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Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein verbessertes Konzept für ein optoelektronisches Halbleiterbauteil anzugeben, welches eine verbesserte Haftung einer Rückseitenkontaktierung und zugleich eine gute elektrische Kontaktierung ermöglicht.
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Es wird ein optoelektronisches Halbleiterbauteil angegeben. Das optoelektronische Halbleiterbauteil kann beispielsweise ein strahlungsemittierendes und/oder ein strahlungsdetektierendes Halbleiterbauteil umfassen. Beispielsweise kann das optoelektronische Halbleiterbauteil eine Leuchtdiode und/oder eine Fotodiode umfassen.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils umfasst das optoelektronische Halbleiterbauteil zumindest einen optoelektronischen Halbleiterchip. Bei dem optoelektronischen Halbleiterchip handelt es sich beispielsweise um einen Leuchtdiodenchip oder einen Fotodiodenchip. Das heißt, im Betrieb ist der optoelektronische Halbleiterchip zur Erzeugung oder zur Detektion von elektromagnetischer Strahlung, beispielsweise von Licht, vorgesehen.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils umfasst der optoelektronische Halbleiterchip einen elektrisch leitfähig ausgebildeten Träger. Bei dem Träger handelt es sich beispielsweise um einen von einem Aufwachssubstrat unterschiedlichen Trägerkörper. Der Träger kann beispielsweise mit einem Halbleitermaterial, vorzugsweise einem dotierten Halbleitermaterial, oder einem Metall gebildet sein. Alternativ kann es sich bei dem Träger auch um ein Aufwachssubstrat handeln.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils umfasst der optoelektronischen Halbleiterchip einen aktiven Teil, welcher epitaktisch gewachsene Schichten enthält. Die epitaktisch gewachsenen Schichten können zumindest eine aktive Zone umfassen, in der im Betrieb des optoelektronischen Halbleiterchips die zu erzeugende elektromagnetische Strahlung erzeugt oder die zu detektierende elektromagnetische Strahlung detektiert wird.
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Zwischen dem Träger und dem aktiven Teil kann außerdem eine reflektierende Schicht angeordnet sein, die mit einem reflektierenden Material wie beispielsweise Aluminium oder Silber gebildet ist.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils ist der Träger mit dem aktiven Teil mittels eines Waferbondingverfahrens verbunden. Bei dem Waferbondingverfahren wird ein erster Wafer, welcher während einer Phase des Herstellungsverfahrens des optoelektronischen Halbleiterbauteils den Träger enthält, mechanisch und elektrisch mit einem zweiten Wafer, welcher während einer Phase des Herstellungsverfahrens des optoelektronischen Halbleiterbauteils den aktiven Teil enthält, verbunden. Das Waferbondingverfahren ist dabei beispielsweise ein Verfahren zum eutektischen Bonden mittels einer eutektischen Legierung, ein Verfahren zum Bonden mittels isothermer Erstarrung oder ein Verfahren zum adhäsiven Bonden mittels eines Klebstoffs, insbesondere eines elektrisch leitfähigen Klebstoffs.
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Das Waferbondingverfahren kann auch ein Verfahren zum direkten Bonden sein, bei dem der erste Wafer bei erhöhter Prozesstemperatur auf den zweiten Wafer gepresst wird, wobei Wasserstoffbrückenbindungen und/oder van-der-Wals-Bindungen zwischen dem ersten und dem zweiten Wafer gebildet werden können, die zu der mechanischen und elektrischen Verbindung führen.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils umfasst der optoelektronische Halbleiterchip eine Zwischenschicht, welche zwischen dem Träger und dem aktiven Teil angeordnet ist und ein Lotmaterial enthält. Dabei dient das Lotmaterial beispielsweise einer elektrischen Kontaktierung des Trägers mit dem aktiven Teil. Weiterhin dient das Lotmaterial beispielsweise einer mechanischen Verbindung des Trägers mit dem aktiven Teil.
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Das Lotmaterial kann beispielsweise der eutektischen Legierung entsprechen, wenn der Träger mit dem aktiven Teil mittels eines Verfahrens zum eutektischen Bonden verbunden ist. Wenn der Träger mit dem aktiven Teil mittels eines Verfahrens zum Bonden mittels isothermer Erstarrung verbunden ist, kann das Lotmaterial beispielsweise der dazu verwendeten Legierung entsprechen. Das Lotmaterial kann beispielsweise mit einem Metall oder einer Metalllegierung gebildet sein. Insbesondere kann das Lotmaterial eine Gold-Zinn Legierung oder einen Nickel-Zinn Legierung enthalten oder aus einer solchen Legierung bestehen. Alternativ oder zusätzlich kann das Lotmaterial Indium oder eine Indiumlegierung enthalten oder aus einer solchen bestehen.
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Alternativ kann das Lotmaterial beispielsweise durch den Klebstoff ersetzt sein, wenn der Träger mit dem aktiven Teil mittels eines Verfahrens zum adhäsiven Bonden verbunden ist.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils umfasst das optoelektronische Halbleiterbauteil eine elektrische Anschlussstelle, welche eine Unterseite des Trägers zumindest teilweise bedeckt. Die elektrische Anschlussstelle befindet sich an einer Außenseite des optoelektronischen Halbleiterbauteils und ist damit von außen zugänglich und kontaktierbar. Die elektrische Anschlussstelle ist mit einem elektrisch leitenden Material gebildet und elektrisch leitend mit einer n-Seite oder einer p-Seite des optoelektronischen Halbleiterchips verbunden. Im Betrieb des optoelektronischen Halbleiterchips kann dieser über die elektrische Anschlussstelle dann n- oder p-seitig kontaktiert werden.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils umfasst die elektrische Anschlussstelle auf einer dem Träger zugewandten Seite eine erste Kontaktschicht. Die erste Kontaktschicht grenzt dabei an den Träger an. Insbesondere kann die erste Kontaktschicht direkt an den Träger angrenzen, so dass sich zwischen dem Träger und der ersten Kontaktschicht keine weitere Schicht befindet. Die erste Kontaktschicht ist derart ausgewählt, dass sie besonders gut an dem optoelektronischen Halbleiterchip haftet. Ferner ist sie derart ausgewählt, dass sie auch bei erhöhten Temperaturen, wie sie beispielsweise während eines Lötprozesses auftreten, chemisch und mechanisch stabil bleibt, sodass keine Verflüssigung der ersten Kontaktschicht erfolgt und keine Festkörperdiffusionsprozesse vom Material der ersten Kontaktschicht in den optoelektronischen Halbleiterchip erfolgen oder nur im Rahmen einer Herstellungstoleranz erfolgen.
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Die erste Kontaktschicht kann dabei die Unterseite des Trägers teilweise oder vollständig bedecken. Beispielsweise kann die erste Kontaktschicht mindestens 80%, zum Beispiel mindestens 95%, der Fläche der Unterseite des Trägers bedecken.
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Die erste Kontaktschicht kann ferner reflektierend für in dem optoelektronischen Halbleiterchip zu erzeugende oder zu detektierende elektromagnetische Strahlung ausgebildet sein, sodass sich aufgrund der ersten Kontaktschicht auch die optische Effizienz des optoelektronischen Halbleiterbauteils erhöhen kann.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils enthält die erste Kontaktschicht Aluminium oder die erste Kontaktschicht besteht aus Aluminium. Vorzugsweise ist die Kontaktschicht frei von Platin und/oder Gold. Die Verwendung von Aluminium hat sich beispielsweise bezüglich einer Haftung der Kontaktschicht auf dem Träger als besonders vorteilhaft erwiesen. Gleichzeitig ermöglicht die Verwendung von Aluminium eine gute ohmsche elektrische Rückseitenkontaktierung des optoelektronischen Halbleiterchips.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils umfasst das optoelektronische Halbleiterbauteil einen optoelektronischen Halbleiterchip mit einem elektrisch leitfähig ausgebildeten Träger, einem aktiven Teil, welcher epitaktisch gewachsene Schichten enthält, und einer Zwischenschicht, welche zwischen dem Träger und dem aktiven Teil angeordnet ist und ein Lotmaterial enthält. Das optoelektronische Halbleiterbauteil umfasst weiterhin eine elektrische Anschlussstelle, welche eine Unterseite des Trägers zumindest teilweise bedeckt, wobei die elektrische Anschlussstelle auf einer dem Träger zugewandten Seite eine erste Kontaktschicht umfasst und die erste Kontaktschicht Aluminium enthält oder aus Aluminium besteht.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils umfasst das optoelektronische Halbleiterbauteil einen Formkörper, der ein elektrisch isolierendes Material umfasst oder mit einem elektrisch isolierenden Material gebildet ist und der den optoelektronischen Halbleiterchip seitlich zumindest teilweise umgibt.
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Insbesondere ist es dabei möglich, jedoch nicht notwendig, dass es sich bei dem optoelektronischen Halbleiterbauteil um ein so genanntes "Halbleiterchip in a Frame"-Bauteil handelt. Ein solches Bauteil ist, in einem anderen Zusammenhang, beispielsweise in der Druckschrift
DE 10 2012 215 524 A1 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt diesbezüglich rückbezüglich aufgenommen wird. Insbesondere weist ein "Halbleiterchip in a Frame"-Bauteil einen Formkörper auf, der beispielsweise mit einem Silikon- und/oder einem Epoxidharz gebildet sein kann.
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Dabei bedeckt die elektrische Anschlussstelle eine Unterseite des Formkörpers zumindest teilweise und die erste Kontaktschicht grenzt an die Unterseite des Formkörpers an, insbesondere grenzt die erste Kontaktschicht direkt an die Unterseite des Formkörpers an.
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Der optoelektronische Halbleiterchip wird von dem Formkörper beispielsweise seitlich vollständig umgeben. Das heißt, in lateraler Richtung kann der optoelektronische Halbleiterchip mittelbar oder direkt an den Formkörper grenzen. Die lateralen Richtungen sind dabei diejenigen Richtungen, die zu einer Haupterstreckungsebene des optoelektronischen Halbleiterbauteils parallel verlaufen. Die lateralen Richtungen verlaufen zu einer vertikalen Richtung senkrecht, wobei die vertikale Richtung beispielsweise parallel oder im Wesentlichen parallel zur Stapelrichtung der Schichten der elektrischen Anschlussstelle verläuft.
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Der Formkörper kann ein Matrixmaterial umfassen, das mit einem Kunststoff wie Silikon, Epoxid oder einem Silikon-Epoxid-Hybridmaterial gebildet ist. In das Matrixmaterial können reflektierende und/oder absorbierende und/oder streuende Partikel eingebracht werden, welche auftretende elektromagnetische Strahlung, insbesondere Licht, reflektieren, absorbieren oder streuen. Auf diese Weise kann der Formkörper farbig und/oder reflektierend und/oder absorbierend ausgebildet sein. Alternativ oder zusätzlich können in das Matrixmaterial Partikel eingebracht werden, die zur Reduzierung eines thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Formkörpers beitragen. Dazu können insbesondere Partikel aus Siliziumdioxid verwendet werden.
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Der Formkörper kann dabei zumindest an der der elektrischen Anschlussstelle zugewandten Unterseite des optoelektronischen Halbleiterchips bündig oder im Wesentlichen bündig mit dem optoelektronischen Halbleiterchip abschließen. Ferner ist es möglich, dass der optoelektronische Halbleiterchip und der Formkörper an der der Unterseite abgewandten Oberseite bündig oder im Wesentlichen bündig miteinander abschließen. Im Wesentlichen bündig heißt hier und im Folgenden, dass der optoelektronische Halbleiterchip den Formkörper lediglich in einer Höhe überragt oder vom Formkörper lediglich in einer Höhe überragt wird, die höchstens 15 % der Dicke des optoelektronischen Halbleiterchips in vertikaler Richtung entspricht.
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Die elektrische Anschlussstelle und die erste Kontaktschicht können sich von dem optoelektronischen Halbleiterchip in lateralen Richtungen zumindest stellenweise zu dem Formkörper erstrecken, sodass sie den Formkörper an dessen Unterseite zumindest stellenweise bedecken. Dabei ist es möglich, dass die elektrische Anschlussstelle und die erste Kontaktschicht sich ohne Unterbrechung von einem Bereich, in dem sie den optoelektronischen Halbleiterchip bedecken, zu einem Bereich erstrecken, in dem sie den Formkörper bedecken. Im Bereich des optoelektronischen Halbleiterchips sind die elektrische Anschlussstelle und die erste Kontaktschicht mechanisch und elektrisch leitend mit dem optoelektronischen Halbleiterchip verbunden, im Bereich des Formkörpers sind die elektrische Anschlussstelle und die erste Kontaktschicht mechanisch mit dem Formkörper verbunden.
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Insbesondere eine elektrische Anschlussstelle und/oder eine erste Kontaktschicht, welche mit einem PVD-Verfahren hergestellt wird, kann sich in Bereiche erstrecken, in denen sich der Formkörper befindet. Auf diese Weise können die elektrische Anschlussstelle und die erste Kontaktschicht besonders großflächig ausgeführt werden, was eine zuverlässigere Verbindung der elektrischen Anschlussstelle und der ersten Kontaktschicht mit den verbleibenden Komponenten des optoelektronischen Halbleiterbauteils einerseits und dem Zielort, an dem das optoelektronische Halbleiterbauteil befestigt und angeschlossen wird, andererseits ermöglicht. Ferner kann eine Ausführung der elektrischen Anschlussstelle und der ersten Kontaktschicht, derart, dass auch der Formkörper teilweise von diesen bedeckt wird, zu einer verbesserten Wärmeableitung im Betrieb des optoelektronischen Halbleiterbauteils beitragen.
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Insbesondere die erste Kontaktschicht der elektrischen Anschlussstelle ist dabei derart ausgewählt, dass sie auch zum Material des Formkörpers eine besonders gute Haftung aufweist. Dabei stellt sich die beschriebene Verwendung von Aluminium in der ersten Kontaktschicht als besonders gut geeignet heraus um eine gute Haftung mit dem Formkörper zu erzielen. Dies kann beispielsweise in einer hohen Reaktivität von Aluminium mit von dem Formkörper umfassten Materialien, beispielsweise Kunststoffmaterialien, Epoxiden, Füllstoffen, siliziumdioxidhaltigen Füllstoffen, gefüllten Epoxiden, sonstigen heterogenen Oberflächen oder anderen Materialien, begründet sein. Die hohe Reaktivität kann beispielsweise in einer hohen Oxidierbarkeit des Aluminiums begründet sein.
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Aufgrund einer so erzielten verbesserten Haftung der ersten Kontaktschicht auf dem Formkörper kann bei der Herstellung des optoelektronischen Halbleiterbauteils beispielsweise auf eine zusätzliche Fotoebene zur selektiven Kontaktierung nur der Unterseite des Trägers und eine weitere Metallisierung zur Kontaktierung der Unterseite des Formkörpers verzichtet werden. Auch kann beispielsweise auf eine separate Haftschicht zwischen der ersten Kontaktschicht und dem Träger verzichtet werden, deren Herstellung beispielsweise einen zusätzlichen lithographischen Prozess erfordern würde.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils befindet sich die erste Kontaktschicht teilweise in direktem Kontakt mit dem Träger und/oder dem Formkörper. Durch den direkten Kontakt der ersten Kontaktschicht zu dem Träger und/oder dem Formkörper, ist die mechanische Haftung zwischen der elektrischen Anschlussstelle und den verbleibenden Komponenten des optoelektronischen Halbleiterbauteils erhöht.
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Insbesondere ist es möglich, dass die erste Kontaktschicht sowohl mit dem optoelektronischen Halbleiterchip als auch mit dem Formkörper sich in direktem Kontakt befindet, derart, dass die erste Kontaktschicht direkt an beide Komponenten grenzt und sich in lateralen Richtungen von dem optoelektronischen Halbleiterchip zu dem Formkörper erstreckt. Dabei ist es insbesondere vorteilhaft, wenn der Formkörper und der optoelektronische Halbleiterchip an der Unterseite des optoelektronischen Halbleiterchips, die der elektrischen Anschlussstelle zugewandt ist, bündig oder im Wesentlichen bündig miteinander abschließen.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils enthält der Träger Silizium oder Germanium oder besteht aus Silizium oder Germanium. In solchen Ausführungsformen ist die Verwendung einer ersten Kontaktschicht, welche Aluminium enthält oder aus Aluminium besteht besonders vorteilhaft.
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Zum einen bildet Aluminium auf Silizium und auf Germanium einen guten ohmschen elektrischen Kontakt. Weiterhin bildet Aluminium mit Silizium oder Germanium, beispielsweise im Gegensatz zu Platin mit Silizium oder Germanium, keine metallurgischen Phasen. Dies führt zu einer geringen Reaktivität und folglich zu einer hohen Stabilität einer Grenzfläche zwischen dem Träger und der ersten Kontaktschicht. Weiterhin bildet Aluminium auf Silizium, zum Beispiel auf relativ hoch dotiertem, insbesondere p-dotiertem, Silizium einen besonders guten ohmschen Kontakt. Dies kann beispielsweise unter bestimmten Prozessbedingungen Vorteile gegenüber einer Kontaktschicht bieten, welche Platin enthält oder aus Platin gebildet ist.
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Außerdem tritt eine Lösung von Silizium oder Germanium in Aluminium erst bei Temperaturen in der Größenordnung von ~500°C auf. Eine solche Lösung von Silizium oder Germanium in Aluminium kann hohle Bereiche in dem Material des Trägers bewirken, in welchen sich in der Folge metallisches Aluminium ansammeln kann (sogenanntes Spiking). Durchdringt dieses angesammelte Aluminium einen pn-Übergang des optoelektronischen Halbleiterchips, führt dies zu einem Kurzschluss des pn-Übergangs. Solch hohen Temperaturen werden optoelektronische Halbleiterbauteile in aller Regel während der Herstellung und der weiteren Verarbeitung und Verwendung nicht ausgesetzt, insbesondere wenn es sich bei dem optoelektronischen Halbleiterbauteil um ein "Halbleiterchip in a Frame"-Bauteil handelt.
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Des Weiteren kann der optoelektronische Halbleiterchip und/oder die Zwischenschicht eine Barrierzwischenschicht umfassen, welche zwischen dem Träger und dem aktiven Teil angeordnet ist und beispielsweise auch im Falle von auftretendem Spiking ein Eindringen von angesammeltem Aluminium in den aktiven Teil, insbesondere in den pn-Übergang, verhindern kann. Die Barrierzwischenschicht kann beispielsweise durch eine Lotbarriereschicht gebildet werden, welche verhindern soll, dass Bestandteile des Lotmaterials der Zwischenschicht in den aktiven Teil eindringen können.
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In alternativen Ausführungsformen des optoelektronischen Halbleiterbauteils besteht der Träger aus einem anderen Halbleitermaterial als Silizium oder Germanium, beispielsweise aus einem III/V-Halbleitermaterial wie Galliumarsenid oder Galliumnitrid, aus einem II/VI-Halbleitermaterial oder aus Siliziumcarbid.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils weist der Träger eine Dicke, insbesondere eine Dicke in vertikaler Richtung, von wenigstens 50 µm auf.
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In solchen Ausführungsformen wird die Wahrscheinlichkeit des Eindringens von angesammeltem Aluminium in den aktiven Teil beim Auftreten von Spiking durch die relativ große Dicke des Trägers von wenigstens 50 µm weiter verringert.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils weist die erste Kontaktschicht eine Dicke, insbesondere eine Dicke in vertikaler Richtung, zwischen 20nm und 5µm auf.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils weist die erste Kontaktschicht eine Dicke, insbesondere eine Dicke in vertikaler Richtung, in einem Bereich von 100nm bis 200nm auf.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils weist die erste Kontaktschicht eine Dicke, insbesondere eine Dicke in vertikaler Richtung, von wenigstens 450nm auf.
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In solchen Ausführungsformen kann eine erhöhte laterale Stromleitfähigkeit der ersten Kontaktschicht erzielt werden. Dies kann insbesondere in Ausführungsformen von Vorteil sein, in denen die erste Kontaktschicht zu einer internen Umverdrahtung in dem optoelektronischen Halbleiterbauteil verwendet wird. Eine solche Umverdrahtung kann zum Beispiel zwischen verschiedenen Ebenen eines "Halbleiterchip in a Frame"-Bauteils realisiert sein. Die Umverdrahtung kann auch zur Kontaktierung des optoelektronischen Halbleiterchips mit Kontakten des optoelektronischen Halbleiterbauteils dienen. Dabei können die Kontakte lateral versetzt zu dem optoelektronischen Halbleiterchip angeordnet sein und zu einer Kontaktierung des optoelektronischen Halbleiterbauteils nach außen dienen.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils weist die erste Kontaktschicht eine Dicke, insbesondere eine Dicke in vertikaler Richtung, zwischen 450nm und 5µm, insbesondere zwischen 450nm und 1µm, auf.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils enthält die erste Kontaktschicht eine Aluminiumlegierung. Insbesondere kann die erste Kontaktschicht Silizium enthalten. Als geeignet haben sich dabei beispielsweise siliziumhaltige Aluminiumlegierungen mit einem Siliziumgehalt von 0.1% bis 50%, bevorzugt von 1% bis 20%, herausgestellt. Alternativ können auch Aluminium-Silizium Legierungen mit einem anderen Siliziumgehalt verwendet werden. Die erste Kontaktschicht kann zusätzlich oder alternativ zu dem Silizium beispielsweise Kupfer enthalten. Als geeignet haben sich dabei beispielsweise kupferhaltige Aluminiumlegierungen mit einem Kupfergehalt von 0.5% bis 15%, bevorzugt von 0,5% bis 8%, herausgestellt.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils umfasst das optoelektronische Halbleiterbauteil einen ersten weiteren Halbleiterchip.
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Dabei kann der erste weitere Halbleiterchip als ein weiterer optoelektronischer Halbleiterchip ausgebildet sein. Beispielsweise können der optoelektronische Halbleiterchip und der weitere optoelektronische Halbleiterchip im Betrieb elektromagnetische Strahlung in gleichen oder voneinander unterschiedlichen Spektralbereich erzeugen und/oder detektieren. Alternativ kann der erste weitere Halbleiterchip als Durchkontaktierung oder als Schutzdiode ausgebildet sein.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils umgibt der Formkörper den ersten weiteren Halbleiterchip seitlich zumindest teilweise. Das heißt, in lateraler Richtung kann der erste weitere Halbleiterchip mittelbar oder direkt an den Formkörper grenzen.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils umfasst das optoelektronische Halbleiterbauteil eine weitere elektrische Anschlussstelle, welche eine Unterseite des ersten weiteren Halbleiterchips zumindest teilweise bedeckt und eine Unterseite des Formkörpers zumindest teilweise bedeckt. Die weitere elektrische Anschlussstelle befindet sich an einer Außenseite des optoelektronischen Halbleiterbauteils und ist damit von außen zugänglich und kontaktierbar. Die weitere elektrische Anschlussstelle ist mit einem elektrisch leitenden Material gebildet und elektrisch leitend mit dem ersten weiteren Halbleiterchip verbunden.
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Der Formkörper kann dabei zumindest an der der weiteren elektrischen Anschlussstelle zugewandten Unterseite des ersten weiteren Halbleiterchips bündig oder im Wesentlichen bündig mit dem ersten weiteren Halbleiterchip abschließen. Ferner ist es möglich, dass der erste weitere Halbleiterchip und der Formkörper an der der Unterseite abgewandten Oberseite bündig oder im Wesentlichen bündig miteinander abschließen.
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Die elektrische Anschlussstelle und die weitere elektrische Anschlussstelle sind beispielsweise an einer Unterseite des optoelektronischen Halbleiterbauteils in lateralen Richtungen beabstandet zueinander angeordnet, sodass das optoelektronische Halbleiterbauteil über diese beiden elektrischen Anschlussstellen oberflächenmontierbar ist.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils umfasst die weitere elektrische Anschlussstelle auf einer dem ersten weiteren Halbleiterchip und dem Formkörper zugewandten Seite eine zweite Kontaktschicht.
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Die weitere elektrische Anschlussstelle und die zweite Kontaktschicht können sich von dem ersten weiteren Halbleiterchip in lateralen Richtungen zumindest stellenweise zu dem Formkörper erstrecken, sodass sie den Formkörper an dessen Unterseite stellenweise bedecken. Dabei ist es möglich, dass die weitere elektrische Anschlussstelle und die zweite Kontaktschicht sich ohne Unterbrechung von einem Bereich, in dem sie den ersten weiteren Halbleiterchip bedecken, zu einem Bereich erstrecken, in dem sie den Formkörper bedecken. Im Bereich des ersten weiteren Halbleiterchips sind die weitere elektrische Anschlussstelle und die zweite Kontaktschicht mechanisch und elektrisch leitend mit dem ersten weiteren Halbleiterchip verbunden, im Bereich des Formkörpers sind die weitere elektrische Anschlussstelle und die zweite Kontaktschicht mechanisch mit dem Formkörper verbunden.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils enthält die zweite Kontaktschicht Aluminium oder besteht aus Aluminium.
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Die zweite Kontaktschicht kann dabei analog oder identisch zu der ersten Kontaktschicht ausgebildet sein. Die erste und die zweite Kontaktischicht können aus demselben Material bestehen. Insbesondere können die erste und die zweite Kontaktschicht gemeinsam mit denselben Verfahren und in denselben Prozessschritten hergestellt sein.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils befindet sich die zweite Kontaktschicht teilweise in direktem Kontakt mit ersten weiteren Halbleiterchip und/oder dem Formkörper. Durch den direkten Kontakt der zweiten Kontaktschicht zu dem ersten weiteren Halbleiterchip und/oder dem Formkörper, ist die mechanische Haftung zwischen der weiteren elektrischen Anschlussstelle und den verbleibenden Komponenten des optoelektronischen Halbleiterbauteils erhöht.
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Insbesondere ist es möglich, dass die zweite Kontaktschicht sowohl mit dem ersten weiteren Halbleiterchip als auch mit dem Formkörper sich in direktem Kontakt befindet, derart, dass die zweite Kontaktschicht direkt an beide Komponenten grenzt und sich in lateralen Richtungen von dem ersten weiteren Halbleiterchip zu dem Formkörper erstreckt. Dabei ist es insbesondere vorteilhaft, wenn der Formkörper und der erste weitere Halbleiterchip an der Unterseite des ersten weiteren Halbleiterchips, die der weiteren elektrischen Anschlussstelle zugewandt ist, bündig oder im Wesentlichen bündig miteinander abschließen.
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Eine Komponente des ersten weiteren Halbleiterchips mit dem sich die zweite Kontaktschicht in direktem Kontakt befindet kann beispielsweise Silizium oder Germanium enthalten oder aus einem dieser Materialen bestehen.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils ist der erste weitere Halbleiterchip als Durchkontaktierung ausgebildet, welche sich stellenweise durch den Formkörper erstreckt. Die Durchkontaktierung ist elektrisch leitend mit dem optoelektronischen Halbleiterchip verbunden. Insbesondere kann die Durchkontaktierung an einer der elektrischen Anschlussstelle abgewandten Seite des optoelektronischen Halbleiterchips mit demselben verbunden sein. Wenn die elektrische Anschlussstelle mit der n-Seite des optoelektronischen Halbleiterchips verbunden ist, kann die Durchkontaktierung beispielsweise mit der p-Seite des optoelektronischen Halbleiterchips verbunden sein und umgekehrt. Im Betrieb des optoelektronischen Halbleiterchips kann dieser über die elektrische Anschlussstelle und, mittels der Durchkontaktierung, über die weitere elektrische Anschlussstelle n- und p-seitig kontaktiert werden.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils ist der erste weitere Halbleiterchip als Schutzdiode ausgebildet und mit dem optoelektronischen Halbleiterchip antiparallel verschaltet. Antiparallele Verschaltung bedeutet hierbei, dass eine n-Seite des ersten weiteren Halbleiterchips mit der p-Seite des optoelektronischen Halbleiterchips und eine p-Seite des ersten weiteren Halbleiterchips mit der n-Seite des optoelektronischen Halbleiterchips verbunden ist. Insbesondere kann die weitere elektrische Anschlussstelle mit der n-Seite des ersten weiteren Halbleiterchips verbunden sein, wenn die elektrische Anschlussstelle mit der p-Seite des optoelektronischen Halbleiterchips verbunden ist. Alternativ kann die weitere elektrische Anschlussstelle mit der p-Seite des ersten weiteren Halbleiterchips verbunden sein, wenn die elektrische Anschlussstelle mit der n-Seite des optoelektronischen Halbleiterchips verbunden ist.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils umfasst das optoelektronische Halbleiterbauteil einen zweiten weiteren Halbleiterchip, wobei der Formkörper den zweiten weiteren Halbleiterchip seitlich zumindest teilweise umgibt, die elektrische Anschlussstelle eine Unterseite des zweiten weiteren Halbleiterchips zumindest teilweise bedeckt und die erste Kontaktschicht an eine Unterseite des zweiten weiteren Halbleiterchips angrenzt, beispielsweise direkt angrenzt.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils ist der erste weitere Halbleiterchip als Durchkontaktierung ausgebildet, welche sich stellenweise durch den Formkörper erstreckt und der zweite weitere Halbleiterchip ist als Schutzdiode ausgebildet und mit dem optoelektronischen Halbleiterchip antiparallel verschaltet.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils umfasst die elektrische Anschlussstelle zumindest eine Barriereschicht, welche an einer dem optoelektronischen Halbleiterchip abgewandten Seite der ersten Kontaktschicht angeordnet ist.
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Die Barriereschicht ist aus Materialien gebildet, die derart ausgewählt sind, dass sie im Wesentlichen nur zur Ausbildung einer Haftung mit den angrenzenden Schichten, also beispielsweise der ersten Kontaktschicht, reagieren und sonst keine chemische Reaktion, insbesondere mit den Materialien des optoelektronischen Halbleiterchips, erfolgen. Die Barriereschicht kann aus zumindest einem der folgenden Materialien bestehen, oder zumindest eines der Materialien enthalten: Titan, Wolfram, Titan-Wolfram, Titannitrid, Titan-Wolfram-Nitrid, Wolframnitrid.
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Die elektrische Anschlussstelle kann mehrere Barriereschichten umfassen, die mit den gleichen oder voneinander unterschiedlichen Materialien gebildet sein können. Zwischen die Barriereschichten können weitere Schichten eingebracht sein, die mit einem anderen Material gebildet sind, welches durchgehende Defekte im Stapel von Barriereschichten unterbinden kann, sodass der Stapel von Barriereschichten besonders dicht ist.
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Die zumindest eine Barriereschicht ist dabei derart ausgewählt, dass sie mit einem Verbindungsmaterial, mit dem das optoelektronische Halbleiterbauteil an seinem Bestimmungsort befestigt und elektrisch kontaktiert wird, keine oder kaum chemische Reaktionen eingeht und eine Diffusion von Verbindungsmaterial in dem optoelektronischen Halbleiterchip hemmt oder unterbindet.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils umfasst die elektrische Anschlussstelle eine Schutzschicht, die an einer der Kontaktschicht abgewandten Seite der zumindest einen Barriereschicht angeordnet ist. Bei der Schutzschicht handelt es sich um eine Abschlussschicht, die die elektrische Anschlussstelle an ihrer dem optoelektronischen Halbleiterchip abgewandten Seite nach außen hin abschließt. Das heißt, die Schutzschicht bildet zumindest stellenweise eine Außenfläche der elektrischen Anschlussstelle. Die Schutzschicht dient damit als Anschlussschicht zu einem Verbindungsmaterial, mit dem das optoelektronische Halbleiterbauteil am Bestimmungsort befestigt und elektrisch angeschlossen wird. Insbesondere kann die Schutzschicht als Lothaftschicht dienen.
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Die Schutzschicht kann hinsichtlich ihres Materials derart ausgewählt werden, dass sie mit einer angrenzenden Schicht der elektrischen Anschlussstelle reagiert, sodass zu dieser Schicht eine besonders gute Haftung eingegangen wird und sie stabil ist gegen Degradationsvorgänge, was die Lagerung des optoelektronischen Halbleiterbauteils vor seiner Befestigung am Bestimmungsort erleichtert. Beispielsweise kann die Schutzschicht dazu mit Gold gebildet sein oder aus Gold bestehen. Die Reaktion der Schutzschicht mit einer angrenzenden Schicht führt dabei jedoch nicht dazu, dass Material der angrenzenden Schicht durch die Schutzschicht diffundieren kann. Insbesondere vor dem Befestigen des optoelektronischen Halbleiterbauteils am Bestimmungsort kommt es nicht, oder nur in einem unwesentlichen Ausmaß, zu einer solchen Durchdringung der Schutzschicht mit dem Material angrenzender Schichten.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils ist die Schutzschicht derart ausgeformt, dass die erste Kontaktschicht komplett von der Schutzschicht überformt wird, insbesondere seitlich von der Schutzschicht überformt wird.
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In entsprechenden Ausführungsformen des optoelektronischen Halbleiterbauteils kann auch die weitere elektrische Anschlussstelle eine entsprechende Barriereschicht umfassen, die an einer dem ersten weiteren Halbleiterchip abgewandten Seite der zweiten Kontaktschicht angeordnet sind.
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In entsprechenden Ausführungsformen des optoelektronischen Halbleiterbauteils kann auch die weitere elektrische Anschlussstelle eine entsprechende Schutzschicht umfassen, die an der zweiten Kontaktschicht abgewandten Seiten der entsprechenden Barriereschicht angeordnet ist.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils umfasst die elektrische Anschlussstelle eine dritte Kontaktschicht, die an einer dem optoelektronischen Halbleiterchip abgewandten Seite der ersten Kontaktschicht angeordnet ist. Dabei ist die dritte Kontaktschicht mittels einer stromlosen Abscheidung hergestellt und die erste Kontaktschicht dient als Keimschicht für die stromlose Abscheidung.
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Insbesondere in Ausführungsformen des optoelektronischen Halbleiterbauteils in denen die elektrische Anschlussstelle keine Barriereschicht umfasst, kann die elektrische Anschlussstelle die dritte Kontaktschicht umfassen.
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Die dritte Kontaktschicht kann beispielsweise zu einer weiter erhöhten mechanischen Stabilität des optoelektronischen Halbleiterbauteils führen. Entsprechend dick kann die dritte Kontaktschicht dazu ausgebildet sein. Außerdem oder alternativ kann die dritte Kontaktschicht auch zu einer weiter verbesserten elektrischen Leitfähigkeit der elektrischen Anschlussstelle beitragen.
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Wenn die erste Kontaktschicht als Keimschicht für die stromlose Abscheidung verwendet wird, kann die erste Kontaktschicht dazu beispielsweise vor der stromlosen Abscheidung strukturiert werden. Dazu kann beispielsweise ein lithographischer Prozess gefolgt von einem Ätzprozess verwendet werden. Alternativ kann die erste Kontaktschicht mittels eines Lift-Off-Verfahrens strukturiert sein.
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Es wird weiter eine optoelektronische Anordnung angegeben. Die optoelektronische Anordnung umfasst zumindest ein optoelektronisches Halbleiterbauteil gemäß dem verbesserten Konzept. Das heißt, sämtliche für das optoelektronische Halbleiterbauteil beschriebenen Merkmale sind auch für die optoelektronische Anordnung beschrieben und umgekehrt. Die optoelektronische Anordnung umfasst weiter einen Anschlussträger, bei dem es sich beispielsweise um eine Platine handeln kann. Das zumindest eine optoelektronische Halbleiterbauteil ist an dem zumindest einen Anschlussträger mechanisch befestigt und elektrisch leitend verbunden, wozu zwischen dem Anschlussträger und dem optoelektronischen Halbleiterbauteil ein Verbindungsmaterial angeordnet ist, wobei sich das Verbindungsmaterial in direktem Kontakt mit der elektrischen Anschlussstelle und gegebenenfalls der weiteren elektrischen Anschlussstelle befindet. Bei dem Verbindungsmaterial handelt es sich beispielsweise um ein Lotmaterial, wie zum Beispiel eine Lotpaste.
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Außerdem wird ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauteils angegeben.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens werden ein elektrisch leitfähig ausgebildeten Träger und ein aktiver Teil eines optoelektronischen Halbleiterchips bereitgestellt.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird der Träger mit dem aktiven Teil mittels eines Waferbondingverfahrens verbunden.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird eine erste Kontaktschicht auf einer Unterseite des Trägers aufgebracht, wobei die erste Kontaktschicht die Unterseite des Trägers zumindest teilweise bedeckt und die erste Kontaktschicht Aluminium enthält oder aus Aluminium besteht.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Aufbringen der ersten Kontaktschicht eine physikalische Gasphasenabscheidung. Insbesondere kann die erste Kontaktschicht ausschließlich mittels einer physikalischen Gasphasenabscheidung aufgebracht werden.
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Dabei kommen alle Verfahren zur physikalischen Gasphasenabscheidung in Frage, insbesondere thermisches Verdampfen, Elektronenstrahlverdampfen, Laserstrahlverdampfen, Lichtbogenverdampfen, Sputtern, Kathodenzerstäubung, Ionenplattieren.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Verfahren vor dem Aufbringen der ersten Kontaktschicht einen Prozess zur Oxidentfernung. Dabei werden Oxide auf der Unterseite des Trägers entfernt um beispielsweise eine hydrophobe Oberfläche zu erzielen. Der Prozess zur Oxidentfernung kann beispielsweise einen nasschemischen Prozess und/oder einen Prozess zur Plasmareinigung umfassen.
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Weitere Ausführungsformen des Verfahrens ergeben sich unmittelbar und eindeutig aus den verschiedenen Ausführungsformen des optoelektronischen Halbleiterbauteils und umgekehrt. Mittels des Verfahrens kann beispielsweise ein hier beschriebenes optoelektronisches Halbleiterbauteil hergestellt werden. Daher sind sämtliche für das optoelektronische Halbleiterbauteil offenbarte Merkmale auch für das Verfahren offenbart und umgekehrt.
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Im Folgenden wird das verbesserte Konzept anhand von Ausführungsbeispielen und zugehörigen Figuren näher beschrieben. Identische Komponenten oder Komponenten mit gleichem Effekt können mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sein und gegebenenfalls nur bezüglich der Figur erläutert sein, in der sie zum ersten Mal auftreten. Ihre Beschreibung wird in den darauf folgenden Figuren nicht notwendigerweise wiederholt.
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Es zeigen
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1 einen Querschnitt durch eine beispielhafte Ausführungsform eines optoelektronischen Halbleiterbauteils gemäß dem verbesserten Konzept;
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2 einen Querschnitt durch eine weitere beispielhafte Ausführungsform eines optoelektronischen Halbleiterbauteils gemäß dem verbesserten Konzept;
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3 einen Querschnitt durch eine weitere beispielhafte Ausführungsform eines optoelektronischen Halbleiterbauteils gemäß dem verbesserten Konzept;
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4 einen Querschnitt durch eine weitere beispielhafte Ausführungsform eines optoelektronischen Halbleiterbauteils gemäß dem verbesserten Konzept;
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5 einen Querschnitt durch eine beispielhafte Ausführungsform einer optoelektronischen Anordnung gemäß dem verbesserten Konzept;
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6 einen Querschnitt durch eine weitere beispielhafte Ausführungsform einer optoelektronischen Anordnung gemäß dem verbesserten Konzept;
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7 eine weitere beispielhafte Ausführungsform eines optoelektronischen Halbleiterbauteils gemäß dem verbesserten Konzept; und
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8 eine weitere beispielhafte Ausführungsform eines optoelektronischen Halbleiterbauteils gemäß dem verbesserten Konzept.
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1 zeigt einen Querschnitt durch ein optoelektronisches Halbleiterbauteil gemäß dem verbesserten Konzept. Das optoelektronische Halbleiterbauteil umfasst einen optoelektronischen Halbleiterchip C1 und eine elektrische Anschlussstelle. Im Beispiel der 1 umfasst der optoelektronische Halbleiterchip einen Träger T, welcher elektrisch leitfähig ausgebildet ist. Der Träger T ist hier beispielsweise aus Silizium oder Germanium gebildet. Der Träger T weist beispielsweise eine Dicke von wenigsten 50µm auf. Der optoelektronische Halbleiterchip C1 umfasst weiterhin einen aktiven Teil AT, welcher epitaktisch gewachsene Schichten enthält. Der aktive Teil AT ist hier in vertikaler Richtung oberhalb des Trägers T angeordnet
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Der optoelektronische Halbleiterchip C1 umfasst weiterhin eine Zwischenschicht ZS, welche zwischen dem Träger T und dem aktiven Teil AT angeordnet ist. Die Zwischenschicht ZS umfasst zum Beispiel ein Lotmaterial, beispielsweise eine Legierung, eine eutektische Legierung, eine Legierung zum isothermen Erstarren oder einen leitfähigen Klebstoff. Der Träger T und der aktive Teil AT sind beispielsweise mittels eines Waferbondingverfahrens, beispielsweise mittels eines eutektischen oder eines adhäsiven Waferbondingverfahrens, über die Zwischenschicht ZS miteinander verbunden.
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Die elektrische Anschlussstelle umfasst im gezeigten Beispiel eine erste Kontaktschicht KS1, die eine Unterseite des Trägers T beispielsweise vollständig bedeckt. In alternativen Ausführungsformen bedeckt die erste Kontaktschicht KS1 die Unterseite des Trägers T nur teilweise. Die erste Kontaktschicht KS1 enthält beispielsweise Aluminium oder ist aus Aluminium gebildet. Die erste Kontaktschicht KS1 weist beispielsweise eine Dicke zwischen 20nm und 5µm, beispielsweise zwischen 100nm und 200nm, zum Beispiel 200nm oder näherungsweise 200nm, auf.
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Zur Bildung einer optoelektronischen Anordnung gemäß dem verbesserten Konzept kann das gezeigte optoelektronische Halbleiterbauteil beispielsweise auf einem Anschlussträger P (in 1 nicht gezeigt) befestigt werden. Der Anschlussträger P kann beispielsweise eine Platine sein. Zur Anbringung des optoelektronischen Halbleiterbauteils auf dem Anschlussträger P kann beispielsweise Verbindungsmaterial, zum Beispiel eine Lotpaste, die erste Kontaktschicht KS1 mit dem Anschlussträger P verbinden.
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In 2 ist ein Querschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel eines optoelektronischen Halbleiterbauteils gemäß dem verbesserten Konzept gezeigt, welches auf dem Ausführungsbeispiel von 1 basiert.
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Zusätzlich zu dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst die elektrische Anschlussstelle in dem Ausführungsbeispiel von 2 weiterhin eine Barriereschicht BS, welche auf einer dem Träger T abgewandten Seite der ersten Kontaktschicht KS1 angeordnet ist und an diese angrenzt. Des Weiteren umfasst die elektrische Anschlussstelle eine Schutzschicht HS, welche an einer der ersten Kontaktschicht KS1 abgewandten Seite der Barriereschicht BS1 angeordnet ist und an diese angrenzt. Die Barriereschicht ist hier beispielsweise aus Titan, Wolfram, Titan-Wolfram, Titannitrid, Titan-Wolfram-Nitrid oder Wolframnitrid gebildet. Die Schutzschicht HS ist beispielsweise aus Gold gebildet oder besteht aus Gold.
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Die Schutzschicht HS dient hier beispielsweise als Lothaftschicht zur Verbindung des optoelektronischen Halbleiterbauteils mit dem Anschlussträger P (in 2 nicht gezeigt), beispielsweise mittels einer Lotpaste.
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Im gezeigten Beispiel bedeckt die Barriereschicht BS die dem Träger T abgewandte Seite der ersten Kontaktschicht KS1 vollständig. Weiterhin bedeckt die Schutzschicht HS die der ersten Kontaktschicht KS1 abgewandte Seite der Barriereschicht BS vollständig.
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In alternativen Ausführungsformen umschließt die Schutzschicht HS, entgegen des in 2 gezeigten Beispiels, die Barriereschicht BS sowie die erste Kontaktschicht KS1 auch lateral vollständig.
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3 zeigt einen Querschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel des optoelektronischen Halbleiterbauteils gemäß dem verbesserten Konzept.
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Das gezeigte optoelektronische Halbleiterbauteil umfasst einen optoelektronischen Halbleiterchip C1, wie bezüglich der 1 und 2 beschrieben. Des Weiteren umfasst das optoelektronische Halbleiterbauteil einen Formkörper FK, der ein elektrisch isolierendes Material umfasst und der den optoelektronischen Halbleiterchip C1 seitlich zumindest teilweise umgibt. Im gezeigten Beispiel umgibt der Formkörper FK den optoelektronischen Halbleiterchip C1 nur auf einer, nämlich der rechten, Seite. In alternativen Ausführungsformen kann der Formkörper FK den optoelektronischen Halbleiterchip C1 jedoch auch auf der linken Seite umgeben, insbesondere kann der Formkörper FK den optoelektronischen Halbleiterchip C1 seitlich auch vollständig umgeben.
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Im gezeigten Ausführungsbeispiel schließen eine Oberseite des Formkörpers FK und eine Oberseite des optoelektronischen Halbleiterchip C1 bündig beziehungsweise im Wesentlichen bündig miteinander ab. Außerdem schließen eine Unterseite des Formkörpers FK und eine Unterseite des optoelektronischen Halbleiterchips C1 miteinander bündig beziehungsweise im Wesentlichen bündig miteinander ab.
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Das optoelektronische Halbleiterbauteil umfasst außerdem eine elektrische Anschlussstelle, welche im gezeigten Beispiel eine erste Kontaktschicht KS1 umfasst. Im Beispiel der 3 bedeckt die erste Kontaktschicht KS1 die Unterseite des Trägers T vollständig und die Unterseite des Formkörpers FK teilweise. Insbesondere erstreckt sich die erste Kontaktschicht KS1 aus einem Bereich, wo sie den Träger T bedeckt ohne Unterbrechung in einen Bereich, in dem sie den Formkörper FK teilweise bedeckt. Die erste Kontaktschicht KS1 weist beispielsweise eine Dicke zwischen 20nm und 5µm, beispielsweise zwischen 100nm und 200nm, zum Beispiel 200nm, auf.
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In alternativen Ausführungsformen kann die erste Kontaktschicht KS1 jedoch auch den Formkörper FK an dessen Unterseite vollständig bedecken und/oder den Träger T nur teilweise bedecken.
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Wie in den zuvor beschriebenen Figuren enthält die erste Kontaktschicht KS1 im gezeigten Beispiel Aluminium oder besteht aus Aluminium.
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Durch die Verwendung des Aluminiums in der ersten Kontaktschicht KS1 wird eine besonders gute Haftung der ersten Kontaktschicht KS1 sowohl auf dem Träger T als auch auf dem Formkörper FK gewährleistet. Des Weiteren wird ein besonders guter elektrischer Kontakt zwischen dem Träger T und der ersten Kontaktschicht KS1 gewährleistet.
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Wie bezüglich 1 beschrieben, kann die erste Kontaktschicht KS1 verwendet werden, um das optoelektronische Halbleiterbauteil beispielsweise mittels einer Lotpaste auf einem Anschlussträger P (in 3 nicht gezeigt), beispielsweise einer Platine, zu befestigen und elektrisch mit diesem zu verbinden.
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In 4 ist ein Querschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel des optoelektronischen Halbleiterbauteils gemäß dem verbesserten Konzept gezeigt, welches auf dem Ausführungsbeispiel der 3 beruht.
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Zusätzlich zu dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst die elektrische Anschlussstelle eine Barriereschicht BS sowie eine Schutzschicht HS. Bezüglich der Barriereschicht BS und der Schutzschicht HS gilt das zur Beschreibung des Ausführungsbeispiels aus 2 Ausgeführte analog.
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In 5 ist ein Querschnitt durch eine optoelektronische Anordnung gemäß dem verbesserten Konzept gezeigt.
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Die optoelektronische Anordnung umfasst ein optoelektronisches Halbleiterbauteil, wie es in 4 gezeigt ist. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind der aktive Teil AT, die Zwischenschicht ZS und der Träger T des optoelektronischen Halbleiterchips C1 nicht explizit gezeigt. Des Weiteren umfasst die optoelektronische Anordnung einen Anschlussträger P, welcher beispielsweise durch eine Platine gebildet ist. Das optoelektronische Halbleiterbauteil ist mittels eines Verbindungsmaterials L mit dem Anschlussträger P verbunden. Das Verbindungsmaterial L kann dabei beispielsweise ein Lotmaterial, insbesondere eine Lotpaste, sein.
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6 zeigt einen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform der optoelektronischen Anordnung gemäß dem verbesserten Konzept.
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Das optoelektronische Halbleiterbauteil umfasst einen optoelektronischen Halbleiterchip C1, welcher wie bezüglich der vorhergehenden Figuren beschrieben, ausgebildet sein kann. Des Weiteren umfasst das optoelektronische Halbleiterbauteil einen ersten weiteren Halbleiterchip C2, welcher lateral beabstandet, im gezeigten Beispiel links, zu dem optoelektronischen Halbleiterchip C1 angeordnet ist. Das optoelektronische Halbleiterbauteil umfasst außerdem einen Formkörper FK, welcher den optoelektronischen Halbleiterchip C1 und den ersten weiteren Halbleiterchip C2 seitlich vollständig umgibt. Im gezeigten Beispiel schließen die Oberseite des optoelektronischen Halbleiterchips C1, die Oberseite des Formkörpers FK und eine Oberseite des ersten weiteren Halbleiterchips C2 bündig oder im Wesentlichen bündig miteinander ab. Analog schließen die Unterseite des optoelektronischen Halbleiterchips C1, die Unterseite des Formkörpers FK sowie eine Unterseite des ersten weiteren Halbleiterchips C2 bündig oder im Wesentlichen bündig miteinander ab.
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Das optoelektronische Halbleiterbauteil umfasst weiterhin eine elektrische Anschlussstelle und eine weitere elektrische Anschlussstelle. Die elektrische Anschlussstelle umfasst im gezeigten Beispiel eine erste Kontaktschicht KS1, während die weitere elektrische Anschlussstelle eine zweite Kontaktschicht KS2 umfasst. Die erste Kontaktschicht KS1 ist, wie in den vorhergehenden Figuren beschrieben, so angeordnet, dass sie eine Unterseite des optoelektronischen Halbleiterchips C1 vollständig bedeckt, sowie die Unterseite des Formkörpers FK teilweise bedeckt. Die erste Kontaktschicht KS1 enthält beispielsweise Aluminium oder ist als Aluminiumschicht ausgebildet.
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Entsprechend ist die zweite Kontaktschicht KS2 so angeordnet, dass sie direkt an die Unterseite des weiteren Halbleiterchips C2 angrenzt und diese vollständig bedeckt. In alternativen Ausführungsformen kann die zweite Kontaktschicht KS2 die Unterseite des weiteren Halbleiterchips C2 auch nur teilweise bedecken. Außerdem grenzt die zweite Kontaktschicht KS2 direkt an die Unterseite des Formkörpers FK an und bedeckt diese teilweise. Die zweite Kontaktschicht KS2 enthält hier beispielsweise Aluminium oder ist als Aluminiumschicht ausgebildet. Die erste und die zweite Kontaktschicht KS1, KS2 sind beispielsweise in mit denselben Prozessschritten hergestellt und strukturiert. Diese Prozessschritte können beispielsweise ein PVD-Verfahren zur Metallisierung gefolgt von einem lithographischen Prozess und einem Ätzprozess umfassen. Alternativ können die Prozessschritte auch ein Lift-Off-Verfahren umfassen.
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Im gezeigten Beispiel sind drei Teile des Formkörpers FK zu sehen, welche aufgrund der Querschnittsansicht getrennt voneinander erscheinen. In einer tatsächlichen räumlichen Anordnung ist der Formkörper FK jedoch beispielsweise durchgängig gebildet, sodass die gezeigten drei Teile des Formkörpers FK in Wirklichkeit zusammenhängend sind, wie beispielsweise in 7 gezeigt.
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Das optoelektronische Halbleiterbauteil umfasst außerdem einen ersten Kontakt K1, welcher an einer dem optoelektronischen Halbleiterchip C1 sowie dem Formkörper FK abgewandten Seite der ersten Kontaktschicht KS1 angrenzt und diese teilweise bedeckt. Das optoelektronische Halbleiterbauteil umfasst weiterhin einen zweiten Kontakt K2, welcher an eine dem weiteren Halbleiterchip C2 sowie dem Formkörper FK abgewandten Seite der zweiten Kontaktschicht KS2 angrenzt und diese teilweise bedeckt. Der erste und der zweite Kontakt K1, K2 sind hier leitfähig ausgebildet. Beispielsweise können der erste und/oder der zweite Kontakt K1, K2 aus einem Metall, einer Legierung oder aus einem Halbleitermaterial, wie beispielsweise Silizium, ausgebildet sein.
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Weiterhin umfasst das optoelektronische Halbleiterbauteil ein Dielektrikum DE, welches an der dem optoelektronischen Halbleiterchip C1 und dem Formkörper FK abgewandten Seite der ersten Kontaktschicht KS1, an die dem ersten weiteren Halbleiterchip C2 und dem Formkörper FK abgewandten Seite der zweiten Kontaktschicht KS2 sowie an die Unterseite des Formkörpers FK angrenzt und diese teilweise bedeckt. Des Weiteren umgibt das Dielektrikum DE den ersten Kontakt K1 und den zweiten Kontakt K2 seitlich vollständig. Das Dielektrikum DE ist aus einem elektrisch isolierenden Material gebildet.
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Im gezeigten Beispiel umgibt das Dielektrikum DE auch die erste Kontaktschicht KS1 sowie die zweite Kontaktschicht KS2 seitlich vollständig. Eine Unterseite des Dielektrikums DE schließt im gezeigten Beispiel bündig oder im Wesentlichen bündig mit dem ersten Kontakt K1 und dem zweiten Kontakt K2 ab. Wie oben für den Formkörper FK beschrieben, sind in 6 drei Teile des Dielektrikums DE gezeigt. In einer tatsächlichen räumlichen Anordnung des optoelektronischen Halbleiterbauteils sind die drei Teile des Dielektrikums DE jedoch beispielsweise miteinander verbunden.
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Die optoelektronische Anordnung umfasst außer dem optoelektronischen Halbleiterbauteil auch einen Anschlussträger P, welcher als Platine ausgebildet sein kann. Des Weiteren umfasst die optoelektronische Anordnung ein Verbindungsmaterial L, beispielsweise eine Lotpaste. Das Verbindungsmaterial L dient zur elektrischen Kontaktierung des optoelektronischen Halbleiterbauteils über die Kontakte K1 und K2 mit dem Anschlussträger P. Außerdem wird das optoelektronische Halbleiterbauteil über die Verbindungsmaterialien L mechanisch mit dem Anschlussträger P verbunden.
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Der erste Kontakt K1 ist hier lateral versetzt bezüglich des optoelektronischen Halbleiterchips C1 angeordnet und der zweite Kontakt K2 ist entsprechend lateral versetzt bezüglich des ersten weiteren Halbleiterchips C2 angeordnet. Dies ermöglicht einen erhöhten Abstand zwischen Kontaktflächen des Anschlussträgers P, auf denen das Verbindungsmaterial L zur Kontaktierung des optoelektronischen Halbleiterbauteils angeordnet ist. Dies kann insbesondere hinsichtlich einer möglichst kompakten Anordnung der Halbleiterchips C1, C2 innerhalb des optoelektronischen Halbleiterbauteils vorteilhaft sein.
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Wie bereits angesprochen kann der optoelektronische Halbleiterchip C1 beispielsweise als Leuchtdiode ausgebildet sein. Der weitere Halbleiterchip C2 kann beispielsweise als Durchkontaktierung, welche sich vollständig durch den Formkörper erstreckt, ausgebildet sein. Dazu ist der weitere Halbleiterchip C2 beispielsweise aus einem Metall, einer Legierung, beispielsweise einer Aluminium-Silizium-Legierung, oder aus einem Halbleitermaterial, zum Beispiel aus Silizium oder Germanium, gebildet. Auf einer Oberseite des weiteren Halbleiterchips C2 kann dieser beispielsweise mit einer Oberseite des optoelektronischen Halbleiterchips C1 über eine obere Kontaktschicht OKS (in 6 nicht gezeigt, vergleiche zum Beispiel 7) elektrisch leitend verbunden sein. Auf diese Weise kann der optoelektronische Halbleiterchip C1 effektiv über den Anschlussträger P kontaktiert werden, ohne dass beispielsweise eine direkte elektrische Verbindung von der Oberseite des optoelektronischen Halbleiterchips C1 mit dem Anschlussträger P bestehen muss.
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Im Ausführungsbeispiel der 6 weisen die erste und zweite Kontaktschicht KS1, KS2 beispielsweise jeweils eine Dicke in vertikaler Richtung zwischen 20nm und 5µm auf. Vorzugsweise ist die Dicke größer als 450nm, beispielsweise gleich 500nm oder größer als 500nm. Durch die Verwendung von solchen relativ dicken Aluminiumschichten oder aluminiumhaltigen Schichten zur Bildung der Kontaktschichten KS1, KS2, wird beispielsweise eine erhöhte laterale elektrische Leitfähigkeit der Kontaktschichten KS1, KS2 erzielt. Dies erweist sich als besonders vorteilhaft zur elektrischen Kontaktierung der optoelektronischen Halbleiterchips C1 und des ersten weiteren Halbleiterchips C2 über die Kontakte K1, K2 und die Kontaktschichten KS1, KS2. Insbesondere aufgrund der lateral versetzten Anordnung der Kontakte K1, K2 bezüglich des optoelektronischen Halbleiterchips C1 beziehungsweise des ersten weiteren Halbleiterchips C2 ist eine solche erhöhte laterale Leitfähigkeit der Kontaktschichten KS1, KS2 vorteilhaft oder notwendig.
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Es wird drauf hingewiesen dass in den 3 bis 6 aus Gründen der Übersichtlichkeit beispielsweise nur ein Teil des optoelektronischen Halbleiterbauteils beziehungsweise der optoelektronischen Anordnung abgebildet sein kann. Insbesondere in den 3 bis 5 kann sich das optoelektronische Halbleiterbauteil beziehungsweise die optoelektronische Anordnung auch links von dem optoelektronischen Halbleiterchip C1 weiter erstrecken. Zum Beispiel kann der Formkörper FK auch links seitlich an den optoelektronischen Halbleiterchip C1 angrenzen. Entsprechendes gilt analog auch für die optoelektronische Anordnung aus 6.
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In 7 ist eine weitere Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils gemäß dem verbesserten Konzept gezeigt. Im linken Teil der 7 ist eine Aufsicht auf das optoelektronische Halbleiterbauteil gezeigt und im rechten Teil der 7 ist eine Ansicht der Unterseite des optoelektronischen Halbleiterbauteils gezeigt.
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Das optoelektronische Halbleiterbauteil umfasst einen optoelektronischen Halbleiterchip C1 mit einer Kontaktfläche KF auf der Oberseite des optoelektronischen Halbleiterchips C1, einen ersten weiteren Halbleiterchip C2, welcher lateral versetzt zu dem optoelektronischen Halbleiterchip C1 angeordnet ist und einen Formkörper FK, der den optoelektronischen Halbleiterchip C1 und den ersten weiteren Halbleiterchip C2 seitlich vollständig umgibt. Der optoelektronische Halbleiterchip C1, der erste weitere Halbleiterchip C2 und/oder der Formkörper FK können beispielsweise wie bezüglich der Ausführungsformen aus 1 bis 6 beschrieben ausgebildet sein. Insbesondere kann der erste weitere Halbleiterchip C2 als Durchkontaktierung ausgebildet sein, wie bezüglich 6 beschrieben.
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Das optoelektronische Halbleiterbauteil umfasst weiterhin eine elektrische Anschlussstelle mit einer ersten Kontaktschicht KS1, welche eine Unterseite des optoelektronischen Halbleiterchips C1 beispielsweise vollständig bedeckt und eine weitere elektrische Anschlussstelle mit einer zweiten Kontaktschicht KS2, welche eine Unterseite des ersten weiteren Halbleiterchips C2 beispielsweise vollständig bedeckt. Außerdem umfasst das optoelektronische Halbleiterbauteil eine obere Kontaktschicht OKS, welche eine Oberseite des ersten weiteren Halbleiterchips C2 beispielsweise vollständig bedeckt sowie die Kontaktfläche KF beispielsweise teilweise bedeckt.
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Das optoelektronische Halbleiterbauteil aus 7 kann beispielsweise einen Querschnitt aufweisen, wie er in 6 gezeigt ist. Insbesondere kann der Querschnitt aus 6 einem Querschnitt entlang der in 7 gezeigten gestrichelten Linien entsprechen. Ein Dielektrikum DE sowie Kontakte K1, K2, welche gegebenenfalls von dem optoelektronischen Halbleiterbauteil umfasst sein können, sind in 7 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht gezeigt.
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Die erste und die zweite Kontaktschicht KS1, KS2 dienen beispielsweise zur elektrischen und/oder mechanischen Kontaktierung der Halbleiterchips C1, C2 mit einem Anschlussträger P, wie in 6 gezeigt (Anschlussträger P 7 nicht gezeigt). Die obere Kontaktschicht OKS dient beispielsweise zur elektrischen Kontaktierung des optoelektronischen Halbleiterchips C1 mit dem ersten weiteren Halbleiterchip C2.
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In 8 ist eine weitere Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils gemäß dem verbesserten Konzept gezeigt, welche auf der in 7 gezeigten Ausführungsform basiert. Im linken Teil der 8 ist eine Aufsicht auf das optoelektronische Halbleiterbauteil gezeigt um einen rechten Teil der 8 ist eine Ansicht der Unterseite des optoelektronischen Halbleiterbauteils gezeigt.
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Zusätzlich zu der in 7 gezeigten Ausführungsform umfasst das optoelektronische Halbleiterbauteil aus 8 einen zweiten weiteren Halbleiterchip C3, welcher lateral versetzt zu dem optoelektronischen Halbleiterchip C1 und dem ersten weiteren Halbleiterchip C2 angeordnet ist. Der Formkörper FK umgibt den zweiten weiteren Halbleiterchip C3 seitlich beispielsweise vollständig. Die erste Kontaktschicht KS1 bedeckt beispielsweise eine Unterseite des zweiten weiteren Halbleiterchips C3 vollständig. Die obere Kontaktschicht OKS bedeckt beispielsweise eine Oberseite des zweiten weiteren Halbleiterchips C3 vollständig.
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Der erste weitere Halbleiterchip C2 ist beispielsweise als Durchkontaktierung ausgebildet, wie in 6 beschrieben.
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Der zweite weitere Halbleiterchip C3 ist beispielsweise als Schutzdiode ausgebildet. Mittels der ersten Kontaktschicht KS1 werden beispielsweise eine n-Seite des optoelektronischen Halbleiterchips C1 und eine p-Seite des zweiten weiteren Halbleiterchips C3 elektrisch leitend miteinander verbunden. Entsprechend können dann mittels der oberen Kontaktschicht OKS eine p-Seite des optoelektronischen Halbleiterchips C1 und eine n-Seite des zweiten weiteren Halbleiterchips C3 elektrisch leitend miteinander verbunden sein.
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Alternativ können mittels der ersten Kontaktschicht KS1 auch die p-Seite des optoelektronischen Halbleiterchips C1 und die n-Seite des zweiten weiteren Halbleiterchips C3 elektrisch leitend miteinander verbunden sein. Entsprechend können dann mittels der oberen Kontaktschicht OKS die n-Seite des optoelektronischen Halbleiterchips C1 und die p-Seite des zweiten weiteren Halbleiterchips C3 elektrisch leitend miteinander verbunden sein.
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Beide Varianten führen zu einer antiparallelen Verschaltung des optoelektronischen Halbleiterchips C1 und des zweiten weiteren Halbleiterchips C3.
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Es wird darauf hingewiesen, dass die in den 1 bis 8 gezeigten Abmessungen, Dimensionen und Abstände der Komponenten des optoelektronischen Halbleiterbauteils beziehungsweise der optoelektronischen Anordnung nicht notwendigerweise maßstabsgetreu abgebildet sind. Insbesondere können diese Abmessungen, Dimensionen und Abstände beispielsweise unterschiedlichen Figuren auch unterschiedlich dargestellt sein.
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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.
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Bezugszeichen
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- C1
- optoelektronischer Halbleiterchip
- AT
- aktiver Teil
- T
- Träger
- ZS
- Zwischenschicht
- KS1, KS2
- Kontaktschichten
- BS
- Barriereschicht
- HS
- Schutzschicht
- FK
- Formkörper
- L
- Verbindungsmaterial
- P
- Anschlussträger
- C2, C3
- weitere Halbleiterchips
- K1, K2
- Kontakte
- DE
- Dielektrikum
- KF
- Kontaktfläche
- OKS
- obere Kontaktschicht
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012215524 A1 [0019]