-
Die
Anmeldung betrifft ein optoelektronisches Bauelement, das einen
Halbleiterkörper und ein mittels einer Lötverbindung
mit dem Halbleiterkörper verbundenes Trägersubstrat
aufweist.
-
Aus
der Druckschrift
WO2008/131735 ist
ein Dünnfilm-Leuchtdiodenchip bekannt, bei dem ein Aufwachssubstrat
für die Epitaxieschichtenfolge des Halbleiterkörpers
von dem Halbleiterkörper abgelöst wurde und der
Halbleiterkörper mittels einer Lötverbindung mit
einem Trägersubstrat verbunden ist, das nicht gleich dem
Aufwachssubstrat der Epitaxieschichtenfolge ist. Bei diesem Dünnfilm-Leuchtdiodenchip
sind beide elektrischen Kontakte an der Rückseite des Leuchtdiodenchips
angeordnet.
-
Eine
Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein verbessertes optoelektronisches
Bauelement anzugeben, das oberflächenmontierbar ist und
beispielsweise an seiner Unterseite mit den Leiterbahnen einer Leiterplatte
verbunden werden kann, und sich gleichzeitig durch eine geringe
Empfindlichkeit gegenüber Kurzschlüssen und/oder
elektrostatischen Entladungen (ESD – electrostatic discharge) auszeichnet.
-
Diese
Aufgabe wird durch ein optoelektronisches Bauelement gemäß dem
unabhängigen Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen
und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen
Ansprüche.
-
Das
optoelektronische Bauelement weist gemäß einer
Ausführungsform einen Halbleiterkörper auf, der
eine Epitaxieschichtenfolge mit einer zur Strahlungserzeugung geeigneten
aktiven Schicht aufweist. Weiterhin weist das optoelektronische
Bauelement ein Trägersubstrat auf, das mittels einer Lötverbindung
mit dem Halbleiterkörper verbunden ist.
-
Das
Trägersubstrat weist vorteilhaft einen ersten Durchbruch
und einen zweiten Durchbruch auf. Durch den ersten Durchbruch ist
eine erste elektrisch leitende Anschlussschicht von einer dem Halbleiterkörper
zugewandten ersten Hauptfläche des Trägersubstrats
zu einer vom Halbleiterkörper abgewandten zweiten Hauptfläche
des Trägersubstrats geführt. Weiterhin ist eine
zweite elektrisch leitende Anschlussschicht durch den zweiten Durchbruch
von einer dem Halbleiterkörper zugewandten ersten Hauptfläche
des Trägersubstrats zu der vom Halbleiterkörper
abgewandten zweiten Hauptfläche des Trägersubstrats
geführt.
-
Dadurch,
dass die elektrisch leitenden Anschlussschichten von der ersten
Hauptfläche des Trägersubstrats, die über
die Lötverbindung mit dem Halbleiterkörper verbunden
ist, zur gegenüber liegenden zweiten Hauptfläche
des Trägersubstrats geführt sind, kann das optoelektronische
Bauelement vorteilhaft an der zweiten Hauptfläche des Trägersubstrats
mit elektrischen Anschlüssen versehen werden. Insbesondere
kann das optoelektronische Bauelement an der zweiten Hauptfläche
des Trägersubstrats mit Leiterbahnen einer Leiterplatte
verbunden werden, indem beispielsweise die erste elektrisch leitenden
Anschlussschicht mit einer Lötverbindung mit einer ersten
Leiterbahn einer Leiterplatte und die zweite elektrisch leitende
Anschlussschicht mit einer zweiten Lötverbindung mit einer
zweiten Leiterbahn der Leiterplatte verbunden wird. Das optoelektronische
Bauelement ist also vorteilhaft oberflächenmontierbar.
-
Das
Trägersubstrat des optoelektronischen Bauelements ist vorteilhaft
aus einem Halbleitermaterial, insbesondere aus Silizium, gebildet.
Ein Trägersubstrat aus einem Halbleitermaterial hat gegenüber
einem Trägersubstrat aus beispielsweise einer Keramik den
Vorteil, dass es vergleichsweise einfach und kostengünstig
mit standardisierten Halbleiterprozessen bearbeitet werden kann.
-
Gemäß einer
vorteilhaften Ausgestaltung weist das Trägersubstrat Seitenflanken
auf, die zumindest in einem ersten Teilbereich schräg zu
den Hauptflächen des Trägersubstrats verlaufen,
wobei die Seitenflanken in dem ersten Teilbereich mit einer elektrisch
isolierenden Schicht versehen sind.
-
Dadurch,
dass die Seitenflanken des Trägersubstrats zumindest teilweise
mit einer elektrisch isolierenden Schicht versehen sind, wird die
Gefahr von Kurzschlüssen zwischen der ersten elektrisch
leitenden Anschlussschicht und der zweiten elektrisch leitenden
Anschlussschicht verringert. Die Gefahr eines Kurzschlusses besteht
insbesondere dann, wenn die erste elektrisch leitende Anschlussschicht
und die zweite elektrisch leitende Anschlussschicht mittels einer
Lötverbindung, beispielsweise mit den Leiterbahnen einer
Leiterplatte verbunden werden. In diesem Fall ist es möglich,
dass das Lot beim Lötprozess bis an die Seitenflanken des
Trägersubstrats aufsteigt, sodass es im Fall eines Trägersubstrats aus
einem Halbleitermaterial aufgrund der zumindest geringen Leitfähigkeit
des Halbleitermaterials zu einem Kurzschluss kommen kann. Diese
Gefahr wird durch die auf den ersten Teilbereich der Seitenflanken
aufgebrachte elektrisch isolierende Schicht vermindert.
-
Der
erste Teilbereich der Seitenflanken, auf den die elektrisch isolierende
Schicht aufgebracht ist, grenzt vorzugsweise an die zweite Hauptfläche
des Trägersubstrats an. Die dem Halbleiterkörper
gegenüberliegende zweite Hauptfläche des Trägersubstrats
kann insbesondere zur Montage des optoelektronischen Bauelements
auf eine Leiterplatte vorgesehen sein, sodass in dem an die zweite
Hauptfläche angrenzenden Bereich der Seitenflanken die
Gefahr eines Kurzschlusses durch bis an die Seitenflanke aufsteigendes
Lot erhöht ist. Es ist daher von Vorteil, wenn zumindest
der an die zweite Hauptfläche angrenzende Teilbereich der
Seitenflanken des Trägersubstrats mit einer elektrisch
isolierenden Schicht versehen ist.
-
Die
Höhe des ersten Teilbereichs, in dem die Seitenflanken
schräg zu den Hauptflächen des Trägerkörpers
verlaufen und mit einer elektrisch isolierenden Schicht versehen
sind, beträgt vorzugsweise zwischen einschließlich
10% und einschließlich 50% der Höhe des Trägersubstrats.
Unter der Höhe der schräg verlaufenden Seitenflanken
ist dabei die Projektion der Seitenflanken auf die Richtung senkrecht zu
den Hauptflächen des Trägersubstrats zu verstehen.
Der erste Teilbereich der Seitenflanken weist vorteilhaft eine Höhe
zwischen 20 μm und 100 μm auf. Zum Beispiel kann
der erste Teilbereich eine Höhe von etwa 30 μm
aufweisen.
-
Das
Trägersubstrat des optoelektronischen Bauelements kann
insbesondere ein Siliziumsubstrat sein. Ein Siliziumsubstrat hat
den Vorteil, dass es kostengünstig ist vergleichsweise einfach
bearbeitet werden kann, beispielsweise bei der Herstellung der Durchbrüche
für die beiden elektrischen Anschlussschichten.
-
Die
elektrisch isolierende Schicht, die insbesondere auf den ersten
Teilbereich der Seitenflanken aufgebracht ist, enthält
bevorzugt ein Siliziumoxid oder ein Siliziumnitrid. Eine Siliziumoxidschicht
kann auf einem Siliziumsubstrat vorteilhaft durch eine thermische
Oxidation erzeugt werden. Weiterhin kann eine Siliziumoxidschicht
oder eine Siliziumnitridschicht auch durch ein CVD-Verfahren oder
durch eine Spin-On-Technik auf das Halbleitersubstrat aufgebracht
werden.
-
Bei
einer bevorzugten Ausführungsform verlaufen die Seitenflanken
des Trägersubstrats in dem ersten Teilbereich derart schräg
zu den Hauptflächen des Trägersubstrats, dass
sich ein Querschnitt des Trägersubstrats zur zweiten Hauptfläche
hin verjüngt. Dadurch, dass die Seitenflanken des Trägersubstrats
in dem ersten Teilbereich derart schräg verlaufen, wird
die Beschichtung der Seitenflanken in dem ersten Teilbereich erleichtert.
Insbesondere können die schräg zur zweiten Hauptfläche
verlaufenden Seitenflanken leichter beschichtet werden, als wenn sie
jeweils senkrecht zur zweiten Hauptfläche verlaufen und
somit voneinander abgewandte Oberflächen ausbilden würden.
-
Besonders
vorteilhaft ist es, wenn die Seitenflanken in dem ersten Teilbereich
in einem stumpfen Winkel von einschließlich 100° bis
einschließlich 135° zur zweiten Hauptfläche
des Trägersubstrats verlaufen.
-
Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung weisen die Seitenflanken einen
an die erste Hauptfläche des Trägersubstrats angrenzenden
zweiten Teilbereich auf, der senkrecht zu der ersten Hauptfläche
verläuft. Der zweite, senkrecht zu der ersten Hauptfläche
des Trägersubstrats verlaufende Teilbereich der Seitenflanken
kann bei der Herstellung des optoelektronischen Bauelements insbesondere
dadurch entstehen, dass ein als Trägersubstrat für
eine Vielzahl von Halbleiterkörpern dienender Halbleiterwafer
zu einzelnen optoelektronischen Bauelementen vereinzelt wird. Insbesondere
können bei der Herstellung des optoelektronischen Bauelements
zunächst eine Vielzahl von Halbleiterkörpern mit
einem Trägersubstrat verbunden werden, wobei die Herstellung
der schrägen Seitenflanken und die Beschichtung der schrägen
Seitenflanken noch im Waferstadium, also vor einem Zertrennen des
Halbleiterwafers zu einzelnen optoelektronischen Bauelementen, erfolgt.
Der zweite Teilbereich mit den senkrechten Seitenflanken entsteht
dann, wenn der Halbleiterwafer zu einzelnen optoelektronischen Bauelementen
zertrennt wird.
-
Die
zweiten Teilbereiche der Seitenflanken müssen nicht notwendigerweise
mit einer isolierenden Schicht versehen werden, da die Gefahr eines Kurzschlusses
vor allem in den an die zweite Hauptfläche angrenzenden
ersten Teilbereichen der Seitenflanken auftritt, die vor der Vereinzelung
des Halbleiterwafers zu einzelnen optoelektronischen Bauelementen
mit einer isolierenden Schicht versehen werden. Der Beschichtungsprozess
kann also im Waferverbund für eine Vielzahl optoelektronischer
Bauelemente gleichzeitig erfolgen, wobei nach dem Zertrennen des
Halbleiterwafers in einzelne Trägersubstrate für
optoelektronische Bauelemente keine weiteren Beschichtungsprozesse
mehr durchgeführt werden müssen.
-
Gemäß zumindest
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist das Trägersubstrat
an einer Hauptfläche eine Dotierzone auf, die eine Schutzdiode
zwischen den elektrisch leitenden Anschlussschichten ausbildet.
Durch die Schutzdiode wird das optoelektronische Bauelement vorteilhaft
vor einer Schädigung durch elektrostatische Entladungen (ESD)
geschützt.
-
Die
Schutzdiode kann insbesondere derart ausgebildet sein, dass das
Trägersubstrat undotiert ist und die Dotierzone einen p-dotierten
Bereich und einen n-dotierten Bereich aufweist, wobei die erste elektrisch
leitende Anschlussschicht mit dem p-dotierten Bereich der Dotierzone
und die zweite elektrisch leitende Anschlussschicht mit dem n-dotierten Bereich
der Dotierzone elektrisch leitend verbunden ist. Der p-dotierte
Bereich und der n-dotierte Bereich der Dotierzone können
jeweils durch Ionenimplantation eines p- oder n-Dotierstoffs in
das Trägersubstrat erzeugt werden. Bei einem Halbleitersubstrat
aus Silizium kann beispielsweise B als p-Dotierstoff zur Erzeugung
des p-dotierten Bereichs und P als n-Dotierstoff zur Erzeugung des
n-dotierten Bereichs der Schutzdiode verwendet werden.
-
Die
Epitaxieschichtenfolge des Halbleiterkörpers weist vorzugsweise
einen p-dotierten Halbleiterbereich und einen n-dotierten Halbleiterbereich
auf, wobei die erste elektrisch leitende Anschlussschicht mit dem
n-dotierten Halbleiterbereich und die zweite elektrisch leitende
Anschlussschicht mit dem p-dotierten Halbleiterbereich elektrisch
leitend verbunden ist.
-
Dadurch,
dass die erste elektrisch leitende Anschlussschicht mit dem p-dotierten
Bereich der Dotierzone und die zweite elektrisch leitende Anschlussschicht
mit dem n-dotierten Bereich der Dotierzone elektrisch leitend verbunden
ist, bildet die Dotierzone eine Schutzdiode aus, die antiparallel zum
pn-Übergang der Epitaxieschichtenfolge des optoelektronischen
Bauelements geschaltet ist. Die Schutzdiode ist daher elektrisch
leitend, wenn eine elektrische Spannung in Sperrrichtung des pn-Übergangs
des optoelektronischen Bauelements, beispielsweise durch elektrostatische
Aufladungen, anliegt. Die Spannung baut sich in diesem Fall durch
einen Stromfluss durch die Schutzdiode ab. Der pn-Übergang
des optoelektronischen Bauelements wird auf diese Weise vor einer
Zerstörung durch zu hohe Spannungen in Sperrrichtung geschützt.
-
Bei
einer bevorzugten Ausführungsform ist die Dotierzone an
der dem Halbleiterkörper zugewandten ersten Hauptfläche
des Trägersubstrats angeordnet. Die Dotierzone ist vorzugsweise
derart ausgebildet, dass der p-dotierte Teilbereich und der n-dotierte
Teilbereich aneinander angrenzen und in einer Richtung parallel
zur Hauptfläche des Trägersubstrats nebeneinander
angeordnet sind. Zur Verbindung des p-dotierten Teilbereichs der
Dotierzone mit der ersten elektrisch leitenden Anschlussschicht und
dem n-dotierten Teilbereich mit der zweiten elektrisch leitenden
Anschlussschicht muss die Dotierzone nicht notwendigerweise bis
an die Durchbrüche in dem Trägersubstrat heranreichen.
Vielmehr kann die Dotierzone an der ersten Hauptfläche
des Trägersubstrats vorteilhaft an eine Lotschicht angrenzen,
welche die erste elektrisch leitende Anschlussschicht mit einem
n-Kontakt des Halbleiterkörpers elektrisch leitend verbindet,
und der n-dotierte Teilbereich der Dotierzone kann an eine Lotschicht angrenzen,
welche die zweite elektrisch leitende Anschlussschicht mit einem
p-Kontakt des Halbleiterkörpers elektrisch leitend verbindet.
-
Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die Epitaxieschichtenfolge
des optoelektronischen Bauelements kein Aufwachssubstrat auf. Es
handelt sich also um einen so genannten Dünnfilm-Leuchtdiodenchip,
bei dem das zum Aufwachsen der Epitaxieschichtenfolge verwendete
Aufwachssubstrat nach dem Verbinden des Halbleiterkörpers
mit dem Trägersubstrat abgelöst wurde.
-
Die
Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels
im Zusammenhang mit der 1 näher erläutert.
-
1 zeigt
eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch ein optoelektronisches Bauelement
gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
-
Die
in der Figur dargestellten Bestandteile sowie die Größenverhältnisse
der Bestandteile untereinander sind nicht als maßstabsgerecht
anzusehen.
-
Bei
dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel eines
optoelektronischen Bauelements gemäß der Erfindung
handelt es sich um eine LED. Die LED weist einen Halbleiterkörper 1 auf,
der eine Epitaxieschichtenfolge 2 mit einer zur Strahlungsemission
geeigneten aktiven Schicht 4 aufweist. Die aktive Schicht 4 kann
beispielsweise einen pn-Übergang oder eine Einfach- oder
Mehrfachquantentopfstruktur zur Strahlungserzeugung aufweisen. Die
aktive Schicht 4 ist zwischen einem p-dotierten Halbleiterbereich 3 und
einem n-dotierten Halbleiterbereich 5 angeordnet. Die Seitenflanken
des Halbleiterkörpers 1 sind vorteilhaft mit einer
isolierenden Schicht 13 versehen.
-
Der
Halbleiterkörper 1 kann an seiner Strahlungsaustrittsfläche 22 aufgeraut
oder mit einer Strukturierung 17 versehen sein, um die
Strahlungsauskopplung aus dem Halbleiterkörper 1 zu
verbessern. Die Strukturierung oder Aufrauung des Halbleiterkörpers
an der Strahlungsaustrittsfläche 22 kann insbesondere
mit einem Ätzprozess erfolgen.
-
Bei
der LED gemäß dem Ausführungsbeispiel
handelt es sich um eine so genannte Dünnfilm-LED, von der
ein zum Aufwachsen der Epitaxieschichtenfolge 2 verwendetes
Aufwachssubstrat nachträglich von der Epitaxieschichtenfolge 2 abgelöst
wurde. Das ursprüngliche Aufwachssubstrat wurde von der
Seite des Halbleiterkörpers 1 abgelöst,
an der sich nun die Strahlungsaustrittsfläche 22 befindet.
-
An
einer der Strahlungsaustrittsfläche 22 gegenüberliegenden
Oberfläche ist der Halbleiterkörper 1 mittels
einer Lötverbindung 7 mit einem Trägersubstrat 6 verbunden.
Die Verbindung des Halbleiterkörpers 1 mit dem
Trägersubstrat 6 erfolgt bei der Herstellung des
Bauelements vorzugsweise, bevor das ursprüngliche Aufwachssubstrat
von der nun als Strahlungsaustrittsfläche 22 dienenden
Oberfläche des Halbleiterkörpers 1 abgelöst
wird. Da das Trägersubstrat 6 im Gegensatz zum
Aufwachssubstrat nicht zum epitaktischen Aufwachsen der Epitaxieschichtenfolge 2,
die zum Beispiel auf einem Nitridverbindungshalbleitermaterial basiert,
geeignet sein muss, besteht für das Trägersubstrat
eine vergleichsweise große Freiheit bei der Materialauswahl.
-
Insbesondere
kann ein Trägersubstrat ausgewählt werden, das
sich durch vergleichsweise geringe Kosten und/oder eine gute Wärmeleitfähigkeit auszeichnet.
-
Die
Lötverbindung 7 kann beispielsweise aus einer
auf das Trägersubstrat aufgebrachten Lotschicht 7a,
bei der es sich insbesondere um eine Au-Schicht handeln kann, und
einer auf den Halbleiterkörper 1 aufgebrachten
Lotschicht 7b, bei der es sich insbesondere um eine AuSn-Schicht
handeln kann, gebildet sein. Die auf das Trägersubstrat 6 aufgebrachte
Lotschicht 7a und die auf den Halbleiterkörper 1 aufgebrachte
Lotschicht 7b können bei der Herstellung der Lötverbindung 7 weitestgehend
miteinander verschmelzen und müssen daher in dem optoelektronischen
Bauelement nicht mehr als einzelne Schichten erkennbar sein.
-
Das
Trägersubstrat 6 weist eine dem Halbleiterkörper 1 zugewandte
erste Hauptfläche 11 und eine vom Halbleiterkörper
abgewandte zweite Hauptfläche 12 auf. In dem Trägersubstrat 6 ist
ein erster Durchbruch 8a ausgebildet, durch den eine erste elektrisch
leitende Anschlussschicht 9a von der ersten Hauptfläche 11 zur
zweiten Hauptfläche 12 des Trägersubstrats 6 geführt
ist. Weiterhin ist in dem Trägersubstrat 6 ein
zweiter Durchbruch 8b ausgebildet, durch den eine zweite
elektrisch leitende Anschlussschicht 9b von der ersten
Hauptfläche 11 zur zweiten Hauptfläche 12 des
Trägersubstrats 6 geführt ist. Die elektrisch
leitenden Anschlussschichten 9a, 9b können
beispielsweise Au oder CuW enthalten.
-
Das
Trägersubstrat 6 ist aus einem Halbleitermaterial
gebildet. Insbesondere kann das Trägersubstrat 6 ein
Siliziumsubstrat sein. Die Verwendung eines Trägersubstrats 6 aus
einem Halbleitermaterial wie beispielsweise Silizium hat den Vorteil,
dass das Trägersubstrat 6 vergleichsweise kostengünstig
ist und vergleichsweise einfach mit standardisierten Halbleiterprozessen
bearbeitet werden kann.
-
Zur
Vermeidung von Kurzschlüssen in dem optoelektronischen
Bauelement sind die erste Hauptfläche 11 und die
zweite Hauptfläche 12 des Trägersubstrats 6,
abgesehen von den mit den Anschlussschichten 9a, 9b ausgefüllten
Durchbrüchen 8a, 8b, mit einer elektrisch
isolierenden Schicht 13 versehen. Um das Halbleitermaterial
des Trägersubstrats 6 von den Anschlussschichten 9a, 9b zu
isolieren, sind auch die Innenwände der Durchbrüche 8a, 8b jeweils mit
der elektrisch isolierenden Schicht 13 versehen.
-
Die
Herstellung der elektrisch leitenden Anschlussschichten 9a, 9b in
den Durchbrüchen 8a, 8b des Trägersubstrats 6 kann
beispielsweise derart erfolgen, dass zunächst Metallisierungsschichten 16, beispielsweise
Au-Metallisierungen, auf die mit der isolierenden Schicht 13 versehenen
Innenwände der Durchbrüche 8a, 8b aufgebracht
werden. Die Anschlussschichten 9a, 9b werden dann
zum Beispiel galvanisch in den Durchbrüchen 8a, 8b erzeugt,
wobei die Metallisierungen 16 als Anwachsschichten dienen.
-
Eine
weitere vorteilhafte Variante zur Herstellung der Anschlussschichten 9a, 9b besteht
darin, das Lot als flüssiges Metall in die Durchbrüche 8a, 8b hineinzupressen
(liquid solder fill). Dieser Prozess einfacher und schneller als
ein Galvanikprozess.
-
Die
beiden elektrisch leitenden Anschlussschichten 9a, 9b dienen
zur elektrischen Kontaktierung des Halbleiterkörpers 1.
Beispielsweise ist die erste elektrisch leitende Anschlussschicht 9a mit dem
n-dotierten Halbleiterbereich 5 der Epitaxieschichtenfolge 2 und
die zweite elektrisch leitende Anschlussschicht 9b mit
dem p-dotierten Halbleiterbereich 3 elektrisch leitend
verbunden.
-
Eine
elektrisch leitende Verbindung zwischen der zweiten elektrisch leitenden
Anschlussschicht 9b und dem p-dotierten Bereich 3 der
Epitaxieschichtenfolge 2 kann durch die Lötverbindung 7 erfolgen,
die zwischen dem Halbleiterkörper 1 und dem Trägersubstrat 6 angeordnet
ist. Insbesondere grenzt die zweite elektrisch leitende Anschlussschicht 9b an
einen Bereich der Lötverbindung 7 an, der elektrisch
mit dem p-dotierten Halbleiterbereich 3 verbunden ist.
Der p-dotierte Halbleiterbereich 3 muss nicht notwendigerweise
direkt an die Lötverbindung 7 angrenzen, wie es
in der Figur dargestellt ist. Vielmehr können zwischen
dem p-dotierten Halbleiterbereich 3 und der Lötverbindung 7 weitere
Schichten angeordnet sein, insbesondere eine Spiegelschicht (nicht
dargestellt), die von der aktiven Schicht 4 in Richtung
des Trägersubstrats emittierte Strahlung zur Strahlungsaustrittsfläche 22 umlenkt.
Zusätzlich zur Spiegelschicht können auch noch
weitere Schichten zwischen dem p-dotierten Halbleiterbereich 3 und
der Lötverbindung 7 angeordnet sein, beispielsweise
Barriere-, Benetzungs- oder Haftvermittlerschichten, die beispielsweise
eine Diffusion des Lotmaterials der Lötverbindung 7 in
die Spiegelschicht verhindern oder die Benetzung des Halbleiterkörpers 1 mit
dem Lotmaterial verbessern.
-
Die
erste elektrisch leitende Anschlussschicht 9a ist vorteilhaft
mit dem n-dotierten Halbleiterbereich 5 elektrisch leitend
verbunden. Dies kann beispielsweise derart erfolgen, dass ein Teilbereich der
Lötverbindung 7 durch Isolierschichten 23 von der übrigen
Lötverbindung 7 und vom p-dotierten Halbleiterbereich 3 isoliert
ist. Von diesem Bereich der Lötverbindung 7 ist
ein Durchgangskontakt 15 durch einen Durchbruch durch die
Epitaxieschichtenfolge 2 bis in den n-dotierten Halbleiterbereich 5 geführt.
Der Durchgangskontakt 15 ist durch eine isolierende Schicht 23 von
dem p-dotierten Halbleiterbereich 3 und der aktiven Schicht 4 isoliert.
Die isolierende Schicht 23 kann im Bereich der Lötverbindung 7 zwei
Hohlräume 21 aufweisen, die dadurch entstehen
können, dass die zur Herstellung der Lötverbindung 7 auf
den Halbleiterkörper 1 aufgebrachte Lotschicht 7b und
die auf das Trägersubstrat 6 aufgebrachte Lotschicht 7a dicker
sind als die jeweils auf den Halbleiterkörper 1 und
das Trägersubstrat 6 aufgebrachte Isolierschicht 23.
-
Die
Kontaktierung des optoelektronischen Bauelements mittels eines durch
die aktive Zone 4 geführten Durchgangskontakts 15 hat
den Vorteil, dass sowohl die Kontaktierung des n-dotierten Halbleiterbereichs 5 als
auch des p-dotierten Halbleiterbereichs 3 von der dem Trägersubstrat 6 zugewandten
Seite des Halbleiterkörpers 1 aus erfolgt. Die Strahlungsaustrittsfläche 22 des
optoelektronischen Bauelements ist daher vorteilhaft frei von elektrischen
Kontaktelementen wie beispielsweise Bondpads, Kontaktmetallisierungen
oder Anschlussdrähten. Auf diese Weise wird eine Absorption
von Strahlung durch Kontaktelemente an der Strahlungsaustrittsfläche 22 verhindert.
-
An
der dem Halbleiterkörper 1 gegenüberliegenden
zweiten Hauptfläche 12 des Trägersubstrats 6 können
die durch die Durchbrüche 8a, 8b geführten elektrisch
leitenden Anschlussschichten 9a, 9b vorteilhaft
von außen angeschlossen werden. Insbesondere können
die elektrisch leitenden Anschlussschichten 9a, 9b an
der zweiten Hauptfläche des Trägersubstrats 6 beispielsweise
mit den Leiterbahnen 19 einer Leiterplatte 18 verbunden
werden. Die elektrisch leitenden Anschlussschichten 9a, 9b können beispielsweise
an der zweiten Hauptfläche 12 des Trägersubstrats 6 jeweils
mit einer Metallisierungsschicht 24, beispielsweise einer
Nickel-Schicht, versehen sein, die jeweils mit einer Lotschicht 20 mit
den Leiterbahnen 19 der Leiterplatte 18 verbunden
wird. Das optoelektronische Bauelement ist also vorteilhaft oberflächenmontierbar.
-
Dadurch,
dass das optoelektronische Bauelement ein Trägersubstrat 6 aus
einem Halbleitermaterial und zwei Anschlusskontakte an seiner dem Halbleiterkörper 1 gegenüberliegenden
zweiten Hauptfläche aufweist, könnte ein Kurzschluss
zwischen den beiden elektrisch leitenden Anschlussschichten 9a, 9b oder
den Leiterbahnen 19 der Leiterplatte 18 entstehen,
wenn ein Strom über die Seitenflanken 10 des Trägersubstrats 6 geleitet
würde. Dies wäre insbesondere dann der Fall, wenn
die Lotschicht 20 beim Löten des optoelektronischen
Bauelements auf die Leiterbahnen 19 der Leiterplatte 18 in den
Bereich der Seitenflanken 10 des Trägersubstrats 6 gelangen
würde. Um einen derartigen Kurzschluss zu vermeiden, sind
die Seitenflanken 10 zumindest in dem Teilbereich 10a mit
einer elektrisch isolierenden Schicht 13 versehen. Eine
elektrisch isolierende Schicht 13 ist also nicht nur auf
die Hauptflächen 11, 12 und die Innenwände
der Durchbrüche 8a, 8b des Trägersubstrats 6,
sondern auch zumindest auf einen Teilbereich 10a der Seitenflanken 10 aufgebracht.
Der Teilbereich 10a der Seitenflanken 10, auf
den die elektrisch isolierende Schicht 13 aufgebracht ist,
grenzt vorteilhaft an die zweite Hauptfläche 12 des
Trägersubstrats 6 an, weil dort die Gefahr eines
Kurzschlusses aufgrund einer möglicherweise bis an die
Seitenflanken 10 aufsteigenden Lotschicht 20 am
größten ist.
-
Das
Risiko eines Kurzschlusses ist geringer, wenn ein an die Lötverbindung 7 zum
Halbleiterkörper 1 angrenzender Teilbereich 10b der
Seitenflanken 10 nicht von der isolierenden Schicht 13 bedeckt ist.
Ein nicht mit der isolierenden Schicht 13 bedeckter Teilbereich 10b der
Seitenflanken 10 kann beispielsweise dadurch entstehen,
dass bei der Herstellung des optoelektronischen Bauelements zunächst eine
Vielzahl von Halbleiterkörpern 1 mit einem als Trägersubstrat 6 fungierenden
Halbleiterwafer aus Silizium verbunden werden, und der Halbleiterwafer dann
nachträglich zu einzelnen optoelektronischen Bauelementen
vereinzelt wird. Die nicht von der isolierenden Schicht 13 bedeckten
Teilbereiche 10b der Seitenflanken sind in diesem Fall
die Bereiche, an denen der Halbleiterwafer zertrennt wurde. Die
nicht mit der isolierenden Schicht 13 bedeckten Teilbereiche 10b der
Seitenflanken 10 verlaufen daher vorzugsweise senkrecht
zur ersten Hauptfläche des Trägersubstrats 6.
-
Das
Aufbringen der elektrisch isolierenden Schicht 13 auf die
Teilbereiche 10a der Seitenflanken 10 sowie auf
die übrigen mit der isolierenden Schicht 13 versehenen
Bereiche des Trägersubstrats 6 erfolgt vorzugsweise
durch eine thermische Oxidation und/oder ein Beschichtungsverfahren,
wobei insbesondere ein CVD-Verfahren geeignet ist. Die isolierende
Schicht 13 kann eine Siliziumoxidschicht, zum Beispiel
aus SiO2, sein. Eine Siliziumoxidschicht kann
auf einem Trägersubstrat 6 aus Silizium vorteilhaft
durch eine thermische Oxidation hergestellt werden. Alternativ ist insbesondere
eine Siliziumnitritschicht geeignet, wobei das Siliziumnitrid eine
stöchiometrische oder eine nicht-stöchiometrische
Zusammensetzung SiNx aufweisen kann.
-
Die
mit der isolierenden Schicht 13 bedeckten Teilbereiche 10a der
Seitenflanken 10 verlaufen vorzugsweise schräg
zu den Hauptflächen 11, 12 des Trägersubstrats 6.
Insbesondere können die ersten Teilbereiche 10a der
Seitenflanken in einem stumpfen Winkel α zur zweiten Hauptfläche 12 des
Trägersubstrats 6 verlaufen. Der stumpfe Winkel α beträgt dabei
vorzugsweise zwischen einschließlich 100° und
einschließlich 135°. Dadurch, dass die ersten Teilbereiche 10a der
Seitenflanken 10 schräg zur zweiten Hauptfläche
des Trägersubstrats 6 verlaufen, wird die Beschichtung
der Teilbereiche 10a mit der isolierenden Schicht 13 erleichtert.
Die Beschichtung kann insbesondere von der Seite aus erfolgen, an
der die zweite Hauptfläche 12 des Trägersubstrats 6 angeordnet
ist, und kann vorteilhaft insbesondere im Waferstadium durchgeführt
werden, d. h. vor dem Zertrennen eines als Trägersubstrat 6 verwendeten Halbleiterwafers
zu einzelnen optoelektronischen Bauelementen. Da das Zertrennen
in diesem Fall erst nach dem Beschichtungsvorgang erfolgt, bleiben
die zweiten Teilbereiche 10b der Seitenflanken 10,
die als Trennflächen dienen, unbeschichtet.
-
Vorteilhaft
beträgt die Höhe der mit der isolierenden Schicht
versehenen Teilbereiche 10a der Seitenflanken mindestens
30% der Gesamthöhe des Trägersubstrats 6.
Unter der Höhe der schräg verlaufenden Teilbereiche 10a der
Seitenflanken ist dabei die Projektion auf die Richtung senkrecht
zu den Hauptflächen 11, 12 des Trägersubstrats 6 zu
verstehen. Insbesondere kann die Höhe der mit der isolierenden
Schicht versehenen Teilbereiche 10a der Seitenflanken 10%
bis 50% der Höhe des Trägersubstrats 6 betragen.
Beispielsweise kann die Höhe der Teilbereiche 10a zwischen
einschließlich 20 μm und einschließlich
100 μm betragen. Die Höhe des Trägersubstrats 6 kann
beispielsweise etwa 150 μm betragen.
-
Um
die aktive Zone 4 des optoelektronischen Bauelements vor
zu hohen Sperrspannungen durch elektrostatische Entladungen zu schützen,
ist in dem Trägersubstrat 6 eine Dotierzone 14 ausgebildet,
die eine Schutzdiode ausbildet. Die Dotierzone 14 weist einen
p-dotierten Bereich 14a und einen n-dotierten Bereich 14b auf,
die aneinander angrenzen und so einen pn-Übergang ausbilden.
Die Dotierzone 14 ist vorzugsweise an der ersten Hauptfläche 11 des
Trägersubstrats 6 angeordnet. Alternativ wäre
es auch möglich, die Dotierzone 14 an der zweiten
Hauptfläche 12 des Trägersubstrats 6 zu
erzeugen.
-
Der
p-dotierte Bereich 14a und der n-dotierte Bereich 14b der
Dotierzone 14 können durch eine Ionenimplantation
in das Trägersubstrat 6 erzeugt werden. Wenn das
Trägersubstrat 6 ein Siliziumsubstrat ist, kann
zum Beispiel der p-dotierte Teilbereich durch Implantation von B
und der n-dotierte Bereich durch Implantation von P erzeugt werden.
-
Der
p-dotierte Bereich 14a der Dotierzone 14 ist mit
der ersten elektrisch leitenden Anschlussschicht 9a verbunden.
Der n-dotierte Teilbereich 14b der Dotierzone 14 ist
mit der zweiten elektrisch leitenden Anschlussschicht 9b verbunden.
Die elektrischen Verbindungen sind dadurch erzeugt, dass ein Teil
der Lotschicht 7, der mit der ersten elektrisch leitenden
Anschlussschicht 9a verbunden ist, an den p-dotierten Teilbereich 14a angrenzt,
und ein weiterer Teil der Lotschicht 7, der mittels der
isolierenden Schicht 23 von der ersten elektrisch leitenden
Anschlussschicht 9a isoliert ist, mit der zweiten elektrisch
leitenden Anschlussschicht 9b verbunden ist.
-
Dadurch,
dass die erste elektrisch leitende Anschlussschicht 9a über
den Durchgangskontakt 15 mit dem n-dotierten Halbleiterbereich 5 und
die zweite elektrisch leitende Anschlussschicht 9b mit
dem p-dotierten Halbleiterbereich 3 des optoelektronischen
Bauelements verbunden ist, bildet die Dotierzone 14 einen
pn-Übergang aus, der antiparallel zum pn-Übergang
des optoelektronischen Bauelements geschaltet ist. Der durch die
Dotierzone 14 in dem Trägersubstrat 6 ausgebildete
pn-Übergang ist daher dann in Vorwärtsrichtung
gepolt, wenn an den elektrisch leitenden Anschlussschichten 9a, 9b eine Spannung
anliegt, die in Sperrrichtung der aktiven Schicht 4 des
optoelektronischen Bauelements gepolt ist. Die Dotierzone 14 bildet
somit eine ESD-Schutzdiode für das optoelektronische Bauelement
aus.
-
Dadurch,
dass die Seitenflanken des Trägersubstrats 6 aus
einem Halbleitermaterial isoliert sind und eine ESD-Schutzdiode
in das Trägersubstrat 6 integriert ist, zeichnet
sich das optoelektronische Bauelement insbesondere durch eine geringere Empfindlichkeit
gegenüber Kurzschlüssen und elektrostatischen
Entladungen (ESD) aus.
-
Die
Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele
beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie
jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination
von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch
wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit
in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben
ist.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-