光电子半导体芯片和用于制造光电子半导体芯片的方法
专利摘要:一种光电子半导体芯片(100),所述光电子半导体芯片包括:半导体层序列(1),所述半导体层序列具有用于发射电磁辐射的有源层(10)。此外,半导体芯片(1)包括在半导体层序列(1)的背侧(12)上的两个接触元件(21,22)以及在半导体层序列(1)的与背侧(12)相对置的前侧(11)上的辐射可穿透的冷却元件(3)。在冷却元件(3)和半导体层序列(1)之间设置有含硅氧烷的转换层(4)。接触元件(21,22)用于电接触半导体芯片(100)并且在半导体芯片(100)的未安装的状态下露出。冷却元件(3)与半导体层序列(1)的生长衬底不同并且具有至少0.7W/(m·K)的热导率。
专利说明:
光电子半导体芯片和用于制造光电子半导体芯片的方法
[0001] 技术领域
[0002] 提出一种光电子半导体芯片。此外提出一种用于制造光电子半导体芯片的方法。
[0003] 发明内容
[0004] 要实现的目的在于,提出一种具有有效的散热的光电子半导体芯片。另一要实现的目的在于,提出一种用于制造这种半导体芯片的方法。
[0005] 所述目的通过独立权利要求的方法的主题来实现。有利的设计方案和改进方案是从属权利要求的主题。
[0006] 根据至少一个实施方式,光电子半导体芯片包括具有用于产生电磁辐射的有源层的半导体层序列。半导体层序列例如基于III-V族化合物半导体材料。半导体材料例如是氮化物化合物半导体材料,如AlnIn1-n-mGamN,或者是磷化物化合物半导体材料,如AlnIn1-n- mGamP,或者是砷化物化合物半导体材料,如AlnIn1-n-mGamAs或者AlnIn1-n-mGamAsP,其中分别有0≤n≤1,0≤m≤1并且m+n≤1。在此,半导体层序列可以具有掺杂材料以及附加的组成部分。为了简单,然而仅给出半导体层序列的晶格的主要组成部分,即Al、As、Ga、In、N或P,即使这些主要组成部分可以部分地由少量其他材料替代和/或补充也如此。优选地,半导体层序列基于AlInGaN。
[0007] 半导体层序列的有源层尤其包含至少一个pn结和/或至少一个量子阱结构并且例如可以在常规运行中产生在蓝色或绿色或红色的光谱范围内或在UV范围内的电磁辐射。优选地,半导体芯片包括一个,尤其刚好一个连通的有源层。
[0008] 根据至少一个实施方式,半导体芯片包括在半导体层序列的背侧上的两个或更多个接触元件。接触元件尤其金属地构成。例如,接触元件包括银、铜、镍、金、钛、钯或由这些材料之一或这些材料的混合物构成。
[0009] 根据至少一个实施方式,半导体芯片包括在半导体层序列的与背侧相对置的前侧上的辐射可穿透的冷却元件。冷却元件例如在半导体层序列的俯视图中完全地遮盖,即覆盖半导体层序列的整个前侧。优选地,冷却元件仅覆盖半导体层序列的前侧。
[0010] 冷却元件对于由有源层产生的电磁辐射可以是透明的,即图像可透过的或视线可透过的,或者是半透明的。换言之,冷却元件可以是透视的或乳白色浑浊的。
[0011] 特别优选地,冷却元件对于如下电磁辐射是透明的或半透明的,所述电磁辐射从有源层的方向射到冷却元件上。所述辐射可以是直接由有源层产生的初级辐射和/或通过转换由初级辐射产生的次级辐射。冷却元件的透明度对于来自有源层的方向的辐射而言例如为至少80%或至少90%或至少95%或至少99%。
[0012] 冷却元件可以具有含有两个基本上平行的主侧的薄板的形式,其中主侧于是基本上平行于半导体层序列的前侧伸展。冷却元件然而也可以在背离半导体层序列的侧上具有弯曲的主侧。在此情况下,冷却元件例如构成为透镜。冷却元件还可以一件式地构成或者由多个不同的单层构造。优选地,冷却元件的材料组成然而在冷却元件的整个体积之上是均匀的。
[0013] 前侧和/或背侧例如直接邻接于半导体层序列。尤其前侧和/或背侧由半导体层序列的半导体材料形成。前侧和背侧基本上彼此平行地且与有源层平行地伸展。
[0014] 根据至少一个实施方式,半导体芯片包括在冷却元件和半导体层序列之间的含硅氧烷的转换层。优选地,转换层的一种或多种硅氧烷是一种或多种聚硅氧烷,如硅树脂。
[0015] 转换层优选基于硅氧烷。在转换层中的硅氧烷份额例如为至少60体积%或至少70体积%或至少80体积%或至少90体积%。例如,转换层包括硅氧烷基质或由其构成,所述硅氧烷基质具有在其中嵌入的转换颗粒。在转换层中的转换颗粒的浓度例如为至少10体积%或至少20体积%。替选地或附加地,在转换层中的转换颗粒的浓度例如为最高40体积%或最高30体积%。例如,转换层一件式地构成。例如,转换层的材料组成在其整个体积之上是均匀的。尤其地,转换层仅由唯一的层形成并且不通过上下叠置的单层形成。替选地,转换层也可以由多个彼此邻接的单层构造,其中那么例如每个单层都包括硅氧烷或基于此。
[0016] 转换层例如具有垂直于半导体层序列的前侧测量的至少30μm或至少40μm或至少50μm的厚度。替选地或附加地,转换层的厚度例如为最高80μm或最高70μm或最高60μm。
[0017] 转换层优选仅设置在半导体层序列的前侧上。尤其,转换层完全地遮盖半导体层序列的前侧。转换层在此可以与半导体层序列的前侧或半导体材料直接接触。
[0018] 转换层在半导体芯片的常规运行中将由有源层产生的初级辐射完全地或部分地转换为具有更大波长的次级辐射。例如,转换层将由有源层产生的蓝色的初级辐射完全地或部分地转换为黄色的或绿色的或红色的次级辐射。因此,从转换层中射出的辐射可以是由初级和次级辐射构成的混合或者仅由次级辐射形成。优选地,从转换层中射出的和由半导体芯片发射的辐射是可见光,如白光。
[0019] 根据至少一个实施方式,接触元件设置用于电接触半导体芯片或半导体层序列,并且在半导体芯片的未安装状态下,例如在半导体芯片的下侧上露出。因此,半导体芯片尤其可以是可表面安装的半导体芯片。半导体芯片例如可以在连接载体上安装。在半导体芯片的前侧上优选未安置接触元件。
[0020] 根据至少一个实施方式,冷却元件与半导体层序列的生长衬底不同。尤其半导体芯片是生长衬底,半导体层序列在所述生长衬底上例如外延地生长、去除或移除。半导体芯片优选不具有生长衬底。
[0021] 根据至少一个实施方式,冷却元件具有至少0.7W/(m·K)或至少0.8W/(m·K)或至少0.9W/(m·K)或至少1.0W/(m·K)的热导率。热导率在此尤其理解为在整个冷却元件上取平均值的热导率。
[0022] 根据至少一个实施方式,在转换层和冷却元件之间的间距为最高10μm或最高8μm或最高5μm或最高3μm。将间距在此优选理解为沿着半导体芯片的整个横向扩展的最大或平均间距。间距尤其沿垂直于前侧的方向测量。
[0023] 此外,在此将光电子半导体芯片理解为器件,如通过分割从晶片复合件中产生的器件。这可以意味着,半导体芯片的横向尺寸基本上对应于半导体层序列的有源层的横向尺寸。例如半导体芯片的横向尺寸大于有源层的横向尺寸最高10%或最高5%或最高1%。关于其确定横向尺寸的横向方向在此是平行于有源层的主延伸方向的方向。光电子半导体芯片优选自承地构成。换言之,其是所谓的芯片尺寸封装,简称CSP(Chip-size-Package),使得半导体芯片的至少横向尺寸基本上通过半导体层序列来确定。囊封件以及接触元件由此不明显地贡献于横向尺寸。
[0024] 在至少一个实施方式中,光电子半导体芯片包括具有用于发射电磁辐射的有源层的半导体层序列。此外,半导体芯片包括在半导体层序列的背侧上的两个接触元件以及在半导体层序列的与背侧相对置的前侧上的辐射可穿透的冷却元件。在冷却元件和半导体层序列之间设置有含硅氧烷的转换层。接触元件用于电接触半导体芯片并且在半导体芯片的未安装状态中露出。冷却元件与半导体层序列的生长衬底不同并且具有至少0.7W/(m·K)的热导率。
[0025] 在此所描述的发明尤其基于如下认识,为光电子半导体芯片中的转换层通常使用基于硅氧烷的、尤其基于硅树脂的转换层,尤其因为所述转换层具有高的折射率。这些转换层然而具有如下缺点:其具有0.2至0.3W/(m·K)或更小的低的热导率,例如热导率在0.16和0.25W/(m·K)之间。因此,通过在硅氧烷中嵌入的转换颗粒在转换光时产生的热量仅可以差地从转换层中导出。由此在运行中出现转换层的、尤其在其外面处的大程度的加热,由此转换层快速地老化,这例如通过形成裂缝而可被察觉。含硅氧烷的转换层的另一缺点是,所述转换层是粘的,使得在露出的转换层处可能粘有不期望的颗粒。
[0026] 在本发明中利用如下构思:将辐射可穿透的冷却元件施加到转换层上。在此0.7W/(m·K)的低的热导率足以大幅改进整个半导体芯片的热学特性。为了改进所述效果,优选将在转换层和冷却元件之间的间距选择成小的,使得出现从转换层到冷却元件的有效的热传递。此外,辐射可穿透的冷却元件覆盖转换层的粘的表面并且防止粘有不期望的颗粒。
[0027] 根据至少一个实施方式,冷却元件包括玻璃或由玻璃构成,尤其高折射率的玻璃。尤其冷却元件可以是玻璃衬底或玻璃板。玻璃例如可以是石英玻璃、硼硅玻璃、燧石玻璃或富铅玻璃。玻璃还具有如下优点:其相对于转换层具有相对大的弹性模量。通常地,在加热半导体芯片时出现转换层的相对强的膨胀,这如在上文中已经提到的那样,随着时间会造成转换层中的裂缝。施加到转换层上的含玻璃的冷却元件以其高的弹性模量确保:转换元件几乎不能膨胀,以至于整个半导体芯片变得更老化稳定。
[0028] 然而替选也可能的是,代替玻璃例如选择蓝宝石或塑料作为用于冷却元件的材料。
[0029] 根据至少一个实施方式,在冷却元件和转换层之间的机械连接,例如粘接层选择为,使得冷却元件持久地与转换层连接。这例如涉及冷却元件和转换层之间的材料配合的连接。冷却元件与转换层尤其以不能无破坏地松开的方式连接。在常规运行中,即在一般出现的力和加速度的情况下,冷却元件优选不与转换层松开。例如连接选择为强至,使得冷却元件禁止或限制转换层的横向的热膨胀。尤其,连接选择为强至,使得连接通过在常规运行中由于加热而产生的横向力不完全松开或局部地、即在特定部位处不松开。
[0030] 根据至少一个实施方式,冷却元件是自承的。例如,冷却元件那么是在半导体芯片中的一个或唯一的承载部件。例如,在半导体芯片中不存在另外的自承元件。冷却元件例如承载半导体层序列和接触元件。
[0031] 根据至少一个实施方式,冷却元件的厚度为至少250μm或至少300μm或至少400μm。尤其,在这种厚度和半导体芯片的例如最高5mm的典型的横向膨胀的情况下,这种冷却元件可以是自承的。
[0032] 根据至少一个实施方式,在半导体层序列的背侧和接触元件的在未安装的状态下露出的侧或半导体芯片的下侧之间的间距为最高5μm或最高3μm或最高2μm。因此尤其地,在背侧上不存在半导体芯片的承载部件。
[0033] 根据至少一个实施方式,在半导体层序列的背侧上设置有载体。载体例如可以由接触元件和在其之间安置的绝缘部、例如聚合物囊封件或环氧化物囊封件形成。载体尤其自承地构成。例如,背侧上的载体是在半导体芯片中的承载半导体芯片和机械稳定的一个或唯一的部件。在此情况下,例如冷却元件不是自承的并且单独地不能保证半导体芯片的稳定性。
[0034] 根据至少一个实施方式,冷却元件的厚度为最高100μm或最高50μm或最高30μm或最高10μm。在这些情况下,冷却元件例如不是自承的。然而例如最高10μm的小的厚度也足以部分地补偿转换层的差的热导率。然而,优选地,冷却元件的厚度为至少5μm。
[0035] 根据至少一个实施方式,在背侧上的接触元件具有至少100μm或至少120μm的厚度。接触元件例如电镀地施加到半导体层序列上。在此情况下,接触元件例如形成在半导体层序列的背侧上的载体的一部分。
[0036] 根据至少一个实施方式,冷却元件形成半导体芯片的辐射出射面。例如,将至少80%或至少90%或至少95%的从半导体芯片中射出的辐射经由冷却元件耦合输出。冷却元件在此可以直接邻接于环境气体,如空气。
[0037] 根据至少一个实施方式,转换层包括具有在其中嵌入的转换颗粒的硅酮基质或由具有在其中嵌入的转换颗粒的硅树脂基质构成。硅树脂是用于使用在转换层中的优选的硅氧烷。
[0038] 根据至少一个实施方式,转换颗粒包括具有如下结构式的颗粒:A3B5O12:Ce3+,其中A=Lu,Y或Tb和B=A或Ga,和/或(Ca,Sr)AlSiN3:Eu2+,和/或Sr(Ca,Sr)Si2Al2N6:Eu2+,和/或(Ca,Ba,Sr)2Si5N8:Eu2+,和/或Sr4Al14O25:Eu2+,和/或EuxSi6-zAlzOzN8-z,和/或MxSi12-m-nAlm+ nOnN16-n:Eu2+和/或M2SiO4:Eu2+,其中M=Ba、Sr、Ca或Mg,和/或K2SiF6:Mn4+,和/或MSi2N2O2:Eu2 +,其中M=Ba、Sr或Ca。也可考虑其他类型的转换颗粒。
[0039] 根据至少一个实施方式,在转换层和冷却元件之间设置有辐射可穿透的粘结层。粘结层例如具有最高10μm或最高8μm或最高5μm或最高3μm的厚度。例如,粘结层由硅树脂形成或包括硅树脂。粘结层尤其对于初级辐射和/或次级辐射是透明的或半透明的。粘结层优选与转换层以及与冷却元件直接接触。
[0040] 粘结层尤其用于,将冷却元件可靠地固定在转换层或半导体层序列上。
[0041] 根据至少一个实施方式,粘结层具有基质,如硅树脂基质,所述基质具有在其中嵌入的、对于初级辐射和/或次级辐射透明的填充颗粒。特别优选地,填充颗粒与粘结层的基质材料相比具有更高的热导率,例如至少双倍高的热导率。由此,可以进一步改进转换层到冷却元件的热耦合。
[0042] 根据至少一个实施方式,转换层与冷却元件直接接触。换言之,在转换层和冷却元件之间没有设置另外的层,如粘结层。因此,冷却元件例如直接施加到转换层上。在转换层和冷却元件之间的直接接触在热耦合方面是特别有利的。
[0043] 根据至少一个实施方式,半导体层序列在前侧上是结构化的。尤其,半导体层序列结构化为,使得减小电磁辐射在前侧上的全反射,进而提高来自半导体层序列中的耦合输出效率。
[0044] 根据至少一个实施方式,接触元件侧向地部分地或完全地由囊封件,尤其电绝缘的囊封件包围。侧向地在此意味着,接触元件沿横向方向,即平行于有源层的主延伸方向,由囊封件包围。接触元件可以在半导体芯片的下侧上与囊封件齐平。替选地,然而也可能的是,囊封件不延伸至半导体芯片的下侧并且例如侧向地仅直至最多一半覆盖接触元件。接触元件于是从囊封件伸出。囊封件例如可以是聚合物或环氧化物或硅树脂。囊封件可以与接触元件一起形成稳定化半导体芯片的载体。
[0045] 根据至少一个实施方式,冷却元件具有一个或多个功能层。例如,冷却元件包括介电镜层和/或布拉格反射镜和/或转换层。尤其,以这种方式可以通过冷却元件进一步影响半导体芯片的放射特性。
[0046] 根据至少一个实施方式,尤其由玻璃构成的冷却元件首先用作为用于将转换层和/或半导体芯片机械增强的载体并且仅次要地用于冷却转换层和/或半导体层序列。通过冷却元件虽然存在热量的一定的重新分布,但是所述效应可能是相对小的,因为不存在从冷却元件至接触元件的高度导热的导热路径。例如,冷却元件对转换层和/或半导体层序列的冷却贡献最高50%或20%或10%,其中可以进行经由接触元件朝向半导体芯片的安装面和随后继续至外部的热沉的主要冷却。此外,提出一种用于制造光电子半导体芯片的方法。所述方法尤其适合于,制造如刚刚描述的半导体芯片。也就是说,所有结合半导体芯片公开的特征也对于方法公开并且反之亦然。
[0047] 根据至少一个实施方式,所述方法包括步骤A),其中在生长衬底上生长具有有源层的半导体层序列。
[0048] 根据至少一个实施方式,所述方法包括步骤B),其中将接触元件施加到半导体层序列的背离生长衬底的背侧上。
[0049] 根据至少一个实施方式,在步骤C)中,将半导体层序列施加到辅助载体上。例如,将半导体层序列借助接触元件事先施加到辅助载体上。
[0050] 根据至少一个实施方式,在步骤D)中,将生长衬底移除。例如,将生长衬底借助于激光剥离工艺去除。
[0051] 根据至少一个实施方式,在步骤E)中,将转换层施加到半导体层序列的与背侧相对置的前侧上。转换层包括硅氧烷。
[0052] 根据至少一个实施方式,在步骤F)中,将辐射可穿透的冷却元件施加到半导体层序列的前侧上。冷却元件在此具有至少0.7W/(m·K)的热导率。在转换层和冷却元件之间的间距例如设定为最高10μm。
[0053] 根据至少一个实施方式,在步骤G)中,将辅助载体剥离。
[0054] 所述方法优选包括另一步骤H),其中将具有冷却元件的半导体层序列切割或锯割或切块为各个半导体芯片。尤其,在制造法期间,大面积的冷却元件和大面积的半导体层序列形成晶片复合件。大面积的冷却元件和大面积的半导体层序列随后被分为用于每个单个的半导体芯片的单个冷却元件和单个半导体层序列。因此,每个单个的半导体芯片的冷却元件尤其可以在侧面上具有材料去除的痕迹。
[0055] 根据至少一个实施方式,依次以给出的顺序执行步骤A)至步骤H)。
[0056] 根据至少一个实施方式,将转换层借助于喷涂,英语为Spray Coating,施加到半导体层序列上。
[0057] 根据至少一个实施方式,将冷却元件施加到未干燥的转换层上,使得转换层用作为用于冷却元件的粘结剂。如果转换层例如经由喷涂施加,那么所述转换层开始时是液态的和是粘的。这在此被充分利用于,将冷却元件固定在转换层上,而不需要另外的粘结层。
[0058] 根据至少一个实施方式,冷却元件是玻璃层,所述玻璃层借助于蒸镀施加。由此能够实现,制造特别薄的玻璃层,所述玻璃层随后用作为冷却元件。
[0059] 根据至少一个实施方式,不将转换层结构化,而是整面地和/或连续地施加,优选在芯片晶片复合件中施加。这尤其造成,在转换层周围不存在侧壁。由此,转换层在被分割的半导体芯片的侧面处露出。转换层可以侧向地与冷却元件齐平。
[0060] 根据至少一个实施方式,在唯一的、共同的步骤中分割成半导体芯片,也称作为分离或划分。也就是说,将冷却元件、转换层、囊封件、接触元件以及绝缘层在唯一的步骤中切开。分割例如借助于锯割或激光照射来进行。
[0061] 根据至少一个实施方式,通过锯割,尤其在唯一的锯割步骤中和/或借助唯一的锯条进行分割。锯割痕迹在此优选是窄的,典型地最高100μm宽,优选最高50μm宽。例如,锯割痕迹的宽度在20μm和50μm之间,其中包含边界值。
[0062] 根据至少一个实施方式,将生长衬底从半导体层序列移除。这允许半导体芯片的较小的热阻。生长衬底优选在将转换层和冷却元件施加在半导体层序列上之前移除,然而也可以在此之后才移除。在移除生长衬底时,半导体层序列优选位于暂时的辅助载体上。尤其,通过移除生长衬底可能的是,将整个芯片晶片与优选一个唯一的用于冷却元件并且也作为载体的玻璃晶片连接,使得将生长衬底作为整个晶片剥离并且仍可以将所述装置随后还作为晶片处理。
[0063] 附图说明
[0064] 下面根据实施例参照附图详细阐述在此所描述的光电子半导体芯片以及在此所描述的用于制造光电子半导体芯片的方法。相同的附图标记在此在各个附图中说明相同的元件。然而在此没有示出符合比例的关系,更确切地说,为了更好的理解,个别元件夸大地示出。
[0065] 附图示出:
[0066] 图1A至1F示出用于制造光电子半导体芯片的方法的一个实施例中的不同位置;
[0067] 图2A至2E示出光电子半导体芯片的不同实施例的横截面图;
[0068] 具体实施方式
[0069] 在图1A中示出用于制造光电子半导体芯片100的方法的一个实施例中的位置。在生长衬底15,例如蓝宝石衬底上生长有半导体层序列1。半导体层序列1例如基于GaN。所述半导体层序列包括第一层13、第二层14和在第一层13和第二层14之间的有源层10,所述第一层例如是n型传导层,所述第二层例如是p型传导层。有源层10设计用于在常规运行中产生电磁辐射。半导体层序列1的邻接于生长衬底15的侧形成半导体层序列1的前侧11,半导体层序列1的相对置的侧形成背侧12。
[0070] 在图1B中示出在之后的时间点在所述方法中的位置。在半导体层序列1的背侧12上施加有接触元件21、22,所述接触元件通过绝缘层彼此电绝缘。各第二接触元件22导电地与第二层14连接,各第一接触元件21经由过孔与第一层13导电连接,所述过孔穿过第二层14和有源层10延伸到第一层13中。
[0071] 在方法的在图1C中示出的位置中,具有接触元件21、22的半导体层序列1事先施加到辅助载体上。辅助载体用于将半导体层序列1暂时地稳定。
[0072] 附加地在图1C中可见,生长衬底15从半导体层序列1剥离。这例如可以借助于激光剥离工艺进行。半导体层序列1的前侧11因此在图1C中露出。
[0073] 在图1D中示出方法中的在半导体层序列1的前侧11被结构化或粗糙化之后的位置。这例如可以通过刻蚀工艺进行。在半导体层序列1的在前侧11上的结构化部或粗糙化部引起从半导体层序列1中的更有效的辐射耦合输出。
[0074] 在图1E中示出在方法中在半导体层序列1的前侧11上首先施加转换层4、随后施加粘结层41并且接着施加辐射可穿透的冷却元件3之后的位置。转换层4包括硅氧烷,如硅树脂。例如,转换层4是具有在其中嵌入的转换颗粒的硅树脂基质。转换层4在常规运行中将由有源层10产生的电磁初级辐射的一部分或全部转换为另一波长的次级辐射。转换层4例如具有40μm和60μm之间的厚度,其中包含边界值。
[0075] 粘结层41例如可以是透视的硅树脂层。粘结层41的厚度例如在3μm和8μm之间,其中包含边界值。
[0076] 粘结层41将半导体层序列1或转换层4与辐射可穿透的冷却元件3连接。替选地,然而也可以弃用粘结层41,使得冷却元件3与转换层4直接接触。
[0077] 冷却元件3例如是玻璃层或玻璃薄板或玻璃衬底。冷却元件3例如对于来自半导体层序列1的初级辐射和次级辐射是透视的。
[0078] 在图1E中,冷却元件3示例性地自承地构成并且例如具有至少250μm的厚度。因此,尤其图1E的冷却元件3是玻璃薄板。与在图1E中不同,冷却元件3然而也可以构成为非常薄的玻璃层,例如具有最高50μm的厚度。这种玻璃层例如不是自承的。
[0079] 在图1F中示出方法中的另一位置,即在将由冷却元件3和半导体层序列1构成的晶片复合件分割之后。在此,产生还未固定在辅助载体上的单个半导体芯片100。接着可以将辅助载体剥离。
[0080] 在图2A中示出半导体芯片100的一个实施例的横截面图。图2A的半导体芯片100例如通过图1A至1F的工艺或方法制造。在图2A的情况下,冷却元件3是自承的并且形成半导体芯片100的承载部件。也就是说,冷却元件3独自地承载和稳定化半导体层序列1和接触元件21、22。在没有冷却元件3的情况下,半导体芯片100不是机械自承的。在图2A中的接触元件21、22例如具有最高5μm的厚度。半导体层序列1的背侧12和接触元件21、22的背离半导体层序列1的侧之间的间距例如同样为最高5μm。
[0081] 在图2B中示出半导体芯片100的另一实施例的横截面视图。与在图2A中不同,接触元件21、22现在明显更厚地构成,例如以至少100μm的厚度构成。接触元件21、22例如经由电镀法施加。围绕接触元件21、22设置有囊封件23。囊封件23例如可以是聚合物或环氧化物或硅树脂。在此,囊封件23和接触元件21、22形成半导体芯片100的下侧,所述下侧在未安装的状态下露出。囊封件23和接触元件21、22在下侧上彼此齐平。囊封件23侧向地,也就是说沿横向方向,完全地包围接触元件21、22。
[0082] 在图2B的情况下,囊封件23与接触元件21、22一起形成在半导体层序列1的背侧12上的载体5。所述载体5例如是自承的。载体5可以将半导体层序列1机械地稳定化和承载。在此情况下,冷却元件3可以始终自承地构成,冷却元件3然而也可以不是自承的。
[0083] 在图2C的实施例中示出半导体芯片100,所述半导体芯片基本上对应于图2B的半导体芯片100。与在图2B中不同,囊封件23现在然而将接触元件21、22侧向地不完全地包围。尤其,囊封件23与接触元件21、22在半导体芯片100的下侧上不齐平。更确切地说,接触元件21、22侧向地仅部分地由囊封件23包围。在半导体层序列1的背侧12上的囊封件23的厚度例如仅是接触元件21、22的厚度的最多一半厚。
[0084] 在图2C的实施例中,例如接触元件21、22与囊封件23一起不形成机械稳定的载体。在此情况下,半导体层序列1或半导体芯片100还通过机械自承的冷却元件3稳定化和承载。然而也可能的是,接触元件21、22和囊封件23在图2C中辅助半导体芯片100的稳定性或引起稳定性。
[0085] 图2C的半导体芯片100的特征尤其在于,在所述半导体芯片中补偿不同材料的不同的膨胀系数。尤其,半导体层序列1通常具有与连接载体不同的热膨胀系数,在所述连接载体上安装半导体芯片100。热膨胀系数方面的所述差别通过厚的接触元件21、22和在其之间设置的囊封件23部分地补偿,使得在半导体层序列1之内在运行中出现较小的应力,这减少了在半导体层序列1中的裂缝的风险。
[0086] 在图2D中示出半导体芯片100的一个实施例,其中囊封件23与接触元件21、22一起形成稳定化半导体层序列1或半导体芯片100的载体5。在半导体层序列1的前侧11上的冷却元件3例如又由玻璃形成。在此,冷却元件3然而是非常薄的玻璃层,其厚度例如为最高50μm。这种薄的玻璃层3例如不是自承的,即不贡献于半导体芯片100的机械稳定。薄的玻璃层3例如可以借助于蒸镀法施加。
[0087] 在至今为止示出的实施例中,在每个半导体芯片100的边缘区域中设有台面结构,在所述台面结构中半导体层序列1从背侧12直至进入到第二半导体层14中被移除并且这样产生的台面槽通过绝缘层包封。因为台面槽没有伸入到第一层13中,所以在这些实施例中电磁辐射可以侧向地从第一层13中射出。
[0088] 为了提高光耦合输出效率,在图2E中示出半导体芯片100的一个实施例,其中侧向的台面槽整个地从背侧12穿过第二半导体层14、有源层10延伸至进入到第一层13中。优选地,台面槽也完全穿透第一层13。以这种方式可以抑制从第一层13中的侧向的光耦合输出。近似所有光随后经由前侧11或辐射可穿透的冷却元件3从半导体芯片100中发射。
[0089] 本发明不通过根据实施例的描述而限制于此。更确切地说,本发明包括任意新特征以及特征的任意组合,这尤其包含权利要求中的特征的任意组合,即使所述特征或所述组合本身并未详尽地在权利要求或实施例给出时也如此。
[0090] 本专利申请要求德国专利申请10 2017 109 485.7的优先权,其公开内容通过参引结合于此。
[0091] 附图标记列表
[0092] 1 半导体层序列
[0093] 3 冷却元件
[0094] 4 转换层
[0095] 5 载体
[0096] 10 有源层
[0097] 11 前侧
[0098] 12 背侧
[0099] 13 第一层
[0100] 14 第二层
[0101] 21 第一接触元件
[0102] 22 第二接触元件
[0103] 23 囊封件
[0104] 41 粘结层
[0105] 100 光电子半导体芯片
权利要求:1.一种光电子半导体芯片(100),包括:
-半导体层序列(1),所述半导体层序列具有用于产生电磁辐射的有源层(10);
-在所述半导体层序列(1)的背侧(12)上的两个接触元件(21,22);
-在所述半导体层序列(1)的与所述背侧(12)相对置的前侧(11)上的辐射可穿透的冷却元件(3);
-在所述冷却元件(3)和所述半导体层序列(1)之间的含硅氧烷的转换层(4),
其中
-所述接触元件(21,22)设置用于电接触所述半导体芯片(100)并且在所述半导体芯片(1)的未安装状态下露出,
-所述冷却元件(3)与所述半导体层序列(1)的生长衬底不同,
-所述冷却元件(3)具有至少0.7W/(m·K)的热导率。
2.根据权利要求1所述的半导体芯片(100),
其中所述冷却元件(3)包括玻璃或由玻璃构成。
3.根据权利要求1或2所述的半导体芯片(100),其中
-所述冷却元件(3)是自承的,
-所述冷却元件(3)的厚度为至少250μm。
4.根据权利要求3所述的半导体芯片(100),
其中在所述半导体层序列(1)的背侧(12)和所述接触元件(21,22)在未安装状态下露出的侧之间的间距为最高5μm。
5.根据权利要求1或2所述的半导体芯片(100),其中
-在所述半导体层序列(1)的背侧(12)上设置有载体(5)。
6.根据权利要求5所述的半导体芯片(100),
其中所述冷却元件(3)的厚度为最高100μm。
7.根据权利要求1至3和5至6中任一项所述的半导体芯片(100),
其中所述接触元件(21,22)具有至少100μm的厚度。
8.根据上述权利要求中任一项所述的半导体芯片(100),
其中所述冷却元件(3)形成所述半导体芯片(1)的辐射出射面。
9.根据上述权利要求中任一项所述的半导体芯片(100),
其中所述转换层(4)包括硅树脂基质连同在其中嵌入的转换颗粒,或者由硅树脂基质连同在其中嵌入的转换颗粒构成。
10.根据上述权利要求中任一项所述的半导体芯片(100),
其中在所述转换层(4)和所述冷却元件(3)之间设置有辐射可穿透的粘结层(41)。
11.根据权利要求1至9中任一项所述的半导体芯片(100),
其中所述转换层(4)与所述冷却元件(3)直接接触。
12.根据上述权利要求中任一项所述的半导体芯片(100),
其中所述半导体层序列(1)在前侧(11)上是结构化的。
13.根据上述权利要求中任一项所述的半导体芯片(100),
其中所述接触元件(21,22)侧向地部分地或完全地由囊封件(23)包围。
14.根据上述权利要求中任一项所述的半导体芯片(100),
其中所述冷却元件(3)具有一个或多个功能层。
15.一种用于制造光电子半导体芯片(100)的方法,包括如下步骤:
A)在生长衬底(15)上生长具有有源层(10)的半导体层序列(1);
B)将接触元件(21,22)施加到所述半导体层序列(1)的背离所述生长衬底(15)的背侧(12)上;
C)将所述半导体层序列(1)施加到辅助载体上;
D)将所述生长衬底(15)移除;
E)将转换层(4)施加到所述半导体层序列(1)的与所述背侧(12)相对置的前侧(11)上,其中
-所述转换层(4)包括硅氧烷;
F)将辐射可穿透的冷却元件(3)施加到所述半导体层序列(1)的前侧(11)上,其中
-所述冷却元件(3)具有至少0.7W/(m·K)的热导率;
G)将所述辅助载体剥离。
16.根据权利要求15所述的方法,
其中以给出的顺序执行所述步骤A)至G)。
17.根据权利要求15或16所述的方法,
其中借助于喷涂施加所述转换层(4)。
18.根据权利要求15至17中任一项所述的方法,
其中将所述冷却元件(3)施加到未干燥的转换层(4)上并且所述转换层(4)在此用作为用于所述冷却元件(3)的粘结剂。
19.根据权利要求15至18中任一项所述的方法,
其中所述冷却元件(3)是玻璃层,所述玻璃层借助于蒸镀施加。
公开号:CN110603653
申请号:CN201880029625.7A
发明人:伊瓦尔·通林 克里斯蒂安·莱雷尔
申请人:欧司朗光电半导体有限公司
申请日:2018-05-02
公开日:2019-12-20
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