Absorption von mindestens 70 % für elektromagnetische Strahlung der aktiven Zone auf.
Beispielsweise weist die Absorptionsschicht eine Absorption von mindestens 70 % für sichtbares Licht oder blaues Licht auf.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterchips weist die Absorptionsschicht eine
Transmission von mindestens 50 %, bevorzugt von mindestens 70 % und besonders bevorzugt von mindestens 80 % für infrarote Strahlung, beispielsweise mit einer Wellenlänge von ungefähr 1045 Nanometer, auf. Ist die Absorptionsschicht durchlässig für Strahlung im infraroten Bereich, so ist es mit Vorteil möglich, bei einem Herstellungsverfahren der optoelektronischen Halbleiterchips auf Waferlevel zur Vereinzelung der Halbleiterchips ein
Stealth-Dicing-Verfahren zu verwenden.
Bei einem Stealth-Dicing-Verfahren wird eine Vielzahl an Halbleiterchips in einem Waferverbund bereitgestellt, die vereinzelt werden sollen. Der Waferverbund wird bevorzugt auf eine expandierbare Folie aufgebracht. Dann werden bevorzugt Bruchkeime entlang Trennlinien in den Waferverbund
eingebracht, bevorzugt mit einem Laser. Der Laser sendet bevorzugt infrarotes Licht, beispielsweise mit einer
Wellenlänge von ungefähr 1045 Nanometer aus. Bevorzugt werden die Bruchkeime ausgehend von einer Rückseite des
Waferverbunds eingebracht. Allgemein gesprochen erfolgt die Bestrahlung mit Laserstrahlung bei der Vereinzelung durch die Absorptionsschicht hindurch. Nach dem Einbringen der Bruchkeime wird der Waferverbund entlang der Trennlinien zur Vereinzelung gebrochen. Dann wird die expandierbare Folie auseinandergezogen, so dass eine Vielzahl separater Halbleiterchips auf der expandierbaren Folie entsteht.
Bevorzugt ist die Absorptionsschicht vorliegend zum einen absorbierend für elektromagnetische Strahlung der aktiven Zone, wie sichtbares oder blaues Licht, ausgebildet und zum anderen durchlässig für elektromagnetische Strahlung im infraroten Bereich. Mit einer derartigen Absorptionsschicht ist es mit Vorteil möglich, durch Absorption der Strahlung der aktiven Zone die Helligkeit des Halbleiterchips
einzustellen und außerdem ein Stealth-Dicing-Verfahren im Waferverbund zur Vereinzelung anzuwenden. Insbesondere weist eine Absorptionsschicht, die Silizium aufweist, derart vorteilhafte optische Eigenschaften auf. Insbesondere eine metallische Schicht ist nicht für ein Stealth-Dicing- Verfahren mit einem infraroten Laser geeignet, da Metalle in der Regel nicht durchlässig sind für infrarote Strahlung.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der
optoelektronische Halbleiterchip zwei elektrische Kontakte an einer Vorderseite auf. Die Vorderseite des Halbleiterchips kann beispielsweise einer Rückseite des Halbleiterchips gegenüberliegen, die bevorzugt durch die Absorptionsschicht ausgebildet wird. Mit zwei vorderseitigen elektrischen
Kontakten ist es möglich, die Rückseite des Halbleiterchips, die beispielsweise durch die Absorptionsschicht gebildet wird, elektrisch isolierend auszubilden.
Das im Folgenden beschriebene Verfahren findet bevorzugt auf Waferlevel statt, wobei der Wafer in den verschiedenen
Verfahrensstadien vor dem Vereinzeln eine Vielzahl der
Elemente aufweist, die der einzelne Halbleiterchip später umfasst, wie das Substrat, die epitaktische
Halbleiterschichtenfolge, die aktive Zone und die
Absorptionsschicht. Der Einfachheit halber wird vorliegend trotzdem begrifflich bei dem Substrat, der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge, der aktiven Zone und der
Absorptionsschicht nicht zwischen dem Wafer und dem einzelnen Halbleiterchip unterschieden. Bei einem Verfahren zur Herstellung einer Vielzahl
optoelektronischer Halbleiterchips wird bevorzugt zunächst ein Substrat mit einer ersten Hauptfläche und einer zweiten Hauptfläche bereitgestellt, wobei die zweite Hauptfläche der ersten Hauptfläche gegenüberliegt.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens wird in einem weiteren Schritt eine epitaktische Halbleiterschichtenfolge mit einer aktiven Strahlungserzeugenden Zone auf der ersten Hauptfläche des Substrats aufgebracht. Das Substrat ist hierbei bevorzugt durchlässig für die elektromagnetische Strahlung der aktiven Zone. Besonders bevorzugt wird die epitaktische Halbleiterschichtenfolge auf dem Substrat epitaktisch gewachsen.
In einem nächsten Schritt wird gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens eine Absorptionsschicht auf der zweiten
Hauptfläche des Substrats abgeschieden, beispielsweise mittels Sputtern oder thermischem Verdampfen. Die
Absorptionsschicht ist hierbei dazu eingerichtet, eine
Helligkeit der fertigen Halbleiterchips auf einen gewünschten Wert einzustellen.
Nach dem Aufbringen der Absorptionsschicht werden die
Halbleiterchips bevorzugt vereinzelt. Hierbei wird der entstandene Halbleiterchipverbund entlang von Trennlinien mit Hilfe eines Lasers in einzelne Halbleiterchips getrennt.
Besonders bevorzugt wird als Trennverfahren zur Vereinzelung der Halbleiterchips ein Stealth-Dicing-Verfahren eingesetzt, wie es weiter oben bereits beschrieben wurde. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens sendet der Laser infrarotes Licht aus. Beispielsweise weist die Wellenlänge des Lichts des Lasers einen Wert von ungefähr 1045 Nanometer auf . Der optoelektronische Halbleiterchip ist insbesondere dazu geeignet, in einem optoelektronischen Bauelement verwendet zu werden . Gemäß einer Ausführungsform weist das optoelektronische
Bauelement ein Gehäuse und einen Halbleiterchip auf, wie er hier beschrieben wurde.
Gemäß einer Ausführungsform des optoelektronischen
Bauelements weist das Gehäuse eine Ausnehmung auf, in die der Halbleiterchip montiert ist. Die Ausnehmung kann verspiegelt sein. Beispielsweise ist der Halbleiterchip mit seiner
Rückseite, die durch die Absorptionsschicht gebildet sein kann, in der Ausnehmung befestigt. Insbesondere in Verbindung mit einer verspiegelten Ausnehmung ist eine
Absorptionsschicht zur Einstellung der Helligkeit auf der Rückseite des Halbleiterchips von Vorteil, da die
Verspiegelung die Helligkeit des Halbleiterchips verstärken kann .
Vorliegend wird ein Halbleiterchip beschrieben, der mit
Vorteil mit einem bestehenden Prozessschema und vorgegebenen Spezifikationen, wie beispielsweise Chipgröße und
Betriebsstrom gefertigt werden kann und einen vorgegebenen Helligkeitswert aufweist, der unter dem eigentlichen
Helligkeitswert des Halbleiterchips liegt. Auf diese Art und Weise können mit einem vorgegebenen Prozess und der
entsprechenden Anlage Halbleiterchips gefertigt werden, die für unterschiedliche Anwendungen geeignet sind, etwa für Anwendungen, die eine große Helligkeit erfordern und
Anwendungen, die eine geringere Helligkeit erfordern, beispielsweise Innenbeleuchtung eines Kraftfahrzeugs. Merkmale und Ausführungsformen, die vorliegend lediglich in Verbindung mit dem Halbleiterchip beschrieben sind, können ebenso bei dem Verfahren oder bei dem optoelektronischen Bauelement ausgebildet sein und jeweils umgekehrt.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen. Anhand der schematischen Schnittdarstellungen der Figuren 1 bis 4 wird ein Verfahren gemäß einer Ausführungsform näher erläutert .
Figur 5 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips gemäß einem
Ausführungsbeispiel .
Die Figuren 6 und 7 zeigen simulierte Werte der Reflexion, Transmission und Absorption einer Absorptionsschicht in
Abhängigkeit der Wellenlänge.
Die Figur 8 zeigt simulierte Werte der Transmission einer Absorptionsschicht in Abhängigkeit der Wellenlänge. Die Figur 9 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines optoelektronischen Bauelements gemäß einem
Ausführungsbeispiel .
Die Figur 10 zeigt schematisch den in Figur 8 markierten Ausschnitt.
Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu
betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente, insbesondere Schichtdicken, zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
Bei dem Verfahren gemäß der Figuren 1 bis 4 wird in einem ersten Schritt, der schematisch in Figur 1 dargestellt ist, ein Substrat 1 bereitgestellt. Das Substrat 1 ist hierbei aus Saphir gebildet und insbesondere durchlässig für sichtbares Licht aus dem blauen Spektralbereich.
In einem nächsten Schritt, der schematisch in Figur 2
dargestellt ist, wird auf eine erste Hauptfläche des
Substrats 1 eine epitaktische Halbleiterschichtenfolge 2 epitaktisch abgeschieden. Die epitaktische
Halbleiterschichtenfolge 2 weist eine aktive Zone 3 auf, in der im Betrieb elektromagnetische Strahlung, bevorzugt sichtbares blaues Licht, erzeugt wird. Die epitaktische
Halbleiterschichtenfolge 3 basiert beispielsweise auf einem Nitrid-Verbindunghalbleitermaterial .
In einem nächsten Schritt, der schematisch in Figur 3
dargestellt ist, wird auf eine zweite Hauptseite des
Substrats 1, die der ersten Hauptseite gegenüberliegt, eine Absorptionsschicht 4 abgeschieden, beispielsweise mittels Sputtern oder thermischem Verdampfen.
Die Absorptionsschicht 4 weist vorliegend Silizium auf und ist in direktem Kontakt auf die zweite Hauptfläche des
Substrats 1 aufgebracht. Weiterhin ist die Absorptionsschicht 4 vorliegend von außen frei zugänglich. In einem nächsten Schritt, der schematisch in Figur 4
dargestellt ist, wird der als Wafer ausgebildete
Halbleiterchipverbund, der durch die oben beschriebenen
Verfahrensschritte erzeugt wird und in Figur 3 dargestellt ist, mit Hilfe eines Stealth-Dicing-Verfahrens entlang von Trennlinien 5 in eine Vielzahl an Halbleiterchips 6
vereinzelt .
Hierzu wird der Halbleiterchipverbund der Figur 3 auf eine expandierbare Folie 7 aufgebracht. Dann werden mit einem
Laser, der bevorzugt Licht aus dem infraroten Spektralbereich aussendet, Bruchkeime entlang der Trennlinien 5 in den
Halbleiterchipverbund eingebracht. Die Wellenlänge des Lasers weist bevorzugt einen Wert von 1045 Nanometer auf. Um den Halbleiterchipverbund in einzelne Halbleiterchips 6 zu zertrennen, wird die expandierbare Folie 7 expandiert, sodass Zwischenräume zwischen den Halbleiterchips 6 entstehen.
Der optoelektronische Halbleiterchip 6 gemäß dem
Ausführungsbeispiel der Figur 5 kann beispielsweise mit einem Verfahren erzeugt werden, wie es anhand der Figuren 1 bis 4 bereits beschrieben wurde.
Der Halbleiterchip 6 weist ein Substrat 1 mit einer ersten Hauptfläche und einer zweiten Hauptfläche auf, wobei die erste Hauptfläche der zweiten Hauptfläche gegenüberliegt. Zwischen der ersten Hauptfläche und der zweiten Hauptfläche sind Seitenflächen angeordnet. Auf die erste Hauptfläche ist eine epitaktische Halbleiterschichtenfolge 2 epitaktisch gewachsen. Die epitaktische Halbleiterschichtenfolge 2 weist eine aktive Zone 3 auf, in der im Betrieb blaues Licht erzeugt wird. Die in der aktiven Zone erzeugte Strahlung wird vorliegend von einer Strahlungsaustrittsfläche ausgesendet, die neben einer Hauptseite des Halbleiterchips 6, die von der zweiten Hauptfläche des Substrats 1 abgewandt ist, auch die Seitenflächen des Substrats 1 umfasst. Weiterhin sind auf einer Vorderseite des Halbleiterchips 6 zwei elektrische Kontakte 8 zur elektrischen Kontaktierung der aktiven Zone 3 angeordnet .
Auf der zweiten Hauptfläche des Substrats 1 ist eine
Absorptionsschicht 4 aufgebracht, die vorliegend aus Silizium gebildet ist. Die Absorptionsschicht 4 bildet hierbei eine Rückseite des Halbleiterchips 6 aus, die der Vorderseite gegenüberliegt .
Die Figur 6 zeigt simulierte Werte der Reflexion R
(durchgezogene Linie) , der Transmission T (Kreise) und der Absorption A (Sterne) einer Absorptionsschicht 4 in Prozent in Abhängigkeit der Wellenlängen λ von einfallender
elektromagnetischer Strahlung. Die Absorptionsschicht 4 ist aus Silizium gebildet und weist eine Dicke von ungefähr 135 Nanometer auf. Die elektromagnetische Strahlung weist einen Einfallswinkel von 0° auf.
Die simulierten Werte der Transmission T betragen hierbei in einem Wellenlängenbereich von 400 bis 700 Nanometer Werte zwischen 60 % und 80 %, während die simulierte Transmission T in diesem Wellenlängenbereich unter 20 % liegt. Die
simulierte Reflexion liegt in dem dargestellten
Wellenlängenbereich zwischen zirka 10 % und 40 %. Die Figur 7 zeigt simulierte Wert der Absorption A in
Abhängigkeit der Wellenlänge λ von einfallender
elektromagnetischer Strahlung und in Abhängigkeit der Dicke d einer Absorptionsschicht 4, die Silizium aufweist. Figur 8 zeigt simulierte Werte der Transmission T einer
Absorptionsschicht 4 in Prozent für p-polarisiertes
Laserlicht einer Wellenlänge λ von ungefähr 1045 Nanometer unter einem Einfallswinkel von 50°. Die Transmission T ist hierbei in Abhängigkeit der Schichtdicke d der
Absorptionsschicht 4 dargestellt. Die Absorptionsschicht 4 ist aus Silizium gebildet. Die simulierten Werte der
Transmission T schwanken hierbei zwischen 50 % und 100 % in Abhängigkeit der Schichtdicke d. Die simulierte Werte der Transmission T zeigen, dass eine Absorptionsschicht 4, die aus Silizium gebildet ist, mit einem Stealth-Dicing-Verfahren kompatibel ist, da diese ausreichend durchlässig für
infrarotes Laserlicht ist.
Das optoelektronische Bauelement gemäß dem
Ausführungsbeispiel der Figuren 9 und 10 weist ein Gehäuse 9 mit einer Ausnehmung 10 auf. Auf dem Boden der Ausnehmung 10 ist ein optoelektronischer Halbleiterchip 6 befestigt, wie er beispielsweise anhand der Figur 5 bereits beschrieben wurde. Die Ausnehmung des Gehäuses 9 ist verspiegelt ausgebildet, indem deren Oberfläche mit einer Spiegelschicht 11 versehen ist. Die vorderseitigen Kontakte 8 des Halbleiterchips 6 sind mit Bonddrähten mit Anschlussstellen in der Ausnehmung 10 des Gehäuses 9 elektrisch leitend verbunden.
Figur 10 zeigt den in Figur 9 markierten Ausschnitt. Die Pfeile in den Figuren 9 und 10 zeigen mögliche Lichtpfade innerhalb des optoelektronischen Bauelements.
Elektromagnetische Strahlung, die in der aktiven Zone 3 des Halbleiterchips 6 erzeugt wird, kann wie in Figur 9 gezeigt entweder direkt von der Strahlungsaustrittsfläche des
optoelektronischen Halbleiterchips 6 ausgesandt werden oder trifft rückseitig auf die Absorptionsschicht 4 (Figur 10) . Ein Lichtstrahl, der rückseitig auf die Absorptionsschicht 4 trifft, wird von der Absorptionsschicht 4 zumindest teilweise absorbiert, sodass die Helligkeit des optoelektronischen Bauelements auf einen gewünschten Wert gemindert werden kann.
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Anmeldung DE 102017113732.7, deren
Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
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 zeichen
1 Substrat
2 epitaktische Halbleiterschichtenfolge
3 aktive Zone
4 AbSorptionsschicht
5 Trennlinien
6 Halbleiterchip
7 expandierbare Folie
8 elektrischer Kontakt
9 Gehäuse
10 Ausnehmung
11 Spiegelschicht
T Transmission
A Absorption
R Reflexion
d Dicke
λ Wellenlänge

Claims

Patentansprüche
1. Optoelektronischer Halbleiterchip (6) mit:
- einer epitaktischen Halbleiterschichtenfolge (2), die eine aktive Zone (3) umfasst, in der im Betrieb elektromagnetische
Strahlung erzeugt wird,
- einem Substrat (1), das zumindest für die in der aktiven Zone (3) erzeugte elektromagnetische Strahlung durchlässig ist, wobei die epitaktische Halbleiterschichtenfolge (2) auf einer ersten Hauptfläche des Substrats (1) angeordnet ist, und
- einer Absorptionsschicht (4), die auf einer zweiten
Hauptfläche des Substrats (1) aufgebracht ist, wobei die zweite Hauptfläche der ersten Hauptfläche gegenüberliegt und die Absorptionsschicht (4) dazu eingerichtet ist, eine
Helligkeit des Halbleiterchips (6) auf einen gewünschten Wert einzustellen .
2. Optoelektronischer Halbleiterchip (6) nach dem vorherigen Anspruch,
bei dem die Absorptionsschicht (4) Silizium aufweist.
3. Optoelektronischer Halbleiterchip (6) nach einem der obigen Ansprüche,
bei dem die Absorptionsschicht (4) eine Dicke zwischen einschließlich 10 Nanometer und einschließlich 500 Nanometer aufweist .
4. Optoelektronischer Halbleiterchip (6) nach einem der obigen Ansprüche,
bei dem die Absorptionsschicht (4) eine Absorption (A) von mindestens 70 % für elektromagnetische Strahlung der aktiven Zone (3) aufweist.
5. Optoelektronischer Halbleiterchip (6) nach einem der obigen Ansprüche,
bei dem die Absorptionsschicht (4) eine Transmission (T) von mindestens 50 % für elektromagnetische Strahlung im
infraroten Bereich aufweist.
6. Optoelektronischer Halbleiterchip (6) nach einem der obigen Ansprüche,
bei dem die Absorptionsschicht (4) absorbierend für
elektromagnetische Strahlung der aktiven Zone (3) und
durchlässig für infrarote Strahlung ist.
7. Optoelektronischer Halbleiterchip (6) nach einem der obigen Ansprüche,
der zwei elektrische Kontakte (8) an einer Vorderseite aufweist .
8. Optoelektronischer Halbleiterchip (6) nach einem der obigen Ansprüche, bei dem
- die aktive Zone (3) dazu geeignet ist, blaues Licht zu erzeugen, und
- das Substrat (1) Saphir aufweist.
9. Verfahren zur Herstellung einer Vielzahl
optoelektronischer Halbleiterchips (6) mit den folgenden Schritten :
- Bereitstellen eines Substrats (1) mit einer ersten
Hauptfläche und einer zweiten Hauptfläche, die der ersten Hauptfläche gegenüberliegt,
- Abscheiden einer epitaktischen Halbleiterschichtenfolge (2) mit einer aktiven Strahlungserzeugenden Zone (3) auf der ersten Hauptfläche des Substrats (1), wobei das Substrat (1) durchlässig ist für elektromagnetische Strahlung der aktiven Zone (3) ,
- Abscheiden einer Absorptionsschicht (4) auf der zweiten Hauptfläche des Substrats (1), wobei die Absorptionsschicht
(4) dazu eingerichtet ist, eine Helligkeit der fertigen Halbleiterchips (6) auf einen gewünschten Wert einzustellen, und
- Vereinzeln der Halbleiterchips (6) entlang von Trennlinien
(5) mit Hilfe eines Lasers.
10. Verfahren nach dem vorherigen Anspruch,
bei dem als Trennverfahren ein Stealth-Dicing-Verfahren eingesetzt wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 10,
bei dem der Laser infrarotes Licht aussendet.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11,
bei dem die Absorptionsschicht (4) mittels Sputtern oder thermischem Verdampfen abgeschieden wird.
13. Optoelektronische Bauelement mit einem Gehäuse (9) und einem Halbleiterchip (6) nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
14. Optoelektronisches Bauelement nach dem vorherigen
Anspruch,
bei dem das Gehäuse (9) eine verspiegelte Ausnehmung (10) aufweist, in die der Halbleiterchip (6) montiert ist.
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