DE102009039890A1

DE102009039890A1 - Optoelektronisches Bauelement mit einem Halbleiterkörper, einer Isolationsschicht und einer planaren Leitstruktur und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE102009039890A1
Application number: DE102009039890A
Authority: DE
Inventors: Karl Weidner; Ralph Dr. Wirth; Axel Kaltenbacher; Walter Wegleiter; Bernd Barchmann; Oliver Wutz; Jan Marfeld
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2009-09-03
Filing date: 2009-09-03
Publication date: 2011-03-10
Also published as: EP2474048A1; WO2011026709A1; TW201123540A; US20120228663A1; JP5675816B2; TWI451599B; CN102484171A; CN102484171B; KR20120055723A; JP2013504187A

Abstract

Es ist ein optoelektronisches Bauelement (10) vorgesehen, dass zumindest einen Halbleiterkörper (2) mit einer Strahlungsaustrittsseite (20) aufweist. Der Halbleiterkörper (2) ist mit einer der Strahlungsaustrittsseite (20) gegenüberliegenden Seite auf einem Substrat (1) angeordnet, wobei auf der Strahlungsaustrittsseite (20) zumindest ein elektrischer Anschlussbereich (22) angeordnet ist. Auf dem elektrischen Anschlussbereich (22) ist ein Metallisierungshügel (3) angeordnet. Ferner ist der Halbleiterkörper (2) zumindest teilweise mit einer Ioslationsschicht (4) versehen, wobei der Metallisierungshügel (3) die Isolationsschicht (4) überragt. Auf der Isolationsschicht (4) ist zur planaren Kontaktierung des Halbleiterkörpers (2) zumindest eine planare Leitstruktur (5) angeordnet, die mit dem elektrischen Anschlussbereich (22) über den Metallisierungshügel (3) elektrisch leitend verbunden ist. Weiter ist ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen optoelektronischen Bauelements (10) vorgesehen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein optoelektronisches Bauelement mit einem Halbleiterkörper, einer Isolationsschicht und einer planaren Leitstruktur zur planaren Kontaktierung des Halbleiterkörpers. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Bauelements.
Ein Bauelement mit einem Halbleiterkörper, der planar kontaktiert ist, ist beispielsweise aus der Druckschrift DE 103 53 679 A1 bekannt. Insbesondere weist das Bauelement ein Substrat, einen darauf angeordneten, optoelektronischen Halbleiterkörper und eine isolierende Schicht auf, wobei die isolierende Schicht über das Substrat und den optoelektronischen Halbleiterkörper geführt ist. Zur Kontaktierung des optoelektronischen Halbleiterkörpers ist eine planare Leitstruktur in Form einer Metallisierung über die isolierende Schicht zu Kontaktstellen des Halbleiterkörpers und zu einer Leiterbahn des Substrats geführt.
Bei herkömmlichen planaren Kontaktierungstechniken ist jedoch ein Freilegen von Anschlussbereichen des Halbleiterkörpers notwendig, um den Halbleiterkörper mittels der planaren Leitstruktur elektrisch leitend kontaktieren zu können. Insbesondere ist es hierbei erforderlich, die isolierende Schicht im Anschlussbereich des Halbleiterkörpers zu entfernen. Die konventionelle planare Kontaktierungstechnik nutzt hierzu einen Laserablationsprozess zum Freilegen der Anschlussbereiche des Halbleiterkörpers. Erforderlich ist dabei ein nahezu rückstandsfreies Entfernen der isolierenden Schicht über dem Anschlussbereich. Wird die isolierende Schicht nicht rückstandsfrei entfernt, kann dies zu einer Beeinträchtigung, insbesondere eine Verschlechterung, der Leistung im Betrieb des Bauelements führen. Ferner kann eine Abweichung der rückstandsfreien Entfernung der isolierenden Schicht zu einem erhöhten Leistungseintrag führen, wodurch nachteilig der Halbleiterkörper beschädigt werden kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes, optoelektronisches Bauelement bereitzustellen, das insbesondere eine geringe Bauhöhe und gleichzeitig eine zuverlässige Betriebsleistung aufweist und sich ferner durch ein vereinfachtes Herstellungsverfahren auszeichnet.
Diese Aufgaben werden durch ein optoelektronisches Bauelement mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren zu dessen Herstellung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und bevorzugte Weiterbildungen des Bauelements und des Verfahrens zu dessen Herstellung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Erfindungsgemäß ist ein optoelektronisches Bauelement vorgesehen, das zumindest einen Halbleiterkörper mit einer Strahlungsaustrittsseite aufweist. Der Halbleiterkörper ist mit einer der Strahlungsaustrittsseite gegenüberliegenden Seite auf einem Substrat angeordnet, wobei auf der Strahlungsaustrittsseite zumindest ein elektrischer Anschlussbereich angeordnet ist. Auf dem elektrischen Anschlussbereich ist ein Metallisierungshügel angeordnet. Ferner ist der Halbleiterkörper zumindest teilweise mit einer Isolationsschicht versehen, wobei der Metallisierungshügel die Isolationsschicht überragt. Auf der Isolationsschicht ist zur planaren Kontaktierung des Halbleiterkörpers zumindest eine planare Leitstruktur angeordnet, die mit dem elektrischen Anschlussbereich über den Metallisierungshügel elektrisch leitend verbunden ist.
Durch die planare Kontaktierung des Halbleiterkörpers ergibt sich mit Vorteil eine besonders geringe Bauhöhe des Bauelements. So kann mit Vorteil ein kompaktes Bauelement bereitgestellt werden. Eine nahe Anordnung der Leitstrukturen an den Halbleiterkörper ermöglicht sich mit Vorteil, wodurch sich eine besonders geringe Bauhöhe des Bauelements ergibt. Dadurch ermöglicht sich insbesondere eine nahe Anordnung von beispielsweise optischen Elementen an den Halbleiterkörper.
Optische Elemente sind insbesondere Komponenten, die von dem Halbleiterkörper emittierte Strahlung gezielt beeinflussen, insbesondere die Abstrahlcharakteristik ändern, wie beispielsweise Linsen.
Durch den Metallisierungshügel auf dem Anschlussbereich des Halbleiterkörpers, der aus der Isolationsschicht herausragt, kann ferner ein Laserablationsprozess der Isolationsschicht über dem elektrischen Anschlussbereich des Halbleiterkörpers vermieden werden, wodurch eine Beschädigung der Anschlussbereiche des Halbleiterkörpers vermieden, insbesondere verhindert werden kann. Insbesondere ermöglicht sich so eine homogene, störungsfreie Anschlussbereichsoberfläche, wodurch eine Beeinflussung der Betriebsleistung des Halbleiterkörpers verhindert werden kann. Mit Vorteil kann so ein zuverlässiges Bauelement erzielt werden.
Ein Metallisierungshügel ist beispielsweise eine Erhöhung aufweisend ein metallisches Material. Der Metallisierungshügel muss dabei nicht notwendigerweise eine spezielle Form aufweisen. Insbesondere überragt der Metallisierungshügel die Isolationsschicht. Beispielsweise ragt der Metallisierungshügel aus einer dem Halbleiterkörper gegenüberliegenden Oberfläche der Isolationsschicht heraus. Der Metallisierungshügel weist somit insbesondere auf der Strahlungsaustrittsseite eine größere Höhe auf als die Isolationsschicht. Vorzugsweise durchdringt der Metallisierungshügel die Isolationsschicht vollständig.
Metallisierungshügel sind dem Fachmann insbesondere auch als ”Bumps” bekannt.
Der Metallisierungshügel ist insbesondere eine von dem Anschlussbereich des Halbleiterkörpers und von der planaren Leitstruktur separate Komponente des Bauelements. Vorzugsweise ist der Metallisierungshügel beispielsweise auf den Anschlussbereich geklebt oder gelötet.
Der Halbleiterkörper ist bevorzugt ein Halbleiterchip, besonders bevorzugt eine Licht emittierende Diode (LED) oder eine Laserdiode.
Der Halbleiterkörper weist vorzugsweise eine strahlungsemittierende aktive Schicht auf. Die aktive Schicht weist vorzugsweise einen pn-Übergang, eine Doppelheterostruktur, eine Einfachquantentopfstruktur (SQW, single quantum well) oder eine Mehrfachquantentopfstruktur (MQW, multi quantum well) zur Strahlungserzeugung auf.
Der Halbleiterkörper basiert vorzugsweise auf einem Nitrid-, Phosphid- oder Arsenidverbindungshalbleiter. Bevorzugt ist der Halbleiterkörper als Dünnfilmhalbleiterkörper ausgeführt. Ein Dünnfilmhalbleiterkörper ist insbesondere ein Halbleiterkörper, während dessen Herstellung das Aufwachssubstrat abgelöst worden ist.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung des optoelektronischen Bauelements ist der Metallisierungshügel ein sogenannter „Studbump”. Ein Studbump ist beispielsweise ein Draht, bevorzugt ein abgequetschter Gold-Draht (Au-Draht). Der Draht ist insbesondere auf dem Anschlussbereich des Halbleiterkörpers, der vorzugsweise als Kontaktierpad ausgebildet ist, angeordnet. Studbumps sind dem Fachmann bekannt und werden daher an dieser Stelle nicht näher erläutert.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des optoelektronischen Bauelements ist der Metallisierungshügel ein sogenannter „Solder-ball”, beispielsweise eine Lotkugel oder ein „Flip Chip Bump”. Eine Lotkugel ist hierbei bevorzugt jeder metallische Körper, der auf den Anschlussbereich aufgelötet werden kann. Insbesondere ist unter einer Lotkugel nicht nur ein kugelförmiger Körper zu verstehen. Ferner sind jede kugelähnlichen Körper, wie beispielsweise pfostenförmige Körper oder ähnliches, darunter zu verstehen. Auch Körper, die lediglich auf der von der Strahlungsseite abgewandten Fläche eine Rundung aufweisen, fallen hierbei unter den Begriff Lotkugel. Auch zylinderförmige Körper fallen im Rahmen der Anmeldung unter den Begriff Lotkugel. Solder-balls, Lotkugeln und Flip Chip Bumps sind dem Fachmann bekannt und werden daher an dieser Stelle nicht näher erläutert.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung des optoelektronischen Bauelements enthält der Metallisierungshügel eine Nickel-Gold-Verbindung (Ni/Au-Verbindung) und/oder eine Nickel-Palladium-Verbindung (Ni/Pd-Verbindung).
Bevorzugt ist der Metallisierungshügel elektrisch leitend und verbindet den elektrischen Anschlussbereich des Halbleiterkörpers mit der planaren Leitstruktur, sodass der Halbleiterkörper mittels des Metallisierungshügels elektrisch leitend kontaktiert ist. Die Isolationsschicht weist vorzugsweise im Bereich des Metallisierungshügels einen Durchbruch auf, den der Metallisierungshügel vollständig durchdringt.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des optoelektronischen Bauelements ist die Isolationsschicht für eine von dem Halbleiterkörper emittierte Strahlung transparent. Vorzugsweise ist die Isolationsschicht für die von dem Halbleiterkörper emittierte Strahlung zumindest teilweise strahlungsdurchlässig. Die von dem Halbleiterkörper emittierte Strahlung kann so durch die Isolationsschicht ausgekoppelt werden, ohne dabei wesentliche optische Verluste zu erleiden. Eine Absorption der von dem Halbleiterkörper emittierten Strahlung in der Isolationsschicht kann so mit Vorteil verringert werden, sodass sich die Effizienz des Bauelements mit Vorteil erhöht.
Die Isolationsschicht ist vorzugsweise eine Folie, ein Lack oder eine Polymerschicht.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des optoelektronischen Bauelements ist in der Isolationsschicht ein Konversionsmaterial angeordnet.
Das Konversionsmaterial in der Isolationsschicht absorbiert vorzugsweise zumindest teilweise Strahlung, die von dem Halbleiterkörper emittiert wird, und re-emittiert eine Sekundärstrahlung in einem anderen Wellenlängenbereich. Dadurch emittiert das Bauelement Mischstrahlung, die die von dem Halbleiterkörper emittierte Strahlung und die Sekundärstrahlung des Konversionsmaterials enthält. Vorzugsweise kann so beispielsweise ein Bauelement erzeugt werden, das Mischstrahlung im weißen Farbort emittiert.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des optoelektronischen Bauelements ist mindestens ein weiterer Halbleiterkörper auf dem Substrat angeordnet. Insbesondere ist der weitere Halbleiterkörper lateral beabstandet von dem Halbleiterkörper angeordnet. Der weitere Halbleiterkörper ist vorzugsweise ausgebildet wie der erste Halbleiterkörper. Insbesondere weist der weitere Halbleiterkörper eine Strahlungsaustrittsseite auf, auf dem zumindest ein elektrischer Anschlussbereich angeordnet ist, auf dem ein Metallisierungshügel angeordnet ist. Ferner ist der weitere Halbleiterkörper zumindest teilweise mit einer Isolationsschicht versehen, wobei der Metallisierungshügel die Isolationsschicht durchdringt, insbesondere überragt.
Vorzugsweise sind der Halbleiterkörper und der weitere Halbleiterkörper mittels einer weiteren planaren Leitstruktur miteinander elektrisch leitend verbunden.
Durch die weitere planare Leitstruktur, die die Halbleiterkörper miteinander elektrisch leitend verbindet, kann insbesondere mit Vorteil ein kompaktes Modul bereitgestellt werden, da die Halbleiterkörper auf Platz sparende Art und Weise auf dem Substrat angeordnet sein können. Die Grundfläche des Bauelements verringert sich so mit Vorteil.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Moduls umfasst insbesondere die folgenden Schritte:

a) Anordnen eines Halbleiterkörpers mit einer von einer Strahlungsaustrittsseite abgewandten Seite auf einem Substrat,
b) Aufbringen eines Metallisierungshügels auf einem elektrischen Anschlussbereich des Halbleiterkörpers, der auf der Strahlungsaustrittsseite angeordnet ist,
c) nachfolgendes Aufbringen einer Isolationsschicht auf den Halbleiterkörper derart, dass der Metallisierungshügel die Isolationsschicht überragt.

Vor dem Aufbringen der Isolationsschicht auf dem Halbleiterkörper wird demnach der elektrische Anschlussbereich des Halbleiterkörpers mit dem Metallisierungshügel („Bumps”) versehen. Das anschließende Aufbringen der Isolationsschicht, vorzugsweise einer Folie, erfolgt so, dass der Metallisierungshügel nach Aufbringen der Isolationsschicht aus der Oberfläche der Isolationsschicht herausragt. Eine Laserablation der Isolationsschicht über dem elektrischen Anschlussbereich des Halbleiterkörpers entfällt so mit Vorteil, wodurch eine Beschädigung des Anschlussbereichs des Halbleiterkörpers mit Vorteil verhindert werden kann. Insbesondere kann so mit Vorteil eine homogene, störungsfreie Anschlussbereichsfläche erzielt werden, die vorzugsweise nicht die Betriebsleistung des Halbleiterkörpers negativ beeinflusst.
Insbesondere kann so ein verbessertes Herstellungsverfahren ermöglicht werden, bei dem eine Beschädigung des Anschlussbereichs des Halbleiterkörpers, die herkömmlicherweise mittels Laserablationsprozessen zumindest teilweise erfolgt, verhindert wird. Ferner fällt in den erfindungsgemäßen Verfahren der Verfahrensschritt des Freilegens des Anschlussbereichs des Halbleiterkörpers, insbesondere das Entfernen der Isolationsschicht über dem Anschlussbereich des Halbleiterkörpers, vorzugsweise weg, sodass ein vereinfachtes Herstellungsverfahren erzielt werden kann.
Zum Erzeugen der Metallisierungshügel auf dem Anschlussbereich des Halbleiterkörpers finden vorzugsweise folgende Verfahren Anwendung:

– Siebdruck-Verfahren,
– Reflow-Verfahren,
– Solder-Ball-Placement.

Der Metallisierungshügel ist vorzugsweise ein Studbump oder ein Solder-ball, wobei zum Aufbringen des Metallisierungshügels auf dem elektrischen Anschlussbereich beispielsweise ein Klebe- oder ein Lotprozess Anwendung findet.
Zum Aufbringen der Isolationsschicht auf dem Halbleiterkörper, dem Substrat und dem Metallisierungshügel derart, dass der Metallisierungshügel frei ist von Isolationsmaterial der Isolationsschicht, finden beispielsweise folgende Verfahren Anwendung:

– Laminieren der Isolationsschicht, insbesondere einer Folie, mit entsprechendem Druck,
– Siebdruck von Isolationsmaterial mit einer Aussparung im Bereich des Metallisierungshügels,
– Molding von Isolationsmaterial mit oder ohne einer Aussparung im Anschlussbereich des Halbleiterkörpers,
– Aufpressen der Isolationsschicht auf den Metallisierungshügel, sodass der Metallisierungshügel durch die Isolationsschicht hindurch gepresst wird.

Die Isolationsschicht wird vorzugsweise jeweils so aufgebracht, dass der oder die Metallisierungshügel frei von Material der Isolationsschicht sind, der Halbleiterkörper und das Substrat jedoch in Bereichen außerhalb des Metallisierungshügels von der Isolationsschicht umhüllt, insbesondere bedeckt werden.
Sollten dennoch Reste der Isolationsschicht auf dem Metallisierungshügel nach Aufbringen der Isolationsschicht vorhanden sein, so kann der Metallisierungshügel mittels eines Stempelprozesses, eines Schleifprozesses, einer Laserablation, eines Plasmaprozesses oder eines Flycutprozesses weiter freigelegt werden, sodass eine elektrische Kontaktierung des Halbleiterkörpers mittels des Metallisierungshügel ermöglicht wird. Insbesondere kann so die Isolationsschicht über dem Metallisierungshügel restlos geöffnet werden.
Weiter kann der Halbleiterkörper auf der Strahlungsaustrittsseite weitere Anschlussbereiche aufweisen, auf denen jeweils ein Metallisierungshügel aufgebracht ist, wobei die Isolationsschicht in diesem Fall in Bereichen der Metallisierungshügel jeweils einen Durchbruch aufweist, sodass die Metallisierungshügel die Isolationsschicht jeweils vollständig durchdringen.
Ein durch ein derartiges Verfahren hergestelltes Bauelement weist demnach zumindest einen Halbleiterkörper auf, der bis auf Bereiche der Metallisierungshügel vorzugsweise vollständig von der Isolationsschicht umhüllt ist. Ferner kann der Verfahrensschritt des Aufbringens der Isolationsschicht auf dem Halbleiterkörper ebenfalls ein Aufbringen der Isolationsschicht auf dem Substrat in Bereichen des Substrats, die sich außerhalb des oder der Montagebereiche des Halbleiterkörpers befinden, beinhalten.
Nach Aufbringen der Isolationsschicht auf dem Halbleiterkörper und dem Substrat wird weiter die planare Leitstruktur oder die planaren Leitstrukturen, beispielsweise in Form von Metallstrukturen, aufgebracht. Mögliche Verfahren hierzu sind dem Fachmann beispielsweise aus der Druckschrift DE 103 53 679 A1 bekannt, deren Offenbarungsgehalt hiermit explizit in die vorliegende Anmeldung aufgenommen wird.
Weitere Merkmale, Vorteile, bevorzugte Ausgestaltungen und Zweckmäßigkeiten des optoelektronischen Bauelements und des Verfahrens zu dessen Herstellung ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den 1 bis 3 erläuterten Ausführungsbeispielen. Es zeigen:
1 bis 3 jeweils einen schematischen Querschnitt von Ausführungsbeispielen eines erfindungsgemäßen Bauelements.
Gleiche oder gleich wirkende Bestandteile sind jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die dargestellten Bestandteile sowie die Größenverhältnisse der Bestandteile untereinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen.
In 1 ist ein optoelektronisches Bauelement dargestellt, das ein Substrat 1 und einen darauf angeordneten Halbleiterkörper 2 aufweist. Der Halbleiterkörper 2 weist vorzugsweise eine strahlungsemittierende aktive Schicht zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung auf. Beispielsweise ist der Halbleiterkörper 2 ein Halbleiterchip, bevorzugt eine Licht emittierende Diode (LED) oder eine Laserdiode.
In dem Ausführungsbeispiel der 1 weist der Halbleiterkörper 2 auf der dem Substrat 1 zugewandten Seite eine Kontaktfläche 23 auf. Insbesondere ist der Halbleiterkörper über die Kontaktfläche 23 mit Leiterbahnen, die auf dem Substrat 1 angeordnet sind, oder mit dem Substrat 1, das in diesem Fall ein elektrisch leitfähiges Material aufweist, elektrisch leitend kontaktiert.
Auf der von dem Substrat 1 abgewandten Seite des Halbleiterkörpers 2 ist eine Strahlungsaustrittsseite 20 angeordnet. Durch die Strahlungsaustrittsseite 20 wird vorzugsweise ein Großteil der von der aktiven Schicht emittierten Strahlung aus dem Halbleiterkörper 2 ausgekoppelt. Die von dem Halbleiterkörper 2 emittierte Strahlung ist in den Ausführungsbeispielen 1 bis 3 jeweils durch einen Pfeil dargestellt.
Auf der Strahlungsaustrittsseite 20 des Halbleiterkörpers 2 ist ein elektrischer Anschlussbereich 22 angeordnet. In dem Ausführungsbeispiel der 1 ist der elektrische Anschlussbereich 22 in einem Seitenbereich der Strahlungsaustrittsseite 20 angeordnet, sodass der elektrische Anschlussbereich nicht notwendigerweise transparent für die von dem Halbleiterkörper 2 emittierte Strahlung sein muss.
Auf dem elektrischen Anschlussbereich 22 ist ein Metallisierungshügel 3 angeordnet. Der Metallisierungshügel 3 kann beispielsweise ein Studbump, ein Solder-ball oder eine Lotkugel sein. Insbesondere weist der Metallisierungshügel ein elektrisch leitfähiges Material auf. Der Metallisierungshügel 3 ist vorzugsweise eine separate Komponente des Bauelements. Insbesondere ist der Metallisierungshügel 3 separat von dem elektrischen Anschlussbereich 22 des Halbleiterkörpers 2. Der Metallisierungshügel 3 enthält vorzugsweise eine Nickelgoldverbindung.
Auf dem Halbleiterkörper 2, insbesondere auf der Strahlungsaustrittsseite 20, ist eine Isolationsschicht 4 angeordnet. Die Isolationsschicht 4 ist insbesondere auch auf dem Substrat 1 in Bereichen, die den Halbleiterkörper 2 umgeben, angeordnet.
Bevorzugt umgibt die Isolationsschicht 4 den Halbleiterkörper 2 bis auf den elektrischen Anschlussbereich 22 vollständig. Vorzugsweise ist die Isolationsschicht für die von dem Halbleiterkörper 2 emittierte Strahlung transparent, oder zumindest teilweise transparent, sodass die von dem Halbleiterkörper 2 emittierte Strahlung an der Strahlungsaustrittsseite 20 aus dem Bauelement 10 ausgekoppelt werden kann.
Der Metallisierungshügel 3 überragt die Isolationsschicht 4. Insbesondere ist in dem Bereich des Metallisierungshügels 3 keine Isolationsschicht 4 angeordnet. Die Höhe des Metallisierungshügels 3 auf der Strahlungsaustrittsseite 20 ist vorzugsweise größer als die Höhe der Isolationsschicht 4 auf der Strahlungsaustrittsseite 20. Insbesondere ist auf dem Metallisierungshügel 3 keine Isolationsschicht 4, insbesondere kein Isolationsmaterial der Isolationsschicht 4, angeordnet.
Auf der Isolationsschicht 4 ist zur planaren Kontaktierung des Halbleiterkörpers 2 eine planare Leitstruktur 5 angeordnet. Die planare Leitstruktur 5 ist insbesondere mit dem elektrischen Anschlussbereich 22 des Halbleiterkörpers 2 über den Metallisierungshügel 3 elektrisch leitend verbunden. Der Metallisierungshügel 3 ist vorzugsweise eine von der planaren Leitstruktur 5 und von dem Anschlussbereich 22 separate Komponente des Bauelements 10.
Der Halbleiterkörper 2 ist bevorzugt mittels der Kontaktfläche 23 auf der dem Substrat 1 zugewandten Seite des Halbleiterkörpers 2 und mittels dem elektrischen Anschlussbereich 22 über den Metallisierungshügel 3 und die planare Leitstruktur 5 elektrisch leitend kontaktierbar.
Da in dem Ausführungsbeispiel der 1 der elektrische Anschlussbereich 22, der Metallisierungshügel 3 und die planare Leitstruktur 5 in einem Seitenbereich der Strahlungsaustrittsseite 20 des Halbleiterkörpers 2 angeordnet sind, wird die Strahlungsauskopplung der von dem Halbleiterkörper 2 emittierten Strahlung aus dem Bauelement 10 durch diese Komponenten kaum beeinträchtigt, insbesondere verringert. Durch die seitliche Anordnung der planaren Kontaktierungsstrukturen sowie des Metallisierungshügels 3 und des Anschlussbereichs 22 können Absorptionsprozesse, die in diesen Komponenten des Bauelements auftreten können, verringert werden, wodurch sich die Strahlungseffizienz des Bauelements mit Vorteil verbessert.
Das Ausführungsbeispiel der 1 weist insbesondere den Vorteil auf, dass der elektrische Anschlussbereich 22 des Halbleiterkörpers 2 eine homogene, störungsfreie Oberfläche aufweist. Die homogene, störungsfreie Oberfläche des elektrischen Anschlussbereichs 22 kommt dadurch zustande, dass ein konventioneller Laserablationsprozess zum Freilegen des Anschlussbereichs 22 von der Isolationsschicht 4 nicht erforderlich ist, da der elektrische Anschlussbereich 22 mittels des Metallisierungshügels 3, der eine größere Höhe aufweist als die Isolationsschicht 4, mit der planaren Leitstruktur 5 elektrisch leitend verbunden ist.
Ein Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Bauelements gemäß 1 weist insbesondere folgende Verfahrensschritte auf:
Anordnen des Halbleiterkörpers 2 mit einer von der Strahlungsaustrittsseite 20 abgewandten Seite auf einem Substrat 1, anschließendes Aufbringen eines Metallisierungshügels 3 auf einem elektrischen Anschlussbereich 22 des Halbleiterkörpers 2, der auf der Strahlungsaustrittsseite 20 angeordnet ist und nachfolgendes Aufbringen einer Isolationsschicht 4 auf den Halbleiterkörper 2 derart, dass der Metallisierungshügel 3 die Isolationsschicht 4 überragt.
Ein derartiges Herstellungsverfahren weist insbesondere den Vorteil auf, dass ein Freilegen des Anschlussbereichs 22 von der Isolationsschicht 4 nicht notwendig ist, da die elektrische Kontaktierung über den Metallisierungshügel 3 erfolgt, der die Isolationsschicht 4 überragt. Dadurch wird mit Vorteil der Anschlussbereich 22 durch beispielsweise eine Laserablationsprozesses nicht beschädigt, sodass eine homogene, störungsfreie Anschlussbereichsfläche ermöglicht wird.
Die Isolationsschicht 4 wird dabei derart aufgebracht, dass der Metallisierungshügel 3 die Oberfläche der Isolationsschicht 4 überragt. Insbesondere durchdringt der Metallisierungshügel 3 die Isolationsschicht 4 vollständig. Ein derartiger Effekt kann beispielsweise mittels eines der folgenden Verfahren ermöglicht werden:

– Laminieren der Isolationsschicht 4, insbesondere einer Folie, mit entsprechendem Druck,
– Siebdruck von Isolationsmaterial mit Aussparungen im Bereich des Metallisierungshügels 3,
– Molding von Isolationsmaterial,
– Aufpressen der Isolationsschicht 4 auf das Bauelement 10 derart, dass der Metallisierungshügel 3 in die Isolationsschicht 4 so eingepresst werden, dass dieser die Isolationsschicht 4 vorzugsweise vollständig durchdringen.

Bei einem derartigen Verfahren ist nach Aufbringen der Isolationsschicht 4 der Metallisierungshügel 3 vorzugsweise frei von Isolationsmaterial der Isolationsschicht 4. Sollte dennoch der Metallisierungshügel 3 die Isolationsschicht 4 nicht vollständig durchdringen, kann das Isolationsmaterial der Isolationsschicht 4 im Bereich der Metallisierungshügel 3 restlos entfernt werden durch beispielsweise eines Stempelprozesses, eines Schleifprozesses, einer Laserablation, eines Plasmaprozesses oder eines Flycutprozesses.
Der Metallisierungshügel 3 wird beispielsweise mittels eines Siebdruck- oder Reflow-Verfahrens auf den elektrischen Anschlussbereich 22 aufgebracht. Alternativ kann der Metallisierungshügel 3 mittels eines Klebe- oder Lötprozesses auf den Anschlussbereich 22 aufgebracht werden. In diesem Fall ist der Metallisierungshügel 3 beispielsweise ein Solder-ball (”Solder-Ball-Placement”).
Aufbringungsverfahren der planaren Leitstruktur 5 auf die Isolationsschicht 4 sind dem Fachmann beispielsweise aus der Druckschrift DE 103 53 679 A1 bekannt und werden daher an dieser Stelle nicht näher erörtert.
In 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen optoelektronischen Bauelements gezeigt. Das Ausführungsbeispiel der 2 unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel der 1 dadurch, dass in der Isolationsschicht 4 ein Konversionsmaterial 6 angeordnet ist. Das Konversionsmaterial 6 absorbiert zumindest einen Teil der von dem Halbleiterkörper 2 emittierten Strahlung und re-emittiert eine Sekundärstrahlung, die eine von dem Wellenlängenbereich der von dem Halbleiterkörper 2 emittierten Strahlung unterschiedlichen Wellenlängenbereich aufweist. Dadurch kann mit Vorteil ein Bauelement ermöglicht werden, das Mischstrahlung aufweisend die von dem Halbleiterkörper 2 emittierte Strahlung und die Sekundärstrahlung aufweist. So kann beispielsweise ein Bauelement erzielt werden, das weißes Licht emittiert.
Im Übrigen stimmt das Ausführungsbeispiel der 2 mit dem Ausführungsbeispiel der 1 überein.
3 stellt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Bauelements dar. Im Unterschied zu dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist in dem Ausführungsbeispiel der 3 ein weiterer Halbleiterkörper 2b auf dem Substrat 1 angeordnet. Insbesondere sind der Halbleiterkörper 2a und der weitere Halbleiterkörper 2b nebeneinander angeordnet. Bevorzugt weisen die Halbleiterkörper 2a, 2b zueinander einen geringen Abstand auf.
Der weitere Halbleiterkörper 2b ist vorzugsweise ausgestaltet wie der Halbleiterkörper 2a. Insbesondere weist der weitere Halbleiterkörper 2b eine Strahlungsaustrittsseite 20b auf, die dem Substrat 1 gegenüberliegt. Ferner weist der weitere Halbleiterkörper 2b elektrische Anschlussbereiche 22 auf, auf denen jeweils ein Metallisierungshügel 3 angeordnet ist. Auf der von dem Substrat 1 abgewandten Seite des Halbleiterkörpers 2b ist eine Isolationsschicht 4 angeordnet, die den Halbleiterkörper 2b zumindest teilweise umhüllt. Die Metallisierungshügel 3 überragen die Isolationsschicht 4, sodass mittels der Metallisierungshügel 3 die elektrischen Anschlussbereiche 22 elektrisch kontaktiert werden können.
Im Unterschied zu dem in 1 dargstellten Ausführungsbeispiel weisen die Halbleiterkörper 2a, 2b jeweils zwei elektrische Anschlussbereiche 22 auf der Strahlungsaustrittsseite 20a, 20b auf, auf denen jeweils ein Metallisierungshügel 3 angeordnet ist. Eine wie in den Ausführungsbeispielen der 1 und 2 dargestellte Kontaktfäche 23 zur elektrischen Kontaktierung der Halbleiterkörper 2a, 2b ist in dem Ausführungsbeispiel der 3 daher nicht notwendig.
Die elektrischen Anschlussbereiche 22 sowie die Metallisierungshügel 3 sind vorzugsweise auf gegenüberliegenden Seiten der Strahlungsaustrittsseite 20a, insbesondere jeweils im Randbereich der Strahlungsaustrittsseite 20a, 20b, angeordnet.
Der Halbleiterkörper 2a und der weitere Halbleiterkörper 2b sind mittels einer weiteren planaren Leitstruktur 5c elektrisch miteinander verbunden. Insbesondere steht einer der Metallisierungshügel 3 des Halbleiterkörpers 2a mit einem der Metallisierungshügel 3 des weiteren Halbleiterkörpers 2b über die weitere planare Leitstruktur 5c in elektrischem Kontakt. Die Metallisierungshügel 3, die nicht mit jeweils dem anderen Halbleiterkörper 2a, 2b elektrisch leitend verbunden sind, sind mit jeweils einer planaren Leitstruktur 5a, 5b verbunden, sodass die Halbleiterkörper 2a, 2b über die planaren Leitstrukturen 5a, 5b, 5c mittels der elektrischen Anschlussbereiche 22 und der Metallisierungshügel 3 elektrisch kontaktiert, insbesondere von extern elektrisch angeschlossen werden können.
Das Bauelement 10 der 3 weist demnach eine Mehrzahl, insbesondere zwei Halbleiterkörper 2a, 2b auf, die miteinander in elektrischem Kontakt stehen und über planare Leitstrukturen 5a, 5b extern elektrisch angeschlossen werden können. Durch eine derartige Kontaktierung können Bauelemente 10 ermöglicht werden, die eine Mehrzahl von Halbleiterkörpern 2a, 2b in geringem Abstand zueinander aufweisen, sodass sich mit Vorteil die Grundfläche eines derartigen Bauelements 10 reduziert. Miniaturisierte Bauelemente 10 mit einer Mehrzahl von Halbleiterkörpern können so realisiert werden.
Im Übrigen stimmt das Ausführungsbeispiel der 3 mit dem Ausführungsbeispiel der 1 überein.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt, sondern umfasst 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.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10353679 A1 [0002, 0037, 0058]

Claims

Optoelektronisches Bauelement (10) aufweisend zumindest einen Halbleiterkörper (2) mit einer Strahlungsaustrittsseite (20), der mit einer der Strahlungsaustrittsseite (20) gegenüberliegenden Seite auf einem Substrat (1) angeordnet ist, wobei – auf der Strahlungsaustrittsseite (20) zumindest ein elektrischer Anschlussbereich (22) angeordnet ist, auf dem ein Metallisierungshügel (3) angeordnet ist, – der Halbleiterkörper (2) zumindest teilweise mit einer Isolationsschicht (4) versehen ist, wobei der Metallisierungshügel (3) die Isolationsschicht (4) überragt, und – auf der Isolationsschicht (4) zur planaren Kontaktierung des Halbleiterkörpers (2) zumindest eine planare Leitstruktur (5) angeordnet ist, die mit dem elektrischen Anschlussbereich (22) über den Metallisierungshügel (3) elektrisch leitend verbunden ist.
Optoelektronisches Bauelement gemäß Anspruch 1, wobei der Metallisierungshügel (3) ein Studbump ist.
Optoelektronisches Bauelement gemäß Anspruch 1, wobei der Metallisierungshügel (3) ein Solder-ball ist.
Optoelektronisches Bauelement gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Metallisierungshügel (3) eine Nickel-Gold(Ni/Au)-Verbindung und/oder eine Nickel-Palladium(Ni/Pd)-Verbindung enthält.
Optoelektronisches Bauelement gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Isolationsschicht (4) für eine von dem Halbleiterkörper (2) emittierte Strahlung transparent ist.
Optoelektronisches Bauelement gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in der Isolationsschicht (4) Konversionsmaterial (6) angeordnet ist.
Optoelektronisches Bauelement gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens ein weiterer Halbleiterkörper (2b) auf dem Substrat (1) angeordnet ist.
Optoelektronisches Bauelement gemäß Anspruch 7, wobei der Halbleiterkörper (2a) und der weitere Halbleiterkörper (2b) mittels einer weiteren planaren Leitstruktur (5c) miteinander elektrisch leitend verbunden sind.
Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Bauelements (10) mit den Verfahrensschritten: A) Anordnen eines Halbleiterkörpers (2) mit einer von einer Strahlungsaustrittsseite (20) abgewandten Seite auf einem Substrat (1), B) Aufbringen eines Metallisierungshügels (3) auf einem elektrischen Anschlussbereich (22) des Halbleiterkörpers (2), der auf der Strahlungsaustrittsseite (20) angeordnet ist, C) nachfolgendes Aufbringen einer Isolationsschicht (4) auf den Halbleiterkörper (2) derart, dass der Metallisierungshügel (3) die Isolationsschicht (4) überragt.
Verfahren gemäß Anspruch 9, wobei der Verfahrensschritt B) ein Siebdruck-Verfahren oder ein Reflow-Verfahren umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 9, wobei der Metallisierungshügel (3) ein Solder-ball ist, wobei der Verfahrensschritt B) einen Löt-Prozess umfasst.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 9 bis 11, wobei der Verfahrensschritt C) ein Laminieren der Isolationsschicht (4) unter Druck umfasst.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 9 bis 11, wobei der Verfahrensschritt C) ein Siebdruckverfahren oder ein Moldingverfahren umfasst.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 9 bis 11, wobei im Verfahrensschritt C) die Isolationsschicht (4) auf die Metallisierungshügel (3) aufgepresst wird.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 9 bis 14, wobei der Verfahrensschritt C) ein Freilegen des Metallisierungshügels (3) mittels eines Stempel-Prozesses, eines Schleif-Prozesses, einer Laserablation, eines Plasma-Prozesses oder eines Flycut-Prozesses umfasst.