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WO2017009085A1 - Optoelektronisches halbleiterbauelement - Google Patents

Optoelektronisches halbleiterbauelement Download PDF

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WO2017009085A1
WO2017009085A1 PCT/EP2016/065714 EP2016065714W WO2017009085A1 WO 2017009085 A1 WO2017009085 A1 WO 2017009085A1 EP 2016065714 W EP2016065714 W EP 2016065714W WO 2017009085 A1 WO2017009085 A1 WO 2017009085A1
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WO
WIPO (PCT)
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type
region
semiconductor
esd protection
layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2016/065714
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Christian LEIRER
Korbinian Perzlmaier
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ams Osram International GmbH
Original Assignee
Osram Opto Semiconductors GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Osram Opto Semiconductors GmbH filed Critical Osram Opto Semiconductors GmbH
Priority to JP2017568302A priority Critical patent/JP6571805B2/ja
Priority to US15/741,731 priority patent/US10559556B2/en
Priority to CN201680040359.9A priority patent/CN107851644B/zh
Publication of WO2017009085A1 publication Critical patent/WO2017009085A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/80—Constructional details
    • H10H20/83—Electrodes
    • H10H20/831—Electrodes characterised by their shape
    • H10H20/8312—Electrodes characterised by their shape extending at least partially through the bodies
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    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
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    • H10H20/80—Constructional details
    • H10H20/85—Packages
    • H10H20/857—Interconnections, e.g. lead-frames, bond wires or solder balls

Definitions

  • Optoelectronic semiconductor component The application relates to an optoelectronic
  • Semiconductor device comprising a semiconductor body and a carrier of a plastic material.
  • the optoelectronic semiconductor component may, in particular, comprise a semiconductor body and a plastic carrier produced by a casting method, which may be used for
  • An object to be achieved is to specify an improved optoelectronic semiconductor component which is characterized by a low sensitivity to short circuits and / or electrostatic discharges (ESD - Electrostatic Discharge) and comparatively simple
  • the optoelectronic semiconductor component has, according to one embodiment, a semiconductor body which has a
  • the active layer may in particular be a radiation-emitting active layer.
  • Semiconductor region and the active layer may each comprise one or more semiconductor layers.
  • the p-type semiconductor region and the active layer may each comprise one or more semiconductor layers.
  • Semiconductor region contains one or more p-doped
  • Semiconductor layers and the n-doped semiconductor region one or more n-doped semiconductor layers. It is also possible for the p-type semiconductor region and / or the n-type semiconductor region to have one or more undoped ones
  • the active layer may be formed, for example, as a pn junction, a double heterostructure, a single quantum well structure, or a multiple quantum well structure.
  • Designation Quantum well structure includes any
  • Quantum well structure no information about the dimensionality of the quantization. It thus includes quantum wells, quantum wires and quantum dots and any combination of these structures.
  • the optoelectronic semiconductor component has a carrier which has a plastic.
  • the carrier may in particular be produced by means of a casting process.
  • the carrier is a so-called
  • casting process here includes all manufacturing processes in which a molding material is introduced into a predetermined shape and in particular subsequently hardened.
  • casting includes casting (casting, potting), injection molding
  • the carrier is by compression molding or by a film-assisted
  • the plastic of the carrier preferably has a casting resin, such as. As an epoxy resin, or a silicone. Of the
  • Plastic can be one or more additives as
  • the carrier can be SiO 2 particles for adjusting the thermal
  • the carrier can for
  • Example a thickness between 50 ym and 500 ym, preferably between 100 ym and 200 ym, typically around 150 ym.
  • the carrier has a first via and a second via, each of which is led from a first main surface of the carrier facing the semiconductor body to a second main surface of the carrier facing away from the semiconductor body.
  • Main surface of the carrier to be provided with electrical connections.
  • Circuit board are connected by, for example, the first via with a solder layer with a first conductor of a printed circuit board and the second Through-connection is connected to a second solder layer with a second conductor of the circuit board.
  • the optoelectronic component is therefore advantageous
  • the optoelectronic semiconductor component advantageously has a p-terminal layer and an n-terminal layer, which are arranged at least in regions between the carrier and the semiconductor body, wherein the p-terminal layer connects the first via with the p-type semiconductor region and the n-terminal view connects the n-terminal layer connects second via with the n-type semiconductor region.
  • Contact layer are isolated from each other by an electrically insulating layer. Be beneficial in the
  • the n-type terminal layer is p-type through breakdown
  • the n-terminal layer is separated from the active layer and the p-type semiconductor region by an electrically insulating layer.
  • n-terminal layer and / or the p-terminal layer for the active Layer emitted radiation are reflective to in
  • the n-terminal layer and / or the p-terminal layer may in particular comprise a reflective metal layer and preferably contain silver or aluminum. It is possible for the n-connection layer and / or the p-connection layer to comprise a plurality of partial layers, in particular one
  • the optoelectronic semiconductor component advantageously contains an ESD protection element, which is arranged between the carrier and the semiconductor body.
  • the ESD protection element is electrically conductive with the first via and the second via
  • the ESD protection element has a direction-dependent electrical conductivity, wherein the passage direction is the direction with the larger
  • the ESD protection element advantageously protects the semiconductor layer sequence from high voltages in this way
  • the ESD protection element is preferably a planar layer that is integrated into the optoelectronic semiconductor component.
  • the ESD protection element is in particular not a separately manufactured component and has no housing.
  • the ESD protection element can be designed, for example, as a diode, as a Schottky contact or as a varistor.
  • the ESD protection element may, for example, at least one of
  • the material of the ESD protection element may be provided at least in regions with an n-type dopant or a p-type dopant in order, for example, to form a diode.
  • the ESD protection element is arranged on an interface of the carrier facing the semiconductor body.
  • the ESD protection element is advantageously protected from the plastic material of the wearer from external influences and is preferably not visible from the outside.
  • the ESD protection element can in particular directly adjoin the first and the second through-connection of the carrier.
  • the ESD protection element can, for example, be applied to a surface of the optoelectronic surface facing the support
  • the ESD protection element is produced, then the plated-through holes, for example galvanically produced and produced in a further step, the carrier by a casting process.
  • the ESD protection element is a diode having an n-type region and a p-type region. In this case, it is the n-type region with the first via and the p-type region with the second via
  • the n-type region directly adjoins the first via and the p-type region directly adjoins the second
  • the n-type semiconductor material in a preferred embodiment, the n-type
  • the n-type region may be arranged annularly around the first via, wherein the p-type region is arranged annularly around the n-type region.
  • the p-type region is arranged annularly around the second via, wherein the n-type region surrounds the p-type region in an annular manner.
  • the p-type terminal layer or the first via can surround the n-type region in an annular manner.
  • the annular configuration of the p-type region and the n-type region of the ESD protection element has the
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a cross section through an optoelectronic semiconductor component according to a first exemplary embodiment
  • Figure 2 is a schematic representation of a plan view of the arrangement of the ESD protection element between the first and second via in the first
  • Figure 3 is a schematic representation of a cross section through an optoelectronic semiconductor device according to a second embodiment
  • Figure 4 is a schematic representation of a plan view of the arrangement of the ESD protection element between the first and second via in the second
  • the exemplary embodiment of an optoelectronic semiconductor component illustrated in FIG. 1 is an LED.
  • the LED has a semiconductor body 1, which has a semiconductor layer sequence 2 with a for
  • the active layer 4 may be, for example, a pn junction or a single or multiple quantum well structure for
  • the active layer 4 is arranged between a p-type semiconductor region 3 and an n-type semiconductor region 5.
  • the semiconductor layer sequence 2 is preferably based on a III-V compound semiconductor material, in particular on an arsenide, nitride or phosphide compound semiconductor material.
  • the semiconductor layer sequence 2 is preferably based on a III-V compound semiconductor material, in particular on an arsenide, nitride or phosphide compound semiconductor material.
  • the semiconductor layer sequence 2 is preferably based on a III-V compound semiconductor material, in particular on an arsenide, nitride or phosphide compound semiconductor material.
  • the III-V compound semiconductor material does not necessarily have to have a mathematically exact composition according to one of the above formulas. Rather, it can be one or more
  • the LED according to the exemplary embodiment is a so-called thin-film LED from which a growth substrate used for growing the semiconductor layer sequence 2 has subsequently been detached from the semiconductor layer sequence 2.
  • the original growth substrate for example a sapphire, silicon or GaAs substrate, became sideways detached from the semiconductor body 1, at which now the
  • Radiation exit surface 16 is located.
  • the semiconductor body 1 may be roughened at its radiation exit surface 16 or provided with a structuring to the
  • Semiconductor body 1 at the radiation exit surface 16 can be carried out in particular with an etching process.
  • the semiconductor body 1 is connected to a carrier 10.
  • the carrier 10 is formed of a plastic.
  • the carrier 10 can be produced by means of compression molding,
  • the plastic material of the carrier 10 may comprise, for example, an epoxy resin or a silicone.
  • the carrier 10 has a first main surface 17 facing the semiconductor body 1 and a second main surface 18 facing away from the semiconductor body.
  • the carrier 10 has a first one
  • Through-contacts 11, 12 advantageously have a metal or a metal alloy and can in particular
  • the plated-through holes 11, 12 may contain, for example, Cu, Ni or a solder.
  • the two vias 11, 12 are used for
  • the first via 11 is connected to the p-type semiconductor region 3 of the semiconductor layer sequence 2 and the second via 12 with the n-type
  • Through-connection 11 and the p-type semiconductor region 3 takes place in particular by means of a p-terminal layer 7, which is arranged between the semiconductor body 1 and the carrier 10.
  • the p-terminal layer 7 is adjacent to the
  • electrically conductive mirror layer 6 which deflects radiation emitted by the active layer 4 in the direction of the carrier 10 to the radiation exit surface 16.
  • Mirror layer 6 preferably includes a silver layer.
  • the mirror layer 6 can also have several partial layers
  • a metal layer and a layer of a transparent conductive oxide such as ITO or ZnO.
  • the second via 12 is electrically connected to the n-type semiconductor region 5 by means of an n-terminal layer 8, 8A. This can be done, for example, such that a part of the n-terminal layer 8 is guided through an opening through the semiconductor layer sequence 2 into the n-type semiconductor region 5 and in this way forms a through contact 8A.
  • the n-type terminal layer 8, 8A is electrically insulated from the p-type semiconductor region 3, the active layer 4, the p-type terminal layer 7, and the first via 11 by one or more electrically insulating layers 9. The at least one electric
  • Insulating layer 9 may comprise, for example, a silicon oxide or aluminum oxide.
  • the plated-through holes 11, 12 can advantageously be connected from the outside.
  • an ESD protection element 15 is advantageously arranged between the carrier 10 and the semiconductor layer sequence 2.
  • the ESD protection element 15 has a direction-dependent conductivity and is antiparallel to a passage direction of the
  • the ESD protection element 15 is formed as a diode having a p-type region 13 and an n-type region 14.
  • the n-type region 14 adjoins the first via 11, which is electrically conductively connected to the p-type semiconductor region 3 of the semiconductor layer sequence 2.
  • the p-type region 13 adjoins the second via 12, which is electrically conductively connected to the n-type semiconductor region 5. The pn junction of the ESD protection element 15 is thus
  • Semiconductor layer sequence 2 can therefore be derived from it
  • the ESD protection element 15 may alternatively be designed as a diode as a Schottky contact or as a varistor.
  • the ESD protection element 15 is advantageous on one of
  • the ESD protection element 15 can directly adjoin the carrier 10, wherein the p-conducting region 13 directly adjoins the second through-connection 12 and the n-conducting region 14 directly adjoins the first
  • the ESD protection element can at least partially directly adjoin the plastic material of the carrier 10.
  • the ESD protection element 15 is thus in the interior of the optoelectronic semiconductor component arranged and in this way against external influences
  • Protective element 15 in the embodiment of Figure 1 is a linear connection between the first via 11 and the second via 12 from.
  • the circuit diagram schematically illustrated under the plan view illustrates that the ESD protection element anti-parallel to
  • FIGS. 3 and 4 A further exemplary embodiment is shown in FIGS. 3 and 4 in a cross section and in a schematically illustrated plan view of the ESD protection element 15.
  • the ESD protection element 15 is a diode having an n-type region 14 and a p-type region 13.
  • the ESD protection element 15 is not formed directly on the interface with the carrier 10 but in a region between the p-type terminal layer 7 and the n-type terminal layer 8.
  • the n-conducting region 14 and the p-conducting region 13 are each of annular design.
  • the n-type region 14 is electrically conductively connected to the p-type terminal layer 7 and can in particular directly adjoin the p-type terminal layer 7. In this way, the n-type region 14 is indirectly connected to the first via 11 and the p-type
  • the n-conducting region 14 is in particular guided around the p-connection layer 7 in a ring shape.
  • the p-type region 13 is guided in a ring around the n-type region 14, which is electrically conductively connected to the n-type terminal layer 8 and in particular can directly adjoin the n-type terminal layer 8. In this way, the p-type region 13 is mediate with the second
  • the annular configuration of the p-type region 13 and the n-type region 14 has the advantage that the pn junction of the ESD protection element 15, as compared to a linear arrangement of the p-type region 13 and the n-type region 14 a has comparatively large area. In this way, a high current carrying capacity in the reverse direction of the optoelectronic semiconductor component 1 and thus a particularly good ESD protection is achieved.

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Abstract

Es wird ein optoelektronisches Halbleiterbauelement angegeben, umfassend - einen Halbleiterkörper (1), der eine Halbleiterschichtenfolge (2) mit einem p-Typ Halbleiterbereich (3), einem n-Typ Halbleiterbereich (5) und einer zwischen dem p-Typ Halbleiterbereich (3) und dem n-Typ Halbleiterbereich (5) angeordnetenaktiven Schicht (3) aufweist, - einen Träger (1), der einen Kunststoff aufweist und eine erste Durchkontaktierung (11) und eine zweite Durchkontaktierung (12) aufweist, - eine p-Anschlussschicht (7) und eine n-Anschlussschicht (8), welche zumindest bereichsweise zwischen dem Träger (10) und dem Halbleiterkörper (1) angeordnet sind, wobei die p- Anschlussschicht (7) die erste Durchkontaktierung (11) mit dem p-Typ Halbleiterbereich (3) verbindet und die n- Anschlusssicht (8, 8A) die zweite Durchkontaktierung (12) mit dem n-Typ Halbleiterbereich (5) verbindet, und - ein ESD-Schutzelement (15), daszwischen dem Träger (10) und dem Halbleiterkörper (1) angeordnet ist, wobei das ESD- Schutzelement (15) mit der ersten Durchkontaktierung (11) und der zweiten Durchkontaktierung (12) elektrisch leitend verbunden ist, und wobei eine Durchlassrichtung des ESD-Schutzelements (15) antiparallel zu einer Durchlassrichtung der Halbleiterschichtenfolge (2) ist.

Description

Beschreibung
Optoelektronisches Halbleiterbauelement Die Anmeldung betrifft ein optoelektronisches
Halbleiterbauelement, das einen Halbleiterkörper und einen Träger aus einem Kunststoffmaterial aufweist.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2015 111 485.2, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Das optoelektronische Halbleiterbauelement kann insbesondere einen Halbleiterkörper und einen mit einem Gießverfahren hergestellten Kunststoffträger aufweisen, der zur
elektrischen Kontaktierung des Halbleiterkörpers mit
Durchkontaktierungen versehen ist.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein verbessertes optoelektronisches Halbleiterbauelement anzugeben, das sich durch eine geringe Empfindlichkeit gegenüber Kurzschlüssen und/oder elektrostatischen Entladungen (ESD - Electrostatic Discharge) auszeichnet und vergleichsweise einfach
herstellbar ist.
Diese Aufgabe wird durch ein optoelektronisches
Halbleiterbauelement gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Das optoelektronische Halbleiterbauelement weist gemäß einer Ausführungsform einen Halbleiterkörper auf, der eine
Halbleiterschichtenfolge mit einem p-Typ Halbleiterbereich, einem n-Typ Halbleiterbereich und einer zwischen dem p-Typ Halbleiterbereich und dem n-Typ Halbleiterbereich
angeordneten aktiven Schicht aufweist. Die aktive Schicht kann insbesondere eine Strahlungsemittierende aktive Schicht sein. Der p-Typ Halbleiterbereich, der n-Typ
Halbleiterbereich und die aktive Schicht können jeweils eine oder mehrere Halbleiterschichten umfassen. Der p-Typ
Halbleiterbereich enthält eine oder mehrere p-dotierte
Halbleiterschichten und der n-dotierte Halbleiterbereich eine oder mehrere n-dotierte Halbleiterschichten. Es ist auch möglich, dass der p-Typ Halbleiterbereich und/oder der n-Typ Halbleiterbereich eine oder mehrere undotierte
Halbleiterschichten enthalten.
Die aktive Schicht kann zum Beispiel als pn-Übergang, als Doppelheterostruktur, als Einfach-Quantentopfstruktur oder Mehrfach-Quantentopfstruktur ausgebildet sein. Die
Bezeichnung Quantentopfstruktur umfasst dabei jegliche
Struktur, bei der Ladungsträger durch Einschluss
(Confinement ) eine Quantisierung ihrer Energiezustände erfahren. Insbesondere beinhaltet die Bezeichnung
Quantentopfstruktur keine Angabe über die Dimensionalität der Quantisierung. Sie umfasst somit unter anderem Quantentröge, Quantendrähte und Quantenpunkte und jede Kombination dieser Strukturen .
Weiterhin weist das optoelektronische Halbleiterbauelement einen Träger auf, der einen Kunststoff aufweist. Der Träger kann insbesondere mittels eines Gießverfahrens hergestellt sein. Mit anderen Worten ist der Träger ein sogenannter
Moldkörper. Unter dem Begriff Gießverfahren fallen hierbei alle Herstellungsverfahren, bei denen eine Formmasse in eine vorgegebene Form eingebracht wird und insbesondere nachfolgend gehärtet wird. Insbesondere umfasst der Begriff Gießverfahren Gießen (Casting, Potting) , Spritzgießen
(Injection Molding), Spritzpressen (Transfer Molding) und Formpressen (Compression Molding) . Bevorzugt wird der Träger durch Formpressen oder durch ein folienassistiertes
Gießverfahren (Film Assisted Transfer Molding) ausgebildet.
Der Kunststoff des Trägers weist vorzugsweise ein Gießharz, wie z. B. ein Epoxidharz, oder ein Silikon auf. Der
Kunststoff kann einen oder mehrere Zusatzstoffe als
Beimischung enthalten. Beispielsweise kann der Träger Si02- Partikel zur Einstellung des thermischen
Ausdehnungskoeffizienten aufweisen. Der Träger kann zum
Beispiel eine Dicke zwischen 50 ym und 500 ym, bevorzugt zwischen 100 ym und 200 ym, typischerweise um die 150 ym aufweisen .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Träger eine erste Durchkontaktierung und eine zweite Durchkontaktierung auf, die jeweils von einer dem Halbleiterkörper zugewandten ersten Hauptfläche des Trägers zu einer vom Halbleiterkörper abgewandten zweiten Hauptfläche des Trägers geführt sind.
Dadurch, dass die Durchkontaktierungen von der ersten
Hauptfläche des Trägers zur gegenüber liegenden zweiten
Hauptfläche des Trägers geführt sind, kann das
optoelektronische Bauelement vorteilhaft an der zweiten
Hauptfläche des Trägers mit elektrischen Anschlüssen versehen werden. Insbesondere kann das optoelektronische Bauelement an der zweiten Hauptfläche des Trägers mit Leiterbahnen einer
Leiterplatte verbunden werden, indem beispielsweise die erste Durchkontaktierung mit einer Lotschicht mit einer ersten Leiterbahn einer Leiterplatte und die zweite Durchkontaktierung mit einer zweiten Lotschicht mit einer zweiten Leiterbahn der Leiterplatte verbunden wird. Das optoelektronische Bauelement ist also vorteilhaft
oberflächenmontierbar .
Weiterhin weist das optoelektronische Halbleiterbauelement vorteilhaft eine p-Anschlussschicht und eine n- Anschlussschicht auf, die zumindest bereichsweise zwischen dem Träger und dem Halbleiterkörper angeordnet sind, wobei die p-Anschlussschicht die erste Durchkontaktierung mit dem p-Typ Halbleiterbereich verbindet und die n-Anschlusssicht die zweite Durchkontaktierung mit dem n-Typ Halbleiterbereich verbindet. Die erste und die zweite elektrische
Kontaktschicht sind durch eine elektrisch isolierende Schicht voneinander isoliert. Vorteilhaft werden bei dem
optoelektronischen Halbleiterchip sowohl der p-Typ
Halbleiterbereich als auch der n-Typ Halbleiterbereich von der Seite des Trägers her kontaktiert. Dies hat den Vorteil, dass eine dem Träger gegenüberliegende
Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterkörpers frei von
Anschlussschichten sein kann. Die Strahlungsausbeute wird auf diese Weise vorteilhaft erhöht.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die n- Anschlussschicht durch einen Durchbruch in dem p-Typ
Halbleiterbereich und der aktiven Schicht in den n-Typ
Halbleiterbereich geführt. Im Bereich des Durchbruchs ist die n-Anschlussschicht durch eine elektrisch isolierende Schicht von der aktiven Schicht und dem p-Typ Halbleiterbereich getrennt.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die n-Anschlussschicht und/oder die p-Anschlussschicht für die von der aktiven Schicht emittierte Strahlung reflektierend sind, um in
Richtung des Trägers emittierte Strahlung zur
Strahlungsaustrittsfläche hin zu reflektieren. Die n- Anschlussschicht und/oder die p-Anschlussschicht können insbesondere eine reflektierende Metallschicht umfassen und enthalten vorzugsweise Silber oder Aluminium. Es ist möglich, dass die n-Anschlussschicht und/oder die p-Anschlussschicht mehrere Teilschichten umfassen, insbesondere eine
Metallschicht und eine Schicht aus einem transparenten leitfähigen Oxid wie beispielsweise ITO oder dotiertes ZnO, wobei der Dotierstoff zum Beispiel AI oder Ga sein kann.
Weiterhin enthält das optoelektronische Halbleiterbauelement vorteilhaft ein ESD-Schutzelement , das zwischen dem Träger und dem Halbleiterkörper angeordnet ist.
Das ESD-Schutzelement ist mit der ersten Durchkontaktierung und der zweiten Durchkontaktierung elektrisch leitend
verbunden, wobei eine Durchlassrichtung des ESD- Schutzelements antiparallel zu einer Durchlassrichtung der Halbleiterschichtenfolge ist. Das ESD-Schutzelement weist eine richtungsabhängige elektrische Leitfähigkeit auf, wobei die Durchlassrichtung die Richtung mit der größeren
elektrischen Leitfähigkeit ist. Mit anderen Worten weist das ESD-Schutzelement in Rückwärtsrichtung der
Halbleiterschichtenfolge eine höhere Leitfähigkeit auf und weist in Vorwärtsrichtung der Halbleiterschichtenfolge eine niedrigere Leitfähigkeit auf oder ist bevorzugt nichtleitend. Das ESD-Schutzelement schützt die Halbleiterschichtenfolge auf diese Weise vorteilhaft vor hohen Spannungen in
Sperrrichtung der Halbleiterschichtenfolge, die insbesondere durch elektrostatische Entladung auftreten und zu einer Schädigung des optoelektronischen Halbleiterbauelements führen könnten.
Das ESD-Schutzelement ist bevorzugt eine planare Schicht, die in das optoelektronische Halbleiterbauelement integriert ist. Das ESD-Schutzelement ist mit anderen Worten insbesondere kein separat gefertigtes Bauteil und weist kein Gehäuse auf. Das ESD-Schutzelement kann beispielsweise als Diode, als Schottky-Kontakt oder als Varistor ausgeführt sein. Das ESD- Schutzelement kann zum Beispiel mindestens eines der
Materialien ZnO, Si, TiO, ITO, SnO, Ge, Se, Te A1N oder
Graphen aufweisen oder daraus bestehen. Das Material des ESD- Schutzelements kann zumindest bereichsweise mit einem n- Dotierstoff oder einem p-Dotierstoff versehen sein, um beispielsweise eine Diode auszubilden.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung ist das ESD-Schutzelement an einer dem Halbleiterkörper zugewandten Grenzfläche des Trägers angeordnet. Durch die Anordnung zwischen dem
Halbleiterkörper und dem Träger wird das ESD-Schutzelement vorteilhaft von dem Kunststoffmaterial des Trägers vor äußeren Einflüssen geschützt und ist vorzugsweise von außen nicht sichtbar. Das ESD-Schutzelement kann insbesondere direkt an die erste und die zweite Durchkontaktierung des Trägers angrenzen. Das ESD-Schutzelement kann beispielsweise auf eine dem Träger zugewandte Fläche des optoelektronischen
Halbleiterbauelements aufgebracht werden, bevor die
Durchkontaktierungen und der Träger hergestellt werden.
Beispielsweise wird zuerst das ESD-Schutzelement hergestellt, danach die Durchkontaktierungen beispielsweise galvanisch hergestellt und in einem weiteren Schritt der Träger durch ein Gießverfahren hergestellt.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung ist das ESD-Schutzelement eine Diode, die einen n-leitenden Bereich und einen p- leitenden Bereich aufweist. In diesem Fall ist der der n- leitende Bereich mit der ersten Durchkontaktierung und der p- leitende Bereich mit der zweiten Durchkontaktierung
elektrisch leitend verbunden. Vorzugsweise grenzt der n- leitende Bereich direkt an die erste Durchkontaktierung und der p-leitende Bereich direkt an die zweite
Durchkontaktierung an.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung sind der n-leitende
Bereich und der p-leitende Bereich jeweils ringförmig
ausgebildet. Beispielsweise kann der n-leitende Bereich ringförmig um die erste Durchkontaktierung herum angeordnet sein, wobei der p-leitende Bereich ringförmig um den n- leitenden Bereich herum angeordnet ist. Bei dieser
Ausgestaltung kann die n-Anschlussschicht oder die zweite Durchkontaktierung den p-leitenden Bereich ringförmig
umgeben .
Alternativ ist es auch möglich, dass der p-leitende Bereich ringförmig um die zweite Durchkontaktierung herum angeordnet ist, wobei der n-leitende Bereich den p-leitenden Bereich ringförmig umgibt. Bei dieser Ausgestaltung kann die p- Anschlussschicht oder die erste Durchkontaktierung den n- leitenden Bereich ringförmig umgeben.
Die ringförmige Ausgestaltung des p-leitenden Bereichs und des n-leitenden Bereichs des ESD-Schutzelements hat den
Vorteil, dass der pn-Übergang eine vergleichsweise große Fläche aufweist. Auf diese Weise wird eine hohe
Stromtragfähigkeit und somit ein besonders guter ESD-Schutz bei Spannungspulsen in Sperrrichtung der
Halbleiterschichtenfolge erzielt .
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines
Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit den Figuren 1 bis 4 näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch ein optoelektronisches Halbleiterbauelement gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
Figur 2 eine schematische Darstellung einer Draufsicht auf die Anordnung des ESD-Schutzelements zwischen der ersten und zweiten Durchkontaktierung bei dem ersten
Ausführungsbeispiel ,
Figur 3 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch ein optoelektronisches Halbleiterbauelement gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, Figur 4 eine schematische Darstellung einer Draufsicht auf die Anordnung des ESD-Schutzelements zwischen der ersten und zweiten Durchkontaktierung bei dem zweiten
Ausführungsbeispiel . Die in den Figuren dargestellten Bestandteile sowie die
Größenverhältnisse der Bestandteile untereinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen. Bei dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel eines optoelektronischen Halbleiterbauelements handelt es sich um eine LED. Die LED weist einen Halbleiterkörper 1 auf, der eine Halbleiterschichtenfolge 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-Typ-Halbleiterbereich 3 und einem n-Typ Halbleiterbereich 5 angeordnet.
Die Halbleiterschichtenfolge 2 basiert vorzugsweise auf einem III-V-Verbindungshalbleitermaterial, insbesondere auf einem Arsenid-, Nitrid- oder Phosphidverbindungshalbleitermaterial . Beispielsweise kann die Halbleiterschichtenfolge 2
InxAlyGa]__x_yN, InxAlyGa]__x_yP oder InxAlyGa]_-x-yAs, jeweils mit O ^ x ^ l, O ^ y ^ l und x + y < 1, enthalten. Dabei muss das III-V-Verbindungshalbleitermaterial nicht zwingend eine mathematisch exakte Zusammensetzung nach einer der obigen Formeln aufweisen. Vielmehr kann es einen oder mehrere
Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen, die die physikalischen Eigenschaften des Materials im
Wesentlichen nicht ändern. Der Einfachheit halber beinhalten obige Formeln jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters, auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt sein können.
Bei der LED gemäß dem Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine sogenannte Dünnfilm-LED, von der ein zum Aufwachsen der Halbleiterschichtenfolge 2 verwendetes Aufwachssubstrat nachträglich von der Halbleiterschichtenfolge 2 abgelöst wurde. Das ursprüngliche Aufwachssubstrat , beispielsweise ein Saphir-, Silizium- oder GaAs-Substrat , wurde von der Seite des Halbleiterkörpers 1 abgelöst, an der sich nun die
Strahlungsaustrittsfläche 16 befindet. Der Halbleiterkörper 1 kann an seiner Strahlungsaustrittsfläche 16 aufgeraut oder mit einer Strukturierung versehen sein, um die
Strahlungsauskopplung aus dem Halbleiterkörper 1 zu
verbessern. Die Strukturierung oder Aufrauung des
Halbleiterkörpers 1 an der Strahlungsaustrittsfläche 16 kann insbesondere mit einem Ätzprozess erfolgen. An einer der Strahlungsaustrittsfläche 16 gegenüberliegenden Oberfläche ist der Halbleiterkörper 1 mit einem Träger 10 verbunden. Der Träger 10 ist aus einem Kunststoff gebildet. Insbesondere kann der Träger 10 mittels Formpressens,
Spritzpressens oder eines Gießverfahrens hergestellt sein. Das Kunststoffmaterial des Trägers 10 kann zum Beispiel ein Epoxidharz oder ein Silikon aufweisen.
Der Träger 10 weist eine dem Halbleiterkörper 1 zugewandte erste Hauptfläche 17 und eine vom Halbleiterkörper abgewandte zweite Hauptfläche 18 auf. Der Träger 10 weist eine erste
Durchkontaktierung 11 und eine zweite Durchkontaktierung 12 auf, die jeweils von der ersten Hauptfläche 17 zur zweiten Hauptfläche 18 des Trägers 10 geführt sind. Die
Durchkontaktierungen 11, 12 weisen vorteilhaft ein Metall oder eine Metalllegierung auf und können insbesondere
galvanisch hergestellt sein. Die Durchkontaktierungen 11, 12 können zum Beispiel Cu, Ni oder ein Lot enthalten.
Die beiden Durchkontaktierungen 11, 12 dienen zur
elektrischen Kontaktierung des Halbleiterkörpers 1.
Beispielsweise ist die erste Durchkontaktierung 11 mit dem p- Typ Halbleiterbereich 3 der Halbleiterschichtenfolge 2 und die zweite Durchkontaktierung 12 mit dem n-Typ
Halbleiterbereich 5 elektrisch leitend verbunden.
Eine elektrisch leitende Verbindung zwischen der ersten
Durchkontaktierung 11 und dem p-Typ Halbleiterbereich 3 erfolgt insbesondere mittels einer p-Anschlussschicht 7, die zwischen dem Halbleiterkörper 1 und dem Träger 10 angeordnet ist. Die p-Anschlussschicht 7 grenzt bei dem
Ausführungsbeispiel nicht unmittelbar an den p-Typ
Halbleiterbereich 3 an. Vielmehr ist zwischen dem p-Typ
Halbleiterbereich 3 und der p-Anschlussschicht 7 eine
elektrisch leitfähige Spiegelschicht 6 angeordnet, die von der aktiven Schicht 4 in Richtung des Trägers 10 emittierte Strahlung zur Strahlungsaustrittsfläche 16 umlenkt. Die
Spiegelschicht 6 beinhaltet vorzugsweise eine Silberschicht. Die Spiegelschicht 6 kann auch mehrere Teilschichten
umfassen, insbesondere eine Metallschicht und eine Schicht aus einem transparenten leitfähigen Oxid wie beispielsweise ITO oder ZnO.
Die zweite Durchkontaktierung 12 ist mittels einer n- Anschlussschicht 8, 8A mit dem n-Typ Halbleiterbereich 5 elektrisch leitend verbunden. Dies kann beispielsweise derart erfolgen, dass ein Teil der n-Anschlussschicht 8 durch einen Durchbruch durch die Halbleiterschichtenfolge 2 bis in den n- Typ Halbleiterbereich 5 geführt ist und auf diese Weise einen Durchgangskontakt 8A ausbildet. Die n-Anschlussschicht 8, 8A ist durch eine oder mehrere elektrisch isolierende Schichten 9 von dem p-Typ Halbleiterbereich 3, der aktiven Schicht 4, der p-Anschlussschicht 7 und der ersten Durchkontaktierung 11 elektrisch isoliert. Die mindestens eine elektrisch
isolierende Schicht 9 kann zum Beispiel ein Siliziumoxid oder Aluminiumoxid aufweisen. Die Kontaktierung des optoelektronischen Bauelements mittels der durch die aktive Zone 4 hindurch geführten n- Anschlussschicht 8, 8A hat den Vorteil, dass sowohl die
Kontaktierung des n-Typ Halbleiterbereichs 5 als auch des p- Typ Halbleiterbereichs 3 von der dem Träger 10 zugewandten Seite des Halbleiterkörpers 1 aus erfolgt. Die
Strahlungsaustrittsfläche 16 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 16
verhindert .
An der dem Halbleiterkörper 1 gegenüberliegenden zweiten Hauptfläche 18 des Trägers 10 können die Durchkontaktierungen 11, 12 vorteilhaft von außen angeschlossen werden.
Insbesondere können die elektrisch leitenden
Durchkontaktierungen 11, 12 an der zweiten Hauptfläche 18 des Trägers 10 beispielsweise mit den Leiterbahnen einer
verbunden werden. Das optoelektronische Halbleiterbauelement ist also vorteilhaft oberflächenmontierbar . Bei dem optoelektronischen Halbleiterbauelement ist zwischen dem Träger 10 und der Halbleiterschichtenfolge 2 vorteilhaft ein ESD-Schutzelement 15 angeordnet. Das ESD-Schutzelement 15 weist einen richtungsabhängige Leitfähigkeit auf und ist antiparallel zu einer Durchlassrichtung der
Halbleiterschichtenfolge 2 geschaltet. Insbesondere weist das ESD-Schutzelement 15 in Vorwärtsrichtung der
Halbleiterschichtenfolge 2 eine niedrigere Leitfähigkeit als in Rückwärtsrichtung der Halbleiterschichtenfolge 2 auf. Bei dem Ausführungsbeispiel ist das ESD-Schutzelement 15 als Diode ausgebildet, die einen p-leitenden Bereich 13 und einen n-leitenden Bereich 14 aufweist. Dabei grenzt der n-leitende Bereich 14 an die erste Durchkontaktierung 11 an, die mit dem p-Typ Halbleiterbereich 3 der Halbleiterschichtenfolge 2 elektrisch leitend verbunden ist. Der p-leitende Bereich 13 grenzt an die zweite Durchkontaktierung 12 an, welche mit dem n-Typ Halbleiterbereich 5 elektrisch leitend verbunden ist. Der pn-Übergang des ESD-Schutzelements 15 ist also
antiparallel zur Halbleiterschichtenfolge 2 geschaltet. Im Fall eines ESD-Spannungspulsen in Sperrrichtung der
Halbleiterschichtenfolge 2 kann daher der daraus
resultierende Strom über den pn-Übergang des ESD- Schutzelements 15 abgeleitet werden. Eine Schädigung der
Halbleiterschichtenfolge 2 durch elektrostatische Entladung wird auf diese Weise vorteilhaft verhindert.
Das ESD-Schutzelement 15 kann alternativ zur Ausbildung als Diode auch als Schottky-Kontakt oder als Varistor ausgebildet sein .
Das ESD-Schutzelement 15 ist vorteilhaft an einer der
Halbleiterschichtenfolge 2 zugewandten ersten Hauptfläche 17 des Trägers 10 angeordnet. Insbesondere kann das ESD- Schutzelement 15 direkt an Träger 10 angrenzen, wobei der p- leitende Bereich 13 direkt an die zweite Durchkontaktierung 12 und der n-leitende Bereich 14 direkt an die erste
Durchkontaktierung 13 angrenzt. Das ESD-Schutzelement kann zumindest bereichsweise direkt an das Kunststoffmaterial des Trägers 10 angrenzen. Das ESD-Schutzelement 15 ist so im Inneren des optoelektronischen Halbleiterbauelements angeordnet und auf diese Weise vor äußeren Einflüssen
geschützt .
Wie in Figur 2 in einer schematisch dargestellten Draufsicht auf das ESD-Schutzelement 15 zu erkennen, bildet das ESD-
Schutzelement 15 bei dem Ausführungsbeispiel der Figur 1 eine lineare Verbindung zwischen der ersten Durchkontaktierung 11 und der zweiten Durchkontaktierung 12 aus. Das unter der Draufsicht schematisch dargestellte Schaltbild verdeutlicht, dass das ESD-Schutzelement antiparallel zur
lichtemittierenden Halbleiterschichtenfolge geschaltet ist.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist in den Figuren 3 und 4 in einem Querschnitt und in einer schematisch dargestellten Draufsicht auf das ESD-Schutzelement 15 dargestellt. Wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel ist das ESD-Schutzelement 15 eine Diode, die einen n-leitenden Bereich 14 und einen p- leitenden Bereich 13 aufweist. Anders als bei dem ersten Ausführungsbeispiel ist das ESD-Schutzelement 15 nicht unmittelbar an der Grenzfläche zum Träger 10, sondern in einem Bereich zwischen der p-Anschlussschicht 7 und der n- Anschlussschicht 8 ausgebildet.
Wie in der Aufsicht in Figur 4 zu erkennen ist, sind der n- leitende Bereich 14 und der p-leitende Bereich 13 jeweils ringförmig ausgebildet. Der n-leitende Bereich 14 ist mit der p-Anschlussschicht 7 elektrisch leitend verbunden und kann insbesondere direkt an die p-Anschlussschicht 7 angrenzen. Auf diese Weise ist der n-leitende Bereich 14 mittelbar mit der ersten Durchkontaktierung 11 und dem p-Typ
Halbleiterbereich 3 der Halbleiterschichtenfolge 2 elektrisch leitend verbunden. Der n-leitende Bereich 14 ist insbesondere ringförmig um die p-Anschlussschicht 7 herumgeführt. Der p-leitende Bereich 13 ist ringförmig um den n-leitenden Bereich 14 herumgeführt, der mit der n-Anschlussschicht 8 elektrisch leitend verbunden ist und insbesondere direkt an die n-Anschlussschicht 8 angrenzen kann. Auf diese Weise ist der p-leitende Bereich 13 mittelbar mit der zweiten
Durchkontaktierung 12 und dem n-Typ Halbleiterbereich 5 der Halbleiterschichtenfolge 2 elektrisch leitend verbunden. Das unter der Draufsicht schematisch dargestellte Schaltbild verdeutlicht, dass das ESD-Schutzelement 15 antiparallel zu einer Durchlassrichtung der lichtemittierenden
Halbleiterschichtenfolge 2 geschaltet ist.
Die ringförmige Ausbildung des p-leitenden Bereichs 13 und des n-leitenden Bereichs 14 hat den Vorteil, dass der pn- Übergang des ESD-Schutzelements 15 im Vergleich zu einer linearen Anordnung des p-leitenden Bereichs 13 und des n- leitenden Bereichs 14 eine vergleichsweise große Fläche aufweist. Auf diese Weise wird eine große Stromtragfähigkeit in Sperrrichtung des optoelektronischen Halbleiterbauelements 1 und somit ein besonders guter ESD-Schutz erzielt.
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. Bezugs zeichenliste
1 Halbleiterkörper
2 Halbleiterschichtenfolge
3 p-dotierter Halbleiterbereich
4 aktive Schicht
5 n-dotierter Halbleiterbereich
6 Spiegelschicht
7 p-Anschlussschicht
8 n-Anschlussschicht
9 elektrisch isolierende Schicht
10 Träger
11 erste Durchkontaktierung
12 zweite Durchkontaktierung
13 p-leitender Bereich
14 n-leitender Bereich
15 ESD-Schutzelement
16 Strahlungsaustrittsfläche
17 erste Hauptfläche
18 zweite Hauptfläche

Claims

Optoelektronisches Halbleiterbauelement mit
- einem Halbleiterkörper (1), der eine
Halbleiterschichtenfolge (2) mit einem p-Typ
Halbleiterbereich (3) , einem n-Typ Halbleiterbereich (5) und einer zwischen dem p-Typ Halbleiterbereich (2) und dem n-Typ Halbleiterbereich (5) angeordneten aktiven Schicht (3) aufweist,
- einem Träger (1), der einen Kunststoff aufweist und eine erste Durchkontaktierung (11) und eine zweite
Durchkontaktierung (12) aufweist,
- einer p-Anschlussschicht (7) und einer n- Anschlussschicht (8, 8A) , welche zumindest bereichsweise zwischen dem Träger (10) und dem Halbleiterkörper (1) angeordnet sind, wobei die p-Anschlussschicht (7) die erste Durchkontaktierung (11) mit dem p-Typ
Halbleiterbereich (3) verbindet und die n-Anschlusssicht (8, 8A) die zweite Durchkontaktierung (12) mit dem n-Typ Halbleiterbereich (5) verbindet,
- einem ESD-Schutzelement (15), das zwischen dem Träger (10) und dem Halbleiterkörper (1) angeordnet ist, wobei das ESD-Schutzelement (15) mit der ersten
Durchkontaktierung (11) und der zweiten
Durchkontaktierung (12) elektrisch leitend verbunden ist und wobei eine Durchlassrichtung des ESD-Schutzelements (15) antiparallel zu einer Durchlassrichtung der
Halbleiterschichtenfolge (2) ist. 2. Optoelektronisches Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, wobei das ESD-Schutzelement (15) als planare Schicht ausgebildet ist. Optoelektronisches Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei das ESD-Schutzelement (15) als Diode, als Schottky- Kontakt oder als Varistor ausgebildet ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei das ESD-Schutzelement (15) mindestens eines der Materialien ZnO, Si, TiO, ITO, SnO, Ge, Se, Te, A1N oder Graphen aufweist.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei das ESD-Schutzelement (15) an einer dem
Halbleiterkörper (1) zugewandten Grenzfläche des Trägers (10) angeordnet ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei das ESD-Schutzelement (15) direkt an die erste Durchkontaktierung (11) und die zweite Durchkontaktierung (12) angrenzt.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei das ESD-Schutzelement (15) eine Diode ist, die einen p-leitenden Bereich (13) und einen n-leitenden Bereich (14) aufweist, wobei der n-leitende Bereich (14) mit der ersten Durchkontaktierung (11) und der p-leitende Bereich (13) mit der zweiten Durchkontaktierung (12) elektrisch leitend verbunden ist.
8. Optoelektronisches Halbleiterbauelement nach Anspruch 7, wobei der p-leitende Bereich (13) und der n-leitende Bereich (14) eine lineare Verbindung zwischen der ersten Durchkontaktierung (11) und der zweiten
Durchkontaktierung (12) ausbilden.
9. Optoelektronisches Halbleiterbauelement nach Anspruch 7, wobei der p-leitende Bereich (13) und der n-leitende Bereich (14) jeweils ringförmig ausgebildet sind.
10. Optoelektronisches Halbleiterbauelement nach Anspruch 9, wobei der p-leitende Bereich (13) und der n-leitende Bereich (14) ringförmig um die p-Anschlussschicht (7) oder n-Anschlusssicht (8, 8A) herum geführt sind.
11. Optoelektronisches Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei der Träger (10) ein Epoxidharz oder ein Silikon aufweist .
12. Optoelektronisches Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die n-Anschlussschicht (8, 8A) durch einen
Durchbruch in dem p-Typ-Halbleiterbereich (3) und der der aktiven Schicht (3) in den n-Typ Halbleiterbereich (5) geführt ist.
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