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WO2018141834A1 - Optoelektronisches halbleiterbauteil und herstellungsverfahren hierfür - Google Patents

Optoelektronisches halbleiterbauteil und herstellungsverfahren hierfür Download PDF

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WO2018141834A1
WO2018141834A1 PCT/EP2018/052490 EP2018052490W WO2018141834A1 WO 2018141834 A1 WO2018141834 A1 WO 2018141834A1 EP 2018052490 W EP2018052490 W EP 2018052490W WO 2018141834 A1 WO2018141834 A1 WO 2018141834A1
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WO
WIPO (PCT)
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contact
semiconductor layer
layer sequence
semiconductor component
contacts
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/EP2018/052490
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English (en)
French (fr)
Inventor
Siegfried Herrmann
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
Publication of WO2018141834A1 publication Critical patent/WO2018141834A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • H10H29/10—Integrated devices comprising at least one light-emitting semiconductor component covered by group H10H20/00
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    • H10H20/831—Electrodes characterised by their shape
    • H10H20/8316—Multi-layer electrodes comprising at least one discontinuous layer

Definitions

  • An object to be solved is to provide an optoelectronic semiconductor device which can be produced efficiently and which can generate a variable illumination pattern.
  • this includes
  • the semiconductor layer sequence is an active zone for generating radiation, in particular for generating visible light such as blue light.
  • the active zone which has, for example, a multi-quantum well structure, in short MQW, is arranged between a first layer region and a second layer region of the semiconductor layer sequence.
  • the first and / or the second layer region may each be composed of one or more sub-layers.
  • the first layer region is a p-doped one
  • the semiconductor component is a light-emitting diode, in short LED.
  • the semiconductor layer sequence is preferably based on a III-V compound semiconductor material.
  • the semiconductor material is, for example, a nitride compound semiconductor material such as Al n In] __ n _ m N m Ga or a phosphide compound semiconductor material such as
  • the semiconductor layer sequence is particularly preferably based on AlInGaN. According to at least one embodiment, the
  • the semiconductor device is free of one
  • An average roughness of the roughening is for example between 0, 2 ym and 2 ym. At one of the active zone facing away from the second
  • Layer region in particular in the roughening, is preferably a material having a refractive index of at most 1.7 or 1.6, based on a maximum wavelength
  • this material is by a
  • Passivation layer approximately from S1O2 and / or through a
  • the semiconductor device on a first electrical contact structure.
  • the first layer region is electrically contacted via the first contact structure.
  • the second layer region is electrically contacted via the second contact structure.
  • the second contact structure is an n
  • this includes
  • Semiconductor device a carrier substrate.
  • the carrier substrate is located on one of the semiconductor layer sequence
  • the carrier substrate is preferably the semiconductor component mechanically supporting and supporting
  • the carrier substrate may be electrically conductive or, preferably, electrically insulating or at least surrounded by an electrically insulating coating.
  • the carrier substrate may be translucent or else be opaque. Preferably, no or only a negligible proportion, for example at most 5% or 1%, of the radiation generated in operation in the active zone reaches the carrier substrate.
  • the carrier substrate comprises or consists of one or more of the following materials: a ceramic such as aluminum nitride, a metal such as copper or aluminum or molybdenum, a glass, a plastic, a
  • the first comprises
  • Contact structure one or more surface contacts.
  • the at least one surface contact is located directly on the semiconductor layer sequence, in particular directly on the first layer region. Current is impressed in the semiconductor layer sequence via the surface contact.
  • the semiconductor layer sequence extends continuously over the at least one surface contact. That is, as seen in plan view, the first surface contact is completely off of
  • the second contact structure comprises a plurality of contact pins, also as vias
  • Contact pins can be electrically controlled independently of each other, even within a surface contact.
  • the at least two or at least three contact pins extend from one side of the semiconductor layer sequence on which the first contact structure is located through
  • the contact pins are electrical vias through the active zone.
  • the contact pins of the semiconductor layer sequence are preferably electrically insulated.
  • Optoelectronic semiconductor device one of a
  • Growth substrate detached semiconductor layer sequence with an active zone for generating light between a first layer region and a second layer region. Furthermore, a first and a second electrical contact structure are present, via which the first layer region and the second layer region are electrically contacted.
  • Carrier substrate is located at one of
  • the first contact structure comprises at least one surface contact, which is located directly on the
  • the second contact structure comprises at least two contact pins, which are preferably electrically independently controllable.
  • the contact pins extend from one side of the semiconductor layer sequence, at which the first
  • Contact structure is, through the surface contact, the first layer region and the active zone into the second layer region.
  • the semiconductor component is a surface-mountable chip without a growth substrate, wherein the surface contacts, optionally together with components from the second contact structure, form a segmented mirror.
  • the surface contacts optionally together with components from the second contact structure, form a segmented mirror.
  • Semiconductor layer sequence may be designed geometrically in the same way as a segmentation in the surface contacts, for example by means of etching.
  • the semiconductor component described here is preferably a coarse segmentation of an LED chip, for example in nine segments.
  • the semiconductor device described here is a comparatively simply constructed LED chip, which due to the described segmentation a
  • the semiconductor component comprises a plurality of the surface contacts.
  • the surface contacts may lie in a common plane perpendicular to the growth direction of the semiconductor layer sequence. At least some or all of them are
  • Luminous regions can be individually and independently controlled via the contact pins and / or the surface contacts.
  • the contact pins or groups of contact pins are electrically independent
  • the luminous areas, in particular adjacent contact pins do not form a sharp cut-off line. This applies, in particular, to a side of the semiconductor layer sequence facing away from the first contact structure, for example directly at this end
  • the contact pins extend in the continuous, contiguous and except for the
  • Contact pin within the surface contacts preferably not further structured second layer region.
  • some, most or each of the surface contacts are more than one of
  • Control of the luminous areas is possible. More preferably, there are several lines along which contact pins are located. These rows of contact pins may have one or more rows of surface contacts
  • the pads are, for example, for surface mounting, short SMT, set up or for an electrically conductive bonding.
  • the electrical connection surfaces are designed for connection to bonding wires and thus as bond pads.
  • the connection surfaces are realized by one or more metal layers.
  • most or all of the electrical pads are located on a side of the semiconductor layer sequence facing away from the
  • connection surfaces or a part of the connection surfaces are contacted via bonding wires, then these connection surfaces preferably point in the direction away from the carrier substrate.
  • Connection surfaces for bonding wires may be on one side of the semiconductor layer sequence facing the
  • Support substrates are located, alternatively or additionally could surface mounting pads on one of
  • Carrier substrate be present.
  • this includes
  • Carrier substrate several electrical feedthroughs.
  • Feedthroughs preferably extend from the connection surfaces on a side of the carrier substrate facing away from the semiconductor layer sequence to the at least one surface contact and / or to the contact pins or the contact webs.
  • the feedthroughs can completely cover the carrier substrate run through. When seen in plan view, the feedthroughs can lie completely within the carrier substrate or else at an edge of the carrier substrate.
  • the second comprises
  • Contact structure multiple contact webs.
  • the contact webs are at a lateral current distribution, ie to a
  • the contact webs can form the second mirror plane, which is further away from the semiconductor layer sequence than the surface contacts.
  • Contact structure electrically connected to each other. From this the lines can be built up. Along one of the rows is preferably only exactly one contact web before, alternatively, several separate and not electrically directly interconnected contact webs along the rows of contact pins follow each other. In accordance with at least one embodiment, the contact webs together with the at least one surface contact form one
  • Mirrors for the light generated during operation of the semiconductor device. These are preferably the surface contacts and the Contact webs of a material that reflects the generated radiation, in particular a metal such as
  • Aluminum or silver designed, at least on one of the semiconductor layer sequence facing side.
  • the mirror formed by the contact webs and the at least one surface contact, when viewed in plan view, covers at least 90% or 95% or 98% of a base area of the semiconductor layer sequence.
  • the contact webs and the at least one surface contact when viewed in plan view, covers at least 90% or 95% or 98% of a base area of the semiconductor layer sequence.
  • Layer area a negligible lateral conductivity. That is, in the first layer area occurs in
  • Layer range at least 100 c ⁇ V ⁇ ⁇ - ⁇ ⁇ - and / or at most 600 cm ⁇ -V ⁇ ⁇ -s ⁇ ⁇ -.
  • electron mobilities are in the range of 440 cm 2 V _1 s _1 or 200 cm 2 V _1 s _1 reported.
  • Charge carrier mobility in particular a
  • Puncture mobility, of the first layer range is preferred only at most 30 c ⁇ V ⁇ ⁇ -s ⁇ ⁇ - or 10 cm ⁇ -V ⁇ ⁇ -s ⁇ ⁇ -.
  • Mg-doped GaN to hole mobilities give 5 cm2v _ ls --'-.
  • the lateral sidewall is a lateral sidewall formed from a lateral sidewall formed from a lateral sidewall formed from a lateral sidewall formed from a lateral sidewall formed from a lateral sidewall formed from a lateral sidewall formed from a lateral sidewall formed from a lateral sidewall formed from a lateral sidewall formed from a lateral sidewall formed from a lateral sidewall formed from a lateral sidewall formed from a lateral sidewall surface potential.
  • Conductivity of the second layer region by at least a factor of 10 or 30 or 100 greater than the lateral
  • Conductivity of the first layer region may be opposite to the lateral conductivity of the second layer region
  • a negligible lateral conductivity means, for example, that a current direction or average
  • Semiconductor layer sequence deviates.
  • the semiconductor layer sequence deviates.
  • the semiconductor layer sequence continuous and contiguous, and preferably also continuously over all surface contacts and / or light areas away. This applies, in particular neglecting recesses for the contact pins, preferably also with a constant thickness. In other words, the semiconductor layer sequence in this case is not structured like the surface contacts. According to at least one embodiment, the
  • the intermediate area is enclosed in a closed track, so that within this track exactly one
  • Luminous area is located. Likewise, a plurality of luminous areas can be used together, in particular all luminous areas of a
  • the carrier substrate continuously, contiguous and completely across the semiconductor layer sequence.
  • the carrier substrate can be a constant, constant thickness
  • this includes
  • the grid frame is located on a side facing away from the surface contacts of the semiconductor layer sequence, such as directly on the
  • the grid frame is produced by galvanization.
  • the grid frame is radiopaque for the generated during operation
  • the grid frame is designed to be reflective, but can also be absorbent for the generated
  • the grid frame is a structured metallization on the semiconductor layer sequence.
  • the grid frame may be made of a plastic material and be printed about or may be made of a ceramic and about as
  • prefabricated component placed and / or glued.
  • Grid frame formed several stitches.
  • the individual stitches can be predominantly or completely surrounded by the grid frame all around, seen in plan view.
  • the meshes may be open so that the grid frame does not wrap around the
  • Semiconductor device extends around.
  • the meshes are each assigned to one or more of the luminous regions. There may be a one-to-one correspondence between the stitches and the light areas and / or the contact pins.
  • one of the stitches or some of the stitches or all stitches are partially or completely filled by an optical medium.
  • Optics medium may be heading away from the
  • the optical medium comprises one or more phosphors for partial or complete conversion of in the
  • Semiconductor layer sequence generated light in the long-wavelength light one or more filter materials for filtering one or more spectral regions of the generated radiation and / or one or more scattering means for scattering the generated radiation.
  • the mesh can also several
  • Optics media for example in the form of one over the other
  • the at least one outer reflector extends in a plan view preferably around the semiconductor layer sequence and / or the carrier substrate and / or the grid frame.
  • the outer reflector is for example by a
  • reflective potting such as a silicone with
  • Titanium dioxide particles formed. Towards away from the
  • the semiconductor device radiates the generated light during operation only on a side facing away from the contact structures of the semiconductor layer sequence.
  • this includes
  • the at least one optical element is designed for beam steering and / or beam shaping of the generated light.
  • Optical element around a lens, a reflector and / or a prism Optical element around a lens, a reflector and / or a prism.
  • Optic elements available.
  • Optic elements are formed out of a single base layer.
  • one or more or all of the optical elements are so on the
  • the illuminating area is about 1 m away from the semiconductor device.
  • this includes
  • Semiconductor component at least two or three or five of the surface contacts. Alternatively or additionally, at most 50 or 25 or 15 or 10 surface contacts are present.
  • a number of the contact pins of the semiconductor device is at least three or six or nine and / or at most 200 or 150 or 100 or 30.
  • At least two, three or four and / or at most ten or eight or six contact pins are present per surface contact. In other words There is no fine pixelation within the surface contacts, but there is only one per surface contact
  • the at least one surface contact has a lateral dimension, in the direction parallel to the growth direction of the semiconductor layer sequence, of at least 15 ⁇ m ⁇ 50 ⁇ m or 25 ⁇ m ⁇ 100 ⁇ m or
  • this lateral dimension is at most 300 ym x 900 ym or
  • Semiconductor device provided for a flash.
  • it is a flash in a mobile
  • Image capture device such as a camera or a
  • the mobile imaging device includes one or more of these
  • the reflective, approximately mirrored contact structures such as the surface contacts and / or the contact webs have a galvanic reinforcement.
  • the Glavican reinforcement allows an improvement of the current carrying capacity.
  • a metal such as copper serves as a reinforcing material, such as having a thickness of at least 0.5 ym and / or of at most 1 ym or 5 ym or 15 ym.
  • the reinforcing material is preferably applied to a diffusion barrier which is attached to a mirror layer of the relevant contact structure, for example with or made of silver and / or a transparent conductive oxide, in short TCO, such as ITO. This can be a combination of high
  • Reflectivity with high current carrying capacity to reach For example, in the case of a semiconductor layer sequence with an edge length of 1 mm, three tracks each with 1 A current carrying capacity may be present, the tracks being formed by the surface contacts and / or the contact webs.
  • a thickness of the respective contact structure as a whole is preferably at least 0.1 ⁇ m or 0.5 ⁇ m and / or at most 2 ⁇ m or 10 ⁇ m or 20 ⁇ m.
  • the present invention can also be applied to a mobile
  • Image pickup device or to a headlight about for a motor vehicle such as a car with at least one such optoelectronic semiconductor device to be directed.
  • a method of manufacturing a semiconductor device as described in connection with one or more of the above embodiments is given. Features of the semiconductor device are therefore also disclosed for the method and vice versa. In at least one embodiment, the method is for producing one or more semiconductor devices
  • a flashlight or an LED-based headlamp can be realized, which essentially has only the size of the underlying LED chip and can include an integrated beam-shaping optical system. Thus, can be the highest
  • Beam shaping optics necessary, which would otherwise still be necessary.
  • a selective illumination of a target area in terms of location and color is possible.
  • a cost-adaptive radiating light source can be realized.
  • the semiconductor component described here can also be used to realize a movable object illumination.
  • Lighting unit with a motion sensor with
  • Semiconductor component produced light cone track the object to be illuminated controlled and light up targeted.
  • the semiconductor device as an SMD component of the surface mounting accessible, such as a reflow soldering, so that a standard contact and
  • Standard contacting method can be used.
  • a phosphor can be integrated in the component, so that the phosphor about mechanical abrasion and other Environmental influences is protected during installation.
  • the integrated phosphor offers design advantages in the end use, as the phosphor is less visible.
  • the grid frame and the phosphor and the optics can be applied in the wafer composite, such as by soldering, electroplating and / or gluing.
  • LED-based micropixel arrays can be tapped efficiently and inexpensively, in particular applications that have spatial, color and / or temporal variability
  • FIGS 1 to 8 are schematic representations of
  • Figure 9 is a schematic sectional view of a
  • FIG. 10 shows schematic sectional views of FIG
  • Figure 1 is an embodiment of a
  • the semiconductor device 1 has a semiconductor layer sequence 2.
  • An active zone 23 for generating light, such as blue light, is located between a first one
  • the semiconductor layer sequence 2 is preferably based on the AlInGaN material system.
  • the first electrical contact structure 31 is provided for electrically contacting the first layer region 21 and the second contact structure 32 for
  • the first contact structure 31 has three surface contacts 41, which follow one another along a y-direction and extend along a growth direction G of the
  • the pads 33 are for
  • a carrier substrate 6 On the side facing away from the semiconductor layer sequence 2 8 of the contact structures 31, 32 is a carrier substrate 6. About the carrier substrate 6, the semiconductor device 1 to an external, not shown mounting platform such as a circuit board can be fastened, such as by soldering or gluing.
  • the carrier substrate 6 may be opaque and out
  • an electrically insulating carrier layer 61 in particular directly to the contact structures 31, 32, and from a
  • the further carrier layer 62 may be designed as a metallization and serve as a mounting layer for the semiconductor device 1.
  • the second contact structure 32 comprises three contact webs 34.
  • the contact webs 34 extend continuously over the semiconductor layer sequence 2 along the y direction.
  • the contact webs 34 are electrically independent of each other via the pads 33 of the second contact structure 32 can be controlled, wherein per contact land 34 preferably exactly one pad 33 is provided.
  • Contact webs 34 extend contact pin 42 through the surface contacts 41, through the first layer region 21 and through the active zone 23 through to the second
  • Surface contact 41 more, preferably three, contact pin 42 available. Through the three surface contacts 41, each with three contact pins 42, there are a total of nine luminous areas 5, indicated schematically by a dashed line in FIG. 1B. Between adjacent surface contacts 41, the luminous regions 5 are sharply delimited from one another, since the first layer region 21 exhibits only an insignificant electrical transverse conductivity, so that, viewed in plan view, next to the
  • Semiconductor layer sequence 2 is configured as continuous and continuous according to Figure 1, the luminous regions 5 along the x-direction, along which the surface contacts 41 extend continuously, merging into each other. This is illustrated in FIG. 1B by a hatching between the luminous areas 5 merging into one another.
  • the surface contacts 41 are as
  • Terminal surfaces 33 the individual lighting areas 5 can be controlled individually or in groups. That's it possible, as in all other embodiments, that only a simplified electrical interconnection takes place, so that only certain segment images and thus certain combinations of shining in operation
  • Luminous areas are possible. Due to the comparatively small number of connection surfaces, for example, six connection surfaces 33, a simple application-oriented interconnection is possible. In order to simplify the illustration, electrical insulation layers between the contact structures 31, 32 are not shown in FIG. About such electrical insulation short circuits are prevented. In FIG. 1, only the
  • Contact structure 31, 32 are each located along a straight line at the edge of the semiconductor layer sequence 2, seen in plan view.
  • an electrical insulation layer 66 On one side of the semiconductor layer sequence 2 facing away from the contact structures 31, 32 there is preferably an electrical insulation layer 66, which is referred to as a
  • Passivation layer is used.
  • the first passivation layer is made of
  • Insulation layer 66 designed thin, for example, with a thickness of at most 1 ym or 0.5 ym, in particular, the insulating layer 66 is thinner than the semiconductor layer sequence 2. Deviating from the illustration of Figure 1, it is possible that at the light exit surface, directly from of the
  • Insulation layer 66 is covered, a roughening of
  • a carrier substrate 6 which comprises the in particular continuous carrier layers 61, 62, so that electrical contacting can take place upwards.
  • the technique described is also suitable for so-called Mold Supported Chips, in which a galvanic substrate is filled with a molding material.
  • metallic, galvanically produced through contacts are present, which are of a shaped body, for example of a
  • the pads 33 for the second contact structure 32 are located on an underside of the semiconductor device 1 and are connected via electrical vias with the
  • Pads 33 and the contact webs 34 consists
  • the carrier substrate 6, in deviation from FIG. 1 is electrically conductive.
  • the contact webs 34, which are merely optional in this case, and the contact pins 42 are electrically short-circuited via the carrier substrate 6.
  • Carrier substrate 6 in this case is for example made of a metal such as molybdenum or of a semiconductor material such as silicon.
  • an electrically conductive carrier substrate 6 is also used, for example made of silicon, see the sectional view in FIG. 3C.
  • an electrically conductive carrier substrate 6 is also used, for example made of silicon, see the sectional view in FIG. 3C.
  • Support substrate 6 is formed a plurality of isolation trenches 68, through which the carrier substrate 6 is divided into a plurality of electrically separate regions. For example, each of these areas is assigned to one of the terminal areas 33 for the first and / or the second contact structure 31, 32.
  • each of these areas is assigned to one of the terminal areas 33 for the first and / or the second contact structure 31, 32.
  • a total of six pads 33 are electrically connected via the plated-through holes 44 through the carrier substrate 6 with the contact webs 34 and the surface contacts 41.
  • Semiconductor layer sequence 2 are.
  • a plurality of optical elements 75 are optionally formed in the form of a converging lens.
  • the optical elements 75 are preferably one-to-one assigned to the luminous areas 5.
  • Embodiment in Figure 5 are located between the optical elements 75 and the semiconductor layer sequence 2, a grid frame 7, see also the perspective view in Figure 6.
  • the grid frame 7, for example, by electroplating on a seed layer and / or with a
  • Meshes 71 are preferably uniquely associated with the luminous regions 5.
  • the grid frame 7 is applied directly to the semiconductor layer sequence 2 or to the insulation layer 66 not shown in FIGS. 5 and 6. A thickness of the grid frame 7 in the direction away from the
  • Semiconductor layer sequence 2 is, for example, at least 100 ym and / or at most 300 ym.
  • a web width of webs of the lattice frame 7 is approximately at least 5 ym or 10 ym and / or at most 50% of a period of the stitches 71 in the x-direction and / or in the y-direction.
  • square or rectangular mesh 71 have one
  • Aspect ratio corresponding to that of the target area to be illuminated preferably an aspect ratio of 4: 3 or 16: 9 or the aspect ratio of the segment to be illuminated.
  • the lattice frame 7 thus also corresponds to a segmentation of 3 ⁇ 3.
  • the meshes 71 and the luminous regions 5 preferably have the same aspect ratios as the luminous pattern to be generated in the far field.
  • the approximately metallic grid frame 7 preferably exhibits a high reflectivity for the generated light, for example a reflectivity of at least 85% or 90%, averaged over the generated wavelengths.
  • Surfaces of the lattice frame 7 may be designed to be specularly reflective or diffusely reflective.
  • FIG. 5 illustrates that the meshes 71 are optionally filled with an optical medium 72.
  • the optical medium 72 includes, for example, a phosphor for producing white light, for example.
  • the meshes 71 may also be filled with different optical media 72.
  • the optical medium 72 can
  • the optical medium 72 is introduced, for example, via a doctor blade technique.
  • the lattice frame 7 reduces optical crosstalk between adjacent optical media 72 and / or between adjacent luminous areas.
  • a spacing of the optical elements to the semiconductor layer sequence 2 is preferably defined by the grid frame 7.
  • the optic elements 75 are applied off-center are.
  • the main emission directions of the emitted light L symbolized by arrows, are tilted with respect to the growth direction G.
  • the surfaces of the optical elements 75 may, as in all other embodiments, be spherical, aspheric, toroidal or quadrant symmetric polynomial.
  • the optical elements 75 may be larger than the mesh 71.
  • planar regions may be present between the optical elements 75, so that only a part of the emitted light passes through the associated optical element 75 and thus a diffuse background radiation is superimposed on a radiation formed, for example collimated, by the optical elements 75.
  • An area covered with the optical elements 75 is preferably at least 30% or 50% and / or at most 90% or 80% of the total area. According to the figures 1 to 6 extends the
  • the semiconductor layer sequence 2 can be completely removed between adjacent luminous regions, with optionally an optical insulation layer 67, for example of an absorbing or reflecting material, being introduced. This is illustrated in FIG.
  • the semiconductor layer sequence 2 between adjacent luminous regions is only partially removed, see FIG. 8.
  • the first one is
  • the second layer region 22 is completely or predominantly removed and optionally also the active zone 23, so that at least the first layer region 21 is still partly present.
  • FIG. 9 shows an exemplary embodiment of a mobile
  • Imaging device 10 is shown.
  • the image capture device 10 is, for example, a mobile phone.
  • the semiconductor device 1 described here has the
  • Imaging device 10 additionally preferably has at least one sensor 11, for example a CCD field. Furthermore, a display 12 is optionally available.
  • FIG. 10A a production method is shown schematically in FIG.
  • the semiconductor layer sequence 2 is grown on a growth substrate 9.
  • FIG. 10B the contact structures 31, 32 are produced.
  • the carrier substrate 6 is attached, and subsequently the growth substrate 9 is removed, compare FIG. 1C. Finally, a separation takes place to the
  • Attachment of the carrier substrate 6 are generated, for example only the contact pins 42, the surface contacts 41 and the contact webs 34.
  • the pads 33 are preferably prepared only after the attachment of the carrier substrate 6 and after the detachment of the growth substrate 9.
  • Layer region 22 can thereby effectively block the light passing through the interstices of the area contacts 41 for
  • different angles can also be selected.
  • a distance between the surface contacts 41 and / or the luminous regions 5 in the exemplary embodiments is, for example
  • Mirror segments in particular the surface contacts 41, can each be designed as free-form surfaces, so that a lighting pattern can be generated.

Landscapes

  • Led Device Packages (AREA)

Abstract

Es umfasst das optoelektronische Halbleiterbauteil (1) eine von einem Aufwachssubstrat (9) abgelöste Halbleiterschichtenfolge (2) mit einer aktiven Zone (23) zur Erzeugung von Licht zwischen einem ersten Schichtbereich (21) und einem zweiten Schichtbereich (22). Ferner sind eine erste (31) und eine zweite elektrische Kontaktstruktur (32) vorhanden, über die die Schichtbereiche (31, 32) elektrisch kontaktiert sind. Ein Trägersubstrat (6) befindet sich an einer der Halbleiterschichtenfolge (2) abgewandten Seite der ersten und der zweiten Kontaktstruktur (31, 32). Die erste Kontaktstruktur (31) umfasst Flächenkontakte (41) direkt an der Halbleiterschichtenfolge (2) und über die Halbleiterschichtenfolge (2) durchgehend hinweg. Die zweite Kontaktstruktur (32) umfasst elektrisch bevorzugt unabhängig ansteuerbare Kontaktzapfen (42), die sich durch die Flächenkontakte (41), den ersten Schichtbereich (21) und die aktive Zone (23) hindurch in den zweiten Schichtbereich (22) erstrecken.

Description

BeSchreibung
OPTOELEKTRONISCHES HALBLEITERBAUTEIL UND
HERSTELLUNGSVERFAHREN H IERFUR
Es wird ein optoelektronisches Halbleiterbauteil und ein Herstellungsverfahren hierfür angegeben.
In der Druckschrift US 2011/0241031 AI ist eine optische Proj ektionsVorrichtung angegeben .
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein optoelektronisches Halbleiterbauteil anzugeben, das effizient herstellbar ist und das ein variables Beleuchtungsmuster erzeugen kann.
Diese Aufgabe wird unter anderem durch ein optoelektronisches Halbleiterbauteil und durch ein Herstellungsverfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das
optoelektronische Halbleiterbauteil eine
Halbleiterschichtenfolge. In der Halbleiterschichtenfolge befindet sich eine aktive Zone zur Erzeugung von Strahlung, insbesondere zur Erzeugung von sichtbarem Licht wie blauem Licht. Dabei ist die aktive Zone, die beispielsweise eine Multiquantentopfstruktur, kurz MQW, aufweist, zwischen einem ersten Schichtbereich und einem zweiten Schichtbereich der Halbleiterschichtenfolge angeordnet. Der erste und/oder der zweite Schichtbereich können je aus einer oder aus mehreren Teilschichten zusammengesetzt sein. Beispielsweise handelt es sich bei dem ersten Schichtbereich um einen p-dotierten
Bereich und bei dem zweiten Schichtbereich demgemäß um einen n-dotierten Bereich. Insbesondere handelt es sich bei dem Halbleiterbauteil um eine Leuchtdiode, kurz LED.
Die Halbleiterschichtenfolge basiert bevorzugt auf einem III- V-Verbindungshalbleitermaterial . Bei dem Halbleitermaterial handelt es sich zum Beispiel um ein Nitrid- Verbindungshalbleitermaterial wie AlnIn]__n_mGamN oder um ein Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial wie
AlnIn]__n_mGamP oder auch um ein Arsenid- Verbindungshalbleitermaterial wie AlnIn]__n_mGamAs oder wie
AlnGamIn]__n_mAskP]__k, wobei jeweils 0 ^ n 1, 0 ^ m 1 und n + m < 1 sowie 0 -S k < 1 ist. Bevorzugt gilt dabei für zumindest eine Schicht oder für alle Schichten der
Halbleiterschichtenfolge 0 < n < 0,8, 0,4 < m < 1 und n + m < 0,95 sowie 0 < k < 0,5. Dabei kann die
Halbleiterschichtenfolge Dotierstoffe sowie zusätzliche
Bestandteile aufweisen. Der Einfachheit halber sind jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters der Halbleiterschichtenfolge, also AI, As, Ga, In, N oder P, angegeben, auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt und/oder ergänzt sein können.
Besonders bevorzugt basiert die Halbleiterschichtenfolge auf AlInGaN. Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die
Halbleiterschichtenfolge von einem Aufwachssubstrat abgelöst. Das heißt, das Halbleiterbauteil ist frei von einem
Aufwachssubstrat wie einem Saphirsubstrat. Es ist möglich, dass der zweite Schichtbereich etwa beim Ablösen vom
Aufwachssubstrat mit einer Aufrauung zur Verbesserung einer
Lichtauskoppeleffizienz versehen wurde. Eine mittlere Rauheit der Aufrauung liegt zum Beispiel zwischen einschließlich 0 , 2 ym und 2 ym. An einer der aktiven Zone abgewandten Seite des zweiten
Schichtbereichs, insbesondere in der Aufrauung, befindet sich bevorzugt ein Material mit einem Brechungsindex von höchstens 1,7 oder 1,6, bezogen auf eine Wellenlänge maximaler
Intensität der im Betrieb in der aktiven Zone erzeugten
Strahlung. Zum Beispiel ist dieses Material durch eine
Passivierungsschicht etwa aus S1O2 und/oder durch einen
Verguss oder Kleber etwa aus einem Silikon gebildet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das
Halbleiterbauteil eine erste elektrische Kontaktstruktur auf. Über die erste Kontaktstruktur ist der erste Schichtbereich elektrisch kontaktiert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das
Halbleiterbauteil eine zweite elektrische Kontaktstruktur auf. Der zweite Schichtbereich ist elektrisch über die zweite Kontaktstruktur elektrisch kontaktiert. Beispielsweise handelt es sich bei der zweiten Kontaktstruktur um eine n-
Kontaktierung und entsprechend bei der ersten Kontaktstruktur um eine p-Kontaktierung .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das
Halbleiterbauteil ein Trägersubstrat. Das Trägersubstrat befindet sich an einer der Halbleiterschichtenfolge
abgewandten Seite der ersten und der zweiten Kontaktstruktur. Bei dem Trägersubstrat handelt es sich bevorzugt um die das Halbleiterbauteil mechanisch tragende und stützende
Komponente. Das Trägersubstrat kann elektrisch leitend oder, bevorzugt, elektrisch isolierend sein oder zumindest von einer elektrisch isolierenden Beschichtung umgeben sein.
Ferner kann das Trägersubstrat lichtdurchlässig oder auch lichtundurchlässig sein. Bevorzugt gelangt kein oder nur ein vernachlässigbarer Anteil, etwa höchstens 5 % oder 1 %, der in der aktiven Zone im Betrieb erzeugten Strahlung zu dem Trägersubstrat. Beispielsweise umfasst das Trägersubstrat eines oder mehrere der nachfolgenden Materialien oder besteht aus einem oder mehrerer dieser Materialien: einer Keramik wie Aluminiumnitrid, einem Metall wie Kupfer oder Aluminium oder Molybdän, einem Glas, einem Kunststoff, einer
Halbleiterplatte etwa basierend auf Silizium oder Germanium.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die erste
Kontaktstruktur einen oder mehrere Flächenkontakte. Der mindestens eine Flächenkontakt befindet sich direkt an der Halbleiterschichtenfolge, insbesondere direkt an dem ersten Schichtbereich. Über den Flächenkontakt wird Strom in die Halbleiterschichtenfolge eingeprägt .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform erstreckt sich die Halbleiterschichtenfolge durchgehend über den mindestens einen Flächenkontakt hinweg. Das heißt, in Draufsicht gesehen ist der erste Flächenkontakt vollständig von der
Halbleiterschichtenfolge bedeckt .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die zweite Kontaktstruktur mehrere Kontaktzapfen, auch als Vias
bezeichnet, insbesondere pro Flächenkontakt. Die
Kontaktzapfen können elektrisch unabhängig voneinander ansteuerbar sein, auch innerhalb eines Flächenkontakts. Die mindestens zwei oder mindestens drei Kontaktzapfen erstrecken sich von einer Seite der Halbleiterschichtenfolge her, an der sich die erste Kontaktstruktur befindet, durch den
zugehörigen Flächenkontakt, den ersten Schichtbereich und die aktive Zone hindurch in den zweiten Schichtbereich. Mit anderen Worten handelt es sich bei den Kontaktzapfen um elektrische Durchkontaktierungen durch die aktive Zone hindurch. In lateraler Richtung, also senkrecht zu einer Wachstumsrichtung der Halbleiterschichtenfolge, sind die Kontaktzapfen von der Halbleiterschichtenfolge bevorzugt elektrisch isoliert. Damit ist es möglich, dass die
Kontaktzapfen ausschließlich in Richtung parallel zur
Wachstumsrichtung der Halbleiterschichtenfolge und/oder lediglich in direktem Kontakt mit dem zweiten Schichtbereich stehen. Dabei durchdringen die Kontaktzapfen den zweiten Schichtbereich nicht vollständig, sodass die Kontaktzapfen innerhalb des zweiten Schichtbereichs enden. In mindestens einer Ausführungsform umfasst das
optoelektronische Halbleiterbauteil eine von einem
Aufwachssubstrat abgelöste Halbleiterschichtenfolge mit einer aktiven Zone zur Erzeugung von Licht zwischen einem ersten Schichtbereich und einem zweiten Schichtbereich. Ferner sind eine erste und eine zweite elektrische Kontaktstruktur vorhanden, über die der erste Schichtbereich und der zweite Schichtbereich elektrisch kontaktiert sind. Ein
Trägersubstrat befindet sich an einer der
Halbleiterschichtenfolge abgewandten Seite der ersten und der zweiten Kontaktstruktur. Die erste Kontaktstruktur umfasst mindestens einen Flächenkontakt, der sich direkt an der
Halbleiterschichtenfolge befindet und über den sich die
Halbleiterschichtenfolge durchgehend hinweg erstreckt. Die zweite Kontaktstruktur umfasst mindestens zwei Kontaktzapfen, die bevorzugt elektrisch unabhängig voneinander ansteuerbar sind. Die Kontaktzapfen erstrecken sich von einer Seite der Halbleiterschichtenfolge, an der sich die erste
Kontaktstruktur befindet, durch den Flächenkontakt, den ersten Schichtbereich und die aktive Zone hindurch in den zweiten Schichtbereich.
Mit dem hier beschriebenen Halbleiterbauteil ist eine
kompakte Bauform gegeben. Dabei ist es auf kostengünstige und effiziente Weise möglich, insbesondere mit einem einzelnen Leuchtdiodenchip verschiedene Raumsegmente kontrolliert auszuleuchten. Dabei können ein lokaler Farbeindruck und/oder eine räumliche Abstrahlcharakteristik verändert werden.
Insbesondere handelt es sich bei dem Halbleiterbauteil um einen oberflächenmontierbaren Chip ohne Aufwachssubstrat , wobei die Flächenkontakte, optional zusammen mit Komponenten aus der zweiten Kontaktstruktur, einen segmentierten Spiegel bilden. Dabei sind bevorzugt sowohl eine erste Spiegelebene, gebildet durch die erste Kontaktstruktur, als auch eine zweite Spiegelebene, weiter von der Halbleiterschichtenfolge entfernt liegend und gebildet durch die zweite
Kontaktstruktur, segmentiert. Eine Segmentierung der
Halbleiterschichtenfolge kann in gleicher Weise geometrisch gestaltet sein wie eine Segmentierung in die Flächenkontakte, beispielsweise mittels Ätzen. Mit anderen Worten handelt es sich bei dem hier beschriebenen Halbleiterbauteil bevorzugt um eine Grobsegmentierung eines LED-Chips, beispielsweise in neun Segmente.
Das heißt, das hier beschriebene Halbleiterbauteil stellt einen vergleichsweise einfach aufgebauten LED-Chip dar, der aufgrund der beschriebenen Segmentierung einen
Strahlungskörper mit räumlich ansteuerbarer
Abstrahlcharakteristik ergibt. Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Halbleiterbauteil mehrere der Flächenkontakte. Die
Flächenkontakte sind bevorzugt in Draufsicht gesehen
nebeneinander angeordnet und überlappen bevorzugt einander nicht. Die Flächenkontakte können in einer gemeinsamen Ebene senkrecht zur Wachstumsrichtung der Halbleiterschichtenfolge liegen. Dabei sind zumindest manche oder alle der
Flächenkontakte elektrisch unabhängig voneinander
ansteuerbar. Es ist möglich, dass einzelne der
Flächenkontakte nur gemeinsam elektrisch ansteuerbar sind, wobei jedoch mindestens zwei Gruppen von unabhängig
voneinander ansteuerbaren Flächenkontakten vorhanden sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind durch die
Kontaktzapfen und/oder durch die Flächenkontakte mehrere Leuchtbereiche gebildet, in Draufsicht gesehen. Die
Leuchtbereiche lassen sich über die Kontaktzapfen und/oder die Flächenkontakte einzeln und unabhängig voneinander ansteuern. Mit anderen Worden sind die Kontaktzapfen oder auch Gruppen von Kontaktzapfen elektrisch unabhängig
ansteuerbar, entsprechendes gilt bevorzugt für die
Flächenkontakte .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform gehen die
Leuchtbereiche, sichtbar in eingeschaltetem Zustand des
Halbleiterbauteils, fließend ineinander über. Mit anderen Worten bilden die Leuchtbereiche insbesondere benachbarter Kontaktzapfen keine scharfe Hell-Dunkel-Grenze aus. Dies gilt insbesondere an einer der ersten Kontaktstruktur abgewandten Seite der Halbleiterschichtenfolge, etwa direkt an dieser
Seite. Das heißt, die entsprechenden Kontaktzapfen innerhalb eines Flächenkontakts sind elektrisch über den zweiten
Schichtbereich miteinander verbunden. Innerhalb eines Flächenkontakts liegt in diesem Fall weder eine
Strukturierung des Flächenkontakts noch der
Halbleiterschichtenfolge in separate, elektrisch unabhängig ansteuerbare oder voneinander elektrisch isolierte Bereiche vor. Insbesondere erstrecken sich die Kontaktzapfen in den durchgehenden, zusammenhängenden und bis auf die
Kontaktzapfen innerhalb der Flächenkontakte bevorzugt nicht weiter strukturierten zweiten Schichtbereich. Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind manchen, den meisten oder jedem der Flächenkontakte mehrere der
Kontaktzapfen zugeordnet, insbesondere eindeutig zugeordnet. Hierdurch ist es möglich, dass jeder der Flächenkontakte mehreren Leuchtbereichen zugeordnet ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die
Flächenkontakte in Form von Spaltenkontakten und die
Kontaktzapfen in Form von Zeilenkontakten gestaltet und funktionalisiert . Damit ist es möglich, dass durch die
Flächenkontakte entlang von Spalten und durch die
Kontaktzapfen entlang von Zeilen eine matrixförmige
Ansteuerung der Leuchtbereiche ermöglicht ist. Besonders bevorzugt sind mehrere Zeilen vorhanden, entlang der sich Kontaktzapfen befinden. Diesen Zeilen von Kontaktzapfen können eine oder mehrere Zeilen mit Flächenkontakten
zugeordnet sein. Insbesondere gibt es nur eine einzige Zeile mit Flächenkontakten, die mehreren Zeilen von Kontaktzapfen zugeordnet ist. Weiterhin sind bevorzugt mehrere Spalten der Flächenkontakte vorhanden. Mit anderen Worten können entlang der Zeilenkontakte in der jeweiligen Zeile alle Kontaktzapfen und entlang der jeweiligen Spalte alle Flächenkontakte elektrisch kurzgeschlossen sein. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das
Halbleiterbauteil mehrere elektrische Anschlussflächen zur externen elektrischen Kontaktierung auf. Die Anschlussflächen sind beispielsweise für eine Oberflächenmontage, kurz SMT, eingerichtet oder auch für ein elektrisch leitfähiges Kleben. Ferner ist es möglich, dass die elektrischen Anschlussflächen zur Verbindung mit Bonddrähten und somit als Bond-Pads gestaltet sind. Insbesondere sind die Anschlussflächen durch eine oder mehrere Metallschichten realisiert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform befinden sich die meisten oder alle elektrischen Anschlussflächen an einer der Halbleiterschichtenfolge abgewandten Seite der
Flächenkontakte. Mit anderen Worten befinden sich die
Flächenkontakte in diesem Fall zwischen der
Halbleiterschichtenfolge und den Anschlussflächen. Werden die Anschlussflächen oder ein Teil der Anschlussflächen über Bonddrähte kontaktiert, so weisen diese Anschlussflächen bevorzugt in Richtung weg von dem Trägersubstrat.
Anschlussflächen für Bonddrähte können sich an einer der Halbleiterschichtenfolge zugewandten Seite des
Trägersubstrats befinden, alternativ oder zusätzlich könnten Anschlussflächen zur Oberflächenmontage an einer der
Halbleiterschichtenfolge abgewandten Seite des
Trägersubstrats vorhanden sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das
Trägersubstrat mehrere elektrische Durchführungen. Die
Durchführungen reichen bevorzugt von den Anschlussflächen an einer der Halbleiterschichtenfolge abgewandten Seite des Trägersubstrats zu dem mindestens einen Flächenkontakt und/oder zu den Kontaktzapfen oder den Kontaktstegen. Die Durchführungen können das Trägersubstrat vollständig durchlaufen. In Draufsicht gesehen können die Durchführungen vollständig innerhalb des Trägersubstrats oder auch an einem Rand des Trägersubstrats liegen. Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die zweite
Kontaktstruktur mehrere Kontaktstege. Die Kontaktstege sind zu einer lateralen Stromverteilung, also zu einer
Stromverteilung in Richtung senkrecht zur Wachstumsrichtung der Halbleiterschichtenfolge, eingerichtet. Insbesondere sind durch die Kontaktstege die Zeilenkontakte für die
Kontaktzapfen gebildet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform befinden sich die
Kontaktstege, gesehen entlang der Wachstumsrichtung der
Halbleiterschichtenfolge, zwischen dem mindestens einen
Flächenkontakt und den Anschlussflächen. Damit können die Kontaktstege die zweite Spiegelebene bilden, die sich weiter von der Halbleiterschichtenfolge entfernt befindet als die Flächenkontakte .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind je mehrere der Kontaktzapfen über die Kontaktstege der zweiten
Kontaktstruktur elektrisch miteinander verbunden. Hieraus lassen sich die Zeilen aufbauen. Entlang einer der Zeilen liegt bevorzugt nur genau ein Kontaktsteg vor, alternativ können auch mehrere separate und nicht elektrisch unmittelbar miteinander verbundene Kontaktstege entlang der Zeilen der Kontaktzapfen aufeinanderfolgen. Gemäß zumindest einer Ausführungsform bilden die Kontaktstege zusammen mit dem mindestens einen Flächenkontakt einen
Spiegel für das im Betrieb des Halbleiterbauteils erzeugte Licht. Dazu sind bevorzugt die Flächenkontakte als auch die Kontaktstege aus einem für die erzeugte Strahlung reflektierenden Material, insbesondere einem Metall wie
Aluminium oder Silber, gestaltet, zumindest an einer der Halbleiterschichtenfolge zugewandten Seite.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform bedeckt der Spiegel, gebildet durch die Kontaktstege und den mindestens einen Flächenkontakt, in Draufsicht gesehen einen Anteil von mindestens 90 % oder 95 % oder 98 % einer Grundfläche der Halbleiterschichtenfolge. Mit anderen Worten ist durch die Kontaktstege und den mindestens einen Flächenkontakt
zusammengenommen ein nahezu durchgehender Spiegel für das erzeugte Licht gebildet. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der erste
Schichtbereich eine vernachlässigbare laterale Leitfähigkeit auf. Das heißt, im ersten Schichtbereich erfolgt im
Wesentlichen nur ein Stromfluss in Richtung parallel zur Wachstumsrichtung der Halbleiterschichtenfolge.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der zweite
Schichtbereich zu einer lateralen Stromverteilung
eingerichtet. Das heißt, in den zweiten Schichtbereich erfolgt eine signifikante Stromaufweitung in lateraler
Richtung. Hierdurch sind die ineinander fließend übergehenden Leuchtbereiche über die Flächenkontakte hinweg zwischen benachbarten Kontaktzapfen gegeben.
Beispielsweise liegt eine Ladungsträgerbeweglichkeit, insbesondere eine Elektronenbeweglichkeit, des zweiten
Schichtbereichs bei mindestens 100 c ^V~^-s~^- und/oder bei höchstens 600 cm^-V~^-s~^- . Zum Beispiel für Silizium dotiertes n-GaN werden Elektronenbeweglichkeiten im Bereich von 440 cm2V_1s_1 oder 200 cm2V_1s_1 berichtet. Die
Ladungsträgerbeweglichkeit, insbesondere eine
Löcherbeweglichkeit, des ersten Schichtbereichs liegt dagegen bevorzugt nur bei höchstens 30 c ^V~^-s~^- oder 10 cm^-V~^-s~^- . Etwa für Mg-dotiertes GaN ergeben sich Löcherbeweglichkeiten um 5 cm2v_ls--'- .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die laterale
Leitfähigkeit des zweiten Schichtbereichs um mindestens einen Faktor 10 oder 30 oder 100 größer als die laterale
Leitfähigkeit des ersten Schichtbereichs. Die laterale
Leitfähigkeit des ersten Schichtbereichs kann gegenüber der lateralen Leitfähigkeit des zweiten Schichtbereichs
vernachlässigbar sein.
Eine vernachlässigbare laterale Leitfähigkeit bedeutet beispielsweise, dass eine Stromrichtung oder mittlere
Stromrichtung in dem ersten Schichtbereich um höchstens 10° oder 15° oder 25° von der Wachstumsrichtung der
Halbleiterschichtenfolge abweicht. Beispielsweise erfolgt in dem zweiten Schichtbereich stellenweise ein Stromfluss in eine Richtung mit einem Winkel von mindestens 70° oder 80° oder 85° zur Wachstumsrichtung der Halbleiterschichtenfolge. Gemäß zumindest einer Ausführungsform erstreckt sich die
Halbleiterschichtenfolge durchgehend und zusammenhängend und bevorzugt auch ununterbrochen über alle Flächenkontakte und/oder Leuchtbereiche hinweg. Dies gilt, insbesondere unter Vernachlässigung von Aussparungen für die Kontaktzapfen, bevorzugt auch mit einer gleichbleibenden Dicke. Mit anderen Worten ist die Halbleiterschichtenfolge in diesem Fall nicht wie die Flächenkontakte strukturiert. Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die
Halbleiterschichtenfolge in Draufsicht gesehen strukturiert, etwa genauso wie die Flächenkontakte und/oder die
Kontaktstege, wobei eine solche Strukturierung durch die aktive Zone bis in den zweiten Schichtbereich gehen kann und der zweite Schichtbereich noch zum Teil erhalten bleibt oder die Strukturierung erfolgt bis hin zum Trägersubstrat. Durch die Strukturierung der Halbleiterschichtenfolge können zwischen benachbarten Leuchtbereichen somit Zwischenräume entstehen. Die Zwischenräume sind in Draufsicht gesehen beispielsweise linienförmig oder gitternetzförmig gestaltet. Es ist möglich, dass jeder der Leuchtbereiche von einem
Zwischenbereich in einer geschlossenen Bahn umgeben ist, sodass sich innerhalb dieser Bahn dann genau ein
Leuchtbereich befindet. Ebenso können mehrere Leuchtbereiche gemeinsam, insbesondere alle Leuchtbereiche eines
Flächenkontakts, durch einen Zwischenbereich von übrigen Leuchtbereichen separiert sein. Gemäß zumindest einer Ausführungsform erstreckt sich das
Trägersubstrat durchgehend, zusammenhängend und vollständig über die Halbleiterschichtenfolge hinweg. Dabei kann das Trägersubstrat eine gleichbleibende, konstante Dicke
aufweisen .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das
Halbleiterbauteil einen Gitterrahmen. Der Gitterrahmen befindet sich an einer den Flächenkontakten abgewandten Seite der Halbleiterschichtenfolge, etwa direkt an der
Halbleiterschichtenfolge oder direkt an einer
Passivierungsschicht der Halbleiterschichtenfolge.
Beispielsweise ist der Gitterrahmen mittels Galvanisierung erzeugt . Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Gitterrahmen strahlungsundurchlässig für die im Betrieb erzeugte
Strahlung. Insbesondere ist der Gitterrahmen reflektierend gestaltet, kann aber auch absorbierend für die erzeugte
Strahlung wirken. Beispielsweise handelt es sich bei dem Gitterrahmen um eine strukturierte Metallisierung an der Halbleiterschichtenfolge. Alternativ kann der Gitterrahmen aus einem Kunststoff sein und etwa aufgedruckt werden oder kann aus einer Keramik hergestellt sein und etwa als
vorgefertigtes Bauteil aufgesetzt und/oder angeklebt werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind durch den
Gitterrahmen mehrere Maschen gebildet. Die einzelnen Maschen können überwiegend oder vollständig von dem Gitterrahmen ringsum umgeben sein, in Draufsicht gesehen. An einem äußeren Rand des Halbleiterbauteils können die Maschen offen sein, sodass sich der Gitterrahmen nicht ringsum um das
Halbleiterbauteil herum erstreckt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Maschen je einem oder mehrerer der Leuchtbereiche zugeordnet. Es kann eine eineindeutige Zuordnung zwischen den Maschen und den Leuchtbereichen und/oder den Kontaktzapfen bestehen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist eine der Maschen oder sind manche der Maschen oder sind alle Maschen teilweise oder vollständig von einem Optikmedium ausgefüllt. Das
Optikmedium kann in Richtung weg von der
Halbleiterschichtenfolge bündig mit dem Gitterrahmen
abschließen oder auch von dem Gitterrahmen überragt werden oder selbst den Gitterrahmen überragen. Bevorzugt umfasst das Optikmedium einen oder mehrere Leuchtstoffe zur teilweisen oder vollständigen Umwandlung von in der
Halbleiterschichtenfolge erzeugtem Licht in langwelligeres Licht, einen oder mehrere Filterstoffe zum Filtern von einem oder mehreren Spektralbereichen aus der erzeugten Strahlung heraus und/oder ein oder mehrere Streumittel zur Streuung der erzeugten Strahlung. In den Maschen können auch mehrere
Optikmedien, beispielsweise in Form von übereinander
gestapelten Teilschichten, vorhanden sein. Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das
Halbleiterbauteil einen oder mehrere Außenreflektoren. Der mindestens eine Außenreflektor erstreckt sich in Draufsicht gesehen bevorzugt ringsum um die Halbleiterschichtenfolge und/oder das Trägersubstrat und/oder den Gitterrahmen herum. Der Außenreflektor ist beispielsweise durch eine
reflektierende Metallbeschichtung oder durch einen
reflektierenden Verguss, etwa einem Silikon mit
Titandioxidpartikeln, gebildet. In Richtung weg von der
Halbleiterschichtenfolge schließt der Außenreflektor
bevorzugt bündig mit dem Trägersubstrat oder, falls
vorhanden, bündig mit dem Gitterrahmen ab. Durch den
Außenreflektor ist es möglich, dass das Halbleiterbauteil im Betrieb nur an einer den Kontaktstrukturen abgewandten Seite der Halbleiterschichtenfolge das erzeugte Licht abstrahlt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das
Halbleiterbauteil ein oder, bevorzugt, mehrere Optikelemente. Das mindestens eine Optikelement ist zu einer Strahllenkung und/oder Strahlformung des erzeugten Lichts gestaltet.
Beispielsweise handelt es sich bei dem zumindest einen
Optikelement um eine Linse, einen Reflektor und/oder um ein Prisma . Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind mehrere der
Optikelemente vorhanden. Bevorzugt besteht eine eineindeutige Zuordnung zwischen den Optikelementen und den
Flächenkontakten oder zwischen den Optikelementen und den Leuchtbereichen. Dies schließt nicht aus, dass die
Optikelemente aus einer einzigen Basisschicht heraus geformt sind .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist eines oder sind manche oder sind alle der Optikelemente so auf den
zugeordneten Leuchtbereichen angebracht, sodass optische Achsen der Optikelemente schräg zur Halbleiterschichtenfolge orientiert sind. Damit ist es möglich, eine Fläche selektiv zu beleuchten, indem durch die Verkippung der
Hauptstrahlrichtungen definierte Raumwinkelbereiche
ausgeleuchtet werden. Zu benachbarten Raumwinkelbereichen gehörende Ausleuchtungen können überlappen. Die zu
beleuchtende Fläche liegt zum Beispiel ungefähr 1 m von dem Halbleiterbauteil entfernt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das
Halbleiterbauteil mindestens zwei oder drei oder fünf der Flächenkontakte. Alternativ oder zusätzlich sind höchstens 50 oder 25 oder 15 oder zehn Flächenkontakte vorhanden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt eine Zahl der Kontaktzapfen des Halbleiterbauteils bei mindestens drei oder sechs oder neun und/oder bei höchstens 200 oder 150 oder 100 oder 30.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind pro Flächenkontakt mindestens zwei, drei oder vier und/oder höchstens zehn oder acht oder sechs Kontaktzapfen vorhanden. Mit anderen Worten findet innerhalb der Flächenkontakte keine feine Pixelierung statt, sondern es liegt pro Flächenkontakt nur eine
vergleichsweise geringe Anzahl von Kontaktzapfen vor. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der mindestens eine Flächenkontakt eine laterale Abmessung, in Richtung parallel zur Wachstumsrichtung der Halbleiterschichtenfolge, von mindestens 15 ym x 50 ym oder 25 ym x 100 ym oder
50 ym x 150 ym auf. Alternativ oder zusätzlich liegt diese laterale Abmessung bei höchstens 300 ym x 900 ym oder
500 ym x 1,5 mm oder 1 mm x 3 mm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das
Halbleiterbauteil für ein Blitzlicht vorgesehen. Insbesondere handelt es sich um ein Blitzlicht in einem mobilen
Bildaufnahmegerät wie einem Fotoapparat oder einem
Mobiltelefon oder einem Smartphone . Entsprechend umfasst das mobile Bildaufnahmegerät eines oder mehrere der hier
beschriebenen Halbleiterbauteile .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die reflektiven, etwa verspiegelten Kontaktstrukturen wie die Flächenkontakte und/oder die Kontaktstege eine galvanische Verstärkung auf. Die glavanische Verstärkung ermöglicht eine Verbesserung der Stromtragfähigkeit. Zum Beispiel dient ein Metall wie Kupfer als Verstärkungsmaterial, etwa mit einer Dicke von mindestens 0,5 ym und/oder von höchstens 1 ym oder 5 ym oder 15 ym. Das Verstärkungsmaterial wird bevorzugt auf eine Diffusionssperre aufgebracht, die an einer Spiegelschicht der betreffenden Kontaktstruktur, etwa mit oder aus Silber und/oder einem transparenten leitfähigen Oxid, kurz TCO, wie ITO, angebracht ist. Hierdurch lässt sich eine Kombination aus hoher
Reflektivität bei gleichzeitig hoher Stromtragfähigkeit erreichen. Beispielsweise bei einer Halbleiterschichtenfolge mit einer Kantenlänge von 1 mm können drei Bahnen mit je 1 A Stromtragfähigkeit vorhanden sein, wobei die Bahnen durch die Flächenkontakte und/oder die Kontaktstege gebildet sind. Eine Dicke der betreffenden Kontaktstruktur insgesamt liegt bevorzugt bei mindestens 0,1 ym oder 0,5 ym und/oder bei höchstens 2 ym oder 10 ym oder 20 ym.
Die vorliegende Erfindung kann auch auf ein mobiles
Bildaufnahmegerät oder auf einen Scheinwerfer etwa für ein Kraftfahrzeug wie einem Auto mit mindestens einem solchen optoelektronischen Halbleiterbauteil gerichtet sein.
Darüber hinaus wird ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauteils, wie in Verbindung mit einer oder mehrerer der oben genannten Ausführungsformen beschrieben, angegeben. Merkmale des Halbleiterbauteils sind daher auch für das Verfahren offenbart und umgekehrt. In mindestens einer Ausführungsform ist das Verfahren zur Herstellung eines oder mehrerer Halbleiterbauteile
eingerichtet und umfasst zumindest die folgenden Schritte, bevorzugt in der angegebenen Reihenfolge:
A) Wachsen der Halbleiterschichtenfolge auf einem
Aufwachssubstrat ,
B) Erzeugen der ersten und der zweiten elektrischen
Kontaktstruktur an einer dem Aufwachssubstrat abgewandten Seite der Halbleiterschichtenfolge,
C) Anbringen des Trägersubstrats an einer der
Halbleiterschichtenfolge abgewandten Seite der ersten und der zweiten elektrischen Kontaktstruktur,
D) Ablösen der Halbleiterschichtenfolge von dem Aufwachssubstrat , und
E) Vereinzeln zu den Halbleiterbauteilen.
Mit dem hier beschriebenen Halbleiterbauteil lässt sich ein Blitzlicht oder ein Scheinwerfer auf LED-Basis realisieren, welches im Wesentlichen nur die Größe des zugrundeliegenden LED-Chips aufweist und eine integrierte Strahlformungsoptik beinhalten kann. Somit lässt sich ein Höchstmaß an
Kompaktheit realisieren und es ist keine separate
Strahlformungsoptik notwendig, die ansonsten noch angebracht werden müsste. Außerdem ist eine selektive Ausleuchtung eines Zielbereichs hinsichtlich Ort und Farbe ermöglicht. Damit kann eine kostengünstige adaptiv abstrahlende Lichtquelle realisiert werden.
Mit dem hier beschriebenen Halbleiterbauteil lässt sich ebenso eine bewegliche Objektbeleuchtung realisieren. Hierzu wird das hier beschriebene Halbleiterbauteil in einer
Beleuchtungseinheit mit einem Bewegungssensor mit
Ortsaufösung kombiniert. Damit kann ein von dem
Halbleiterbauteil erzeugter Lichtkegel das zu beleuchtende Objekt gesteuert verfolgen und gezielt anleuchten.
Aufgrund der geringen Toleranzsensitivität bei der
Platzierung der Optik sind geringe Schwankungen in einer Abstrahlcharakteristik über eine Bauteilreihe hinweg
realisierbar. Weiterhin ist das Halbleiterbauteil als SMD- Bauteil der Oberflächenmontage zugänglich, etwa über ein Reflow-Löten, so dass eine Standardkontaktierung und
Standardkontaktierungsverfahren verwendbar sind.
Ein Leuchtstoff kann in dem Bauteil integriert werden, sodass der Leuchtstoff etwa vor mechanischem Abrieb und anderen Umwelteinflüssen etwa beim Verbauen geschützt ist. Zudem bietet der integrierte Leuchtstoff Designvorteile in der Endanwendung, da der Leuchtstoff weniger sichtbar ist.
Schließlich kann ein Großteil des Herstellungsprozesses wirtschaftlich im Waferverbund als Waferlevelprozess
erfolgen. Insbesondere der Gitterrahmen und der Leuchtstoff sowie die Optik können im Waferverbund aufgebracht werden, etwa mittels Löten, Galvanisierung und/oder Kleben. Speziell kann mit dem hier beschriebenen Halbleiterbauteil das Anwendungsgebiet zwischen einfachen LED-Chips und
Mikropixel-Arrays auf LED-Basis effizient und kostengünstig erschlossen werden, also insbesondere Anwendungen, die eine räumliche, farbliche und/oder zeitliche Variabilität
erfordern, jedoch nur eine vergleichsweise geringe Anzahl einzeln ansteuerbarer Bildpunkte oder Beleuchtungsmuster erfordert .
Nachfolgend werden ein hier beschriebenes optoelektronisches Halbleiterbauteil sowie ein hier beschriebenes mobiles
Bildaufnahmegerät und ein hier beschriebenes Verfahren unter Bezugnahme auf die Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen geben dabei gleiche Elemente in den einzelnen Figuren an. Es sind dabei jedoch keine maßstäblichen Bezüge dargestellt, vielmehr können einzelne Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
Es zeigen:
Figuren 1 bis 8 schematische Darstellungen von
Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteilen, Figur 9 eine schematische Schnittdarstellung eines
Ausführungsbeispiels eines hier beschriebenen mobilen Bildaufnahmegeräts mit einem hier
beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteil, und
Figur 10 schematische Schnittdarstellungen von
Verfahrensschritten eines Ausführungsbeispiels eines Herstellungsverfahrens für ein hier beschriebenes optoelektronisches Halbleiterbauteil .
In Figur 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines
optoelektronischen Halbleiterbauteils 1 illustriert, siehe die perspektivischen Explosionszeichnungen in den Figur 1A, IC, 1D und 1F sowie die Detaildarstellung in Figur IE und außerdem die Draufsicht in Figur IB.
Das Halbleiterbauteil 1 weist eine Halbleiterschichtenfolge 2 auf. Eine aktive Zone 23 zur Erzeugung von Licht, etwa von blauem Licht, befindet sich zwischen einem ersten
Schichtbereich 21, der zum Beispiel p-leitend ist, und einem zweiten Schichtbereich 22, der zum Beispiel n-leitend ist. Die Halbleiterschichtenfolge 2 basiert bevorzugt auf dem Materialsystem AlInGaN.
An einer einer Lichtaustrittsfläche abgewandten Seite der Halbleiterschichtenfolge 2 befinden sich eine erste
elektrische Kontaktstruktur 31 und eine zweite elektrische Kontaktstruktur 32. Die erste elektrische Kontaktstruktur 31 ist zur elektrischen Kontaktierung des ersten Schichtbereichs 21 vorgesehen und die zweite Kontaktstruktur 32 zur
elektrischen Kontaktierung des zweiten Schichtbereichs 22. Die erste Kontaktstruktur 31 weist drei Flächenkontakte 41 auf, die entlang einer y-Richtung aufeinander folgen und sich entlang einer Wachstumsrichtung G der
Halbleiterschichtenfolge 2 in einer gemeinsamen Ebene
befinden. Die als Spiegel wirkenden, metallischen
Flächenkontakte 41 stehen in direktem Kontakt zur
Halbleiterschichtenfolge 2 und sind entlang der y-Richtung voneinander beabstandet. Die Flächenkontakte 41 sind
unabhängig voneinander elektrisch ansteuerbar. Jeder der
Flächenkontakte 41 ist mit einer elektrischen Anschlussfläche 33 verbunden, die in die gleiche Richtung weist wie die
Lichtaustrittsfläche. Die Anschlussflächen 33 sind zur
Kontaktierung mit Bonddrähten 69 vorgesehen.
An einer der Halbleiterschichtenfolge 2 abgewandten Seite 8 der Kontaktstrukturen 31, 32 befindet sich ein Trägersubstrat 6. Über das Trägersubstrat 6 ist das Halbleiterbauteil 1 an einer externen, nicht gezeichneten Montageplattform wie einer Leiterplatte befestigbar, etwa mittels Löten oder Kleben. Das Trägersubstrat 6 kann lichtundurchlässig sein und aus
mehreren Teilschichten zusammengesetzt sein, zum Beispiel aus einer elektrisch isolierenden Trägerschicht 61, insbesondere direkt an den Kontaktstrukturen 31, 32, und aus einer
weiteren Trägerschicht 62. Die weitere Trägerschicht 62 kann als Metallisierung gestaltet sein und als Befestigungsschicht für das Halbleiterbauteil 1 dienen.
Die zweite Kontaktstruktur 32 umfasst drei Kontaktstege 34. Die Kontaktstege 34 erstrecken sich entlang der y-Richtung durchgehend über die Halbleiterschichtenfolge 2 hinweg. Die Kontaktstege 34 sind über die Anschlussflächen 33 der zweiten Kontaktstruktur 32 elektrisch unabhängig voneinander ansteuerbar, wobei pro Kontaktsteg 34 bevorzugt genau eine Anschlussfläche 33 vorgesehen ist. Ausgehend von den
Kontaktstegen 34 erstrecken sich Kontaktzapfen 42 durch die Flächenkontakte 41, durch den ersten Schichtbereich 21 und durch die aktive Zone 23 hindurch bis in den zweiten
Schichtbereich 22 und enden in diesem. Dabei sind pro
Flächenkontakt 41 mehrere, bevorzugt drei, Kontaktzapfen 42 vorhanden . Durch die drei Flächenkontakte 41 mit je drei Kontaktzapfen 42 ergeben sich insgesamt neun Leuchtbereiche 5, in Figur 1B schematisch durch eine Strichlinie angedeutet. Zwischen benachbarten Flächenkontakten 41 sind die Leuchtbereiche 5 scharf gegeneinander abgegrenzt, da der erste Schichtbereich 21 eine nur vernachlässigbare elektrische Querleitfähigkeit aufzeigt, so dass in Draufsicht gesehen neben den
Flächenkontakten 41 kein signifikanter Stromfluss erzeugt.
Da der zweite Schichtbereich 22 eine gute laterale
Stromleitfähigkeit aufweist und da die
Halbleiterschichtenfolge 2 gemäß Figur 1 durchgehend und zusammenhängend gestaltet ist, gehen die Leuchtbereiche 5 entlang der x-Richtung, entlang der sich die Flächenkontakte 41 durchgehend erstrecken, fließend ineinander über. Dies ist in Figur 1B durch eine Schraffur zwischen den ineinander übergehenden Leuchtbereichen 5 veranschaulicht.
Mit anderen Worten sind die Flächenkontakte 41 als
Spaltenkontakte entlang der x-Richtung und die Kontaktstege 34 als Zeilenkontakte entlang der y-Richtung ausgeführt. Über eine entsprechende Kontaktierung und Gestaltung der
Anschlussflächen 33 lassen sich die einzelnen Leuchtbereiche 5 individuell oder in Gruppen ansteuern. Dabei ist es möglich, wie auch in allen anderen Ausführungsbeispielen, dass eine lediglich vereinfachte elektrische Verschaltung erfolgt, so dass nur bestimmte Segmentbilder und damit bestimmte Kombinationen von im Betrieb leuchtenden
Leuchtbereichen möglich sind. Durch die vergleichsweise geringe Anzahl an Anschlussflächen, beispielsweise sechs Anschlussflächen 33, ist eine einfache anwendungsorientierte Verschaltung möglich. Zur Vereinfachung der Darstellung sind in Figur 1 elektrische Isolationsschichten zwischen den Kontaktstrukturen 31, 32 nicht dargestellt. Über solche elektrischen Isolierungen sind Kurzschlüsse verhindert. In Figur 1 ist lediglich die
elektrisch isolierende Trägerschicht 61 illustriert, an der sich die Anschlussflächen 33 befinden können. Die
Anschlussflächen 33 für die erste und die zweite
Kontaktstruktur 31, 32 befinden sich je entlang einer geraden Linie am Rand der Halbleiterschichtenfolge 2, in Draufsicht gesehen .
An einer den Kontaktstrukturen 31, 32 abgewandten Seite der Halbleiterschichtenfolge 2 befindet sich bevorzugt eine elektrische Isolationsschicht 66, die als
Passivierungsschicht dient. Bevorzugt ist die
Isolationsschicht 66 dünn gestaltet, zum Beispiel mit einer Dicke von höchstens 1 ym oder 0,5 ym, insbesondere ist die Isolationsschicht 66 dünner als die Halbleiterschichtenfolge 2. Abweichend von der Darstellung der Figur 1 ist es möglich, dass an der Lichtaustrittsfläche, die direkt von der
Isolationsschicht 66 bedeckt ist, eine Aufrauung zur
Verbesserung einer Lichtauskoppeleffizienz erzeugt ist. Gemäß Figur 1 wird ein Trägersubstrat 6 verwendet, das die insbesondere durchgehenden Trägerschichten 61, 62 umfasst, sodass ein elektrische Kontaktierung nach oben hin erfolgen kann. Wie auch in allen anderen Ausführungsbeispielen ist es alternativ hierzu genauso möglich, dass die beschriebene Technik auch für sogenannte Mold Supported Chips geeignet ist, bei denen ein Galvanikträger mit einem Moldmaterial aufgefüllt wird. Bei solchen Bauformen sind ausgehend von den hier beschriebenen Flächenkontakten 41 und Kontaktzapfen 42 jeweils metallische, galvanisch erzeugte Durchkontakte vorhanden, die von einem Formkörper, etwa aus einem
Kunststoff, umgeben sind. Eine solche Bauform ist
beispielsweise in der Druckschrift WO 2017/060355 AI
beschrieben. Der Offenbarungsgehalt dieser Druckschrift wird durch Rückbezug mit aufgenommen, insbesondere hinsichtlich des darin beschriebenen Trägers mit den Durchkontakten und dem Formkörper, siehe speziell Figur 1B und Seite 3, zweiter Absatz, Seite 7, zweiter und dritter Absatz sowie Seite 22, erster und zweiter Absatz.
Beim Ausführungsbeispiel der Figur 2, siehe die Draufsicht in Figur 2A, die perspektivische Detailansicht in Figur 2B und die Unteransicht in Figur 2C, ist die erste Kontaktstruktur 31 gestaltet, wie in Verbindung mit Figur 1 erläutert.
Die Anschlussflächen 33 für die zweite Kontaktstruktur 32 befinden sich an einer Unterseite des Halbleiterbauteils 1 und sind über elektrische Durchkontaktierungen mit den
Kontaktstegen 34 elektrisch verbunden. Zwischen den
Anschlussflächen 33 und den Kontaktstegen 34 besteht
bevorzugt eine eineindeutige Zuordnung. Beim Ausführungsbeispiel der Figur 3, siehe die Draufsicht in Figur 3A und die perspektivische Detailansicht in Figur 3B, ist das Trägersubstrat 6 abweichend von Figur 1 elektrisch leitend. Somit sind die in diesem Fall lediglich optional vorhandenen Kontaktstege 34 und die Kontaktzapfen 42 über das Trägersubstrat 6 elektrisch kurzgeschlossen. Das
Trägersubstrat 6 ist in diesem Fall zum Beispiel aus einem Metall wie Molybdän oder aus einem Halbleitermaterial wie Silizium.
In einer weiteren Variante wird auch ein elektrisch leitendes Trägersubstrat 6 verwendet, etwa aus Silizium, siehe die Schnittdarstellung in Figur 3C. Jedoch sind in dem
Trägersubstrat 6 mehrere Isoliergräben 68 geformt, durch die das Trägersubstrat 6 in mehrere elektrisch voneinander getrennte Bereiche unterteilt ist. Beispielsweise ist jeder dieser Bereiche einer der Anschlussflächen 33 für die erste und/oder die zweite Kontaktstruktur 31, 32 zugeordnet. Im Ausführungsbeispiel der perspektivischen
Explosionszeichnung der Figur 4 befinden sich alle
Anschlussflächen 33 an einer der Halbleiterschichtenfolge 2 abgewandten Seite der Kontaktstrukturen 31, 32. Die
beispielsweise insgesamt sechs Anschlussflächen 33 sind über die Durchkontaktierungen 44 durch das Trägersubstrat 6 hindurch mit den Kontaktstegen 34 sowie den Flächenkontakten 41 elektrisch verbunden. Damit ist es möglich, dass alle Anschlussflächen 33 in Draufsicht gesehen unterhalb der
Halbleiterschichtenfolge 2 liegen.
Ausgehend von der Halbleiterschichtenfolge 2 sind optional mehrere Optikelemente 75 jeweils in Form einer Sammellinse ausgebildet. Die Optikelemente 75 sind bevorzugt eineindeutig den Leuchtbereichen 5 zugeordnet. Eine zusammenhängende
Schicht, aus der die Optikelemente 75 hervorgehen, befindet sich zum Beispiel direkt an der Halbleiterschichtenfolge 2. Gemäß der Schnittdarstellung des weiteren
Ausführungsbeispiels in Figur 5 befinden sich zwischen den Optikelementen 75 und der Halbleiterschichtenfolge 2 ein Gitterrahmen 7, siehe auch die perspektivische Darstellung in Figur 6. Der Gitterrahmen 7 ist beispielsweise durch ein Galvanisieren auf einer Saatschicht und/oder mit einem
Maskenverfahren und/oder durch ein Druckverfahren erzeugt.
Durch den Gitterrahmen 7 sind Maschen 71 definiert. Die
Maschen 71 sind den Leuchtbereichen 5 bevorzugt eineindeutig zugeordnet. Insbesondere ist der Gitterrahmen 7 direkt an der Halbleiterschichtenfolge 2 oder an der in den Figuren 5 und 6 nicht gezeichneten Isolationsschicht 66 aufgebracht. Eine Dicke des Gitterrahmens 7 in Richtung weg von der
Halbleiterschichtenfolge 2 liegt zum Beispiel bei mindestens 100 ym und/oder bei höchstens 300 ym. Eine Stegbreite von Stegen des Gitterrahmens 7 liegt etwa bei mindestens 5 ym oder 10 ym und/oder bei höchstens 50 % einer Periode der Maschen 71 in x-Richtung und/oder in y-Richtung. Die
quadratischen oder rechteckigen Maschen 71 besitzen ein
Seitenverhältnis, das dem des auszuleuchtenden Zielbereichs entspricht, bevorzugt ein Seitenverhältnis von 4:3 oder 16:9 oder dem Seitenverhältnis des auszuleuchtenden Segments. Bei 3 x 3 Leuchtbereichen 5 in der Halbleiterschichtenfolge 2 entspricht somit der Gitterrahmen 7 einer Segmentierung ebenfalls von 3 x 3.
Abweichend von der Darstellung in Figur 6 und wie auch in allen anderen Ausführungsbeispielen möglich, können die einzelnen Maschen 71, auch als Segmente bezeichnet,
unterschiedliche Größen besitzen, um etwa eine höhere
Homogenität eines Leuchtbilds zu erreichen. Die Maschen 71 sowie die Leuchtbereiche 5 weisen bevorzugt die gleichen Seitenverhältnisse auf wie das zu erzeugende Leuchtmuster im Fernfeld .
Der etwa metallische Gitterrahmen 7 zeigt bevorzugt eine hohe Reflektivität für das erzeugte Licht auf, beispielsweise eine Reflektivität von mindestens 85 % oder 90 %, gemittelt über die erzeugten Wellenlängen. Oberflächen des Gitterrahmens 7 können spekular reflektierend oder diffus reflektierend gestaltet sein. In Figur 5 ist illustriert, dass die Maschen 71 optional mit einem Optikmedium 72 ausgefüllt sind. Das Optikmedium 72 umfasst zum Beispiel einen Leuchtstoff etwa zur Erzeugung von weißem Licht. Die Maschen 71 können auch mit verschiedenen Optikmedien 72 gefüllt sein. Das Optikmedium 72 kann
anorganische Leuchtstoffe wie YAG:Ce und/oder Quantenpunkte enthalten. Das Optikmedium 72 wird beispielsweise über eine Rakeltechnik eingebracht. Durch den Gitterrahmen 7 ist ein optisches Übersprechen zwischen benachbarten Optikmedien 72 und/oder zwischen benachbarten Leuchtbereichen reduziert.
Durch die Optikelemente 75 lässt sich das Optikmedium 72 versiegeln und vor Umwelteinflüssen schützen. Dabei wird, wie auch in allen anderen Ausführungsbeispielen, ein Abstand der Optikelemente zur Halbleiterschichtenfolge 2 bevorzugt durch den Gitterrahmen 7 definiert.
In den Schnittdarstellungen der Figuren 7 und 8 ist
illustriert, dass die Optikelemente 75 ausmittig aufgebracht sind. Hierdurch werden die Hauptabstrahlrichtungen der emittierten Lichts L, symbolisiert durch Pfeile, gegenüber der Wachstumsrichtung G verkippt. Die ist gemäß Figur 7 durch ausmittig aufgebrachte Sammellinsen und gemäß Figur 8 durch Prismen realisiert. Die Oberflächen der Optikelemente 75 können, wie auch in allen anderen Ausführungsbeispielen, sphärisch, asphärisch, toroidisch oder quadrantensymmetrisch- polynomisch ausgebildet sein. Die Optikelemente 75 können größer als die Maschen 71 sein.
Ebenso können zwischen den Optikelementen 75 planare Bereiche vorhanden sein, sodass nur ein Teil des abgestrahlten Lichtes das zugehörige Optikelement 75 durchläuft und somit eine diffuse Hintergrundstrahlung einer durch die Optikelemente 75 geformten, zum Beispiel kollimierten, Strahlung überlagert wird. Eine mit den Optikelementen 75 bedeckte Fläche beträgt bevorzugt mindestens 30 % oder 50 % und/oder höchstens 90 % oder 80 % der Gesamtfläche. Gemäß der Figuren 1 bis 6 erstreckt sich die
Halbleiterschichtenfolge 2 jeweils durchgehend über alle Leuchtbereiche hinweg. Dies ist aber nicht zwingend
erforderlich. So kann die Halbleiterschichtenfolge 2 zwischen benachbarten Leuchtbereichen vollständig entfernt sein, wobei optional eine optische Isolationsschicht 67, etwa aus einem absorbierenden oder reflektierenden Material, eingebracht wird. Dies ist in Figur 7 veranschaulicht.
Zudem ist es möglich, dass die Halbleiterschichtenfolge 2 zwischen benachbarten Leuchtbereichen nur zum Teil entfernt wird, siehe Figur 8. Beispielsweise sind der erste
Schichtbereich 21 und die aktive Zone 23 vollständig
entfernt, sodass der zweite Schichtbereich 22 noch zum Teil erhalten ist. Alternativ ist der zweite Schichtbereich 22 vollständig oder überwiegend entfernt und optional auch die aktive Zone 23, sodass zumindest der erste Schichtbereich 21 noch zum Teil vorhanden ist.
Eine solche teilweise oder vollständige Unterbrechung der Halbleiterschichtenfolge 2 zwischen benachbarten
Leuchtbereichen, die auch in allen anderen
Ausführungsbeispielen möglich ist, kann entlang der
Flächenkontakte 41 und/oder entlang der Kontaktstege 34, also entlang der x-Richtung und/oder entlang der y-Richtung, erfolgen .
In Figur 9 ist ein Ausführungsbeispiel eines mobilen
Bildaufnahmegeräts 10 gezeigt. Bei dem Bildaufnahmegerät 10 handelt es sich beispielsweise um ein Mobiltelefon. Neben dem hier beschriebenen Halbleiterbauteil 1 weist das
Bildaufnahmegerät 10 bevorzugt zusätzlich zumindest einen Sensor 11 auf, beispielsweise ein CCD-Feld. Ferner ist optional ein Display 12 vorhanden.
Ferner ist in Figur 10 schematisch ein Herstellungsverfahren gezeigt. Gemäß Figur 10A wird die Halbleiterschichtenfolge 2 auf einem Aufwachssubstrat 9 aufgewachsen. Anschließend erfolgt, siehe Figur 10B, das Erzeugen der Kontaktstrukturen 31, 32. Daraufhin wird das Trägersubstrat 6 angebracht und nachfolgend wird das Aufwachssubstrat 9 entfernt, vergleiche Figur IOC. Abschließend erfolgt ein Vereinzeln zu den
Halbleiterbauteilen 1, siehe Figur 10D.
Abweichend von der Darstellung in Figur 10 ist es möglich, dass die Kontaktstrukturen 31, 32 nur zum Teil vor dem
Anbringen des Trägersubstrats 6 erzeugt werden, etwa lediglich die Kontaktzapfen 42, die Flächenkontakte 41 und die Kontaktstege 34. Insbesondere die Anschlussflächen 33 werden bevorzugt erst nach dem Anbringen des Trägersubstrats 6 und nach dem Ablösen des Aufwachssubstrats 9 hergestellt.
In den Ausführungsbeispielen ist die Segmentierung der
Spiegelebenen der Schichtbereiche 21, 22 je um 90° zueinander gedreht. Die untere Spiegelebene für den zweiten
Schichtbereich 22 kann dadurch effektiv das Licht, welches durch die SegmentZwischenräume der Flächenkontakte 41 zum
Trägersubstrat 6 hin nach unten durchtritt, wieder nach oben zur Halbleiterschichtenfolge 2 reflektiert werden. Jedoch können auch jeweils andere Winkel gewählt werden. Ein Abstand zwischen den Flächenkontakten 41 und/oder den Leuchtbereichen 5 beträgt in den Ausführungsbeispielen beispielsweise
mindestens 1 ym und/oder höchstens 10 ym. Die
Spiegelsegmente, insbesondere die Flächenkontakte 41, können jeweils als Freiformflächen ausgestaltet sein, sodass ein Beleuchtungsmuster erzeugt werden kann.
Die in den Figuren gezeigten Komponenten folgen, sofern nicht anders kenntlich gemacht, bevorzugt in der angegebenen
Reihenfolge jeweils unmittelbar aufeinander. Sich in den Figuren nicht berührende Schichten sind voneinander
beabstandet. Soweit Linien parallel zueinander gezeichnet sind, sind die entsprechenden Flächen ebenso parallel zueinander ausgerichtet. Ebenfalls soweit nicht anders kenntlich gemacht, sind die relativen Dickenverhältnisse, Längenverhältnisse und Positionen der gezeichneten
Komponenten zueinander in den Figuren korrekt wiedergegeben.
Die hier beschriebene 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 .
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2017 102 247.3, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Bezugs zeichenliste
1 optoelektronisches Halbleiterbauteil
2 Halbleiterschichtenfolge
21 erster Schichtbereich (p-leitendend)
22 zweiter Schichtbereich (n-leitendend)
23 aktive Zone
31 erste elektrische Kontaktstruktur für die p-Seite
32 zweite elektrische Kontaktstruktur für die n-Seite
33 elektrische Anschlussfläche
34 Kontaktsteg der zweiten elektrischen Kontaktstruktur
41 Flächenkontakt
42 Kontaktzapfen
44 Durchkontaktierung
5 Leuchtbereich
6 Trägersubstrat
61 elektrisch isolierende Trägerschicht
62 weitere Trägerschicht
63 elektrische Durchführung
66 elektrische Isolationsschicht
67 optische Isolationsschicht
68 Isoliergraben
69 Bonddraht
7 Gitterrahmen
71 Masche des Gitterrahmens
72 Optikmedium
75 Optikelement
9 Aufwachssubstrat
10 mobiles Bildaufnahmegerät
11 Sensor
12 Display
G Wachstumsrichtung der Halbleiterschichtenfolge
L Licht

Claims

Patentansprüche
1. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) mit
- einer von einem Aufwachssubstrat (9) abgelösten
Halbleiterschichtenfolge (2) mit einer aktiven Zone (23) zur Erzeugung von Licht zwischen einem ersten Schichtbereich (21) und einem zweiten Schichtbereich (22),
- einer ersten elektrischen Kontaktstruktur (31), über die der erste Schichtbereich (21) elektrisch kontaktiert ist, - einer zweiten elektrischen Kontaktstruktur (32), über die der zweite Schichtbereich (22) elektrisch kontaktiert ist, und
- einem Trägersubstrat (6), das sich an einer der
Halbleiterschichtenfolge (2) abgewandten Seite der ersten und der zweiten Kontaktstruktur (31, 32) befindet,
wobei
- die erste Kontaktstruktur (31) mindestens einen
Flächenkontakt (41) umfasst, der sich direkt an der
Halbleiterschichtenfolge (2) befindet und über den sich die Halbleiterschichtenfolge (2) durchgehend hinweg erstreckt,
- die zweite Kontaktstruktur (32) mindestens zwei
Kontaktzapfen (42) umfasst, die sich von einer Seite der Halbleiterschichtenfolge (2), an der sich die erste
Kontaktstruktur (31) befindet, durch den Flächenkontakt (41), den ersten Schichtbereich (21) und die aktive Zone (23) hindurch in den zweiten Schichtbereich (22) erstrecken,
- jedem Flächenkontakt (41) mehrere der Kontaktzapfen (42) zugeordnet sind und diese Kontaktzapfen (42) elektrisch unabhängig voneinander ansteuerbar sind, sodass jeder
Flächenkontakt (41) mehrere Leuchtbereiche (5) aufweist,
- die Flächenkontakte (41) in Form von Spaltenkontakten und die Kontaktzapfen (42) in Form von Zeilenkontakten gestaltet sind, und - durch die elektrisch unabhängig ansteuerbaren Kontaktzapfen (42) über den zugehörigen Flächenkontakt (41) hinweg im
Betrieb in Draufsicht gesehen die Leuchtbereiche (5) fließend ineinander übergehen.
2. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach dem vorhergehenden Anspruch,
bei dem die Flächenkontakte (41) nebeneinander angeordnet sind,
wobei zumindest manche der Flächenkontakte (41) elektrisch unabhängig voneinander ansteuerbar sind.
3. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem das Trägersubstrat (6) einen Formkörper aus
Kunststoff umfasst, der von elektrischen Durchkontakten durchdrungen ist.
4. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem die Flächenkontakte (41) in Form von Spaltenkontakten und die Kontaktzapfen (42) in Form von Zeilenkontakten gestaltet sind,
wobei die zweite Kontaktstruktur (32) mehrere Kontaktstege (34) zur lateralen Stromverteilung umfasst.
5. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
ferner umfassend elektrische Anschlussflächen (33) zur externen elektrischen Kontaktierung des Halbleiterbauteils (1) ,
wobei die Anschlussflächen (33) zu einer Oberflächenmontage und/oder als Bonddraht-Kontaktflächen gestaltet sind und sich an einer der Halbleiterschichtenfolge (2) abgewandten und/oder zugewandten Seite des Trägersubstrats (6) befinden.
6. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach dem vorhergehenden Anspruch,
bei dem das Trägersubstrat (6) mehrere elektrische
Durchführungen (63) umfasst, die von den Anschlussflächen (33) an einer der Halbleiterschichtenfolge (2) abgewandten Seite des Trägersubstrats (6) zu dem mindestens einen
Flächenkontakt (41) und/oder zu den Kontaktzapfen (42) oder den Kontaktstegen (33) reichen.
7. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem die Kontaktstege (34) zusammen mit dem mindestens einen Flächenkontakt (41) einen Spiegel für das im Betrieb erzeugte Licht bilden und dieser Spiegel in Draufsicht gesehen einen Anteil von mindestens 95 % einer Grundfläche der Halbleiterschichtenfolge (2) bedeckt und zwischen dem Trägersubstrat (6) und der Halbleiterschichtenfolge (2) liegt .
8. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem der erste Schichtbereich (21) p-leitend und der zweite Schichtbereich (22) n-leitend ist und die
Halbleiterschichtenfolge (2) auf dem Materialsystem AlInGaN basiert, sodass eine laterale Leitfähigkeit des ersten
Schichtbereichs (21) vernachlässigbar ist,
wobei über den zweiten Schichtbereich (22) eine laterale Stromverteilung erfolgt.
9. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem sich die Halbleiterschichtenfolge (2) durchgehend über alle Flächenkontakte (41) und Leuchtbereiche (5) mit einer gleichbleibenden Dicke hinweg erstreckt.
10. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
bei dem die Halbleiterschichtenfolge (2) in Draufsicht gesehen in gleicher Weise strukturiert ist wie die
Flächenkontakte (41), die Kontaktzapfen (42) und/oder die Kontaktstege (34),
sodass die Halbleiterschichtenfolge (2) in Draufsicht gesehen zwischen benachbarten Flächenkontakten (41), Kontaktzapfen (42) und/oder Kontaktstegen (34) teilweise oder vollständig entfernt ist.
11. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
das ferner einen strahlungsundurchlässigen Gitterrahmen (7) an einer den Kontaktstrukturen (31, 32) abgewandten Seite der Halbleiterschichtenfolge (2) umfasst.
12. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach dem vorhergehenden Anspruch,
bei dem die Maschen (71) mindestens teilweise von einem
Optikmedium (72), das einen Leuchtstoff, einen Filterstoff und/oder ein Streumittel beinhaltet, ausgefüllt sind, wobei ferner ein Außenreflektor (73) vorhanden ist, der sich in Draufsicht gesehen ringsum um die Halbleiterschichtenfolge (2) erstreckt, sodass das Halbleiterbauteil (1) nur an einer den Kontaktstrukturen (31, 32) abgewandten Seite der
Halbleiterschichtenfolge (2) das im Betrieb erzeugte Licht abstrahlt .
13. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
das ferner mehrere Optikelemente (75) umfasst,
wobei zumindest manche der Optikelemente (75) so auf den zugeordneten Leuchtbereichen (5) angebracht sind, sodass optische Achsen der Optikelemente (75) schräg zur
Halbleiterschichtenfolge (2) orientiert sind.
14. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
das zwischen einschließlich 3 und 25 der Flächenkontakte (41) und zwischen einschließlich 6 und 150 der Kontaktzapfen (42) umfasst und pro Flächenkontakt (41) zwischen einschließlich 2 und 8 der Kontaktzapfen (42) vorhanden sind,
wobei laterale Abmessungen der Flächenkontakte (41) zwischen einschließlich 25 ym x 100 ym und 500 ym x 1,5 mm betragen.
15. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
das für ein Blitzlicht in einem mobilen Bildaufnahmegerät (10) vorgesehen ist.
16. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen
Halbleiterbauteils (1) nach einem der vorherigen Ansprüche mit den folgenden Schritten:
A) Wachsen der Halbleiterschichtenfolge (2) auf einem
Aufwachssubstrat (66),
B) Erzeugen der ersten und der zweiten elektrischen
Kontaktstruktur (31, 32) an einer dem Aufwachssubstrat (66) abgewandten Seite der Halbleiterschichtenfolge (2),
C) Anbringen des Trägersubstrats (6) an einer der
Halbleiterschichtenfolge (2) abgewandten Seite der ersten und der zweiten elektrischen Kontaktstruktur (31, 32),
D) Ablösen der Halbleiterschichtenfolge (2) von dem Aufwachssubstrat (66), und
E) Vereinzeln zu den Halbleiterbauteilen (1).
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