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Es
wird ein oberflächenmontierbarer optoelektronischer Halbleiterchip
angegeben. Darüber hinaus wird ein Verfahren zur Herstellung
eines oberflächenmontierbaren optoelektronischen Halbleiterchips
angegeben.
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Die
Druckschrift
DE
10 2007 022 947 A1 betrifft einen optoelektronischen Halbleiterkörper
und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Halbleiterkörpers.
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Die
Druckschrift
DE
10 2007 019 776 A1 betrifft ein optoelektronisches Bauelement
und ein Verfahren zur Herstellung einer Mehrzahl optoelektronischer
Bauelemente.
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Eine
zu lösende Aufgabe besteht darin, einen optoelektronischen
Halbleiterchip anzugeben, der besonders alterungsbeständig
ist. Eine weitere zu lösende Aufgabe besteht darin, ein
Herstellungsverfahren für einen besonders alterungsbeständigen optoelektronischen
Halbleiterchip anzugeben.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterchips
ist dieser oberflächenmontierbar. Oberflächenmontierbar
bedeutet insbesondere, dass der Halbleiterchip über eine
so genannte Surface-Mount Technology, kurz SMT, zum Beispiel über
ein Löten an einer Oberfläche eines externen Trägers
angebracht werden kann. Bevorzugt ist der optoelektronische Halbleiterchip
dazu eingerichtet, die bei einem SMT-Löten auftretenden
thermischen Belastungen, also insbesondere kurzzeitige Temperatureinwirkung
bis zu zirka 280°C, unbeschadet überstehen zu
können.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterchips
umfasst dieser einen Träger mit einer ersten elektrischen
Durchkontaktierung und einer zweiten elektrischen Durchkontaktierung
durch den Träger hindurch. Der Träger ist hierbei
bevorzugt mechanisch stabil und selbsttragend gestaltet. Mit anderen
Worten ist der Träger dazu eingerichtet, den gesamten optoelektronischen Halbleiterchip
mechanisch zu stützen. Mechanisch stabil bedeutet zum Beispiel,
dass der Träger eine derart hohe Stabilität aufweist,
dass der Halbleiterchip etwa mittels Pinzetten oder Vakuumsaugern handhabbar
ist. Dass der Träger mechanisch stabil ist kann ebenso
bedeuten, dass sich der Träger im normalen Betrieb und
bei der normalen Montage des Halbleiterchips nicht oder nicht wesentlich
verbiegt.
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Zum
Erzielen einer hinreichenden mechanischen Stabilität des
Halbleiterchips durch den Träger beträgt eine
Dicke des Trägers bevorzugt mindestens 100 μm,
insbesondere mindestens 150 μm. Beispielsweise liegt eine
Dicke des Trägers zwischen dem einschließlich
0,05-fachen und 0,4-fachen einer mittleren Kantenlänge
des Halbleiterchips. Zum Beispiel ist durch den Träger
der gesamte optoelektronische Halbleiterchip mechanisch stabil gestaltet,
so dass der Halbleiterchip zum Beispiel mittels eines Automaten,
etwa im Rahmen eines SMT-Lötens, handhabbar ist, und/oder
dass auf dem Halbleiterchip ein Linsenkörper aufgesetzt
werden kann, ohne dass es zu einer Beschädigung des Halbleiterchips kommt.
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Dass
die Durchkontaktierungen durch den Träger hindurch reichen,
bedeutet bevorzugt, dass eine Trägeroberseite mit einer
der Trägeroberseite gegenüberliegenden Trägerunterseite über
die Durchkontaktierungen elektrisch verbunden ist. Die Durchkontaktierungen
sind hierbei über den Träger nicht miteinander
elektrisch verbunden. Ist der Träger elektrisch leitfähig,
so umfassen die Durchkontaktierungen bevorzugt eine mantelartige
elektrische Isolierung, die die elektrisch leitfähigen
Durchkontaktierungen vom elektrisch leitfähigen Träger
elektrisch isolieren. Die Durchkontaktierungen können also
von einer elektrisch isolierenden Materialschicht umgeben sein,
so dass ein Material der Durchkontaktierung nicht in direktem Kontakt
mit einem Material eines Substrates des Trägers steht.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterchips
umfasst dieser eine oder mehrere Halbleiterschichtenfolgen, wobei
die mindestens eine Halbleiterschichtenfolge zumindest eine aktive
Schicht beinhaltet. Die Halbleiterschichtenfolge ist dazu eingerichtet,
im Betrieb des optoelektronischen Halbleiterchips elektromagnetische
Strahlung zu emittieren.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterchips
weist dieser eine erste elektrische Anschlussschicht und eine zweite
elektrische Anschlussschicht auf. Die Anschlussschichten befinden
sich jeweils zumindest teilweise zwischen der Halbleiterschichtenfolge
und dem Träger. Mit anderen Worten erstrecken sich die Anschlussschichten
entlang der Trägeroberseite. In einer lateralen Richtung,
also zum Beispiel in einer Richtung parallel zu einer Haupterstreckungsrichtung des
Trägers, sind bevorzugt beide elektrische Anschlussschichten
zu mindestens 50%, insbesondere zu mindestens 75% von der Halbleiterschichtenfolge überdeckt.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterchips überlappen die
Anschlussschichten lateral und sind durch eine Trennschicht elektrisch
voneinander isoliert. Lateral überlappen kann bedeuten,
dass beispielsweise die zweite Anschlussschicht von der ersten Anschlussschicht
zu mindestens 50%, bevorzugt zu mindestens 80% überdeckt
ist.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterchips
erstreckt sich ein Teil der zweiten Anschlussschicht über
mindestens einen Durchbruch hindurch, weg von dem Träger,
durch die erste Anschlussschicht und durch die zumindest eine aktive
Schicht der mindestens einen Halbleiterschichtenfolge. Mit anderen
Worten weist die zweite elektrische Anschlussschicht beispielsweise
eine Erhebung auf, die sich in eine Richtung weg von der Trägeroberseite
durch die erste elektrische Anschlussschicht und durch die aktive
Schicht der Halbleiterschichtenfolge erstreckt. Die Erhebung der zweiten
Anschlussschicht, die sich vom Träger weg erstreckt und
die zum Beispiel kegelstumpfartig geformt ist, durchdringt die Halbleiterschichtenfolge
bevorzugt nicht vollständig. Beispielsweise durchdringt die
zweite Anschlussschicht die Halbleiterschichtenfolge höchstens
zu 60%, insbesondere höchstens zu 40%. Bevorzugt umfasst
der Halbleiterchip mehrere Durchbrüche, etwa mindestens
4 Durchbrüche, insbesondere mindestens 12 Durchbrüche,
zum Beispiel zwischen einschließlich 25 und 50 Durchbrüche.
Die Durchbrüche verjüngen sich hierbei bevorzugt
in eine Richtung weg von dem Träger.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterchips
weist dieser mindestens eine elektrisch leitfähige Haftvermittlungsschicht
auf, die sich zumindest stellenweise zwischen den Träger
und die Anschlussschichten erstreckt. Bevorzugt ist die Haftvermittlungsschicht
mit einem Metall gestaltet oder besteht aus mindestens einem Metall
oder aus mindestens einer Metalllegierung. Über die zumindest
eine Haftvermittlungsschicht ist bevorzugt der Träger elektrisch
und mechanisch mit den Anschlussschichten und über die Anschlussschichten
auch mit der Halbleiterschichtenfolge verbunden.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterchips
ist in der mindestens einen Haftvermittlungsschicht eine Unterbrechung
hergestellt, so dass über die Haftvermittlungsschicht keine
elektrische Verbindung zwischen den Durchkontaktierungen des Trägers
hergestellt ist. Die Unterbrechung ist zum Beispiel durch eine stellenweise
Materialwegnahme aus der mindestens einen Haftvermittlungsschicht
realisiert. Die Unterbrechung durchdringt die mindestens eine Haftvermittlungsschicht,
in einer Richtung senkrecht zur Trägeroberseite, bevorzugt
vollständig. Es ist möglich, dass die Unterbrechung
beispielsweise die erste elektrische Durchkontaktierung vollständig
ringartig umgibt. Ebenso ist es möglich, dass sich die
Unterbrechung vollständig beispielsweise über
die erste Durchkontaktierung hinweg erstreckt.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterchips
weist dieser eine Brücke auf, die die Unterbrechung in
der mindestens einen Haftvermittlungsschicht elektrisch überbrückt
und die die erste Durchkontaktierung elektrisch mit der ersten Anschlussschicht
verbindet.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterchips
ist die Unterbrechung und mindestens die erste Durchkontaktierung
nicht von der Halbleiterschichtenfolge überdeckt. Mit anderen
Worten sind die Unterbrechung und die erste Durchkontaktierung in
einer lateralen Richtung von der Halbleiterschichtenfolge beabstandet.
In einer Richtung senkrecht zu einer Haupterstreckungsrichtung des
Trägers befindet sich die erste Durchkontaktierung und
die Unterbrechung also bevorzugt nicht zwischen der Halbleiterschichtenfolge
und dem Träger.
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In
mindestens einer Ausführungsform des oberflächenmontierbaren
optoelektronischen Halbleiterchips umfasst dieser einen Träger
mit einer ersten elektrischen Durchkontaktierung und einer zweiten
elektrischen Durchkontaktierung durch den Träger hindurch.
Weiterhin beinhaltet der Halbleiterchip mindestens eine Halbleiterschichtenfolge
mit wenigstens einer aktiven Schicht. Ferner beinhaltet der Halbleiterchip
eine erste elektrische Anschlussschicht und eine zweite elektrische
Anschlussschicht, die sich jeweils zumindest teilweise zwischen die
Halbleiterschichtenfolge und den Träger erstrecken. Die
erste und die zweite elektrische Anschlussschicht überlappen
hierbei in einer lateralen Richtung und sind durch eine Trennschicht
elektrisch voneinander isoliert. Ein Teil der zweiten Anschlussschicht erstreckt
sich über mindestens einen Durchbruch weg von dem Träger
und hindurch durch die erste Anschlussschicht und durch die zumindest
eine aktive Schicht der Halbleiterschichtenfolge. Außerdem weist
der Halbleiterchip mindestens eine elektrisch leitfähige
Haftvermittlungsschicht auf, die sich mindestens stellenweise zwischen
den Träger und die Anschlussschichten erstreckt. Über
eine Unterbrechung ist die mindestens eine Haftvermittlungsschicht
derart durchtrennt, dass über die Haftvermittlungsschicht
keine elektrische Verbindung zwischen der ersten Durchkontaktierung
und der zweiten Durchkontaktierung hergestellt ist. Des Weiteren weist
der Halbleiterchip wenigstens eine elektrisch leitfähige
Brücke auf, die die Unterbrechung elektrisch überbrückt
und die die erste Durchkontaktierung elektrisch mit der ersten Anschlussschicht
verbindet. Außerdem sind die Unterbrechung und mindestens
die erste Durchkontaktierung nicht von der Halbleiterschichtenfolge überdeckt.
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Bei
einem solchen Halbleiterchip ist ein Hohlraum, insbesondere in einer
Richtung senkrecht zur Trägeroberseite, zwischen der Halbleiterschichtenfolge
und dem Träger vermeidbar. Es kann sich also über
eine gesamte laterale Ausdehnung der Halbleiterschichtenfolge hinweg
zwischen dem Träger und der Halbleiterschichtenfolge eine
weitestgehend gleichmäßig gestaltete Materialkombination
befinden. Hierdurch sind thermische Belastungen für die Halbleiterschichtenfolge,
die durch ein Einschalten und ein Ausschalten des Halbleiterchips
entstehen, entlang der lateralen Richtung reduzierbar und eine Lebensdauer
des Halbleiterchips kann sich erhöhen.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterchips
weist die Halbleiterschichtenfolge eine Dicke von höchstens 12 μm,
bevorzugt von höchstens 6 μm auf. Solche geringen
Dicken der Halbleiterschichtenfolge sind insbesondere dadurch ermöglicht,
dass sich zwischen der Halbleiterschichtenfolge und dem Träger insbesondere
kein Hohlraum befindet, bedingt durch den mechanische Belastungen
auf die Halbleiterschichtenfolge resultieren könnten.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterchips überragt
die erste Anschlussschicht die Halbleiterschichtenfolge in einer
lateralen Richtung. Mit anderen Worten steht die erste Anschlussschicht
seitlich über die Halbleiterschichtenfolge über.
Insbesondere bei einer sehr dünn gestalteten Halbleiterschichtenfolge,
die etwa als Dünnfilmschichtenfolge ausgeführt
ist, ist über ein seitliches Überstehen der ersten
Anschlussschicht über die Halbleiterschichtenfolge ein
effizientes und alterungsbeständiges elektrisches Kontaktieren
der Halbleiterschichtenfolge ermöglichbar.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterchips
weist der Träger eine mittlere spezifische Wärmeleitfähigkeit
von mindestens 20 W/(mK) auf, bevorzugt von mindestens 60 w/(mK),
ganz besonders bevorzugt von mindestens 120 w/(mK). Beispielsweise
weist ein Substrat oder ein Basismaterial des Trägers,
aus dem der Träger überwiegend besteht und das
zum Beispiel beschichtet ist, eines der folgenden Materialien auf oder
besteht hieraus: Silizium, Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid, Metall.
Mittlere spezifische Wärmeleitfähigkeit bedeutet
hierbei, dass die Wärmeleitfähigkeit über
den gesamten Träger hinweg gemittelt betrachtet wird.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterchips
erheben sich, in einer Richtung vom Träger weg, über
der ersten Durchkontaktierung sowohl die mindestens eine Haftvermittlungsschicht
als auch eine Kontakterhöhung.
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Über
der ersten Durchkontaktierung an der Trägeroberseite kann
also eine podestartige Erhebung gebildet sein.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterchips
ist die Kontakterhöhung mit einem anderen Material oder
einer anderen Materialzusammensetzung gebildet als die Haftvermittlungsschicht.
Beispielsweise ist die Kontakterhöhung mit demselben Material
wie die zweite elektrische Anschlussschicht gestaltet.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterchips
befindet sich die Brücke, die die erste Durchkontaktierung
mit der ersten elektrischen Anschlussschicht verbindet, mindestens
zum Teil in der Unterbrechung. Beispielsweise erstreckt sich die
Brücke dann entlang von Begrenzungsflächen der
Unterbrechung.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterchips
ist die Unterbrechung oder mindestens eine der Unterbrechungen zu
mindestens 80%, bevorzugt zu mindestens 90% oder, im Rahmen der
Herstellungstoleranzen, vollständig mit einer dielektrischen
Füllung ausgefüllt. Die Füllung ist zum
Beispiel mit einem Harz oder mit einem Kunststoff gebildet.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterchips
erstreckt sich die Brücke über die Füllung
und steht stellenweise in direktem Kontakt mit der Füllung.
Zum Beispiel ist die Unterbrechung dann vollständig gefüllt
und die Brücke liegt, mindestens zum Teil, auf der Füllung
auf.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterchips
ist die Unterbrechung oder zumindest eine der Unterbrechungen teilweise
oder vollständig durch einen Hohlraum gebildet. Hohlraum
bedeutet hierbei, dass die Unterbrechung mit einem Gas gefüllt
oder evakuiert ist. Der die Unterbrechung bildende Hohlraum ist
bevorzugt von der Brücke überspannt. Mit anderen
Worten steht die Brücke, in einer Richtung hin zu dem Träger, mindestens
stellenweise nicht in direktem Kontakt zu einem festen Material.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterchips
ist die erste Durchkontaktierung an der Trägeroberseite
des Trägers, in einer Richtung vom Träger weg,
frei von der mindestens einen Haftvermittlungsschicht. Ebenfalls ist
die erste Durchkontaktierung dann bevorzugt frei von der Kontakterhöhung.
Weiterhin steht ein Material der Brücke bevorzugt in direktem
physischen Kontakt mit einem Material der ersten Durchkontaktierung.
Die erste Durchkontaktierung schließt dann zum Beispiel
bündig mit der Trägeroberseite des Trägers
ab.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterchips
befindet sich im Bereich der Unterbrechung die Brücke näher
an der Trägeroberseite als die erste und/oder die zweite elektrische
Anschlussschicht.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterchips
befindet sich zwischen der ersten Anschlussschicht und der Halbleiterschichtenfolge
ein erster Spiegel, der für eine in der Halbleiterschichtenfolge
erzeugte Strahlung reflektierend wirkt.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterchips
befindet sich zwischen der ersten Anschlussschicht und der zweiten
Anschlussschicht ein zweiter Spiegel, der für eine in der
Halbleiterschichtenfolge erzeugte Strahlung reflektierend wirkt.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterchips
sind der erste Spiegel und der zweite Spiegel jeweils mit einem elektrisch
leitfähigen Material gestaltet, beispielsweise jeweils
mit einem Metall.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterchips
sind die erste und die zweite Durchkontaktierung nicht von der Halbleiterschichtenfolge überdeckt.
Mit anderen Worten sind sowohl die erste als auch die zweite Durchkontaktierung
in einer lateralen Richtung von der Halbleiterschichtenfolge beabstandet.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterchips
liegen die erste Durchkontaktierung und/oder die zweite Durchkontaktierung
in einer lateralen Richtung stellenweise frei. Bevorzugt liegen
die Durchkontaktierungen an Trägerseitenflächen
frei. Mit anderen Worten ist mindestens eine der Durchkontaktierungen
dann in einer lateralen Richtung nicht von einem Basismaterial des
Trägers umgeben.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterchips,
bei dem der Träger ein Halbleitermaterial aufweist, ist
im Bereich der Unterbrechung eine Dotierzone in dem Träger gebildet.
Die Dotierzone weist eine gegenüber dem Träger
höhere Dotierung auf. Die Dotierzone ist bevorzugt dazu
eingerichtet, eine elektrische ESD-Schutzverbindung zwischen der
mit der zweiten Durchkontaktierung leitfähig verbundenen
Haftvermittlungsschicht und der ersten Durchkontaktierung und/oder
der Brücke herzustellen. Über die ESD-Schutzverbindung
ist der Halbleiterchip vor Schäden durch elektrostatische
Entladungen schätzbar.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterchips
sind die mindestens eine Haftvermittlungsschicht sowie die erste elektrische
Anschlussschicht zusammen mit der zweiten elektrischen Anschlussschicht
zwischen der Halbleiterschichtenfolge und dem Träger jeweils durchgehende
Schichten.
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Es
wird darüber hinaus ein Verfahren zur Herstellung eines
oberflächenmontierbaren optoelektronischen Halbleiterchips
angegeben. Beispielsweise kann mittels des Verfahrens ein optoelektronischer
Halbleiterchip hergestellt werden, wie er in Verbindung mit einer
oder mehrerer der oben genannten Ausführungsformen beschrieben
ist. Merkmale des optoelektronischen Halbleiterchips sind daher
auch für das hier beschriebene Verfahren offenbart und umgekehrt.
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In
mindestens einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst
dieses die folgenden Schritte:
- – Bereitstellen
eines Aufwachssubstrates und epitaktisches Wachsen einer Halbleiterschichtenfolge
mit mindestens einer aktiven Schicht auf dem Aufwachssubstrat,
- – Erzeugen wenigstens eines Durchbruchs in der Halbleiterschichtenfolge
von einer dem Aufwachssubstrat abgewandten Seite der Halbleiterschichtenfolge
her, wobei der wenigstens eine Durchbruch die zumindest eine aktive
Schicht der Halbleiterschichtenfolge vollständig durchdringt,
- – Erzeugen einer ersten elektrischen Anschlussschicht
an der Halbleiterschichtenfolge,
- – Erzeugen einer elektrisch isolierenden Trennschicht
an der ersten Anschlussschicht und an lateralen Begrenzungsflächen
des wenigstens einen Durchbruchs,
- – Erzeugen einer zweiten elektrischen Anschlussschicht
an der Trennschicht, wobei ein Teil der zweiten Anschlussschicht
den wenigstens einen Durchbruch ausfüllt,
- – Bereitstellen eines Trägers mit einer ersten
elektrischen Durchkontaktierung und einer zweiten elektrischen Durchkontaktierung
und mit mindestens zwei Kontaktstellen zur elektrischen Kontaktierung
des Halbleiterchips an einer Trägerunterseite,
- – Erzeugen mindestens einer elektrisch leitfähigen
Haftvermittlungsschicht an einer der Trägerunterseite abgewandten
Trägeroberseite des Trägers und/oder an der zweiten
Anschlussschicht,
- – Verbinden des Trägers mit der Halbleiterschichtenfolge über
die Haftvermittlungsschicht, wobei die Trägeroberseite
der Halbleiterschichtenfolge zugewandt ist,
- – Entfernen des Aufwachssubstrats,
- – Erzeugen einer Unterbrechung in der Haftvermittlungsschicht,
so dass die Durchkontaktierung über die Haftvermittlungsschicht
nicht elektrisch miteinander verbunden sind,
- – teilweises Entfernen der Halbleiterschichtenfolge,
so dass mindestens die erste Durchkontaktierung und die Unterbrechung,
insbesondere in einer Richtung senkrecht zur Trägeroberseite,
von der Halbleiterschichtenfolge frei gelegt sind,
- – Erzeugen einer Brücke, die die Unterbrechung überbrückt
und die erste Durchkontaktierung elektrisch mit der ersten Anschlussschicht
verbindet, und
- – Fertigstellen des Halbleiterchips.
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Es
ist nicht notwendig, dass die Reihenfolge der Auflistung der einzelnen
Verfahrensschritte mit der Reihenfolge der Durchführung
der Verfahrensschritte übereinstimmt. Jedoch ist die angegebene Reihenfolge
als eine bevorzugte Reihenfolge anzusehen.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgt der Schritt
des teilweisen Entfernens der Halbleiterschichtenfolge vor dem Verbinden
mit dem Träger. Das teilweise Entfernen der Halbleiterschichten
erfolgt also insbesondere noch, wenn die Halbleiterschichtenfolge
mit dem Aufwachssubstrat verbunden ist.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgt der Schritt
des teilweisen Entfernens der Halbleiterschichtenfolge nach dem
Verbinden mit dem Träger. Die Halbleiterschichtenfolge ist
hierbei bevorzugt nicht mehr mit dem Aufwachssubstrat verbunden.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgt der Schritt
des Erzeugens der Unterbrechung nach dem Verbinden mit dem Träger. Es
ist also bei diesem Schritt das Aufwachssubstrat insbesondere bereits
von der Halbleiterschichtenfolge entfernt.
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Nachfolgend
wird ein hier beschriebener optoelektronischer Halbleiterchip sowie
ein hier beschriebenes Verfahren unter Bezugnahme auf die Zeichnung
anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Gleiche Bezugszeichen geben dabei gleiche Elemente in den einzelnen
Figuren an. Es sind dabei jedoch keine maßstäblichen
Bezüge dargestellt, vielmehr können einzelne Elemente
zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt
sein.
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Es
zeigen:
-
1A bis 1J eine
schematische Darstellung eines Verfahrens zur Herstellung eines
Ausführungsbeispiels eines hier beschriebenen optoelektronischen
Halbleiterchips,
-
2A und 2B eine
schematische Darstellung von alternativen Verfahrensschritten eines
Ausführungsbeispiels eines hier beschriebenen Verfahrens,
und
-
3 bis 5 schematische
Schnittdarstellungen von weiteren Ausführungsbeispielen
von hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterchips.
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In 1 ist
ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Herstellung
eines optoelektronischen Halbleiterchips 90, der oberflächenmontierbar
ist, illustriert.
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Gemäß 1A wird auf einem Aufwachssubstrat 25 eine
Halbleiterschichtenfolge 1 mit zumindest einer aktiven
Schicht 20 epitaktisch aufgewachsen. Eine Dicke der gesamten
Halbleiterschichtenfolge beträgt beispielsweise zirka 5 μm.
Die Halbleiterschichtenfolge 1 basiert bevorzugt auf GaN,
InGaN, InGaAlP oder InGaAs.
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Wie
in 1B dargestellt, wird in der Halbleiterschichtenfolge 1 ein
Durchbruch 4 erzeugt. Der Durchbruch 4 reicht,
in einer Richtung zu dem Aufwachssubstrat 25 hin, durch
die aktive Schicht 20 hindurch. Anschließend werden,
siehe 1C, laterale Begrenzungsflächen
des Durchbruchs 4 mit einer elektrisch isolierenden Trennschicht 5 bedeckt.
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In
den
1 bis
5 sind jeweils nur Ausführungsbeispiele
dargestellt, bei dem jeweils nur genau ein Durchbruch
4 in
der Halbleiterschichtenfolge
1 erzeugt ist. Bevorzugt weist
der Halbleiterchip jedoch eine Vielzahl von Durchbrüchen
4 auf,
die beispielsweise wie in der Druckschrift
DE 10 2007 022 947 A1 ,
deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug mit aufgenommen
wird, gestaltet sind. Es ist möglich, dass der Halbleiterchip
1 mindestens
5 Durchbrüche
4, bevorzugt mindestens 12 Durchbrüche
aufzeigt. Zum Beispiel weisen die Durchbrüche
4 eine
pyramidenstumpfartige oder eine streifenförmige Gestalt
auf.
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Der
Durchbruch 4 weist beispielsweise einen mittleren Durchmesser
zwischen einschließlich 50 μm und 15 μm,
bevorzugt zwischen einschließlich 35 μm und 20 μm
auf. Eine Tiefe des Durchbruchs 4, in einer Richtung hin
zu dem Aufwachssubstrat 25, beträgt bevorzugt
zwischen einschließlich 1,0 μm und 3 μm,
insbesondere zwischen einschließlich 1,5 μm und
2 μm. Die Trennschicht 5 ist beispielsweise mit Siliziumoxid,
Siliziumnitrid oder Aluminiumoxid gebildet und weist insbesondere
eine Dicke zwischen einschließlich 100 nm und 1 μm
auf, bevorzugt zwischen einschließlich 150 nm und 500 nm.
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In 1D ist dargestellt, dass auf der Halbleiterschichtenfolge 1 zumindest
stellenweise ein erster Spiegel 2 aufgebracht wird. Der
erste Spiegel 2 besteht zum Beispiel aus Silber und weist
eine Dicke bevorzugt zwischen einschließlich 50 nm und
250 nm, insbesondere zwischen einschließlich 100 nm und
200 nm auf. Weiterhin wird auf der Halbleiterschichtenfolge 1 und
auf dem ersten Spiegel 2 eine erste Anschlussschicht 3 aufgebracht. Über
die erste Anschlussschicht 3 ist eine dem Aufwachssubstrat 25 abgewandte
Seite der Halbleiterschichtenfolge 1 elektrisch kontaktiert.
Die erste Anschlussschicht 3 besteht beispielsweise aus
Gold, Titan und/oder Platin und weist eine Dicke bevorzugt zwischen
einschließlich 500 nm und 3 μm, insbesondere zwischen einschließlich
750 nm und 1,5 μm auf.
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Im
Verfahrensschritt gemäß 1E wird
an dem Aufwachssubstrat 25 abgewandten Seiten der ersten
Anschlussschicht 3 und/oder des ersten Spiegels 2 ebenfalls
die Trennschicht 5 aufgebracht. In einer Richtung hin zum
Aufwachssubstrat 25 ist lediglich ein Bereich der Halbleiterschichtenfolge 1,
der sich zwischen der aktiven Schicht 20 und dem Aufwachssubstrat 25 befindet
und der beispielsweise n-dotiert ist, von der Trennschicht 5 unbedeckt
und somit frei zugänglich.
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Gemäß 1F wird der Durchbruch 4 mit
einem Teil 7a der zweiten elektrischen Anschlussschicht
gefüllt. Der Teil 7a der zweiten Anschlussschicht
besteht zum Beispiel aus Gold, Titan und/oder Platin. Ebenso ist
es möglich, dass der Teil 7a mit TiWN gebildet
ist.
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Im
Verfahrensschritt gemäß 1G wird über
der Trennschicht 5 ein zweiter Spiegel 6 aufgebracht.
In einer Richtung senkrecht zum Aufwachssubstrat 25 sind
der erste Spiegel 2 und der zweite Spiegel 6 bevorzugt
im Rahmen der Herstellungstoleranzen deckungsgleich. Der zweite
Spiegel 6 ist ebenfalls mit einem elektrisch leitfähigen
Material gestaltet, zum Beispiel mit Silber, und weist eine Dicke von
zirka 150 nm auf.
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Über
der Trennschicht 5 und über dem zweiten Spiegel 6 ist
weiterhin die zweite Anschlussschicht 7b geformt. Eine
Dicke der zweiten Anschlussschicht 7b beträgt
beispielsweise zwischen einschließlich 300 nm und 1 μm,
bevorzugt zwischen einschließlich 300 nm und 500 nm. Ebenso
bevorzugt ist die zweite Anschlussschicht 7b mit einem
der Materialien geformt, die auch für den Teil 7a der
zweiten Anschlussschicht, die den Durchbruch 4 ausfüllt, angegeben
sind.
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Ferner
wird an einer dem Aufwachssubstrat 25 abgewandten Seite
der zweiten Anschlussschicht 7b eine erste Haftvermittlungsschicht 8 aufgebracht. Eine
Dicke der ersten Haftvermittlungsschicht 8 beträgt
beispielsweise zwischen 0,75 μm und 5 μm, bevorzugt
zwischen einschließlich 1,5 μm und 2,0 μm. Die
erste Haftvermittlungsschicht 8 ist beispielsweise aus
Gold oder aus Gold und Zinn gefertigt. Ebenso ist es möglich,
dass die erste Haftvermittlungsschicht 8 aus einem Indium-haltigen,
insbesondere aus einem hoch-Indium-haltigen Material besteht oder
ein solches umfasst.
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Gemäß 1H wird ein Träger 10 bereitgestellt.
Der Träger 10 weist ein Substrat 100 auf,
das beispielsweise eine Keramik, einen Halbleiter oder ein Metall
umfasst oder hieraus besteht. In einer lateralen Richtung wird das
Substrat 100 von Trägerseitenflächen 103, 107 begrenzt.
An einer Trägerunterseite 102 sind zwei elektrische
Kontaktstellen 12 aufgebracht. Beispielsweise weisen die
Kontaktstellen 12 eine Dicke zwischen einschließlich
100 nm und 200 nm auf und sind mit Gold, Titan und/oder Platin geformt.
Die Kontaktstellen 12 sind jeweils elektrisch leitfähig
mit einer ersten Durchkontaktierung 30 beziehungsweise
mit einer zweiten Durchkontaktierung 70 verbunden. Die
Kontaktstellen 12 sind dazu eingerichtet, über
einen SMT-Prozess an einen externen, nicht zum Halbleiterchip 90 gehörigen
Träger montiert zu werden. Über die Kontaktstellen 12 ist
der Halbleiterchip 90 elektrisch anschließbar.
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Über
die Durchkontaktierungen 30, 70 sind die Kontaktstellen
an der Trägerunterseite 102 elektrisch leitfähig
mit einer Trägeroberseite 101 verbunden. Die Durchkontaktieruhgen 30, 70 sind
zum Beispiel durch runde oder zylinderförmige Löcher
gebildet, die das Substrat 100 vollständig durchdringen und
einen Durchmesser zwischen bevorzugt einschließlich 20 μm
und 100 μm, insbesondere zwischen einschließlich
25 μm und 60 μm aufweisen. Diese Löcher
sind zum Beispiel vollständig oder nur an lateralen Begrenzungsflächen
gefüllt beziehungsweise beschichtet mit Kupfer, Nickel,
Silber, Zinn, Zink, Wolfram und/oder Gold.
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An
der Trägeroberseite 101 ist ferner eine zweite
Haftvermittlungsschicht 9 aufgebracht, die beispielsweise
eine Dicke zwischen einschließlich 400 nm und 800 nm aufweist
und mit Zinn, mit Gold und Zinn oder mit einem Indiumhaltigen Material
geformt ist.
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Gemäß 1H wird der bereitgestellte Träger 10 mit
der zweiten Haftvermittlungsschicht 9 ferner etwa über
ein Löten mit der ersten Haftvermittlungsschicht 8 elektrisch
leitfähig verbunden. Nachfolgend wird das Aufwachssubstrat 25 von
der Halbleiterschichtenfolge 1, zum Beispiel über ein Laserverfahren,
entfernt.
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In 1I ist dargestellt, dass die Halbleiterschichtenfolge 1,
die erste Anschlussschicht 3, die zweite Anschlussschicht 7b sowie
die Haftvermittlungsschichten 8, 9 teilweise entfernt
werden. Insbesondere wird eine Unterbrechung 13 in den
Haftvermittlungsschichten 8, 9 und in der zweiten
Anschlussschicht 7b gebildet, so dass die Durchkontaktierungen 30, 70 nunmehr
elektrisch voneinander isoliert sind. Über der ersten Durchkontaktierung 13 erstreckt
sich sowohl die erste als auch die zweite Haftvermittlungsschicht 8, 9 sowie
eine Kontakterhöhung 16, die vor dem Erzeugen
der Unterbrechung 13 einen Teil der zweiten Anschlussschicht 7b bildete. Ferner
sind laterale Begrenzungsflächen der Halbleiterschichtenfolge 1 von
einer elektrischen Isolierschicht 14 bedeckt. Die Isolierschicht 14 besteht
beispielsweise aus Siliziumoxid oder Siliziumnitrid und weist eine
Dicke von zirka 100 nm auf.
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Optional
kann an einer dem Träger 10 abgewandten Strahlungsaustrittsfläche 21 der
Halbleiterschichtenfolge 1 eine Aufrauung zur Verbesserung der
Lichtauskopplung geformt werden. Außerdem ist es möglich,
dass im Bereich der Unterbrechung 13 eine Dotierzone 18,
zum Beispiel über Ionenimplantation oder Diffusionsdotierung,
erzeugt ist. Über die Dotierzone 18 kann ein ESD-Schutz
des Halbleiterchips 90 gebildet sein. Eine Dotierung der
Dotierzone 18 beträgt zum Beispiel zwischen einschließlich
1019 und 1021 1/cm3. Wird die Dotierzone 18 geformt,
so ist das Substrat 100 bevorzugt mit einem Halbleitermaterial
gebildet oder besteht aus einem solchen. Zum Beispiel ist durch
die Dotierzone 18 ein definierter Widerstand gebildet, über
den die Haftvermittlungsschichten 8, 9 an den
Durchkontaktierungen 30, 70 elektrisch miteinander
verbunden sind. Ebenso kann über die Dotierzone 18 und
ein Material des Substrats 100 eine Diode, insbesondere
eine Zener-Diode, ausgebildet sein.
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Gemäß 1J wird im Bereich der Unterbrechung 13 eine
Isolierschicht 14 aufgebracht. Etwa durch ein Aufdampfen
wird ferner eine Brücke 15 erzeugt, die sich in
die Unterbrechung 13 erstreckt und die Kontakterhöhung 16 der
ersten Durchkontaktierung 30 leitfähig mit der
ersten Anschlussschicht 3 verbindet.
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Optional
kann über der Halbleiterschichtenfolge 1 ein Verguss 19 aufgebracht
werden. Auch der Verguss 19 kann Strukturen zur Verbesserung
der Lichtauskopplung aufweisen. Über den Verguss 19 kann
der Halbleiterchip vor mechanischen und vor Umwelteinflüssen
geschützt werden. Ebenso ist es möglich, dass
der Verguss 19, zumindest stellenweise, ein Diffusionsmittel
oder ein Konversionsmittel aufweist.
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Bei
dem in 1J dargestellten Halbleiterchip 90 ist
die Halbleiterschichtenfolge 1 jeweils über die
Trägerunterseite 102 elektrisch kontaktiert. Ein Stromfluss
erfolgt beispielsweise über die Durchkontaktierung 17,
die Haftvermittlungsschichten 8, 9, die zweite
Anschlussschicht 7a, 7b in einen beispielsweise
n-dotierten, dem Träger 10 abgewandten Teil der
Halbleiterschichtenfolge 1 hin zur aktiven Schicht 20 und
von dort weiter über einen beispielsweise p-dotierten,
dem Träger 10 zugewandten Teil der Halbleiterschichtenfolge 1,
die erste Anschlussschicht 3, die Brücke 13,
der Kontakterhöhung 16 und der ersten Durchkontaktierung 30.
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Insbesondere
die erste Anschlussschicht 3 überragt in einer
lateralen Richtung die Halbleiterschichtenfolge 1, so dass
eine elektrische Kontaktierung der ersten Anschlussschicht 3 über
die Brücke 13 ermöglicht ist. Die erste
Durchkontaktierung 30 sowie die Unterbrechung 13 sind
also, in einer Richtung weg vom Träger 10, nicht
von der Halbleiterschichtenfolge 1 überdeckt,
sondern von dieser lateral beabstandet.
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Beim
Verfahren gemäß 2A ist
alternativ zu den Verfahrensschritten gemäß 1H, 1I dargestellt,
dass ein Teil der Halbleiterschichtenfolge 1 sowie der
darauf aufgebrachten Schichten zur elektrischen Kontaktierung entfernt
wird, solange die Halbleiterschichtenfolge 1 sich noch
an dem Aufwachssubstrat 25 befindet.
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Hieraus
kann ein Halbleiterchip gemäß 2B resultieren,
bei dem sich über der ersten Durchkontaktierung 30 keine
der Haftvermittlungsschichten 8, 9 und keine Kontakterhöhung 16 befindet.
Die Unterbrechung 13 erstreckt sich somit über die
erste Durchkontaktierung 30 hinweg und befindet sich in
direktem Kontakt mit dieser, wobei die erste Durchkontaktierung 30 bevorzugt
bündig mit der Trägeroberseite 101 abschließt.
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Beim
Ausführungsbeispiel gemäß 3 befinden
sich die Durchkontaktierungen 30, 70 jeweils an
den Trägerseitenflächen 103, 107.
Die Durchkontaktierungen 30, 70 sind beispielsweise
durch ein Sägen des Substrates 100 des Trägers 10 frei
gelegt. Beide Durchkontaktierungen 30, 70 sind
in einer lateralen Richtung zum Beispiel von der Halbleiterschichtenfolge 1 beabstandet
und somit von der Halbleiterschichtenfolge 1 nicht überdeckt.
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Abweichend
von 3 ist es auch möglich, dass nur eine
der Durchkontaktierungen 30, 70 sich an Trägerseitenflächen 103, 107 befindet
beziehungsweise an den Trägerseitenflächen 103, 107 frei liegt.
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Beim
Ausführungsbeispiel gemäß 4 erstreckt
sich die Brücke 15 nicht in die Unterbrechung 13,
sondern über die Unterbrechung 13 hinweg. Die Unterbrechung 13 ist
hierbei durch einen evakuierten oder mit einem Gas, zum Beispiel
Luft, gefüllten Hohlraum gebildet.
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Beim
Ausführungsbeispiel gemäß 5 ist die
Unterbrechung 13 mit einer Füllung 17 gefüllt,
die die Brücke 15 stützt und in direktem
Kontakt zu dieser steht. Die Füllung 17 ist zum
Beispiel durch ein Epoxid gebildet.
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Die
hier beschriebene Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand
der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr
umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination
von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in
den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal
oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen
oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102007022947
A1 [0002, 0053]
- - DE 102007019775 A1 [0003]
- - DE 102007019776 A1 [0004]