用于制造光电子器件的方法、光电子器件以及带有多个光电子器件的器件布置的制作方法

专利名称：用于制造光电子器件的方法、光电子器件以及带有多个光电子器件的器件布置的制作方法
用于制造光电子器件的方法、光电子器件以及带有多个光
电子器件的器件布置本发明涉及一种用于制造光电子器件的方法，该光电子器件带有半导体层，其在工作中产生有源区，以及带有铜层，作为支承衬底，其设置在半导体层上。本发明此外涉及一种借助这种方法制造的光电子器件和多个这种光电子器件的布置。观察到的是，在制造包括铜衬底(其尤其是用作散热器以及用于机械稳定)的光电子器件时，产生大量的不能工作的器件的次品，尤其是当光电子器件是发光二极管或者激光二极管时。因此，本发明的任务是，提出一种方法，借助其得到更少的不能工作的光电子器件的次品。该任务通过根据独立权利要求的制造方法以及器件或者器件布置来解决。从属权利要求给出了另外的实施形式以及方法变形方案。根据本发明的用于制造光电子器件的方法包括以下方法步骤提供带有设置于其上的半导体层的生长衬底(用于产生在工作中活性的区域)作为方法步骤A)，在方法步骤B)中施加分离结构到半导体层上，以及在半导体层上将多个铜层施加到通过分离结构形成边界的区域中。作为另外的方法步骤，该方法包括去除分离结构作为方法步骤D)以及施加保护层至少到铜层的横向面上。最后，该方法包括在方法步骤F)中施加辅助衬底在铜层上，在方法步骤G)中去除生长衬底(使得暴露半导体层的表面)，以及将半导体层、铜层和辅助衬底构成的复合结构分割为彼此分离的器件，其于是在方法步骤H)中分别具有(在通常恰好一个)铜层。在此要指出的是，术语“器件”不仅意味着完成的器件例如发光二极管(LED)或者激光二极管，而且也意味着衬底和/或半导体层，使得例如铜层和半导体层的复合结构已经是器件并且可以形成上级的第二器件的组成部分，其中例如附加地存在电端子。根据本发明的光电子器件例如可以是薄膜半导体芯片，尤其是薄膜发光二极管芯片。光电子器件例如可以是薄膜发光二极管芯片。薄膜发光二极管芯片的特征在于以下典型特征的至少之一-在产生辐射的半导体层序列的朝向支承元件的主面上、尤其是朝向支承衬底的主面上(其尤其是产生辐射的外延层序列)施加或者构建有反射层，其至少将半导体层序列中产生的电磁辐射的一部分向该半导体层序列中回反射；-薄膜发光二极管芯片具有支承元件，其不是生长衬底，在该生长衬底上外延生长了半导体层序列，而是分离的支承元件，其事后固定在半导体层序列上；-半导体层序列具有在20μ m或者更小的范围中的、尤其是在10 μ m或者更小的范围中的厚度；-半导体层序列没有生长衬底，在此“没有生长衬底”意味着，必要时用于生长的生长衬底被从半导体层序列去除或者至少被强烈薄化。其尤其是被薄化为使得其本身或者与外延层序列一同单独地不是自由支承的。强烈薄化的生长衬底的残留物尤其是不适于生长衬底的功能；以及-半导体层序列包含至少一个带有至少一个面的半导体层，该面具有充分混合结构，该结构在理想情况下导致光在半导体层序列中的近似各态历经的分布，也就是说，其具有尽可能各态历经的随机散射特性。薄膜发光二极管芯片的一个基本原理例如在出版物I. Schnitzer等人的Appl. Phys. Lett. 63 (16)，1993年10月18日，第2174-2176页进行了描述，其公开内容就此而言通过引用结合于此。薄膜发光二极管芯片的例子在出版物EP 0905797A2和WO 02/13281A1 中进行了描述，其公开内容同样通过引用结合于此。如其在本发明的范围中所使用的术语“层”可以表示单个层或者多个层构成的层序列。尤其是，半导体层可以是多个层的层序列(例如P掺杂和η掺杂的半导体层的序列)。 必要时所包含的镜层也可以由两个层或者多个层构成的序列构成。所有其他在本发明的范围中提及的层通常由恰好一个层构成，只要没有另外说明。层或者元件设置或者施加在另外的层或者另外的元件“上”或者“之上”在此和在下文中可以意味着，所述层或者所述元件直接地机械接触和/或电接触地设置在另外的层或者另外的元件上。此外，也可以意味着，所述层或者所述元件间接地设置在另外的层或者另外的元件上或者之上。在此，于是另外的层和/或元件可以设置在所述层和所述另外的层之间或者所述元件和所述另外的元件之间。层或者元件设置或者施加在两个另外的层或者元件“之间”在此和在下文中可以意味着，所述层或者所述元件直接地机械接触和/或电接触或者间接接触所述两个另外的层或者元件之一，并且直接地机械接触和/或电接触或者间接接触所述两个另外的层或者元件中的另一个。在此，间接接触的情况下，于是另外的层和/或元件可以设置在所述层和所述两个另外的层至少之一之间，或者在所述元件和所述两个另外的元件至少之一之间。根据本发明，“分离结构”理解为一种结构元件，其施加在另一层上，以便保证在该层上可以并排施加多个另外的(彼此分离的)层。分离结构的目的因此尤其是在半导体层上施加彼此分离的、彼此不直接连接的铜层。此外，分离结构理解为由一种材料构成的结构，其一旦满足其目的之后又可以被去除(例如化学地去除)，而并不损害邻接的层。根据本发明的方法借助步骤Α)至H)始终实施为使得这些步骤以所说明的顺序被历经。在此，首先提供生长衬底，在其上通常首先施加η掺杂的半导体层，并且随后施加ρ 掺杂的半导体层。在该(例如由前述子层组成的)半导体层上随后施加分离结构，使得可以并排地施加多个铜层。在该步骤中，由此进行将生长衬底连同设置于其上的半导体层分割为以后(在分割之后)形成单个器件的区域，这些器件于是分别恰好包含一个在方法步骤C)中产生的铜层。在施加铜层之后，分离结构被去除并且接着铜层的横向面设置有保护层。保护层在此可以完全覆盖铜层，然而通常仅仅覆盖铜层的横向面被覆盖，并且基本上与半导体层平行延伸的铜层的面仅仅部分地或者完全不被保护层覆盖。然而，当至少平行于半导体层延伸的保护层的部分保证导电性时，完全覆盖铜层是可能的。在各铜层之间的面也可以被保护层覆盖(即事先通过分离结构覆盖的面)。在此，“横向”的面是并不与生长衬底(和半导体层)的表面平行的面，而是尤其基本上在其上垂直。尤其是，横向的面具有如下取向，其对应于事先施加的分离结构；铜层的横向的面于是尤其是事先借助分离结构形成共同的界面的面。在方法步骤Ε)之后的方法步骤F)中将辅助衬底施加到铜层上；这例如可以借助浇注材料(例如粘合材料)以存在的层复合结构来进行，该填充材料填充通过事先施加的分离结构形成的沟槽。辅助衬底也可以直接设置在铜层(或者必要时完全施加在铜层上的保护层)上；可以整面地直接设置在保护层上以及必要时设置在铜层上或者也直接地仅仅设置在基本上平行于半导体层的(必要时设置有保护层的)铜层的表面区域上。在步骤G) 和H)中最后去除生长衬底(辅助衬底现在保证足够的机械保持性)并且直到该方法步骤而得到的层复合结构可以被分割。在此，分割通常在完成工艺流程之后进行；这可以通过以分离Pn结和/通过施加电接触部限定台地区域来进行。根据本发明的方法提供的优点是，借助其得到明显更少比例的不能工作的或者工作能力差的器件。根据本发明认识到的是，通过施加保护层在铜层上，更确切地说，尤其是在以后并未被另外的对于器件的功能重要的层覆盖的面上，可以明显减少在得到的器件中短路的比例，并且通常也可以延长器件的寿命(作为对于光电子器件的功能性主要的层， 根据本发明理解为如下层没有该层的情况下在施加电压到器件上时并不构建有源区。尤其是，于是作为主要的层举出如下的层，通过其进行载流子的传输，即电子和/或空穴的传输)。所基于的是，对于短路因此一方面在焊接器件时出现问题(譬如由于其余的对于电连接所需的焊料，其存在于铜层的横向侧上-即在并未针对焊接而确定的区域中-并且引起短路)。相应地适用的是，替代焊剂而适用对于电连接的导电胶。另一方面所基于的是，保护层可以防止铜或铜离子的迁移。尤其是在确定的塑料中，例如在热塑性塑料中(如在银离子中那样)基于增强的迁移。迁移于是尤其是在施加电压时进行(其产生电场)，其中铜 (或者铜离子)于是例如从铜载体例如朝着塑料壳体的方向迁移，该塑料壳体用于该器件。 这可以导致在塑料中形成导电路径，其可以导致故障电流或者电短路。热塑性塑料(其中可以进行这种迁移)例如可以包含在浇注材料中(其用于根据本发明的光电子器件)。然而铜迁移也可以不存在塑料时已经进行。在电场中可能铜离子于是在器件的一部分的表面上迁移。最后，也确定的是，通过保护层也-根据所使用的半导体层(或者使用的部分层)_可以延长根据本发明的光电子器件的寿命。所基于的是，铜(或者铜离子)的迁移也为此负责，其引起半导体层的损坏。根据本发明使用的保护层可以保护有机和/或无机部件或者由有机和/或无机部件构成。当对于保护层仅仅考虑作为“焊接停止层”或者“导电胶停止层”的功能时，则保护层可以由无机材料、尤其是非导电或者仅仅半导电无机材料构成，例如由金属盐(譬如金属氧化物)构成或者包含其作为主要组成部分。此外，对于焊接停止功能也可以使用有机材料(即尤其是焊接停止漆)作为保护层。这种“焊接停止层”或者“导电胶停止层”于是使得焊剂或者导电胶并不润湿保护层或者仅仅在非常小的程度上润湿，使得可以抑制短路。当需要防止铜迁移(例如由于所使用的浇注材料)时，则尤其是考虑无机材料、尤其是金属或者金属盐(尤其是金属氧化物)作为保护层，该无机材料抑制铜或者铜离子的扩散。在特殊情况下，无机材料(尤其是热固性塑料)可以防止铜或者铜离子的迁移。通常，通过这种保护层防止铜迁移于是实现铜层的气密的密封，使得铜或者铜离子的迁移通过保护层被完全抑制。如果焊接停止层以及防止铜迁移都是所希望的，则尤其是包含金属盐(尤其是金属氧化物)或者大多数情况下由其构成的保护层是合适的。在个别情况中，如上面描述的那样，热固性塑料是可能的，其不但防止铜迁移而且也具有焊接停止功能。根据本发明的方法不仅提供了借助施加的保护层实现的改进的所获得器件的质量的优点，而且通过方法步骤的顺序也可能的是，制造一种器件，其中关于半导体层系统的具体构型方面形成很大程度上的自由度(并且在此尤其是半导体层的背离铜层的主面或者设置于其上的另外的层，通过其例如发射了发射辐射的光电子器件的辐射)。于是，例如可以以任意方式和方法来施加电接触部到表面上。可以施加另外的功能层并且也可以在施加铜层(或者散热器)之后确定半导体层(或者通过不同的部分层形成的层序列)的三维构型。例如可能的是，构建一种半导体层，其截面平行于两个主面地从朝着铜层的主面(下面也称为“上主面”)朝着另外的主面减小(在发射辐射的装置情况下于是朝着发射辐射的方向变小-即具有台地结构)。与此相对，其中台地结构以相反的形式存在的器件(其中于是截面朝着朝向铜层的主面的方向上变小)具有降低的机械稳定性，因为上部主面与邻接的面形成锐角。根据本发明，基于正的台地边缘实现提高的稳定性和断裂强度。最后，根据本发明还具有的优点是，借助特别小的数量的步骤来实现，其中器件的表面区域在例如借助光刻胶来施加后继的层时必须被保护。光电子器件尤其是可以构建为发光二极管(LED)或者激光二极管，其中半导体层具有带有有源区的至少一个有源层，该有源区适于发射电磁辐射。半导体芯片可以例如具有pn结、双异质结构、单量子阱结构(SQW结构)或者多量子阱结构(MQW结构)作为有源层中的有源区。术语量子阱结构在本申请的范围中尤其是包括如下结构其中载流子通过限制(“confinement”)而会经历其能量状态的量子化。尤其是术语量子阱结构并不包含关于量子化维度的说明。由此，其尤其是包含量子槽、量子线和量子点以及这些结构的任意组合。半导体层序列除了带有有源区的有源层之外还可以包括其他的功能层和功能区域，其选自P掺杂和η掺杂的载流子传输层，即电子和空穴传输层， P掺杂、η掺杂和未掺杂的限制层、覆盖层和波导层、势垒层、平坦化层、缓冲层、保护层和电极以及所述层的组合。半导体层可以构建为外延层序列，即构建为外延生长的半导体层序列。在此，半导体层序列尤其是可以构建为氮化物半导体系统。术语氮化物半导体系统包括所有氮化物化合物半导体材料。在此，可以涉及由III主族的元素与氮化物的二元、三元和/或四元化合物构成的半导体结构。这种材料的例子是BN、AWaN、GaN、InAlGaN或者其他的III-V化合物。在该意义中，半导体层序列或者半导体芯片可以基于InAKiaN来实施。基于InAKiaN的半导体芯片和半导体层序列尤其是包括其中外延制造的半导体层序列通常具有不同单个层构成的层序列的半导体芯片和半导体层序列，所述单个层包含至少一个单个层，其具有由III-V化合物半导体材料系统hxAly(iai_x_yN构成的材料，其中0彡χ彡1，0彡y彡1并且x+y < 1。具有至少一个基于MGaAlN的有源层的半导体层序列例如可以发射在紫外至绿色或者黄绿波长范围中的电磁辐射。此外，半导体层序列例如可以基于MGaAs来实施。基于MGaAs的半导体芯片和半导体层序列尤其是包括其中外延制造的半导体层序列通常具有不同单个层构成的层序列的半导体芯片和半导体层序列，所述单个层包含至少一个单个层，其具有来自AlxGai_xAS的 III-V化合物半导体材料系统的材料，其中0 < χ < 1。具有基于AKiaAs的材料的有源层尤其是可以适于发射具有在红色至红外波长范围中的一个或者多个频谱成分的电磁辐射。此外，这种材料可以附加地或者替代于所提及的元素而具有h和/或P。可替选地或者附加地，半导体层序列或者半导体芯片除了或者替代III-V化合物半导体材料系统之外也可以具有II-VI化合物半导体材料系统。所有前面说明的材料可以具有一个或者多个掺杂材料以及附加的组成部分，它们基本上不改变材料的物理特性。在根据本发明的方法的步骤C)中施加的铜层可以借助任何用于施加金属层的方法来施加。尤其是出于经济的原因，借助电镀方法(尤其是借助无电流的沉积或者借助阳极氧化)来施加是有意义的。例如，其可以根据本发明基于分离结构以“焊接的电镀沉积” 的形式来进行。当然，其他用于沉积铜层的方法也是可能的。根据本发明的铜层不必是纯的铜层，而是也可以包含添加物，借助其能够实现提高的强度、多孔性或者提高的电压。通常，包含不超过1重量％的添加物，大部分情况下不超过0.5重量％。作为添加物，一方面是镍添加物(其例如作为中间层引起铜层更好的硬度-和由此提高的机械负荷能力，然而要求比前述更高的重量比例，并且在使用电镀方法时例如必须借助更换电镀浴来产生)，另一方面是非金属添加物，例如碳、硫或者磷(其也借助电镀方法由技术人员已知的添加物中嵌入到铜层中，其中通常嵌入速率可以通过所选择的电流密度和温度来影响。)在根据本发明的方法的一个实施形式中，半导体层在其背离生长衬底的侧上(以下也称为“下主面”)具有反射层(尤其是镜层)，借助其可以将光电子器件中产生的辐射朝着辐射出射面偏转。对于镜层可以使用包括银作为主要组成部分的材料。镜层可以通过气相淀积、溅射或者CVD施加到半导体层上。镜层也可以通过其他的方法步骤来结构化，而在此并不将半导体层结构化(例如通过湿化学刻蚀或者等离子体刻蚀)。结构化的镜层具有的优点是，在器件工作时在其中去除镜层的位置上减少或者完全防止电流馈入。由此，可以有针对性地在如下部位抑制电流馈入其中在半导体层、耦合输出侧的对置侧上存在遮挡物如印制导线或者接合垫。此外，可以将扩散势垒层施加在镜层上，其防止包含在镜层中的银或者银离子的扩散。这种扩散势垒层例如可以由包括TiWN和/或TiN的材料构成，并且例如可以借助溅射、气相淀积或者CVD来施加。在另一实施形式中，在步骤A)之后-通常直接在步骤A)之后，然而必要时也在步骤B)之后-施加接触层到半导体层上。借助这种接触层一方面可以实现的是，铜层更好地附着在半导体层(和必要时设置于其上的镜层)上。另一方面，接触层也可以保证进行铜层的改善的沉积(由其是在借助电镀沉积的情况下)。理想地，接触层将两个要求统一。尤其适于作为接触层的是包含金、钯、锡、银、镍或者钼或者这些元素的合金的层。尤其是，在此由所述元素或者合金构成的层是适合的。作为合金例如可以提及金锡合金(例如具有大约65至85重量％的金比例)或者钯铟合金。在步骤B)之后施加具有的优点是，接触层未被整面地沉积，并且于是可以满足上述功能，然而在分割器件时没有形成通过接触层的切割边缘。接触层例如可以直到1 μ m厚，而通常其具有0. 5 μ m或者更小的厚度。为了改进的电镀沉积特性，例如一个或者少量的(例如钯的)原子层也已经可以足够。接触层因此也可以具有小于Inm的厚度或者例如在Inm到IOOnm之间的厚度。
接触层例如可以借助溅射、气相淀积或者CVD方法或者类似方法来施加。在该实施形式的一个扩展方案中，器件可以在步骤G)之后被退火。通过退火，优选地进行接触层和铜层的扩散，使得在接触层和铜层之间的界面上形成“金属间连接”区， 并且由此改善了铜层在接触层以及在半导体层上的附着。退火有意义地在步骤E)之后才开始，因为否则通过退火工艺(Temperprozess)会进行铜层的表面氧化，并且表面的氧化层于是随后必须被去除。原则上，在步骤C)之后的退火也是可能的。退火优选在大约200°C 的温度下进行。由此，实现了金属原子的足够的扩散速度。特别良好的扩散可以在金或者金合金构成的接触层与铜层之间进行。在根据本发明的方法的另一实施形式中，步骤E)-施加保护层-划分为两个子步骤El)和E2)。在此作为方法步骤El)将金属层至少施加在铜层的横向表面上；作为方法步骤似)将至少施加在铜层的横向表面上的金属层氧化为金属氧化物层。借助这种方法，例如可以首先将整个暴露的铜层表面以金属层覆盖，并且随后仅仅将铜层的横向部分表面氧化为金属氧化物层(或者铜层的部分区域，其在随后的方法中未以对于光电子器件的功能性重要的层覆盖)。在施加金属层之前，可以是有意义的是，在铜层的暴露的表面上清除在表面上形成的氧化物，并且例如借助等离子体刻蚀来去除。可替选地，该去除可以借助合适的湿化学来进行。在子步骤似)中的氧化例如可以在等离子体炉中进行。在此形成的金属氧化物层在此不必形成完整的化学计量学上的金属氧化物。尤其是在并不接近表面的区域中也可以仅仅进行部分的氧化，使得得到非化学计量学上的金属氧化物。替代转化为金属氧化物，当然转化为金属氮化物或者氮氧化物或者类似物质也是可能的。金属层的施加可以借助通常的涂层方法、例如借助溅射、气相淀积、CVD或者借助电镀方法来进行。在确定的金属盐的情况下(例如金属氮化物)，可以是有意义的是，并不执行两级的方法El)、E2)，而是直接在一个步骤中将金属盐层施加在铜层的横向表面上 (例如借助CVD方法，其中增加相应的工艺气体并且使用相应的金属盐的前体)。如果施加金属氧化物(或者其他的金属盐，例如金属氮化物)构成的保护层，则尤其是考虑如下的层这些层包含以下金属中的一种或者多种作为金属组分，或者其中金属组分由这些金属的一种或者多种构成招、钛、铬、镍和锌。对于一串光电子器件，(尤其是出于经济方面的原因)由镍构成的金属层保护层证明是有利的。在根据本发明的方法的另一实施形式中，可以在步骤G)之后进行步骤Kl)。在此， 在半导体层的表面的部分区域上(其在步骤G)中被暴露)施加电接触部。原则上，步骤 Kl)也可以在以后的时刻进行。然而通常直接在步骤G)之后(或者必要时直接在下面描述的步骤K2)之后)进行。在另一实施形式中，在步骤G)之后进行步骤K2)。在此，在步骤G)中暴露的半导体层的表面被结构化。结构化在此可以在于，将沟槽引入到表面中和/或将半导体层的上主面粗化。将沟槽引入表面例如可以借助刻蚀方法来进行。该方法尤其是实施为使得台地沟槽通过刻蚀工艺形成。尤其是这些台地沟槽构建为使得事先存在的半导体层被划分为单个的半导体结构，这些半导体结构于是对应于在分割(步骤H))之后得到的器件的半导体层。 通常，结构化为台地沟槽于是进行为使得台地沟槽与步骤B)中施加的、在单个铜层之间的“沟槽”在空间上对应，使得尤其是在分割时各器件可以在一个步骤中彼此分离。台地区域也可以由以后的芯片表面的断裂部构成，即芯片包括多个分离的半导体区域，它们又可以在电学上彼此组合。通过从上表面的在方法步骤G)中被暴露的一侧进行台地沟槽的刻蚀，得到了正的台地边缘或者与表面形成90°的角度的台地边缘。这意味着，通过刻蚀工艺形成的台地沟槽从事先与生长衬底相连的“面”来观察朝着另外的层变细。而台地本身、即尤其是半导体层从上部主面来观察而变宽。台地沟槽的侧边尤其是略微倾斜并且并不垂直于表面地延伸，这是湿刻蚀方法的结果。近似90°的角度例如可以借助干刻蚀方法来得到。正的台地边缘不仅具有机械上的优点，在发射辐射的器件情况下，光辐射的一定改善也是可能的。半导体层的表面的结构化也可以在于，表面被粗化。借助这样粗化的表面，在发射辐射的器件情况下可以实现改善的辐射耦合输出。表面的粗化同样可以借助刻蚀工艺来实现。本发明所基于的任务通过该光电子器件以及带有多个这种光电子器件的器件布置来解决。根据一个实施形式，光电子器件包括半导体层，其设置在作为支承衬底的铜层上。 至少在铜层的横向表面上在此设置有保护层。在光电子电子器件工作时，在半导体层中形成有源区，尤其是发射辐射。通过设置在铜层的横向表面上的保护层，可以防止短路和/或延长器件的寿命。尤其是所基于的是， 保护层防止铜或者铜离子的迁移和/或用作焊接停止功能层或者导电胶停止层。在一个实施形式中，保护层包含镍，尤其是具有氧化镍形式。在另一实施形式中，半导体层包括AlfeInP层和/或AKialnAs层。如上所述，半导体层可以由多个子层构成并且上述层中的一个或者两个可以是这些子层之一。根据本发明，AlGaInP或者AlGaInAs层理解为基于AlGaInP或者AlGaInAs的层。根据本发明，这种层于是如下定义该层包括至少一种材料AlxG￡^ni_x_yP或者AlxG￡^ni_x_yAs，其中 彡χ彡1， 0 < y < 1并且x+y < 1。在此，该材料不必一定具有根据上式的数学上精确的组分。更确切地说，其可以具有一种或者多种掺杂材料以及附加的组成部分，其基本上不改变该材料的物理特性。带有这种层的器件例如可以发射绿色至红色光，尤其是红色、黄色或者橙色光。根据本发明，观察到的是，如果不包含根据本发明设计的保护层，则包含AKialnP 或者AKialnAs层的光电子器件提供特别多的不能工作或者工作差的器件的次品。因此所基于的是，这些层会通过铜迁移特别容易被损坏，这最后导致半导体层不再能够满足其功能，并且例如LED不再发光或者仅仅以更弱的功率发光。在另一实施形式中，光电子器件直接在铜层的朝向半导体层的主面上具有接触层，尤其是金、钯、钼或者这些元素的合金构成的接触层。与此无关地，器件可以在半导体层的朝向铜层的侧上具有镜层。通常，镜层于是直接设置在半导体层上。必要时，在镜层的朝向铜层的侧上设置有扩散势垒层。根据本发明的任务最后也通过带有多个光电子器件的器件布置来解决，这些光电子器件在机械复合结构中在一起(即材料配合、力配合或者形状配合地相互连接)地设置。尤其是，光电子器件设置在共同的壳体中，使得原则上在器件布置的各光电子器件之间提供了离子(例如银或者铜离子)的扩散路径。器件尤其是可以设置在共同的支承材料上， 其优选与壳体一同完全包围半导体层和铜层构成的布置。此外，单个器件可以通过浇注材料彼此连接。这种器件布置此外的特征在于，各个光电子器件可以是相同或者不同的(例如光可以以不同颜色发射)，其中例如在器件布置中包含的器件之一可以具有半导体层，该半导体层包括AlfetInP层或者AWaInAs层。借助这种器件布置可能的是，延长特别敏感的带有AlfeInP层或者AlfeInAs层的器件的寿命，并且由此总体上明显延长器件布置的寿命。通过根据本发明设计的保护层，明显防止了铜或者铜离子从该器件布置的第一光电子器件中向包括AlfeInP和/或AlfeInAs 的第二光电子器件的扩散。通常，根据本发明的(单个)器件也具有前面描述的支承衬底和壳体构成的布置。 在此，光电子部件本身不必一定是壳体中的唯一功能元件-也可以包括其他的功能元件 (例如记录器件的工作状态并且始终控制器件的功能元件，温度传感器和/或光传感器)。下面要借助附图和实施例进一步阐述本发明的变形方案。其中

图1示出了生长衬底和半导体层构成的、带有设置于其上的镜层的层序列。图2示出了图1中的层序列，在其上附加地施加有扩散势垒层和接触层。图3示出了根据图2的层序列，其中附加地施加分离结构。图4示出了图3的层复合结构，其带有设置在分离结构之间的铜层。图5示出了在去除分离结构之后的层复合结构。图6示出了根据图5的在施加金属层之后的层复合结构。图7示出了在退火之后的层复合结构。图8示出了根据图7的层复合结构，其中施加了背侧接触部。图9示出了在铜层的横向表面的保护层氧化之后的层复合结构的状态。图10示出了根据图9的带有施加的辅助衬底的层序列。图11示出了在去除生长衬底之后的层序列。图12示出了带有被接触的表面的层序列。图13示出了带有粗化过的半导体层的层序列。图14示出了带有台地沟槽的层序列。图15示出了带有覆盖层的层序列。图16示出了在转移到弹性衬底上之后的层序列。图17示出了在弹性衬底上的被分割的器件的示意图。图18示出了在电路板上的被分割的器件的示意图。图19A和B在侧视图和俯视图中示出了在共同的支承体上带有三个光电子器件的器件布置的示意图。图1示出了在方法步骤A)中提供的层序列的示意性侧视图。该层序列包括三个层(其中半导体层2被划分为两个子层)，具有如下层序列生长衬底l、n掺杂的半导体层 2a (例如η掺杂的氮化镓层)、ρ掺杂的半导体层2b (例如ρ掺杂的氮化镓层)、镜层3。镜层在此可以通过扩散势垒区域3a来中断(其例如可以由SiO2构成)。
作为生长衬底考虑GaP、GaN、SiC、Si、Ge或者蓝宝石构成的衬底。通常，使用蓝宝石或者硅构成的衬底。图2示出了在施加扩散势垒层4 (其尤其是要防止镜层的银离子的迁移)和接触层5(其尤其是用作随后要施加的铜层的种子层)之后的侧视图。接触层5例如可以由金或者金-锡合金构成。扩散势垒层4例如可以由镍构成。为了保证至随后的层的欧姆连接，因此通常有意义的是进行离子预先净化，其中在这种镍层(或者其他金属层)的表面上(其用作扩散势垒层)去除相应金属的自然的氧化物。该步骤可以在原地在施加接触层5之前进行。图3示出了如从图2中可以得到的实施形式的示意性侧视图。在此，将分离结构 6施加到接触层上。分离结构6尤其是设计用于将单个光电子器件的铜层彼此分离；其位置对应于扩散势垒区域3a。分离结构根据本发明尤其是由一种材料构建，该材料防止在电镀沉积方法中在该分离结构材料的表面上沉积金属层。分离结构因此使得金属层仅仅在分离结构的垂直侧之间沉积在分别水平地设置在这些分离结构之间的面上(在当前情况下为接触层5)。分离结构尤其是可以由不导电的材料构成，并且可以是光敏或者非光敏的。这种分离结构的合适的材料包括聚合物、聚酰亚胺、环氧树脂、光刻胶、热塑性化合物、聚对二甲苯和类似材料。图4示出了示意性侧视图，其中在图3所示的分离结构之间引入铜层7。铜层7尤其可以借助电镀来施加，其中接触层5有利于加速沉积并且用作种子层。图5示出了层布置的一个实施形式的示意性侧视图，其中在图4中示出的分离结构6又被去除。在铜层7之间因此形成沟槽，切割平面在随后的分割中通过这些沟槽延伸。 沟槽因此对应于扩散势垒区域。图6示出了一个实施形式的示意性侧视图，其中在根据图5的层布置上沉积了金属层8。层沉积方法在此实施为使得铜层7的横向表面7a也完全被金属层8覆盖。金属层8的厚度在此通常为1口111至6口111，通常选择2口111至3口111、例如3口111的层厚度。然而，200nm的层厚度也已经可以满足由金属层制造的保护层11所想要的目的。大于6 μ m的层厚度出于生产技术的原因通常较不适合。图7示出了根据图6的层布置的一个实施形式的示意性侧视图，其中层系统被退火，使得在铜层7和接触层5之间进行扩散。如果例如接触层由金或者由金合金构成，则在界面上进行金和铜的“充分混合”并且进行金属间连接(然而其中存在不同原子类型的统计分布，并且并不形成在具有限定的熔点的化合物意义上的真实合金)。通过退火，得到 “扩散层”9，其导致铜层在金层上的改善的附着。退火例如可以在100°C至200°C的温度情况下、通常为180°C至200°C的温度情况下在30分钟到1小时的时间上进行。图8示出了根据图7的层布置的示意性侧视图，其中施加了背面接触部10。背面接触部在此例如可以由导电的稀有金属和/或尤其是适于将芯片焊接到接触面上的工艺的材料构成。可以提及的例如是如下材料其由金、银、锡、镍和/或这些金属的合金构成， 或者包含上述金属和/或合金作为主要组成部分。如已经关于扩散势垒层4和接触层5所描述的那样，在此可以为了更好的附着而将金属层8的表面进行离子预先净化，以便去除形成的表面氧化物。在图9中所示的层布置的示意性侧视图示出了在执行方法步骤E)或者E》之后的状态。在此，设置在铜层7的横向侧面7a上的金属层8被氧化为金属氧化物构成的保护层11。氧化例如可以在等离子体炉中进行。为了防止铜层的水平面设置的金属层8的氧化， 可以替代图8中所示的背面接触层也使用任意另外的保护层，尤其是仅仅可以施加到要保护的面上的层。为此，可以利用气相淀积工艺的高定向性。图10示出了层布置的一个示意性侧视图，其中在图10中所示的布置上施加了辅助衬底13。在此，辅助衬底13借助粘合剂12固定在层布置上，该粘合剂也可以填充金属层 7之间的间隙(它们通过分离结构6引起)，层布置固定在辅助衬底上。辅助衬底通常具有 5 μ m到1000 μ m之间的厚度。任何材料都是适合的，即导电材料如金属，或者非导体例如蓝宝石。辅助衬底用于稳定层序列，以便能够实现去除生长衬底。图11示出了根据图10的层布置的一个实施形式的、在去除生长衬底1之后的示意性侧视图(其被旋转180°C )。生长衬底在此例如可以借助激光剥离(LLO)来去除。在激光剥离(LLO)中，要从其他层剥离的衬底用脉冲激光或者非脉冲激光来照射，该激光穿透衬底。由此，出现连接到衬底的半导体层的表面的加热。如果达到所需的温度，则出现衬底的分裂。借助激光剥离的衬底与半导体层的分离方法例如在DE 19640594A1 中进行了阐述，其公开内容通过引用结合于此。在硅作为生长衬底的情况下，例如也可以使用主要化学的剥离方法，其选择性地在半导体层上停止。在取走生长衬底1之后，由此暴露的半导体层2的侧被处理完成。在此，例如可以施加电接触结构14(例如接合垫)。这对应于方法步骤Kl)或者图12。在图13中示出了层布置的示意性侧视图，其中暴露的半导体层2的侧被粗化(例如借助氢氧化钾)，使得形成半导体层的不规则表面15，其保证了改善的辐射耦合输出。图14示出了在将半导体层2的表面15结构化之后的层系统的状态；这例如可以借助掩模和刻蚀来实现。在此，得到多个沟槽16 (或者台地)，并且将事先连续的半导体层 2划分为各层(或者子层堆叠)。沟槽16的空间布置在此对应于通过分离结构6产生的在铜层7之间的间隙的布置。沟槽16在此朝着铜层变细；由此得到正的台地边缘-如图14 中所示。在一个实施形式中，沟槽16的宽度bl大于在各铜层之间存在的“沟槽” 1^2的宽度。由此，得到一种器件，其中铜层的宽度大于半导体层的宽度。这导致器件的附加的机械稳定。宽度bl在此通常至少为22 μ m;宽度1^2通常至少为30 μ m。通常，宽度bl在40 μ m 到50 μ m之间，例如在43 μ m到47 μ m之间，并且宽度1^2在30 μ m到40 μ m之间，通常在 33 μ m到37 μ m之间。通过这种宽度bl和1^2，保证了在以后的分割工艺中不损坏半导体器件的保护层和不同的层。图15示出了另一实施形式的示意性侧视图。在此，沟槽16的表面设置有盖层17。 盖层17在此用于钝化并且用于保护半导体层2，并且被施加为使得电接触结构14还暴露， 使得电接触是可能的。图16示出了在去除辅助衬底13和必要时包含的粘合剂层12之后的状态。辅助衬底在此通过弹性衬底18来替代，使得在执行分割步骤之后允许将弹性衬底延展并且由此改善被分割的光电子器件的进一步处理是可能的。图17示出了在执行方法步骤H)之后的一个实施形式的示意性侧视图。在此，光电子器件借助分离方法沿箭头19的方向彼此分离。分割在此例如可以借助锯割(即机械方式)进行或者借助激光来进行。使用激光具有的优点是，所形成的切割接缝可以仅仅为大约9 μ m宽，使得得到特别优化的方法。此外，借助激光来切割特别精确。图18示出了根据本发明的光电子器件30的一个实施形式的示意性侧视图，该器件设置在电路板20上。图18从电路板20出发具有以下层结构背面接触层10、金属层8、 带有设置在侧面7a上的保护层11的铜层7、扩散层9、接触层5、扩散势垒层4、带有侧面设置的扩散势垒区域3a的镜层3、半导体层2 (带有子层加和2b)以及侧面设置的盖层17、 电接触结构14。图19a和19B在侧视图(图19A)和俯视图(图19B)中示出了带有三个光电子器件30的器件布置的示意图。图19A示出了带有支承元件33的布置，其中光电子器件(在此为LED) 30在反射腔35中设置为支承元件33。反射腔在此可以用浇注材料填充和/或具有反射辐射的表面。 此外，该器件具有透明的壳体34。电接触LED可以借助这里并未示出的接合线来进行。然而，也可以从LED芯片的下侧来进行接触，使得无需接合线。三个发光二极管30例如可以以三种不同的颜色发光(例如蓝色、绿色和橙黄色)。图19B在俯视图中示出了根据图19A的实施形式。在此，看到三个发光二极管30 在反射腔35中的布置以及电端子(阳极31和阴极32)，它们能够实现分离地激励不同的发
光二极管。单个LED形式的光电子器件可以根据图19A和19B来构建，其中仅需要两个电端子(以及一个光电子器件30)。本发明并未通过借助实施例的描述而局限于此。更确切地说，本发明包括任意新的特征和特征的任意组合，尤其是权利要求中的特征的任意组合，即使该特征或者该组合本身并未明确地权利要求或者实施例中说明。
权利要求
1.一种用于制造光电子器件的方法，具有以下步骤A)提供生长衬底(1)，带有设置于其上的半导体层(2)用于产生工作中的有源区，B)施加分离结构(6)在半导体层(2)上，C)将多个铜层(7)在半导体层(2)上施加到通过分离结构(6)形成边界的区域中，D)去除分离结构(6)，E)将保护层(11)至少施加在铜层(7)的横向表面(7a)上，F)在铜层(7)上施加辅助衬底(13)，G)去除生长衬底(1)，H)将包括半导体层位)、铜层(7)和辅助衬底(1 的复合结构分割为彼此分离的器件。
2.根据上一权利要求所述的方法，其中在步骤A)和C)之间进行以下步骤I)在半导体层( 上施加接触层(5)。
3.根据上一权利要求所述的方法，其中在步骤E)之后进行以下步骤J)将器件退火，使得改善接触层( 在铜层(7)上的附着。
4.根据上述权利要求之一所述的方法，其中步骤E)包括以下子步骤El)将金属层(8)至少施加在铜层(7)的横向表面(7a)上，E2)至少将施加在铜层(7)的横向表面(7a)上的金属层(8)氧化为金属氧化物层 (11)。
5.根据上述权利要求之一所述的方法，其中在步骤G)之后执行以下步骤Kl)将电接触部(14)施加在表面的部分区域上，该表面。
6.根据上述权利要求之一所述的方法，其中在步骤G)之后执行以下步骤K2)将表面上的半导体层O)结构化，该表面已通过步骤G)暴露。
7.根据上一权利要求所述的方法，其中通过结构化在步骤K2)中产生沟槽(16)，其划分半导体层(2)。
8.一种光电子器件，具有半导体层O)，该半导体层设置在作为支承衬底的铜层(7) 上，其中至少在铜层(7)的横向表面(7a)上设置有保护层(11)。
9.根据上一权利要求所述的光电子器件，其中保护层(11)包含镍，尤其是氧化镍。
10.根据权利要求8和9之一所述的光电子器件，其中所述至少一个半导体层( 包括 AlGaInP 层和 / 或 AlGaInAs 层。
11.根据权利要求8至10之一所述的光电子器件，其中在铜层(7)的朝向半导体层的主侧上设置有至少一个接触层(5)。
12.根据上一权利要求所述的光电子器件，其中接触层( 包括焊料，该焊料选自金、 钯、钼、锡、银、镍和这些元素的合金或者由这种材料之一构成。
13.根据权利要求8至12之一所述的光电子器件，其中在半导体层( 的朝向铜层(7) 的侧上设置有镜层(3)。
14.根据上一权利要求所述的光电子器件，其中在镜层C3)的朝向铜层(7)的侧上设置有扩散势垒层(4)。
15.一种器件布置，带有多个设置在共同的支承元件(3 上的根据权利要求8至14之一所述的光电子器件(30)，其中各器件相同或者不同，并且这些器件的至少之一根据权利要求10构建。
全文摘要
本发明涉及一种用于制造光电子器件的方法，具有以下步骤A)提供生长衬底，带有设置于其上的半导体层用于产生工作中的有源区，B)施加分离结构在半导体层上，C)施加多个铜层在半导体层上的通过分离结构形成边界的区域中，D)去除分离结构，E)将保护层至少施加在铜层的横向表面上，F)在铜层上施加辅助衬底，G)去除生长衬底，H)将由半导体层、铜层和辅助衬底构成的复合结构分割为彼此分离的器件，以及一种借助这种方法制造的器件和器件布置。
文档编号H01L33/46GK102388472SQ200980158653
公开日2012年3月21日 申请日期2009年4月3日 优先权日2009年4月3日
发明者卢茨·赫佩尔 申请人:欧司朗光电半导体有限公司