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WO2021052937A1 - Verfahren zum herstellen einer halbleiteranordnung und diodenlaser - Google Patents

Verfahren zum herstellen einer halbleiteranordnung und diodenlaser Download PDF

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WO2021052937A1
WO2021052937A1 PCT/EP2020/075720 EP2020075720W WO2021052937A1 WO 2021052937 A1 WO2021052937 A1 WO 2021052937A1 EP 2020075720 W EP2020075720 W EP 2020075720W WO 2021052937 A1 WO2021052937 A1 WO 2021052937A1
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WO
WIPO (PCT)
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layer
intermetallic
contact surface
cover
metallic layer
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/EP2020/075720
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Matthias Schroeder
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.)
Jenoptik Optical Systems GmbH
Original Assignee
Jenoptik Optical Systems 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 Jenoptik Optical Systems GmbH filed Critical Jenoptik Optical Systems GmbH
Priority to US17/642,981 priority Critical patent/US20230073405A1/en
Publication of WO2021052937A1 publication Critical patent/WO2021052937A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • H01S5/40—Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
    • H01S5/4025—Array arrangements, e.g. constituted by discrete laser diodes or laser bar
    • H01S5/4031—Edge-emitting structures

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a semiconductor arrangement, in particular a diode laser and a diode laser.
  • the diode laser comprises a laser bar which is arranged between a heat conducting body and a cover.
  • the heat conducting body and the cover serve as electrical contacts through which the operating current is conducted to the laser bar.
  • a higher current-carrying capacity of the n-side current connection can be achieved by using a solid cover, which can be designed as a second heat-conducting body. It is known from WO2009143835 and from WO2009146683 to solder the laser bar between two heat conductors. The soldering process can lead to tension in the laser bar, which can impair the electro-optical properties. From WO2011029846 a method for producing a diode laser without involving a soldering process is known, in which a first metallic layer is used between the first contact surface of the laser bar and the first heat-conducting body and a second metallic layer is used between the second contact surface of the laser bar and the second heat-conducting body will.
  • These layers which can consist of indium, for example, bring about a material bond during assembly.
  • a method is known from WO2016135160A1 for attaching a laser bar at low temperature between a heat-conducting body and a cover.
  • All soldering and other connection methods use an indium layer that is several pm thick and is still present in the finished semiconductor device after assembly. This is considered to be advantageous so that the indium layer can compensate for the different thermal expansion of the heat sink and semiconductor chip through plastic deformation, to avoid thermal stress.
  • a sufficient thickness of the indium layer has hitherto been considered necessary, since intermetallic mixed phases such as, for example, Auln 2 , which can arise during soldering or by diffusion, are comparatively hard and brittle. It is disadvantageous that migration of the material of the indium layers can occur, in particular when a conventional diode laser is operated in pulsed mode. This can lead to a failure of the laser. In order to avoid indium layers, the use of expansion-adapted heat sink materials is recommended.
  • the object of the invention is to specify a method for producing a diode laser which has an improved service life in pulsed operation.
  • intermetallic mixed phases such as AuPb 2 , AuCd 3 , Auln 2 , Auln, AuSn 4 , AuSn 2 , AuSn are quite suitable for producing a permanent connection between a semiconductor chip and a heat-conducting body. It has even been found that it can be beneficial to bind the soft metals In or Sn, which are usually used for joining, as far as possible in hard intermetallic mixed phases with gold (Au).
  • the object is achieved by a method for producing a semiconductor arrangement, characterized by the following steps: a. Providing at least one semiconductor chip which has a first contact area on a first side and a second contact area on a second side opposite the first side, b. Providing a heat conducting body with a first connection surface, c. Providing a cover with a second connection surface, d. Production of a first metallic layer comprising one or more of the soft metals lead, cadmium, indium, tin, e. Production of a second metal layer, whereby either the first metallic layer is produced on the first connection area and the second metal layer is produced on the first contact area or vice versa, f.
  • a diode laser according to claim 12 can be produced, which solves the task of the invention.
  • a second metallic layer in the form of a knobbed structure according to claim 15 can advantageously be used.
  • the method according to the invention can advantageously be used for producing a diode laser which is designed for a high operating current and / or for pulsed operation.
  • the semiconductor arrangement according to the invention can be a diode laser, in particular a device for emitting laser radiation, which has a laser bar as a beam source.
  • the semiconductor chip can therefore be designed as a laser bar.
  • the semiconductor chip can also be designed as a MOSFET, IGBT, thyristor, rectifier diode or the like, for example.
  • the laser bar can be embodied in a known manner as an edge-emitting diode laser bar and can comprise one or preferably a plurality of emitters which can each be arranged offset from one another in an x direction.
  • the laser bar can preferably have a width between 0.3 mm and 12 mm in the x direction. It can preferably have 1 to 49 emitters.
  • the thickness of the laser bar can preferably be between 0.05 mm and 0.2 mm in a y-direction.
  • the length of the emitter of the laser bar in a z-direction can be given before given between 0.5 mm and 6 mm.
  • the direction of the central rays of the emitted laser radiation can be the z-direction.
  • the directions x, y and z can be perpendicular to each other.
  • the laser bar can have a known epitaxially produced layer sequence as a pn junction with one or more quantum wells.
  • the epitaxial layer can be considerably thinner than the substrate.
  • the epitaxial layer can be between 3 pm and 20 pm thick, for example.
  • the substrate can be between 50 pm and 200 pm thick, for example.
  • the individual emitters can preferably be designed as broad strip emitters or as ridge waveguides or as a trapezoidal laser. There can also be several layer sequences, ie several pn junctions electrically in series. Such bars are also known as nanostacks. In this case, several emitters can be stacked one on top of the other in the y-direction.
  • the facets of the laser bar can be provided with mirrors, for example a highly reflective mirror layer can be attached to the rear facet of the laser element and a low reflective mirror layer with a degree of reflection of 0.1% to, for example, on the opposite exit-side facet, which contains the exit aperture 10%.
  • the mirrors can define a laser resonator that enables laser operation.
  • the laser bar can, however, also be designed as a profit element, which is only provided for laser operation in cooperation with an external resonator.
  • a wavelength-dependent feedback through the external resonator can be seen, which is used to determine the wavelength of the laser.
  • Such an electro-optical gain element is also to be understood as a laser bar within the meaning of the invention.
  • the laser bar can be pumped by an electric current.
  • the operating current can be, for example, 1A to 1000A.
  • a first contact surface and a second contact surface are provided on the laser bar for the introduction of current.
  • the p-side contact area can be referred to as the first contact area.
  • the first contact surface can be the anode of the diode laser bar.
  • the n-side contact surface of the laser bar can be referred to as the second contact surface.
  • the second contact surface can be the cathode of the laser bar.
  • the first and the second contact surface can each lie in an xz plane.
  • the first contact surface can be arranged on the epitaxial side of the laser bar, which can be referred to as the first side, while the second contact surface can be arranged on the substrate side of the laser bar, which can be referred to as the second side.
  • the first and / or the second contact surface can have a metallization.
  • the laser bar can develop waste heat during operation, which has to be dissipated.
  • a heat conducting body with a first connection surface is provided. Since the pn junction of the diode laser can be in the epitaxial layer (i.e. near the first side) and the majority of the waste heat can arise in the pn junction, the heat conducting body can preferably be connected to the first side of the laser bar.
  • the first contact area can be electrically and thermally connected to the first connection area and the second contact area can be electrically connected to the second connection area.
  • the method according to the invention is used to lower a fall arrester arrangement.
  • a semiconductor chip for example a laser bar
  • the first contact area can be used as a contact area be designed for all emitters. But it can also consist of several individual partial areas that can be separated from one another, for example one partial area for each emitter.
  • the first contact surface can be a metallization, for example, and the outer layer can be a gold layer, for example.
  • a galvanically reinforced gold layer with a thickness preferably greater than 0.5 ⁇ m, particularly preferably between 1 ⁇ m and 10 ⁇ m, can preferably be used. This galvanically produced gold layer can be the outer layer.
  • this layer should be referred to as the second metal layer.
  • a diffusion barrier layer can be arranged on this galvanically produced metal layer, which is referred to in the following as a second diffusion barrier layer to distinguish it.
  • This can include Ti, Ni, Cr, Pt, Mo and / or W, for example.
  • a further metal layer advantageously made of gold, can be arranged which, for example, can be at least 80 nm, advantageously at least 120 nm, particularly advantageously at least 200 nm thick.
  • this outer metal layer - in particular gold layer - is referred to below as the second metal layer.
  • the galvanic gold layer optionally present under the second diffusion barrier layer referred to below as the thick gold underlayer, can be irrelevant for the inventive formation of the intermetallic phases.
  • the second contact area can be formed as a contact area for all emitters of a laser bar or, in the case of a general semiconductor chip, as a large contact area for introducing current. However, it can also consist of several individual partial areas, for example one partial area for each emitter of a laser bar or power contact for different elements of a semiconductor chip.
  • the second contact surface can be a metallization, for example, and the outer layer can be a gold layer, for example. This can be, for example, 50 nm to 200 nm thick.
  • a plurality of laser bars can also be provided, which for example can be arranged next to one another or one above the other on the heat sink.
  • a heat conducting body with a first connection surface is provided.
  • the heat conducting body can for example at least partially consist of copper, aluminum or a copper-diamond, aluminum-diamond or silver-diamond composite material, or comprise such a material. It can be designed, for example, as a copper body with an inlay made of a composite material. But it can also be made entirely of copper, for example be.
  • the heat conducting body can have a metallization, for example Ag / Au, or Ni / Au or Ti / Pt / Au, the gold layer (Au) preferably being provided on the outside.
  • the Ag, Ni, Ti or Pt layer arranged thereunder can be provided as a first diffusion barrier layer by preventing diffusion of atoms of the first metallic layer.
  • the first connection surface can be designed with particularly good flatness in order to achieve a low smile value (deviation of the individual emitters from a straight line). Further first connection surfaces can also be provided for further laser bars.
  • At least one cover with a second connection surface is provided.
  • the cover can be provided for making electrical contact with the n-contact of the laser bar. It can, but need not, also be provided for heat dissipation. It can be made of a material with good electrical conductivity, for example at least partially made of copper, aluminum or a copper-diamond, aluminum-diamond or silver-diamond composite material, or it can comprise such a material. It can be designed, for example, as a copper body with an inlay made of a composite material. However, it can also be made entirely of copper, for example.
  • the cover can have a metallization, for example Ag / Au, or Ni / Au or Ti / Pt / Au, the gold layer preferably being provided on the outside.
  • a first metallic layer is provided.
  • the first metallic layer can consist of a soft metal which preferably has a flow limit under pressure load (crush limit) of less than 50MPa, particularly preferably less than 20MPa or very particularly preferably less than 10MPa.
  • the first metallic layer comprises one or more of the soft metals lead, cadmium, indium, and tin. This can advantageously consist of pure lead, pure indium or pure tin.
  • Such a layer can be Herge for example by a coating process such as vapor deposition or sputtering. This layer can be considerably thinner compared to previous connection technologies as detailed below.
  • This layer can be designed as a uniform layer. However, it can also be structured, for example as a nub structure. Indium and / or tin are preferred because lead and cadmium are less environmentally friendly.
  • a second metallic layer made of a different metal than the first metal layer is provided, advantageously made of gold.
  • this layer is also referred to as the second metal layer.
  • This can contain impurities or doping, but can advantageously consist essentially of gold, for example it can be more than 95%, better more than 99% of the amount of substance that comprise gold.
  • This layer can be produced by coating, for example vapor deposition, sputtering or electroplating.
  • the first metallic layer can be produced on the first connection area and the second metal layer on the first contact area. Alternatively, it is possible to produce the first metallic layer on the first contact area and the second metal layer on the first connection area.
  • the laser bar is arranged between the heat conducting body and the cover, the first contact surface facing the first connection surface of the first heat conducting body and the second contact surface facing the second connection surface of the cover and the second metallic layer at least in sections between the second connection surface and the second contact surface is arranged,
  • At least one force is generated which has a component which presses the cover in the direction of the heat conducting body. That can be the -y direction.
  • the first contact surface is pressed flat onto the first connection surface. This can lead to a clamp connection. With this pressure, unevenness can be leveled out.
  • the laser bar can be elastically deformed. Under the action of the force, the first metallic layer is pressed flat onto the second metal layer.
  • the establishment of a mechanical connection of the cover to the is provided by.
  • An electrically insulating connection can advantageously be provided so that the laser bar is not short-circuited.
  • the connection can be made by means of a Fügemit.
  • An adhesive for example, can be used as the joining means.
  • Flat bonding with a thermally conductive adhesive can be used particularly advantageously.
  • a spacing or a separating trench can be provided in order to avoid wetting of the laser bar with adhesive.
  • the establishment of the mechanical connection can be accompanied by a volume shrinkage of the joining agent.
  • the mechanical connection can be seen to generate and / or to maintain the force. It can be sufficient if the force is at least partially maintained.
  • a partial relaxation of the force after the connection process can be provided or tolerable.
  • the Klemmver connection of the laser bar between the heat conducting body and the cover can be maintained. This can prevent breakage of the intermetallic layer described below become.
  • a screw connection can be provided for connecting the cover to the heat conducting body.
  • Solid body diffusion can be understood to mean that the diffusion process takes place without melting. Diffusion can take place without heating at room temperature. However, heating can also be provided so that diffusion can take place at an elevated temperature. The temperature can advantageously be below the lowest solidus temperatures of the first metallic layer and their mixed phases with the second metal layer. As a result, melting of the first metallic layer and the mixed phases can be avoided. This avoids mechanical stresses.
  • the effect may be absent or impaired.
  • the above-mentioned degree of bonding can be achieved by making the first metallic layer sufficiently thin.
  • the layer thickness of the first metallic layer can be less than 2 pm, advantageously less than 1.6 pm, also advantageously less than 1.2 pm and likewise advantageously less than 800 nm. It can be at least 200 nm, advantageously at least 500 nm.
  • the lower limit can be due to the fact that with an even thinner first metal layer, unevenness in the first contact surface and / or the first connection surface could no longer be compensated for.
  • the solid-state diffusion process creates an intermetallic layer. This makes it possible to ensure that the connection of the first contact surface with the first connection surface, which can also be referred to functionally as a connection surface, is free of plastically deformable elements io pure metals is Pb, Cd, In and Sn.
  • the yield point under pressure load (crush limit) and / or the yield point under shear load of the intermetallic layer can be at least twice, advantageously five times, with respect to the first metallic layer.
  • the first, second and third metallic layers can be produced by coating.
  • Coating is understood in manufacturing technology as a main group of manufacturing processes according to DIN 8580, which are used to apply an adhesive layer of shapeless material to the surface of a workpiece.
  • the corresponding process and the applied layer itself is also referred to as a coating.
  • a coating can be a thin layer or a thick layer as well as several coherent layers; the distinction is not precisely defined and is based on the coating process and application.
  • a coating with a location-dependent layer thickness can also be referred to as a layer.
  • the first metallic layer can be produced by coating the first connection surface. Galvanic or physical (e.g. vapor deposition, sputtering) coating processes can be used for this purpose.
  • the coating can be carried out with a mask in order to produce a structured layer. Alternatively, an evenly thick layer can be coated.
  • the second metallic layer can advantageously be produced by coating the second contact surface of the laser bar with gold.
  • the cover can advantageously be provided to make a contribution to the dissipation of heat from the second contact surface.
  • the hollow points in a third metallic layer that may be present, ie the points between the knobs, can remain free or alternatively be filled with a further joining agent, for example an epoxy resin.
  • the hollow areas can be filled in a further process step. If necessary, this can improve the mechanical strength of the connection compared to a connection with unfilled cavities.
  • the cover can be thermally and mechanically connected to the heat conducting body by means of an electrically insulating joining means. Partial oxidation of the first metallic layer before step f) can be advantageous. This can be done by dipping the coated surface with hydrogen peroxide solution, with water and / or by storing in an oxygen-containing atmosphere. As a result, part of the amount of substance of the metals in the first metallic layer can be bound oxidically. As a result, the required layer thickness of the second metal layer can be reduced. If enough gold is available, oxidizing can be dispensed with
  • a fourth metal layer for example one made of gold, can be arranged under the first metallic layer.
  • a gold-plated heat conducting body can be used for this purpose.
  • the heat conducting body can, for example, have a conventional Ni / Au coating.
  • the nickel layer can, for example, be 1 ⁇ m to 10 ⁇ m thick, the outer fourth gold layer 50 nm to 200 nm or 50 nm to 500 nm.
  • the first metallic layer can be produced on the fourth metal layer in the region of the first connecting surface.
  • the first metallic layer per area can contain less than four times the total amount of substance contained in the second metal layer and the fourth metal layer of at least one metal which can form mixed phases with the first metal layer, preferably gold.
  • the first metallic layer can contain a smaller amount of substance of the soft metals lead, cadmium, indium and tin per area than four times the amount of gold contained in the second metal layer and in the fourth metal layer, if present, in total per area.
  • the required maximum layer thickness of the first metallic layer can be calculated from this.
  • the required minimum layer thickness of the second metal layer can be calculated, possibly taking into account the fourth metal layer.
  • a second and / or first diffusion barrier layer can be arranged under the second metal layer and / or under the fourth metal layer.
  • the metals of the first metallic layer can be partially bound to the metals of the second and / or first diffusion barrier layer in step i).
  • the second and / or first diffusion barrier layer can consist of nickel or chromium or contain nickel and / or chromium.
  • a proportion of metal atoms in the first layer can then be indium-nickel, for example. Indium-chromium, tin-nickel or tin-chromium mixed phases are bound.
  • the method can also advantageously produce a third metallic layer, particularly advantageously with a nub structure on the second connection surface and / or on the be the second contact surface.
  • This can advantageously be made from Pb, In and / or Sn.
  • the third metallic layer can advantageously be between 0.5 ⁇ m and 5 ⁇ m thick.
  • a diode laser comprising at least one edge-emitting laser bar, which comprises one or more emitters, with a first contact surface, which is designed as a p-contact, and a second contact surface, which is designed as an n-contact, with a heat conducting body
  • a first connection surface, a cover with a second connection surface the laser bar between the heat-conducting body and the cover is angeord net, the cover being mechanically connected to the heat-conducting body and the first contact surface with the first connection surface over an intermetallic layer thermally and flat is electrically connected and the second contact surface is electrically connected to the second connection surface
  • the intermetallic layer comprising gold (Au) and at least one further metal (ME) from the group lead, cadmium, indium, tin and the intermetallic layer predominantly consisting of one or several mixed phases AuME 3 , AuME 2 un d / or phases with a higher gold content.
  • Predominantly can mean more than 50% based on the amount
  • Such mixed phases can be, for example, AuPb 2 , AuCd 3 , Auln 2 , Auln, AuSn 4 , AuSn 2 , AuSn. It is advantageous that predominantly those mixed phases which contain at most 50% gold atoms can be present in the intermetallic layer. In a particularly advantageous manner, predominantly the mixed phases with the lowest gold content, for example AuPb 2 , AuCd 3 , Auln 2 and / or AuSn 4, can be present in the intermetallic layer. It can be advantageous to produce the first metallic layer from Sn. With the same amount of gold, the mixed phase AuSn 4 can bind a particularly large number of atoms in the first metallic layer compared to the mixed phases of the other metals.
  • the cover can advantageously be provided to make a contribution to the dissipation of heat from the second contact surface.
  • the cover can be thermally and mechanically connected to the heat conducting body by means of an electrically insulating joint.
  • the intermetallic layer according to the invention can be brittle or tend to tear open. This can be avoided by a clamping force acting normal to the layer. It can therefore be advantageous to use a permanent clamping force to maintain a Fastening of a semiconductor component on a heat conducting body by means of an intermetallic layer, the intermetallic layer comprising gold (Au) and at least one further metal (ME) from the group lead, cadmium, indium, tin and the intermetallic layer consisting predominantly of one or more mixed phases AuME 3 , AuME 2 and / or phases with a higher gold content.
  • Au gold
  • ME further metal
  • Fig. 1 shows a first embodiment before assembly.
  • Fig. 2 shows the first embodiment after assembly.
  • FIG. 3 shows a diode laser according to the prior art.
  • Fig. 4 shows a second embodiment before assembly.
  • Fig. 5 shows the third embodiment after assembly.
  • Fig. 6 shows a fourth embodiment.
  • the invention is based on a first embodiment in Fig. 1 and Fig. 2 illustrated who the.
  • Fig. 1 shows a first embodiment before the assembly of the diode laser 1.
  • Shown is a provided laser bar 3 with multiple emitters, which has a first contact surface 7 on a first side 6, which is designed as a p-contact (anode), and on a the side opposite the first side, the second side 8 has a second contact surface 9, which is designed as an n-contact (cathode).
  • the position of the epitaxial layer 5 near the first contact surface of the laser bar is also indicated by a dotted line.
  • the n-contact makes contact with the substrate 4 of the laser bar.
  • the first contact surface has a coating comprising a thick gold sub-layer 20, which is covered by a second diffusion barrier layer 21 (shown as a thick line).
  • An external, second metal layer made of gold 15 is arranged on the second diffusion barrier layer 21.
  • a heat conducting body 10 provided with a first connection surface 11 is Darge.
  • the heat conducting body 10 is provided with a Ni / Au coating which has a Ni sub-layer as a first diffusion barrier layer 19 and an external fourth metal layer made of gold 18.
  • the first connection surface is coated with a first metallic layer 14 made of lead, indium or tin.
  • a provided cover 12 with a second connection surface 13 is shown.
  • a third metallic layer 17 made of indium or tin is applied to the second connection surface. In an alternative embodiment, this layer has a knob structure (not shown). The third metallic layer can thus be put together be provided with the lid.
  • the laser bar is arranged between the heat-conducting body 10 and the cover 12, the first contact surface 7 facing the first connection surface 11 of the heat-conducting body and the second contact surface 9 facing the second connection surface 13 of the cover.
  • the cover can have a Ni / Au coating (not shown), just like the heat conducting body.
  • a hardenable joining means 23 which can be applied, for example, as a not yet hardened viscous epoxy resin adhesive to the corresponding surface of the sauceleitkör pers or the cover.
  • Fig. 2 shows the diode laser 1 during or after assembly. At least one force 22 is generated which has a component which presses the cover 12 in the direction of the heat conducting body 10. Under the action of the force, the first contact surface 7 is pressed flat onto the first connection surface 11, the first metallic layer 14 being pressed flat onto the second metal layer made of gold 15,
  • a mechanical connection of the cover 12 to the heat conducting body 10 is established by means of the electrically insulating joining means 23.
  • the hardened joining agent at least partially maintains the force 22.
  • the finished diode laser emits laser radiation 2 in the direction z.
  • an intermetallic layer 16 is formed by solid body diffusion of the first metallic layer 14 into the second metal layer made of gold 15 and / or vice versa, the first metallic layer 14 being bonded in intermetallic mixed phases.
  • An oxidic bond of some of the atoms of the first metallic layer can optionally also be present.
  • the second diffusion barrier layer 21 prevents the penetration of atoms of the first metallic layer into the thick gold lower layer 20. The latter remains undamaged as a result.
  • the intermetallic layer 16 is produced between the first diffusion barrier layer 19 and the second diffusion barrier layer 21.
  • FIG. 3 shows a diode laser according to the prior art.
  • the diode laser is mounted with an indium layer 14 as the first metallic layer.
  • the indium layer is made so sick that it is permanently retained as a layer made of pure metal. Only in a zone near the interface can intermetallic phases 16 form, which according to previous teaching are undesirable.
  • 4 shows a second exemplary embodiment before the assembly of the diode laser 1.
  • the second metal layer made of gold 15 is designed here as a thick gold layer.
  • a second diffusion barrier layer, which covers the thick gold layer, is not present in this example.
  • Fig. 5 shows the third embodiment after assembly.
  • the thick gold layer applied to the semiconductor chip is used here as a gold reservoir for forming the intermetallic layer 16.
  • the fourth metal layer made of gold also contributes to the reservoir.
  • Fig. 6 shows a fourth embodiment.
  • the schematic drawing is shown after an electron microscope image of a micrograph of a finished semiconductor arrangement, here a diode laser, in an enlarged detail.
  • the laser bar has a substrate 4 and an epitaxial layer 5.
  • the first contact surface of the laser bar has a coating comprising an approximately 1 ⁇ m to 5 ⁇ m thick metallic sub-layer 20 (buffer layer) which is covered by a second diffusion barrier layer 21 that is less than 0.5 ⁇ m thick.
  • the diffusion barrier layer 21 is visible between the metallic lower layer 20 and the intermetallic layer 16 in the figure.
  • the metallic lower layer can consist predominantly of gold, copper or tin, for example.
  • the metallic lower layer 20 is retained due to the second diffusion barrier layer 21 even after the formation of the intermetallic layer 16 in step i) of the method.
  • a second metal layer preferably made of gold, is applied to the second diffusion barrier layer 21 before the mechanical connection is established (not visible in the figure). When the intermetallic layer 16 is formed in step i), this is completely absorbed into the intermetallic layer 16.
  • the heat conducting body 10 is provided with a metallic coating.
  • This comprises a first diffusion barrier layer 19 which is approximately 0.5 ⁇ m to 10 ⁇ m thick and can also be referred to as a buffer layer.
  • a fourth metal layer preferably made of gold, is applied to the first diffusion barrier layer 19 before the mechanical connection is established (not visible in the figure). This goes completely into the intermetallic layer 16 when the intermetallic layer 16 is formed in step i).
  • the first metallic layer is applied to the second metal layer and / or the fourth metal layer with a thickness of approximately 0.5 ⁇ m to 2 ⁇ m (not visible in the figure).
  • the intermetallic layer 16 has a thickness of approximately 0.5 ⁇ m to 2.5 ⁇ m.
  • the intermetallic layer 16 comprises mixed phases of the metals of the first, second and fourth metallic layers and optionally oxides of the material of the first metallic layer.
  • the interme-metallic layer is free from the pure metallic phase of the material of the first metallic layer. It preferably comprises predominantly the intermetallic phase of the metal of the first metallic layer with gold with the lowest gold content.
  • the intermetallic layer comprises intermetallic phases of up to 50% gold, measured as an amount of substance, which can be specified in moles.

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Abstract

Die Erfindung beinhaltet ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung, insbesondere die Verbindung eines Halbleiterchips mit einer Wärmesenke. Eine erste metallische Schicht aus Pb, Cd, In oder Sn wird so dünn ausgeführt, dass sie mittels einer gegenüberliegenden zweiten Metallschicht aus einem anderen Metall, beispielsweise Gold, in einer Schicht aus intermetallischen Phasen gebunden wird. Dadurch kann eine Migration der Weichmetalle verhindert werden. Das Aufreißen der spröden intermetallischen Schicht wird durch eine permanente Andruckkraft verhindert.

Description

Verfahren zum Herstellen einer Halbleiteranordnung und Diodenlaser
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleiteranordnung, insbesondere ei nes Diodenlasers und einen Diodenlaser. Der Diodenlaser umfasst einen Laserbarren, der zwi schen einem Wärmeleitkörper und einem Deckel angeordnet ist. Der Wärmeleitkörper und der Deckel dienen als elektrische Kontakte, durch die der Betriebsstrom zum Laserbarren geleitet wird.
Stand der Technik
Seit langer Zeit bekannt sind Verfahren zum Herstellen eines Diodenlasers, bei welchen ein La serbarren p-seitig auf eine Wärmesenke gelötet wird und n-seitig eine Kontaktierung über Bond drähte erfolgt, z.B. aus US5105429A und US4716568A. Nachteilig ist die begrenzte Stromtrag fähigkeit der Bonddrähte.
Eine höhere Stromtragfähigkeit des n-seitigen Stromanschlusses kann durch die Verwendung eines massiven Deckels, der als zweiter Wärmeleitkörper ausgebildet sein kann, erreicht wer den. Aus W02009143835 und aus W02009146683 ist bekannt, den Laserbarren zwischen zwei Wärmeleitkörpern anzulöten. Der Lötprozess kann zu Verspannungen im Laserbarren füh ren, welche die elektrooptischen Eigenschaften beeinträchtigen können. Aus WO2011029846 ist ein Verfahren zum Herstellen eines Diodenlasers ohne Beteiligung eines Lötprozesses be kannt, bei dem eine erste metallische Schicht zwischen der ersten Kontaktfläche des Laserbar rens und dem ersten Wärmeleitkörper und eine zweite metallische Schicht zwischen der zwei ten Kontaktfläche des Laserbarrens und dem zweiten Wärmeleitkörper verwendet werden.
Diese Schichten, die beispielsweise aus Indium bestehen können, bewirken bei der Montage einen Stoffschluß.
Aus W02016135160A1 ist ein Verfahren bekannt, einen Laserbarren bei niedriger Temperatur zwischen einem Wärmeleitkörper und einem Deckel zu befestigen.
Sämtliche Löt- und sonstigen Verbindungsverfahren verwenden eine Indiumschicht, die meh rere pm dick ist und nach der Montage in der fertigen Halbleitervorrichtung noch vorhanden ist. Das wird für vorteilhaft erachtet, damit die Indiumschicht durch plastische Deformation die un terschiedliche thermische Ausdehnung von Wärmesenke und Halbleiterchip ausgleichen kann, um thermische Spannungen zu vermeiden. Eine hinreichende Dicke der Indiumschicht wird bis her für erforderlich gehalten, da intermetallische Mischphasen wie beispielsweise Auln2, die beim Löten oder durch Diffusion entstehen können, vergleichsweise hart und spröde sind. Nachteilig ist, dass insbesondere beim Impulsbetrieb eines herkömmlichen Diodenlasers eine Migration von Material der Indiumschichten auftreten kann. Dadurch kann es zum Ausfall des Lasers kommen. Um Indiumschichten zu vermeiden, wird die Verwendung ausdehnungsange- passter Wärmesenkenmaterialien empfohlen.
Aufgabe der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen eines Diodenlasers anzugeben, welcher eine verbesserte Lebensdauer im Pulsbetrieb aufweist.
Lösung der Aufgabe
Es hat sich herausgestellt, dass überraschenderweise intermetallische Mischphasen wie AuPb2, AuCd3, Auln2, Auln, AuSn4, AuSn2, AuSn durchaus zum Herstellen einer dauerhaften Verbin dung eines Halbleiterchips mit einem Wärmeleitkörper geeignet sind. Es hat sich sogar heraus gestellt, dass es günstig sein kann, die üblicherweise zum Verbinden verwendeten weichen Me talle In oder Sn möglichst in harten intermetallischen Mischphasen mit Gold (Au) zu binden.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleiteranordnung, ge kennzeichnet durch folgende Schritte: a. Bereitstellen wenigstens eines Halbleiterchips, der auf einer ersten Seite eine erste Kontaktfläche aufweist, und auf einer der ersten Seite gegenüberliegenden Seite zweiten Seite eine zweite Kontaktfläche aufweist, b. Bereitstellen eines Wärmeleitkörpers mit einer ersten Anschlußfläche, c. Bereitstellen eines Deckels mit einer zweiten Anschlußfläche, d. Herstellen einer ersten metallischen Schicht umfassend ein oder mehrere der Weichmetalle Blei, Cadmium, Indium, Zinn, e. Herstellen einer zweiten Metallschicht, wobei entweder die erste metallische Schicht auf der ersten Anschlußfläche und die zweite Metallschicht auf der ersten Kontaktfläche hergestellt werden oder umgekehrt, f. Anordnen des Halbleiterchips zwischen dem Wärmeleitkörper und dem Deckel, wobei die erste Kontaktfläche der ersten Anschlußfläche des Wärmeleitkörpers zugewandt ist und die zweite Kontaktfläche der zweiten Anschlußfläche des De ckels zugewandt ist, g. Erzeugen wenigstens einer Kraft, die eine Komponente aufweist, welche den De ckel in Richtung des Wärmeleitkörpers drückt, wobei unter der Einwirkung der Kraft die erste metallische Schicht flächig auf die zweite Metallschicht gedrückt wird, h. Einrichten einer mechanischen Verbindung des Deckels zum Wärmeleitkörper, welche die Kraft wenigstens teilweise aufrechterhält, i. Ausbilden einer intermetallischen Schicht durch Festkörperdiffusion der ersten metallischen Schicht in die zweite Metallschicht und/oder umgekehrt, wobei die erste metallische Schicht überwiegend in intermetallischen Mischphasen und/o der oxydisch gebunden wird.
Mit diesem Verfahren kann ein Diodenlaser nach Anspruch 12 hergestellt werden, der die Auf gabe der Erfindung löst. Vorteilhaft kann zur Herstellung einer Klemmverbindung im o.g. Ver fahren eine als Noppenstruktur ausgebildete zweite metallische Schicht gemäß Anspruch 15 verwendet werden.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren kann zum Herstellen eines Diodenlasers vorteilhaft verwen det werden, welcher für einen hohen Betriebsstrom und/oder für einen Pulsbetrieb ausgelegt ist.
Beschreibung
Die erfindungsgemäße Halbleiteranordnung kann ein Diodenlaser sein, insbesondere eine Vor richtung zur Emission von Laserstrahlung, welche einen Laserbarren als Strahlquelle aufweist. Der Halbleiterchip kann also als ein Laserbarren ausgebildet sein. Der Halbleiterchip kann aber auch beispielsweise als MOSFET, IGBT, Thyristor, Gleichrichterdiode oder ähnliches ausgebil det sein. Der Laserbarren kann in bekannter Weise als kantenemittierender Diodenlaserbarren ausgebildet sein und einen oder bevorzugt mehrere Emitter umfassen, welche in einer x-Rich- tung jeweils versetzt zueinander angeordnet sein können. Der Laserbarren kann bevorzugt in x- Richtung eine Breite zwischen 0,3 mm und 12 mm haben. Er kann bevorzugt 1 bis 49 Emitter aufweisen. Die Dicke des Laserbarrens kann in einer y-Richtung bevorzugt zwischen 0,05 mm und 0,2 mm betragen. Die Länge der Emitter des Laserbarrens in einer z-Richtung kann bevor zugt zwischen 0,5 mm und 6 mm liegen. Die Richtung der Zentralstrahlen der emittierten Laser strahlung kann die z-Richtung sein. Die Richtungen x,y und z können rechtwinklig zueinander sein. Der Laserbarren kann eine bekannte epitaktisch hergestellte Schichtfolge als p-n-Über- gang mit einem oder mehreren Quantengräben aufweisen. Die Epitaxieschicht kann erheblich dünner sein als das Substrat. Die Epitaxieschicht kann beispielsweise zwischen 3pm und 20pm dick sein. Das Substrat kann beispielsweise zwischen 50pm und 200pm dick sein. Die einzel nen Emitter können bevorzugt als Breitstreifenemitter oder als Stegwellenleiter oder als Trapez laser ausgebildet sein. Es können auch mehrere Schichtfolgen, d. h. mehrere elektrisch in Serie liegende p-n Übergänge vorhanden sein. Solche Barren werden auch als Nanostack bezeich net. In diesem Fall können mehrere Emitter in y-Richtung übereinander gestapelt sein. Die Facetten des Laserbarrens können mit Spiegeln versehen sein, beispielweise kann an der rückwärtigen Facette des Laserelements eine hochreflektierende Spiegelschicht angebracht sein und an der gegenüberliegenden austrittsseitigen Facette, welche die Austrittsapertur ent hält, eine niedrig reflektierende Spiegelschicht mit einem Refelxionsgrad von beispielsweise 0,1% bis 10%. Die Spiegel können einen Laserresonator definieren, der einen Laserbetrieb er möglicht. Der Laserbarren kann aber auch als Gewinnelement ausgebildet sein, welches erst im Zusammenwirken mit einem externen Resonator zum Laserbetrieb vorgesehen ist. Dabei kann beispielsweise eine wellenlängenabhängige Rückkopplung durch den externen Resonator vor gesehen sein, die zur Festlegung der Wellenlänge des Lasers dient. Auch ein solches elektro optisches Gewinnelement ist als Laserbarren im Sinne der Erfindung zu verstehen.
Der Laserbarren kann durch einen elektrischen Strom gepumpt werden. Der Betriebsstrom kann beispielsweise 1A bis 1000A betragen. Zum Stromeintrag sind eine erste Kontaktfläche und eine zweite Kontaktfläche am Laserbarren vorgesehen. Die p seitige Kontaktfläche kann als erste Kontaktfläche bezeichnet werden. Die erste Kontaktfläche kann die Anode des Dio denlaserbarrens sein. Die n-seitige Kontaktfläche des Laserbarrens kann als zweite Kontaktflä che bezeichnet werden. Die zweite Kontaktfläche kann die Kathode des Laserbarrens sein. Die erste und die zweite Kontaktfläche können jeweils in einer xz-Ebene liegen. Die erste Kontakt fläche kann auf der Epitaxieseite des Laserbarrens, die als erste Seite bezeichnet werden kann, angeordnet sein, während die zweite Kontaktfläche auf der Substratseite des Laserbarrens, die als zweite Seite bezeichnet werden kann, angeordnet sein kann. Die erste und/oder die zweite Kontaktfläche können eine Metallisierung aufweisen.
Der Laserbarren kann im Betrieb Abwärme entwickeln, welche abgeführt werden muss. Dazu ist ein Wärmeleitkörper mit einer ersten Anschlussfläche vorgesehen. Da sich der pn-Übergang des Diodenlasers in der Epitaxieschicht (d.h. nahe der ersten Seite) befinden kann und der überwiegende Teil der Abwärme im pn-Übergang entstehen kann, kann der Wärmeleitkörper bevorzugt an die erste Seite des Laserbarrens angeschlossen werden. Die erste Kontaktfläche kann elektrisch und thermisch mit der ersten Anschlussfläche verbunden werden und die zweite Kontaktfläche kann elektrisch mit der zweiten Anschlussfläche verbunden werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient zum Fierstellen einer Flalbleiteranordnung. Dazu wird ein Halbleiterchip, beispielsweise ein Laserbarren, bereitgestellt, der auf einer ersten Seite eine erste Kontaktfläche aufweist, und auf einer der ersten Seite gegenüberliegenden Seite zweiten Seite eine zweite Kontaktfläche aufweist. Die erste Kontaktfläche kann als eine Kontaktfläche für alle Emitter ausgebildet sein. Sie kann aber auch aus mehreren einzelnen Teilflächen beste hen, die voneinander getrennt sein können, beispielsweise eine Teilfläche für jeden Emitter. Die erste Kontaktfläche kann beispielsweise eine Metallisierung sein, die äußere Schicht kann bei spielsweise eine Goldschicht sein. Bevorzugt kann dabei eine galvanisch verstärkte Goldschicht mit einer Dicke bevorzugt größer als 0,5 gm, besonders bevorzugt zwischen 1 gm und 10 pm, verwendet werden. Diese galvanisch hergestellte Goldschicht kann die außenliegende Schicht sein. In dem Fall, dass diese galvanisch hergestellte Goldschicht die außenliegende Schicht ist, soll diese Schicht als zweite Metallschicht bezeichnet werden. Alternativ kann auf dieser galva nisch hergestellten Metallschicht eine Diffusionsbarriereschicht angeordnet sein, welche im Fol genden zur Unterscheidung als zweite Diffusionsbarriereschicht bezeichnet wird. Diese kann beispielsweise Ti, Ni, Cr, Pt, Mo and/or W umfassen. Auf der zweiten Diffusionsbarriereschicht kann außen eine weitere Metallschicht, vorteilhaft aus Gold, angeordnet sein, die beispiels weise wenigstens 80nm, vorteilhaft wenigstens 120nm, besonders vorteilhaft wenigstens 200nm dick sein kann. In diesem Fall wird im Folgenden diese außenliegende Metallschicht - insbesondere Goldschicht- als zweite Metallschicht bezeichnet. In diesem Fall kann die optional vorhandene unter der zweiten Diffusionsbarriereschicht angeordnete galvanische Goldschicht, im Folgenden als Dickgold-Unterschicht bezeichnet, für die erfindungsgemäße Ausbildung der intermetallischen Phasen irrelevant sein.
Die zweite Kontaktfläche kann als eine Kontaktfläche für alle Emitter eines Laserbarrens bzw. im Falle eines allgemeinen Halbleiterchips als eine große Kontaktfläche zum Stromeintrag aus gebildet sein. Sie kann aber auch aus mehreren einzelnen Teilflächen bestehen, beispielsweise eine Teilfläche für jeden Emitter eines Laserbarrens bzw. Stromkontakt für verschiedene Ele mente eines Halbleiterchips. Die zweite Kontaktfläche kann beispielsweise eine Metallisierung sein, die äußere Schicht kann beispielsweise eine Goldschicht sein. Diese kann beispielsweise 50nm bis 200nm dick sein.
Es können auch mehrere Laserbarren bereitgestellt werden, die beispielsweise nebeneinander oder übereinander auf der Wärmesenke angeordnet sein können.
Außerdem wird ein Wärmeleitkörper mit einer ersten Anschlußfläche bereitgestellt. Der Wärme leitkörper kann beispielsweise wenigstens zum Teil aus Kupfer, Aluminium oder aus einem Kupfer-Diamant Aluminium-Diamant oder Silber-Diamant-Verbundwerkstoff bestehen oder ein solches Material umfassen. Er kann beispielsweise als Kupferkörper mit einem Inlay aus einem Verbundwerkstoff ausgeführt sein. Er kann aber beispielsweise auch ganz aus Kupfer gefertigt sein. Der Wärmeleitkörper kann eine Metallisierung aufweisen, beispielsweise Ag/Au, oder Ni/Au oder Ti/Pt/Au, wobei die Goldschicht (Au) vorzugsweise außen vorgesehen ist. Die darun ter angeordnete Ag, Ni, Ti oder Pt-Schicht kann als eine erste Diffusionsbarriereschicht vorge sehen sein, indem sie eine Diffusion von Atomen der ersten metallischen Schicht verhindert.
Die erste Anschlußfläche kann mit einer besonders guten Ebenheit ausgeführt sein, um her nach einen geringen smile-Wert (Abweichung der einzelnen Emitter von einer geraden Linie) zu erreichen. Es können noch weitere erste Anschlußflächen für weitere Laserbarren vorgesehen sein.
Außerdem wird wenigstens ein Deckel mit einer zweiten Anschlußfläche bereitgestellt. Der De ckel kann zur elektrischen Kontaktierung des n-Kontakts des Laserbarrens vorgesehen sein. Er kann, muß aber nicht, ebenfalls zur Wärmeableitung vorgesehen sein. Er kann aus einem elektrisch gut leitfähigen Material, beispielsweise wenigstens zum Teil aus Kupfer, Aluminium oder aus einem Kupfer-Diamant Aluminium-Diamant oder Silber-Diamant-Verbundwerkstoff be stehen oder ein solches Material umfassen. Er kann beispielsweise als Kupferkörper mit einem Inlay aus einem Verbundwerkstoff ausgeführt sein. Er kann aber beispielsweise auch ganz aus Kupfer gefertigt sein. Der Deckel kann eine Metallisierung aufweisen, beispielsweise Ag/Au, o- der Ni/Au oder Ti/Pt/Au, wobei die Goldschicht vorzugsweise außen vorgesehen ist.
Erfindungsgemäß wird eine erste metallische Schicht bereitgestellt. Die erste metallische Schicht kann aus einem weichen Metall bestehen, das vorzugsweise eine Fließgrenze unter Druckbelastung (Quetschgrenze) von weniger als 50MPa, besonders bevorzugt weniger als 20MPa oder ganz besonders bevorzugt weniger als 10MPa aufweist. Die erste metallische Schicht umfasst ein oder mehrere der Weichmetalle Blei, Cadmium, Indium, Zinn. Vorteilhaft kann diese aus reinem Blei, reinem Indium oder reinem Zinn bestehen. Eine solche Schicht kann beispielsweise durch einen Beschichtungsprozeß wie Bedampfen oder Sputtern herge stellt werden. Diese Schicht kann im Vergleich zu bisherigen Verbindungstechnologien wie un ten ausgeführt, erheblich dünner sein. Diese Schicht kann als gleichmäßige Schicht ausgebildet sein. Sie kann aber auch strukturiert sein, beispielsweise als Noppenstruktur. Bevorzugt sind Indium und/oder Zinn zu verwenden, da Blei und Cadmium weniger umweltverträglich sind.
Erfindungsgemäß wird eine zweite metallische Schicht aus einem anderen Metall als die erste Metallschicht bereitgestellt, vorteilhaft aus Gold. Im Folgenden wir diese Schicht auch als zweite Metallschicht bezeichnet. Diese kann Verunreinigungen oder Dotierungen enthalten, kann aber vorteilhaft im Wesentlichen aus Gold bestehen, sie kann beispielsweise mehr als 95%, besser mehr als 99% der Stoffmenge, Gold umfassen. Diese Schicht kann durch Beschichten, bei spielsweise Bedampfen, Sputtern oder galvanisch hergestellt werden.
Die erste metallische Schicht kann auf der ersten Anschlußfläche und die zweite Metallschicht auf der ersten Kontaktfläche hergestellt werden. Alternativ ist es möglich, die erste metallische Schicht auf der ersten Kontaktfläche und die zweite Metallschicht auf der ersten Anschlußfläche herzustellen.
Erfindungsgemäß wird der Laserbarren zwischen dem Wärmeleitkörper und dem Deckel ange ordnet, wobei die erste Kontaktfläche der ersten Anschlußfläche des ersten Wärmeleitkörpers zugewandt ist und die zweite Kontaktfläche der zweiten Anschlußfläche des Deckels zugewandt ist und die zweite metallische Schicht zumindest abschnittsweise zwischen der zweiten An schlußfläche und der zweiten Kontaktfläche angeordnet ist,
Erfindungsgemäß wird wenigstens eine Kraft erzeugt, die eine Komponente aufweist, welche den Deckel in Richtung des Wärmeleitkörpers drückt. Das kann die Richtung -y sein. Unter der Einwirkung der Kraft wird die erste Kontaktfläche flächig auf die erste Anschlußfläche gedrückt. Das kann zu einer Klemmverbindung führen. Bei diesem Andruck können Unebenheiten ausge glichen werden. Dabei kann der Laserbarren elastisch verformt werden. Unter der Einwirkung der Kraft wird die erste metallische Schicht flächig auf die zweite Metallschicht gedrückt.
Außerdem ist das Einrichten einer mechanischen Verbindung des Deckels zum Wärmeleitkör per vorgesehen. Vorteilhaft kann eine elektrisch isolierende Verbindung vorgesehen werden, damit der Laserbarren nicht kurzgeschlossen wird. Die Verbindung kann mittels eines Fügemit tels erfolgen. Als Fügemittel kann beispielsweise ein Klebstoff verwendet werden. Besonders vorteilhaft kann eine flächige Verklebung mit einem Wärmeleitklebstoff verwendet werden. Zwi schen dem Laserbarren und der Fügefläche kann ein Abstand oder ein Trenngraben vorgese hen sein, um eine Benetzung des Laserbarrens mit Klebstoff zu vermeiden. Das Einrichten der mechanischen Verbindung kann mit einem Volumenschrumpf des Fügemittels einhergehen. Die mechanische Verbindung kann zum Erzeugen und/oder zur Aufrechterhaltung der Kraft vorge sehen sein. Dabei kann es ausreichen, wenn die Kraft wenigstens teilweise aufrechterhalten wird. Eine teilweise Relaxation der Kraft nach dem Verbindungsprozess kann vorgesehen oder tolerabel sein. Durch die Kraft oder den aufrechterhaltenen Anteil der Kraft kann die Klemmver bindung des Laserbarrens zwischen dem Wärmeleitkörper und dem Deckel aufrechterhalten werden. Dadurch kann ein Bruch der unten beschriebenen intermetallischen Schicht vermieden werden. Alternativ oder zusätzlich kann eine Schraubverbindung zum Verbinden des Deckels mit dem Wärmeleitkörper vorgesehen sein.
Erfindungsgemäß vorgesehen ist das Ausbilden einer intermetallischen Schicht durch Festkör perdiffusion der ersten metallischen Schicht in die zweite Metallschicht und/oder umgekehrt. Unter einer Festkörperdiffusion kann man verstehen, dass der Diffusionsprozess ohne Auf schmelzen erfolgt. Das Diffundieren kann ohne Erwärmung bei Zimmertemperatur erfolgen. Es kann aber auch eine Erwärmung vorgesehen sein, so dass die Diffusion bei einer erhöhten Temperatur stattfinden kann. Vorteilhaft kann die Temperatur unterhalb der niedrigsten Solidus temperaturen der ersten metallischen Schicht und deren Mischphasen mit der zweiten Metall schicht liegen. Dadurch kann ein Aufschmelzen der ersten metallischen Schicht und der Misch phasen vermieden werden. Dadurch können mechanische Spannungen vermieden werden.
Erfindungsgemäß vorgesehen ist, das Verfahren so durchzuführen, dass die erste metallische Schicht in intermetallischen Mischphasen mit dem Metall der zweiten metallischen Schicht, vor zugsweise Gold, und/oder oxydisch gebunden wird. Es kann vorteilhaft sein, die vorhandene Stoffmenge von Metallatomen der ersten metallischen Schicht überwiegend, d.h. zu mehr als 50%, besonders vorteilhaft zu mehr als 75% und besonders vorteilhaft vollständig, bis auf unbe deutende Restmengen, zu binden. Bereits eine Bindung von 50% der Weichmetallatome kann ausreichend sein, wenn die intermetallische Schicht über die gesamte Schichtdicke von inter metallischen Mischphasen durchsetzt ist. Dazwischenliegende Restgebiete mit reinem Schicht material der ersten metallischen Schicht können dann ebenfalls an einer Migration gehindert sein, so dass deren Vorhandensein die positive Wirkung der Erfindung nicht beeinträchtigt. Bei weniger als 50% gebundener Metallatome der ersten metallischen Schicht hingegen kann die Wirkung ausbleiben oder beeinträchtigt sein. Der o.g Bindungsgrad kann dadurch erreicht wer den, dass die erste metallische Schicht hinreichend dünn ausgeführt wird. Die Schichtdicke der ersten metallischen Schicht kann weniger als 2pm, vorteilhaft weniger als 1 ,6pm, ebenfalls vor teilhaft weniger als 1 ,2pm und ebenfalls vorteilhaft weniger als 800nm betragen. Sie kann min destens 200nm, vorteilhaft mindestens 500nm betragen. Die untere Grenze kann dadurch be dingt sein, dass bei noch dünnerer erster Metallschicht Unebenheiten der ersten Kontaktfläche und/oder der ersten Anschlußfläche nicht mehr ausgeglichen werden könnten.
Bei dem Festkörperdiffusionsprozess entsteht eine intermetallische Schicht. Dadurch kann si chergestellt werden, dass die Verbindung der ersten Kontaktfläche mit der ersten Anschlußflä che, funktional auch als Verbindungsfläche zu bezeichnen, frei von plastisch deformierbaren io reinen Metallen Pb, Cd, In und Sn ist. Die Fließgrenze unter Druckbelastung (Quetschgrenze) und/oder die Fließgrenze unter Scherbelastung der intermetallischen Schicht kann wenigstens das Doppelte, vorteilhaft das Fünffache bezüglich der ersten metallischen Schicht betragen.
Bei herkömmlichen Verbindungsverfahren mit einer Indiumschicht nach dem bisher bekannten Stand der Technik hingegen wird die Fließgrenze kaum erhöht, da nach der Montage immer noch eine Schicht reines Indium vorhanden ist.
Die erste, zweite und dritte metallische Schicht können durch Beschichten hergestellt werden. Unter Beschichten (englisch coating) wird in der Fertigungstechnik eine Hauptgruppe der Ferti gungsverfahren nach DIN 8580 verstanden, die zum Aufbringen einer haftenden Schicht aus formlosem Stoff auf die Oberfläche eines Werkstückes genutzt werden. Der entsprechende Vor gang sowie die aufgetragene Schicht selbst wird auch als Beschichtung bezeichnet. Bei einer Beschichtung kann es sich um eine dünne Schicht oder eine dicke Schicht sowie um mehrere in sich zusammenhängende Schichten handeln, die Unterscheidung ist nicht genau definiert und orientiert sich am Beschichtungsverfahren und Anwendungszweck. Im Sinne der vorliegenden Erfindung kann auch eine Beschichtung mit ortsabhängiger Schichtdicke als Schicht bezeichnet werden.
Die erste metallische Schicht kann durch Beschichten der ersten Anschlußfläche hergestellt werden. Dazu können galvanische oder physikalische (z.B. Bedampfen, Sputtern) Beschich tungsverfahren verwendet werden. Das Beschichten kann mit einer Maske erfolgen, um eine strukturierte Schicht herzustellen. Alternativ kann auch eine gleichmäßig dicke Schicht be schichtet werden. Die zweite metallische Schicht kann vorteilhaft durch Beschichten der zweiten Kontaktfläche des Laserbarrens mit Gold hergestellt sein.
Vorteilhaft kann der Deckel einen Beitrag zur Wärmeableitung von der zweiten Kontaktfläche leistend vorgesehen sein. Die Hohlstellen in einer eventuell vorhandenen dritten metallischen Schicht, d.h. die Stellen zwischen den Noppen, können frei bleiben oder alternativ mit einem weiteren Fügemittel, beispielsweise einem Epoxidharz verfüllt sein. Das Verfüllen der Hohlstel len kann in einem weiteren Verfahrensschritt erfolgen. Gegebenenfalls kann dadurch die me chanische Festigkeit der Verbindung gegenüber einer Verbindung mit unverfüllten Hohlräumen verbessert werden. Der Deckel kann mittels eines elektrisch isolierenden Fügemittels mit dem Wärmeleitkörper thermisch und mechanisch verbunden sein. Vorteilhaft kann ein teilweises Oxidieren der ersten metallischen Schicht vor Schritt f) sein. Das kann durch Dippen der beschichteten Fläche mit Wasserstoffperoxidlösung, mit Wasser und/o der durch Lagern in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre bewerkstelligt werden. Dadurch kann ein Teil der Stoffmenge der Metalle der ersten metallischen Schicht oxidisch gebunden werden. Dadurch kann die erforderliche Schichtdicke der zweiten Metallschicht reduziert werden. Wenn genügend Gold zur Verfügung steht kann auf das Oxidieren verzichtet werden.
Unter der ersten metallischen Schicht kann eine vierte Metallschicht, beispielsweise eine aus Gold, angeordnet sein. Dazu kann beispielsweise ein vergoldeter Wärmeleitkörper verwendet werden. Der Wärmeleitkörper kann beispielsweise eine übliche Ni/Au Beschichtung aufweisen. Die Nickelschicht kann beispielsweise 1 pm bis 10pm dick sein, die außenliegende vierte Gold schicht 50nm bis 200nm oder 50nm bis 500nm. Auf der vierten Metallschicht kann die erste me tallische Schicht im Bereich der ersten Verbindungsfläche hergestellt werden.
Vorteilhaft kann die erste metallische Schicht pro Fläche weniger als das Vierfache der in der zweiten Metallschicht und der vierten Metallschicht insgesamt enthaltenen Stoffmenge von we nigstens einem Metall, welches mit der ersten Metallschicht Mischphasen bilden kann, vorzugs weise Gold, enthalten. Insbesondere kann die erste metallische Schicht pro Fläche eine gerin gere Stoffmenge der Weichmetalle Blei, Cadmium, Indium und Zinn enthalten als das Vierfache der in der zweiten Metallschicht und in der vierten Metallschicht, soweit vorhanden, insgesamt pro Fläche enthaltenen Stoffmenge von Gold. Daraus läßt sich die erforderliche maximale Schichtdicke der ersten metallischen Schicht berechnen. Alternativ kann man bei einer vorge gebenen Schichtdicke der ersten metallischen Schicht die erforderliche minimale Schichtdicke der zweiten Metallschicht, ggf. unter Berücksichtigung der vierten Metallschicht, berechnen.
Unter der der zweiten Metallschicht und/oder unter der vierten Metallschicht kann eine zweite und/oder erste Diffusionsbarriereschicht angeordnet sein. Die Metalle der ersten metallischen Schicht können im Schritt i) teilweise an die Metalle der zweiten und/oder ersten Diffusionsbarri ereschicht gebunden werden. Beispielsweise kann die zweite und/oder erste Diffusionsbarriere schicht aus Nickel oder Chrom bestehen oder Nickel und/oder Chrom enthalten. Dann kann ein Anteil von Metallatomen der ersten Schicht beispielsweise als Indium-Nickel. Indium-Chrom, Zinn-Nickel oder Zinn-Chrom Mischphasen gebunden werden.
Vorteilhaft kann das Verfahren außerdem ein Herstellen einer dritten metallischen Schicht, be sonders vorteilhaft mit einer Noppenstruktur auf der zweiten Anschlußfläche und/oder auf der zweiten Kontaktfläche sein. Diese kann vorteilhaft aus Pb, In und/oder Sn hergestellt sein. Die dritte metallische Schicht kann vorteilhaft zwischen 0,5pm und 5pm dick sein.
Erfindungsgemäß vorteilhaft ist ein Diodenlaser, umfassend wenigstens einen kantenemittieren den Laserbarren, welcher einen oder mehrere Emitter umfasst, mit einer ersten Kontaktfläche, die als ein p-Kontakt ausgebildet ist, und einer zweite Kontaktfläche, die als n-Kontakt ausgebil det, einen Wärmeleitkörper mit einer ersten Anschlußfläche, einen Deckel mit einer zweiten An schlußfläche, wobei der Laserbarren zwischen dem Wärmeleitkörper und dem Deckel angeord net ist, wobei der Deckel mit dem Wärmeleitkörper mechanisch verbunden ist und die erste Kontaktflä che mit der ersten Anschlußfläche über eine intermetallische Schicht flächig thermisch und elektrisch verbunden ist und die zweite Kontaktfläche mit der zweiten Anschlußfläche elektrisch verbunden ist, wobei die intermetallische Schicht Gold (Au) und wenigstens ein weiteres Metall (ME) der Gruppe Blei, Cadmium, Indium, Zinn umfasst und die intermetallische Schicht über wiegend aus einer oder mehreren Mischphasen AuME3, AuME2 und/oder Phasen mit höherem Goldanteil besteht. Überwiegend kann bedeuten, zu mehr als 50% bezogen auf die Stoffmenge, die in Mol angegeben werden kann.
Solche Mischphasen können beispielsweise AuPb2, AuCd3, Auln2, Auln, AuSn4, AuSn2, AuSn sein. Vorteilhaft können überwiegend solche Mischphasen in der intermetallischen Schicht vor handen sein, die höchstens 50% Goldatome enthalten. Besonders vorteilhaft können überwie gend die jeweils goldärmsten Mischphasen, beispielsweise AuPb2, AuCd3, Auln2 und/oder AuSn4 in der intermetallischen Schicht vorhanden sein. Vorteilhaft kann es sein, die erste metal lische Schicht aus Sn herzustellen. Die Mischphase AuSn4 kann bei gleicher Stoffmenge von Gold im Vergleich zu den Mischphasen der anderen Metalle besonders viele Atome der ersten metallischen Schicht binden.
Vorteilhaft kann der Deckel einen Beitrag zur Wärmeableitung von der zweiten Kontaktfläche leistend vorgesehen sein. Vorteilhaft kann der Deckel mittels eines elektrisch isolierenden Fü gemittels mit dem Wärmeleitkörper thermisch und mechanisch verbunden sein.
Die erfindungsgemäße intermetallische Schicht kann spröde sein bzw. zum Aufreißen neigen. Das kann durch eine normal zur Schicht wirkende Klemmkraft vermieden werden. Vorteilhaft kann daher die Verwendung einer permanenten Klemmkraft sein zum Aufrechterhalten einer Befestigung eines Halbleiterbauelements auf einem Wärmeleitkörper mittels einer intermetalli schen Schicht, wobei die intermetallische Schicht Gold (Au) und wenigstens ein weiteres Metall (ME) der Gruppe Blei, Cadmium, Indium, Zinn umfasst und die intermetallische Schicht über wiegend aus einer oder mehreren Mischphasen AuME3, AuME2 und/oder Phasen mit höherem Goldanteil besteht.
Die Figuren zeigen Folgendes:
Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel vor dem Zusammenbau.
Fig. 2 zeigt das erste Ausführungsbeispiel nach dem Zusammenbau.
Fig. 3 zeigt zum Vergleich einen Diodenlaser nach dem Stand der Technik.
Fig. 4 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel vor dem Zusammenbau.
Fig. 5 zeigt das dritte Ausführungsbeispiel nach dem Zusammenbau.
Es sei darauf hingewiesen, dass die Figuren nicht maßstäblich gezeichnet sind. Zur Veran schaulichung der Erfindung sind übertriebene Darstellungen insbesondere hinsichtlich der je weiligen Schichtdicken erforderlich.
Fig. 6 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel.
Ausführungsbeispiele:
Die Erfindung soll anhand eines ersten Ausführungsbeispiel in Fig. 1 und Fig. 2 illustriert wer den. Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel vor dem Zusammenbau des Diodenlasers 1. Dargestellt ist ein bereitgestellter Laserbarren 3 mit mehreren Emittern, der auf einer ersten Seite 6 eine erste Kontaktfläche 7 aufweist, die als p-Kontakt (Anode) ausgebildet ist, und auf einer der ersten Seite gegenüberliegenden Seite zweiten Seite 8 eine zweite Kontaktfläche 9 aufweist, die als n-Kontakt (Kathode) ausgebildet ist. Es ist ebenfalls die Lage der Epitaxie schicht 5 nahe der ersten Kontaktfläche des Laserbarrens durch eine punktierte Linie angedeu tet. Der n-Kontakt kontaktiert das Substrat 4 des Laserbarrens.
Die erste Kontaktfläche trägt eine Beschichtung umfassend eine Dickgold-Unterschicht 20, die von einer zweiten Diffusionsbarriereschicht 21 (dargestellt als dicke Linie) abgedeckt ist. Auf der zweiten Diffusionsbarriereschicht 21 ist eine außenliegende zweite Metallschicht aus Gold 15 angeordnet.
Weiterhin ist ein bereitgestellter Wärmeleitkörper 10 mit einer ersten Anschlußfläche 11 darge stellt. Der Wärmeleitkörper 10 ist mit einer Ni/Au Beschichtung versehen, welche eine Ni Unter schicht als erste Diffusionsbarriereschicht 19 und eine außenliegende vierte Metallschicht aus Gold 18 aufweist. Die erste Anschlußfläche ist mit einer ersten metallischen Schicht 14 aus Blei, Indium oder Zinn beschichtet. Weiterhin ist ein bereitgestellter Deckel 12 mit einer zweiten An schlußfläche 13 dargestellt. Auf der zweiten Anschlußfläche ist eine dritte metallische Schicht 17 aus Indium oder Zinn aufgetragen. In einer alternativen Ausführungsform weist diese Schicht eine Noppenstruktur (nicht dargestellt) auf. Die dritte metallische Schicht kann somit zusammen mit dem Deckel bereitgestellt werden. Der Laserbarrens wird zwischen dem Wärmeleitkörper 10 und dem Deckel 12 angeordnet, wobei die erste Kontaktfläche 7 der ersten Anschlußfläche 11 des Wärmeleitkörpers zugewandt ist und die zweite Kontaktfläche 9 der zweiten Anschlußfläche 13 des Deckels zugewandt ist. Der Deckel kann eine Ni/Au Beschichtung (nicht dargestellt), ebenso wie der Wärmeleitkörper, aufweisen.
Dargestellt ist ebenfalls ein aushärtbares Fügemittel 23 welches beispielsweise als noch nicht ausgehärteter viskoser Epoxidharzklebstoff auf die entsprechende Fläche des Wärmeleitkör pers oder des Deckels aufgetragen werden kann.
Fig. 2 zeigt den Diodenlasers 1 während bzw. nach dem Zusammenbau. Es wird wenigstens eine Kraft 22 erzeugt, die eine Komponente aufweist, welche den Deckel 12 in Richtung des Wärmeleitkörpers 10 drückt. Unter der Einwirkung der Kraft wird die erste Kontaktfläche 7 flä chig auf die erste Anschlußfläche 11 gedrückt wird, wobei die erste metallische Schicht 14 flä chig auf die zweite Metallschicht aus Gold 15 gedrückt wird,
Eine mechanischen Verbindung des Deckels 12 zum Wärmeleitkörper 10 wird mittels des elektrisch isolierenden Fügemittels 23 eingerichtet. Das ausgehärtete Fügemittel hält die Kraft 22 wenigstens teilweise aufrecht. Der fertige Diodenlaser emittiert Laserstrahlung 2 in Richtung z.
Bei dem Verfahren kommt es zum Ausbilden einer intermetallischen Schicht 16 durch Festkör perdiffusion der ersten metallischen Schicht 14 in die zweite Metallschicht aus Gold 15 und/oder umgekehrt, wobei die erste metallische Schicht 14 in intermetallischen Mischphasen gebunden wird. Eine oxydische Bindung eines Teils der Atome der ersten metallischen Schicht kann optio nal zusätzlich vorhanden sein. Die zweite Diffusionsbarriereschicht 21 verhindert ein Eindringen von Atomen der ersten metallischen Schicht in die Dickgold-Unterschicht 20. Letztere bleibt dadurch unversehrt. Die intermetallische Schicht 16 wird zwischen der ersten Diffusionsbarrier eschicht 19 und der zweiten Diffusionsbarriereschicht 21 erzeugt.
Fig. 3 zeigt zum Vergleich einen Diodenlaser nach dem Stand der Technik. Der Diodenlaser ist mit einer Indiumschicht 14 als erste metallische Schicht montiert. Die Indiumschicht ist so sick ausgeführt, dass sie als Schicht aus reinem Metall permanent erhalten bleibt. Lediglich in einer grenzflächennahen Zone können sich intermetallische Phasen 16 bilden, die nach bisheriger Lehre unerwünscht sind. Fig. 4 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel vor dem Zusammenbau des Diodenlasers 1 . Die zweite Metallschicht aus Gold 15 ist hier als Dickgoldschicht ausgebildet. Eine zweite Diffusi onsbarriereschicht, welche die Dickgoldschicht abdeckt, ist in diesem Beispiel nicht vorhanden.
Fig. 5 zeigt das dritte Ausführungsbeispiel nach dem Zusammenbau. Die auf dem Halbleiterchip angebrachte Dickgoldschicht wird hier als Goldreservoir zur Bildung der intermetallischen Schicht 16 benutzt. Auch die vierte Metallschicht aus Gold trägt zum Reservoir bei.
Fig. 6 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel. Dargestellt ist die schematische Zeichnung nach einer elektronenmikroskopische Aufnahme eines Schliffbildes einer fertigen Flalbleiteranord- nung, hier eines Diodenlasers, in einer vergrößerten Ausschnittdarstellung. Der Laserbarren weist ein Substrat 4 und eine Epitaxieschicht 5 auf. Die erste Kontaktfläche des Laserbarrens trägt eine Beschichtung umfassend eine ca. 1pm bis 5pm dicke metallische Unterschicht 20 (buffer layer), die von einer weniger als 0,5pm dicken zweiten Diffusionsbarriereschicht 21 ab gedeckt ist. Die Diffusionsbarriereschicht 21 ist in der Figur zwischen der metallischen Unter schicht 20 und der intermetallischen Schicht 16 sichtbar. Die metallische Unterschicht kann bei spielsweise überwiegend aus Gold, aus Kupfer oder aus Zinn bestehen. Die metallische Unter schicht 20 bleibt aufgrund der zweiten Diffusionsbarriereschicht 21 auch nach dem Ausbilden der intermetallischen Schicht 16 in Schritt i) des Verfahrens erhalten. Auf der zweiten Diffusi onsbarriereschicht 21 wird vor dem Einrichten der mechanischen Verbindung eine zweite Me tallschicht, vorzugsweise aus Gold, aufgetragen (in der Figur nicht sichtbar). Diese geht beim Ausbilden der intermetallischen Schicht 16 in Schritt i) vollständig in der intermetallischen Schicht 16 auf.
Der Wärmeleitkörper 10 ist mit einer metallischen Beschichtung versehen. Diese umfasst eine ca. 0,5pm bis 10pm dicke erste Diffusionsbarriereschicht 19, die man auch als buffer layer be zeichnen kann. Auf der ersten Diffusionsbarriereschicht 19 wird vor dem Einrichten der mecha nischen Verbindung eine vierte Metallschicht, vorzugsweise aus Gold, aufgetragen (in der Figur nicht sichtbar). Diese geht beim Ausbilden der intermetallischen Schicht 16 in Schritt i) vollstän dig in der intermetallischen Schicht 16 auf.
Auf die zweite Metallschicht und/oder die vierte Metallschicht wird vor dem Einrichten der me chanischen Verbindung die erste metallische Schicht mit einer Dicke von ca. 0,5pm bis 2pm aufgetragen (in der Figur nicht sichtbar). Diese geht beim Ausbilden der intermetallischen Schicht 16 in Schritt i) vollständig in der intermetallischen Schicht 16 auf. Die intermetallische Schicht hat eine Dicke von ca. 0,5pm bis 2,5pm. Die intermetallische Schicht 16 umfasst Mischphasen aus den Metallen der ersten zweiten und vierten metallischen Schicht und gegebenenfalls Oxide des Materials der ersten metallischen Schicht. Die interme tallische Schicht ist frei von reiner metallischer Phase des Materials der ersten metallischen Schicht. Sie umfasst vorzugsweise überwiegend die jeweils goldärmste intermetallische Phase des Metalls der ersten metallischen Schicht mit Gold. In einer Abwandlung des ersten Ausfüh rungsbeispiels umfasst die intermetallische Schicht intermetallische Phasen bis zu 50% Goldan teil gemessen als Stoffmenge, welche in Mol angegeben werden kann.
Bezugszeichen:
1. Diodenlaser
2. Laserstrahlung
3. Laserbarren 4. Substrat
5. Epitaxieschicht
6. erste Seite
7. erste Kontaktfläche
8. zweite Seite 9. zweite Kontaktfläche
10. Wärmeleitkörper
11. erste Anschlußfläche
12. Deckel
13. zweite Anschlußfläche 14. erste metallische Schicht
15. zweite Metallschicht
16. intermetallische Schicht
17. dritte metallische Schicht
18. vierte Metallschicht 19. erste Diffusionsbarriereschicht
20. Dickgold-Unterschicht, metallische Unterschicht
21. zweite Diffusionsbarriereschicht
22. Kraft
23. Fügemittel

Claims

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Herstellen einer Halbleiteranordnung (1), gekennzeichnet durch folgende Schritte: a. Bereitstellen wenigstens eines Halbleiterchips (3), der auf einer ersten Seite eine erste Kontaktfläche (7) aufweist, und auf einer der ersten Seite gegenüberliegen den Seite zweiten Seite eine zweite Kontaktfläche (9) aufweist, b. Bereitstellen eines Wärmeleitkörpers (10) mit einer ersten Anschlußfläche (11), c. Bereitstellen eines Deckels (12) mit einer zweiten Anschlußfläche (13), d. Herstellen einer ersten metallischen Schicht (14) umfassend ein oder mehrere der Weichmetalle Blei, Cadmium, Indium, Zinn, e. Herstellen einer zweiten Metallschicht (15), wobei entweder die erste metallische Schicht (14) auf der ersten Anschlußfläche (11) und die zweite Metallschicht (15) auf der ersten Kontaktfläche (7) hergestellt werden oder umgekehrt, f. Anordnen des Halbleiterchips (3) zwischen dem Wärmeleitkörper (10) und dem Deckel (12), wobei die erste Kontaktfläche (7) der ersten Anschlußfläche (11) des Wärmeleitkörpers zugewandt ist und die zweite Kontaktfläche (9) der zwei ten Anschlußfläche (13) des Deckels zugewandt ist, g. Erzeugen wenigstens einer Kraft (22), die eine Komponente aufweist, welche den Deckel (12) in Richtung des Wärmeleitkörpers (10) drückt, wobei unter der Einwirkung der Kraft die erste metallische Schicht (14) flächig auf die zweite Me tallschicht (15) gedrückt wird. h. Einrichten einer mechanischen Verbindung des Deckels (12) zum Wärmeleitkör per (10), welche die Kraft (22) wenigstens teilweise aufrechterhält, i. Ausbilden einer intermetallischen Schicht (16) durch Festkörperdiffusion der ers ten metallischen Schicht (14) in die zweite Metallschicht (15) und/oder umge kehrt, wobei die erste metallische Schicht (14) überwiegend in intermetallischen Mischphasen und/oder oxydisch gebunden wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , außerdem umfassend teilweises Oxidieren der ersten me tallischen Schicht vor Schritt f).
3. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste metallische Schicht (14) eine Schichtdicke von weniger als 2pm, aber wenigstens 200nm aufweist.
4. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Ausbilden der intermetallischen Schicht (16) durch Festkörperdiffusion der ersten metallischen Schicht (14) in die zweite Metallschicht (15) und/oder umgekehrt die erste metallische Schicht (14) vollständig in intermetallischen Mischphasen und/oder oxydisch gebunden wird
5. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fließgrenze der intermetallischen Schicht (16) unter Scherbelastung wenigstens das Fünffache bezüglich der ersten metallischen Schicht (14) beträgt.
6. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass un ter der ersten metallischen Schicht (14) eine vierte Metallschicht (18) angeordnet ist.
7. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste metallische Schicht (14) pro Fläche eine geringere Stoffmenge der Weichmetalle Blei, Cadmium, Indium und Zinn enthält als das Vierfache der in der zweiten Metall schicht (15) und der vierte Metallschicht (18) insgesamt pro Fläche enthaltenen Stoff menge von Gold.
8. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass un ter der der zweiten Metallschicht (15) und/oder unter der vierten Metallschicht (18) eine Diffusionsbarriereschicht (19, 21) angeordnet ist und die Metalle der ersten Schicht im Schritt i) teilweise an die Metalle der Diffusionsbarriereschicht gebunden werden.
9. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste metallische Schicht (14) im Schritt d aus reinem Blei, reinem Indium oder reinem Zinn hergestellt wird und die Verbindung der ersten Kontaktfläche (7) mit der ersten An schlußfläche (11) frei von plastisch deformierbaren reinen Metallen Pb, Cd, In und Sn ist.
10. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterchip (3) als ein Laserbarren ausgebildet ist.
11. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, außerdem umfassend Herstellen einer dritten metallischen Schicht (17) mit einer Noppenstruktur auf der zweiten An schlußfläche (13) oder auf der zweiten Kontaktfläche (9).
12. Diodenlaser, umfassend wenigstens einen kantenemittierenden Laserbarren (3), welcher einen oder mehrere Emitter umfasst, mit einer ersten Kontaktfläche (7), die als ein p- Kontakt ausgebildet ist, und einer zweite Kontaktfläche (9), die als n-Kontakt ausgebil det, einen Wärmeleitkörper (10) mit einer ersten Anschlußfläche (11), einen Deckel (12) mit einer zweiten Anschlußfläche (13), wobei der Laserbarren (3), zwischen dem Wär meleitkörper (10) und dem Deckel (12) angeordnet ist, wobei der Deckel (12) mit dem Wärmeleitkörper (10) mechanisch verbunden ist und die erste Kontaktfläche (7) mit der ersten Anschlußfläche (11) über eine intermetallische Schicht (16) flächig thermisch und elektrisch verbunden ist und die zweite Kontaktfläche (9) mit der zweiten Anschlußfläche (13) elektrisch verbunden ist, wobei die intermetalli sche Schicht (16) Gold (Au) und wenigstens ein weiteres Metall (ME) der Gruppe Blei, Cadmium, Indium, Zinn umfasst und die intermetallische Schicht (16) überwiegend aus einer oder mehreren Mischphasen AuME3, AuME2 und/oder Phasen mit höherem Gold anteil besteht.
13. Diodenlaser nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel (12) einen Beitrag zur Wärmeableitung von der zweiten Kontaktfläche (9) leistend vorgesehen ist und/ oder der Deckel (12) mittels eines elektrisch isolierenden Fügemittels mit dem Wär meleitkörper (10) thermisch und mechanisch verbunden ist.
14. Diodenlaser nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, die Verbindung der ersten Kontaktfläche (7) mit der ersten Anschlußfläche (11) frei von plastisch deformier baren reinen Metallen Pb, Cd, In und Sn ist.
15. Verwendung einer permanenten Klemmkraft (22) zum Aufrechterhalten einer Befesti gung eines Halbleiterbauelements auf einem Wärmeleitkörper mittels einer intermetalli schen Schicht (16), wobei die intermetallische Schicht Gold (Au) und wenigstens ein wei teres Metall (ME) der Gruppe Blei, Cadmium, Indium, Zinn umfasst und die intermetalli sche Schicht überwiegend aus einer oder mehreren Mischphasen AuME3, AuME2 und/o der Phasen mit höherem Goldanteil besteht.
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