DE102005047168A1

DE102005047168A1 - Optoelektronischer Halbleiterchip

Info

Publication number: DE102005047168A1
Application number: DE102005047168A
Authority: DE
Inventors: Ralph Dr. Wirth
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2005-09-30
Filing date: 2005-09-30
Publication date: 2007-04-12
Also published as: EP1929550A1; CN101278412A; KR20080069593A; JP2009510736A; US20090121245A1; WO2007036197A1; TW200717877A

Abstract

Es wird ein optoelektronischer Halbleiterchip offenbart, der im Betrieb elektromagnetische Strahlung von seiner Vorderseite (7) emittiert, mit: DOLLAR A - einer Halbleiterschichtenfolge (1) mit einem aktiven Bereich (4), der geeignet ist, die elektromagnetische Strahlung zu erzeugen, und DOLLAR A - einer auf der Halbleiterschichtenfolge ausgebildeten, freitragenden und elektrisch leitenden mechanischen Stützschicht (10), die die Halbleiterschichtenfolge (1) mechanisch stützt und für Strahlung des Halbleiterchips durchlässig ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen optoelektronischen Halbleiterchip.

In der Druckschrift EP 0 905 797 A2 werden strahlungsemittierende Halbleiterchips mit Halbleiterschichtenfolgen offenbart, die epitaktisch auf einem Wachstumssubstrat gewachsen sind. Da das Wachstumssubstrat in der Regel einen Teil der elektromagnetischen Strahlung absorbiert, die innerhalb des Schichtenstapels erzeugt wird, wird in der Druckschrift EP 0 905 797 A2 vorgeschlagen, den epitaktischen Schichtenstapel mit Hilfe eines gesonderten Verbindungsmittels an einem gesonderten Trägerkörper zu befestigen und das Wachstumssubstrat zu entfernen. Das Verbinden der Halbleiterschichtenfolge mit dem gesonderten Trägerkörper durch ein gesondertes Verbindungsmittel und das Entfernen des Wachstumssubstrates stellen hierbei relativ aufwändige Prozessschritte dar, bei denen weiterhin die Gefahr besteht, dass die Halbleiterschichtenfolge geschädigt wird.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen optoelektronischen Halbleiterchip mit guter Strahlungsausbeute anzugeben, der einfach hergestellt werden kann.

Diese Aufgabe wird durch einen optoelektronischen Halbleiterchip mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausführungsformen des Halbleiterchips sind in den Unteransprüchen 2 bis 18 angegeben.

Ein optoelektronischer Halbleiterchip gemäß der Erfindung, der elektromagnetische Strahlung von seiner Vorderseite emittiert, umfasst insbesondere:

– eine Halbleiterschichtenfolge mit einem aktiven Bereich, der geeignet ist, die elektromagnetische Strahlung zu erzeugen, und
– eine auf der Halbleiterschichtenfolge ausgebildete, freitragende und elektrisch leitende mechanische Stützschicht, die die Halbleiterschichtenfolge mechanisch stützt und für die Strahlung des Halbleiterchips durchlässig ist.

Im Unterschied zu den Halbleiterchips gemäß dem Stand der Technik bietet der Halbleiterchip mit den Merkmalen des Anspruches 1 den Vorteil, dass auf einen gesondert und separat von der Halbleiterschichtenfolge hergestellten Trägerkörper sowie ein Wachstumssubstrat zur mechanischen Stabilisierung der Halbleiterschichtenfolge verzichtet wird. Stattdessen ist eine elektrisch leitende und freitragende, also eine ohne weitere Hilfsmittel mechanische stabile, Stützschicht auf der Halbleiterschichtenfolge ausgebildet, die durchlässig für die Strahlung des Halbleiterchips ist. Diese Stützschicht ist gegenüber einem gesonderten separat gefertigten Trägerkörper besonders einfach auf die Halbleiterschichtenfolge aufzubringen und ermöglicht daher eine vereinfachte Herstellung des Halbleiterchips beispielsweise gegenüber einem Dünnfilm-Halbleiterchip der Druckschrift EP 0 905 797 A2 .

Da die Stützschicht elektrisch leitend ist, kann der Halbleiterchip einfach, beispielsweise mit Hilfe eines leitfähigen Klebers oder eines Lots, über die Stützschicht elektrisch kontaktiert werden.

Da die Stützschicht weiterhin für die Strahlung des Halbleiterchips durchlässig ausgebildet ist, absorbiert sie vorteilhafterweise keine oder nur einen vergleichsweise geringen Teil der Strahlung, die in der Halbleiterschichtenfolge im Betrieb erzeugt wird. Dies trägt zu einer erhöhten Strahlungsausbeute des Halbleiterchips gegenüber einem Halbleiterchip mit einem absorbierenden Substrat, beispielsweise einem Wachsumssubstrat, bei.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Stützschicht auf oder an der von der Vorderseite des Halbleiterchips abgewandten Rückseite der Halbleiterschichtenfolge angeordnet, da dann die Halbleiterschichtenfolge in aufeinander folgenden Prozessschritten gefertigt werden kann.

Es ist aber auch denkbar, dass die Stützschicht in der Halbleiterschichtenfolge angeordnet ist und angrenzend an zwei Seiten der Stützschicht Halbleiterschichten der Halbleiterschichtenfolge angeordnet sind. Der aktive Bereich der Halbleiterschichtenfolge befindet sich jedoch bevorzugt zwischen der Vorderseite des Halbleiterchips und der Stützschicht, da in diesem Fall die Dicke des Materials verringert ist, das die Strahlung auf ihrem weg zur Vorderseite des Halbleiterchips durchdringen muss.

Besonders bevorzugt weist die Stützschicht einen kleineren Brechungsindex auf als die Halbleiterschichtenfolge. Im Zweifel ist mit dem Brechungsindex der Halbleiterschichtenfolge ein über die Halbleiterschichtenfolge gemittelter Wert zu verstehen. Wenn der aktive, strahlungserzeugende Bereich der Halbleiterschichtenfolge zwischen Stützschicht und Vorderseite des Halbleiterchips angeordnet ist, bringt dies den Vorteil mit sich, dass ein wesentlicher Teil der elektromagnetischen Strahlung des aktiven Bereiches, der auf eine Grenzfläche Stützschicht/Halbleiterschichtenfolge trifft, dort bereits in die Halbleiterschichtenfolge zurück reflektiert wird und nicht in die Stützschicht eindringt. Materialien, die in der Regel einen deutlich kleineren Brechungsindex aufweisen, als die bekannten, herkömmlich verwendeten Halbleitermaterialien für optoelektronische Halbleiterchips, sind beispielsweise transparente leitende Oxide, auf die untenstehend noch näher eingegangen wird.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Halbleiterschichtenfolge des Halbleiterchips epitaktisch gewachsen.

Der aktive Bereich des Halbleiterchips umfasst bevorzugt einen pn-Übergang, eine Doppelheterostruktur, eine Einfachquantentopfstruktur oder besonders bevorzugt eine Mehrfachquantentopfstruktur zur Strahlungserzeugung. Die Bezeichnung „Quantentopfstruktur" beinhaltet hierbei keine Angabe über die Dimensionalität der Quantentopfstruktur. Sie umfasst somit unter anderem Quantentröge, Quantendrähte und Quantenpunkte und jede Kombination dieser Strukturen.

Die Halbleiterschichtenfolge basiert beispielsweise auf einem III/V-Verbindungshalbeitermaterial, wie einem Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial, einem Phosphid- Verbindungshalbleitermaterial oder einem Arsenid-Verbindungshalbleitermaterial.

Vorliegend bedeutet „basiert auf Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial", dass zumindest ein Teil der Halbleiterschichtenfolge ein Nitrid/III-Verbindungshalbleitermaterial umfasst, vorzugsweise Al_nGa_mIn_1-n-mN, wobei 0 ≤ n ≤ 1, 0 ≤ m ≤ 1 und n + m ≤ 1. Dabei muss dieses Material nicht zwingend eine mathematisch exakte Zusammensetzung nach obiger Formel aufweisen. Vielmehr kann es ein oder mehrere Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen, die die charakteristischen physikalischen Eigenschaften des Al_nGa_mIn_1-n-mN-Materials im Wesentlichen nicht ändern. Der Einfachheit halber beinhaltet obige Formel jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters (Al, Ga, In, N), auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt sein können.

Äquivalent bedeutet vorliegend „basiert auf Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial", dass zumindest ein Teil der Halbleiterschichtenfolge ein Phosphid/III-Verbindungshalbleitermaterial umfasst, vorzugsweise Al_nGa_mIn_1-n-mP, wobei 0 ≤ n ≤ 1, 0 ≤ m ≤ 1 und n + m ≤ 1. Dabei muss auch dieses Material nicht zwingend eine mathematisch exakte Zusammensetzung nach obiger Formel aufweisen. Vielmehr kann es ein oder mehrere Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen, die die charakteristischen physikalischen Eigenschaften des Al_nGa_mIn_1-n-mP-Materials im Wesentlichen nicht ändern. Der Einfachheit halber beinhaltet obige Formel jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters (Al, Ga, In, P), auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt sein können.

Ebenfalls äquivalent zu „basiert auf Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial" und „basiert auf Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial" bedeutet vorliegend „basiert auf Arsenid-Verbindungshalbleitermaterial", dass zumindest ein Teil der Halbleiterschichtenfolge ein Arsenid/III-Verbindungshalbleitermaterial umfasst, vorzugsweise Al_nGa_mIn_1-n-mAs, wobei 0 ≤ n ≤ 1, 0 ≤ m ≤ 1 und n + m ≤ 1. Auch dieses Material muss nicht zwingend eine mathematisch exakte Zusammensetzung nach obiger Formel aufweisen und kann ein oder mehrere Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen, die die charakteristischen physikalischen Eigenschaften des Al_nGa_mIn_1-n-mAs-Materials im Wesentlichen nicht ändern. Wiederum beinhaltet obige Formel der Einfachheit halber jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters (Al, Ga, In, As), auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt sein können.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst die Stützschicht ein Material aus der Gruppe der transparenten leitenden Oxide („transparent conductive oxide", kurz TCO). Diese sind, wie der Name schon sagt, elektrisch leitend und durchlässig für elektromagnetische Strahlung, insbesondere für sichtbares Licht.

Transparente leitende Oxide sind in der Regel Metalloxide, wie beispielsweise Zinkoxid, Zinnoxid, Cadmiumoxid, Titanoxid, Indiumoxid oder Indiumzinnoxid (ITO). Neben binären Metallsauerstoffverbindungen, wie beispielsweise ZnO, SnO₂ oder In₂O₃ gehören auch ternäre Metallsauerstoffverbindungen, wie beispielsweise Zn₂SnO₄, ZnSnO₃, MgIn₂O₄, GaInO₃, Zn₂In₂O₅ oder In₄Sn₃O₁₂ oder Mischungen unterschiedlicher transparenter leitender Oxide zu der Gruppe der TCOs. Weiterhin entsprechend die TCOs nicht zwingend einer stöchiometrische Zusammensetzung und können weiterhin auch p- sowie n-dotiert sein.

Die Stützschicht, die ein TCO umfasst, ist bei einer Ausführungsform durch ein Abscheide- oder Beschichtungsverfahren, beispielsweise mit einem Epitaxieprozess, durch Sputtern oder einem Sol-Gel-Prozess aufgebracht.

Die Stützschicht ist bevorzugt nicht dicker ausgebildet als es eine zuverlässige mechanische Stabilität des Halbleiterchips erfordert, um zum einen die Prozesszeiten bei der Herstellung des Halbleiterchips zu verringern und zum anderen den Halbleiterchip so dünn wie möglich ausbilden zu können.

Bevorzugt beträgt die Dicke der Stützschicht zwischen 50 μm und 100 μm, wobei die Grenzen jeweils eingeschlossen sind.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist zwischen der Halbleiterschichtenfolge und der Stützschicht eine TCO-Kontaktschicht angeordnet, die ein TCO umfasst. In diesem Fall kann der elektrische Kontakt zwischen Halbleiterschichtenfolge und Stützschicht verbessert werden, indem insbesondere auch die Stützschicht ein Material aus der Gruppe der TCOs umfasst. Ein verbesserter elektrischer Kontakt zwischen Stützschicht und Halbleiterschichtenfolge weist insbesondere eine ohmsche Strom-Spannungs-Charakteristik auf. Die TCO-Kontaktschicht ist zweckmäßigerweise wesentlich dünner ausgebildet als die Stützschicht. Bevorzugt ist die Dicke der TCO-Kontaktschicht um ein bis zwei Größenordnungen kleiner als die Dicke der Stützschicht und liegt besonders bevorzugt zwischen 1 und 5 μm. Für den Fall, dass sowohl die TCO-Kontaktschicht als auch die Stützschicht ein TCO-Material umfasst, muss es sich dabei weder um das gleiche TCO-Material handeln, noch müssen die TCO-Materialien mit derselben Methode aufgebracht werden können. Die TCO-Materialien können vielmehr jeweils hinsichtlich ihrer gewünschten Funktion speziell angepasst werden.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist zwischen dem aktiven Bereich der Halbleiterschichtenfolge und der Rückseite des Halbleiterchips, die dessen Vorderseite gegenüberliegt, besonders bevorzugt zwischen Halbleiterschichtenfolge und Stützschicht eine reflektierende Schicht angeordnet, die die Strahlung des Halbleiterchips reflektiert. Mit Hilfe einer solchen Schicht kann die Reflexion von elektromagnetischer Strahlung, die von der Halbleiterschichtenfolge in Richtung Stützschicht ausgesandt wird, zurück in die Halbleiterschichtenfolge verbessert werden. Dadurch kann die Strahlungsausbeute des Halbleiterchips verbessert werden.

Die reflektierende Schicht kann hierbei auch aus mehreren Schichten aufgebaut oder beispielsweise auch nur teilflächig bzw. lateral strukturiert ausgebildet sein.

Besonders bevorzugt wird als reflektierende Schicht ein Distributed-Bragg-Reflektor-Spiegel (kurz „DBR-Spiegel") eingesetzt. Ein DBR-Spiegel umfasst eine Folge von Schichten, deren Brechungsindizes alternierend hoch und niedrig sind. Ein DBR-Spiegel reflektiert insbesondere Strahlung, die senkrecht zu seiner Oberfläche einfällt. Weist die Stützschicht einen kleineren Brechungsindex auf als die angrenzende Halbleiterschichtenfolge, wird insbesondere schräg zur Grenzfläche Halbleitermaterial/Stützschicht einfallende Strahlung an dieser Grenzfläche in der Regel reflektiert, während senkrecht zu dieser Grenzfläche einfallende Strahlung durch die Stütz schicht dringt und nicht zur Strahlungsleistung des Halbleiterchips beiträgt. Daher ist ein DBR-Spiegel zwischen dem aktiven Bereich der Halbleiterschichtenfolge und der Stützschicht besonders geeignet, die Strahlungsausbeute des Halbleiterchips zu erhöhen.

Zusätzlich oder alternativ zu der reflektierenden Schicht zwischen dem aktiven Bereich der Halbleiterschichtenfolge und der Stützschicht umfasst die Rückseite des Halbleiterchips bevorzugt eine Metallschicht. Diese lenkt zum einen, wie die oben beschriebene reflektierende Schicht zwischen aktivem Bereich der Halbleiterschichtenfolge und Stützschicht, Strahlung zur Vorderseite des Halbleiterchips und erhöht damit dessen Strahlungsausbeute. Zum anderen verbessert die Metallschicht in der Regel den elektrischen Kontakt der Rückseite des Halbleiterchips zu einem Leitkleber oder einer Lötschicht, die häufig verwendet werden, um den Halbleiterchip später in einem Gehäuse oder auf einer Platine zu montieren.

Weiterhin ist die Vorderseite des Halbleiterchips bevorzugt aufgeraut. Die Aufrauung der Vorderseite des Halbleiterchips verringert die Mehrfachreflexion von Strahlung an den Oberflächen des Halbleiterchips und trägt daher zur verbesserten Strahlungsauskopplung bei. Es sind auch andere Strukturen an der Vorderseite des Halbleiterchips zur effizienteren Strahlungsauskopplung denkbar, beispielsweise periodische Strukturen, die Strukturelemente mit lateralen Abmessungen kleiner oder gleich der Wellenlänge der vom Halbleiterchip emittierten Strahlung aufweisen.

Bevorzugt umfasst der Halbleiterchip eine Stromaufweitungsschicht, die auf der zur Vorderseite des Halbleiterchips gewandten Seite der Halbleiterschichtenfolge aufgebracht ist und ein Material aus der Gruppe der TCOs umfasst. Die Stromaufweitungsschicht führt vorteilhafterweise dazu, dass Strom, der vorderseitig in den Halbleiterchip eingeprägt wird, lateral möglichst gleichmäßig in die Halbleiterschichtenfolge und insbesondere in deren aktiven strahlungserzeugenden Bereich verteilt wird. Dies führt zu einer Erhöhung der Strahlungserzeugung bei gleich bleibender Bestromung und auch zu einer homogeneren Abstrahlcharakteristik des Halbleiterchips. Weiterhin kann eine Stromaufweitungsschicht aus TCO vorteilhafterweise deutlich dünner ausgebildet werden als eine Stromaufweitungsschicht aus Halbleitermaterial. Außerdem absorbiert eine Stromaufweitungsschicht aus TCO im Vergleich mit einer Stromaufweitungsschicht aus einem Material mit einem höheren Absorptionskoeffizienten für die Strahlung des Halbleiterchips deutlich weniger Strahlung.

Zur vorderseitigen elektrischen Kontaktierung des Halbleiterchips umfasst dessen Vorderseite bei einer bevorzugten Ausführungsform einen elektrisch leitenden Bond-Pad. Über diesen elektrisch leitenden Bond-Pad kann der Halbleiterchip, beispielsweise mittels eines Bonddrahts, mit einem elektrischen Anschluss eines Gehäuses oder einer elektrischen Anschlussbahn einer Platine elektrisch leitend verbunden sein.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von vier Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den 1 bis 4 näher erläutert.

Es zeigen:
1, schematische Schnittdarstellung eines Halbleiterchips gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
2, schematische Schnittdarstellung eines Halbleiterchips gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
3, schematische Schnittdarstellung eines Halbleiterchips gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel, und
4, schematische Schnittdarstellung eines Halbleiterchips gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel.
In den Ausführungsbeispielen und Figuren sind gleiche oder gleich wirkende Bestandteile jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die dargestellten Elemente sind grundsätzlich nicht als maßstabsgerecht anzusehen, vielmehr können einzelne Elemente, wie z. B. Schichtdicken, zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 umfasst der Halbleiterchip eine Halbleiterschichtenfolge 1 mit einer n-seitig aufgebrachten Stromaufweitungsschicht 2, einer n-Mantelschicht 3, einem aktiven Bereich 4, einer p-Mantelschicht 5 und einer p-Kontaktschicht 6. Der aktive Bereich 4 ist zwischen der p-Mantelschicht 5 und der n-Mantelschicht 3 angeordnet, wobei die n-Mantelschicht 3 zwischen dem aktiven Bereich 4 und der strahlungsemittierenden Vorderseite 7 des Halbleiterchips und die p-Mantelschicht 5 zwischen dem aktiven Bereich 4 und der Rückseite 8 des Halbleiterchips angeordnet sind. Die p-Kontaktschicht 6 ist auf die Seite der p-Mantelschicht 5 aufgebracht, die der Rückseite 8 des Halbleiterchips zugewandt ist, während die Stromaufweitungsschicht 2 der n-Mantelschicht 3 in Abstrahlrichtung des Halbleiterchips nachgeordnet ist. Auf die Stromaufweitungsschicht 2 ist weiterhin ein vorderseitiger elektrischer Bond-Pad 9 aufgebracht, von dem sich beispielsweise Kontaktfinger lateral über die Vorderseite 7 des Halbleiterchips erstrecken (in der Figur nicht dargestellt) und auf den ein Bondraht zur elektrischen Kontaktierung des Halbleiterchips mit einem elektrisch leitenden Bereich eines Gehäuses oder einer Platine aufgebracht werden kann. Auf die zur Rückseite 8 des Halbleiterchips weisende Seite der p-Kontaktschicht 6 ist weiterhin eine Stützschicht 10 ausgebildet, die elektrisch leitend und durchlässig für Strahlung des Halbleiterchips ist.
Alternativ kann der Halbleiterchip auch dazu vorgesehen sein, vorderseitig unter Verzicht auf einen Bonddraht elektrisch kontaktiert zu werden, beispielsweise mittels einer elektrisch leitenden Schicht, die die Vorderseite 7 des Halbleiterchips mit einem elektrisch leitenden Bereich eines Gehäuses oder einer Platine elektrisch leitend verbindet.
Die Halbleiterschichtenfolge 1 basiert vorliegend auf einem Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial. Der aktive Bereich 4 umfasst beispielsweise undotiertes InGaAlP, weist eine Dicke zwischen 100 nm und 1 μm auf und erzeugt im Betrieb elektromagnetische Strahlung aus dem gelben bis roten Spektralbereich des sichtbaren Lichtes. Die n-Mantelschicht 3 umfasst n-dotiertes und die p-Mantelschicht 5 p-dotiertes InAlP. Die Mantelschichten 3, 5 weisen jeweils eine Dicke zwischen 200 nm und 1 μm auf. Die p-Kontaktschicht 6 umfasst hoch p-dotiertes AlGaAs und ist zwischen 50 nm und 200 nm dick. Die Stromaufweitungsschicht 2 umfasst InGaAlP oder AlGaAs und hat vorzugsweise eine Dicke zwischen 1 μm und 10 μm.
Wie bereits im allgemeinen Teil der Beschreibung erwähnt, umfasst der aktive Bereich 4 zur Strahlungserzeugung beispielsweise einen pn-Übergang, eine Doppelheterostruktur, einen Einfachquantentopf oder eine Mehrfachquantentopfstruktur. Die n-Mantelschicht 3 und die p-Mantelschicht 5 haben die Aufgabe, die jeweiligen Ladungsträger auf den aktiven Bereich 4 einzugrenzen. Die p-Kontaktschicht 6 dient weiterhin dazu, einen verbesserten elektrischen Kontakt, bevorzugt mit ohmscher Strom-Spannungs-Charakteristik, zur Stützschicht 10 herzustellen, während mit Hilfe der Stromaufweitungsschicht 2 Strom, der über den vorderseitigen Bond-Pad 9 in den Halbleiterchip eingeprägt wird, lateral möglichst gleichmäßig in die Halbleiterschichtenfolge 1 und insbesondere in den aktiven, strahlungserzeugenden Bereich 4 verteilt wird.
Die Halbleiterschichtenfolge 1 wird vorliegend epitaktisch beispielsweise auf einem GaAs-Wachstumssubstrat gewachsen. Nachfolgend wird auf die zur Rückseite 8 des Halbleiterchips gewandte Seite der p-Kontaktschicht 6 die Stützschicht 10 ausgebildet, beispielsweise durch ein Abscheide- oder Beschichtungsverfahren. Diese umfasst ein TCO, vorliegend Aluminium-dotiertes Zinkoxid ZnO:Al(2%). Die Stützschicht 10 kann epitaktisch, mittels Sputtern oder mit Hilfe eines Sol-Gel-Prozesse aufgebracht werden. Sol-Gel-Prozesse zur Aufbringung von TCO-Schichten sind beispielsweise in den Druckschriften DE 197 19 162 A1 und L. Spanhel et al., „Semiconductor Clusters in Sol-Gel Process: Quantized Aggregation, Gelation and Crystal Growth in Concentrated ZnO Colloids, J. Am. Chem. Soc. (1991), 113, 2826–2833 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt diesbezüglich jeweils durch Rückbezug aufgenommen wird.
Die Dicke der Stützschicht 10 beträgt bei dem Ausführungsbeispiel gemäß der 1 zwischen 50 μm und 100 μm und stabilisiert den Halbleiterchip mechanisch ausreichend, so dass das Wachstumssubstrat nach dem Aufbringen der Stützschicht 10 entfernt werden kann. Das Entfernen des Wachstumssubstrates erfolgt beispielsweise durch Schleifen und/oder selektives nasschemisches Ätzen.
Auf Grund des Unterschiedes zwischen dem Brechungsindex der Halbleiterschichtenfolge 1 (n(InGaAlP) ≈ 3.5) und dem Brechungsindex der Stützschicht 10 (n(ZnO) ≈ 1.85) wird bei dem Halbleiterchip der 1 Strahlung, die im aktiven Bereich 4 der Halbleiterschichtenfolge 1 erzeugt wird und auf die Grenzfläche Halbleiterschichtenfolge 1/Stützschicht 10 trifft, in die Halbleiterschichtenfolge 1 zurück reflektiert.
Im Unterschied zu dem Halbleiterchip gemäß dem Ausführungsbeispiel der 1, umfasst der Halbleiterchip bei dem Ausführungsbeispiel gemäß der 2 eine aufgeraute Vorderseite 7, die beispielsweise durch Ätzen erzeugt werden kann. Die Aufrauung der Vorderseite des Halbleiterchips 7 ermöglicht eine bessere Auskoppelung der Strahlung aus dem Halbleiterchip in die Umgebung, da Strahlungsverluste aufgrund von Mehrfach-Reflexion an den Grenzflächen Halbleiterkörper/Umgebung in der Regel vermindert werden.
Weiterhin umfasst die Rückseite 8 des Halbleiterchips der 2 eine Metallschicht 14, die vorgesehen ist, den elektrischen Kontakt zu einem Leitkleber oder Lot zu verbessern, mittels derer der Halbleiterchip zu einem späteren Zeitpunkt in einem Gehäuse oder auf einer Platine montiert wird. Weiterhin reflektiert die Metallschicht 14 Strahlung, die innerhalb der Halbleiterschichtenfolge 1 erzeugt wird, in diese zurück. Die Metallschicht 14 weist beispielsweise Gold oder Aluminium auf.
Im Unterschied zu den Ausführungsbeispielen gemäß 1 und 2 umfasst der Halbleiterchip des Ausführungsbeispiels gemäß der 3 eine reflektierende Schicht, vorliegend einen DBR-Spiegel 11, der zwischen der p-Mantelschicht 5 und der p-Kontaktschicht 6 angeordnet ist. Der DBR-Spiegel 11 weist eine Folge von Schichten auf, vorliegend zwischen zehn und zwanzig, die alternierend einen hohen und einen niedrigen Brechungsindex aufweisen. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kann der DBR-Spiegel zur Reflektion der Strahlung aus dem gelben bis roten Spektralbereich des sichtbaren Lichtes beispielsweise auf AlGaAs oder AlGaInP basieren, wobei jeweils durch Variation des Al- und/oder des Ga-Gehaltes der Schichten die Brechungsindizes alternierend variiert werden.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß der 4 umfasst der Halbleiterchip im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel gemäß der 1 eine n-Kontaktschicht 12 aus hoch n-dotiertem AlGaAs mit einer Dicke zwischen 50 und 200 nm, die auf der zur Vorderseite 7 des Halbleiterchips hin gewandten Seite der n-Mantelschicht 3 angeordnet ist. Der n-Kontaktschicht 12 ist, gesehen von der Halbleiterschichtenfolge, eine n-seitige Stromaufweitungsschicht 2 nachgeordnet, die ein TCO umfasst und eine Dicke zwischen 200 nm und 1 μm aufweist. Um den elektrischen Kontakt zwischen der n-Kontaktschicht 12 und der n-seitigen Stromaufweitungsschicht 2 aus TCO zu verbessern, bevorzugt derart, dass dieser eine ohmsche Strom-Spannungs-Charakteristik aufweist, können zwischen diesen beiden Schichten Kontaktstellen angeordnet sein, beispielsweise aus AuGe (in der Figur nicht dargestellt).
Weiterhin ist bei dem Ausführungsbeispiel gemäß der 4 eine TCO-Kontaktschicht 13, die ein TCO umfasst, zwischen der p-Kontaktschicht 6 und der TCO-Stützschicht 10 angeordnet. Die TCO-Kontaktschicht 13 weist hierbei nicht notwendigerweise dasselbe Material auf wie die Stützschicht 10 und trägt zu einem verbesserten elektrischen Kontakt mit bevorzugt ohmscher Strom-Spannungs-Charakteristik zwischen der Stützschicht 10 und der Halbleiterschichtenfolge 1 bei. Der Vollständigkeit halber sei darauf hingewiesen, dass eine solche TCO-Kontaktschicht 13 auch in den drei vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispielen vorhanden sein kann.
Die 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.

Claims

Optoelektronischer Halbleiterchip, der im Betrieb elektromagnetische Strahlung von seiner Vorderseite (7) emittiert, mit: – einer Halbleiterschichtenfolge (1) mit einem aktiven Bereich (4), der geeignet ist, die elektromagnetische Strahlung zu erzeugen, und – einer auf der Halbleiterschichtenfolge ausgebildeten, freitragenden und elektrisch leitenden mechanischen Stützschicht (10), die die Halbleiterschichtenfolge (1) mechanisch stützt und für Strahlung des Halbleiterchips durchlässig ist.
Optoelektronischer Halbleiterchip nach Anspruch 1, bei dem die Stützschicht (10) auf der von der Vorderseite (7) des Halbleiterchips abgewandten Seite der Halbleiterschichtenfolge (1) angeordnet ist.
Optoelektronischer Halbleiterchip nach Anspruch 1, bei dem der aktive Bereich (4) zwischen Stützschicht (10) und Vorderseite (7) des Halbleiterchips angeordnet ist.
Optoelektronischer Halbleiterchip nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Stützschicht einen Brechungsindex aufweist, der kleiner ist als der Brechungsindex der Halbleiterschichtenfolge.
Optoelektronischer Halbleiterchip nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Halbleiterschichtenfolge (1) epitaktisch gewachsen ist.
Optoelektronischer Halbleiterchip nach einem der obigen Ansprüche, bei dem die Stützschicht durch ein Abscheide- oder ein Beschichtungsverfahren ausgebildet ist.
Optoelektronischer Halbleiterchip nach einem der obigen Ansprüche, bei dem die Stützschicht (10) ein Material aus der Gruppe der transparenten leitenden Oxide (TCOs) umfasst.
Optoelektronischer Halbleiterchip nach Anspruch 6 oder 7, bei dem die Stützschicht (10) epitaktisch, mittels Sputtern oder mit Hilfe eines Sol-Gel-Prozesses aufgebracht ist.
Optoelektronischer Halbleiterchip nach einem der obigen Ansprüche, bei dem die Stützschicht (10) eine Dicke ≥ 50 μm und ≤ 100 μm aufweist.
Optoelektronischer Halbleiterchip nach einem der obigen Ansprüche, bei dem zwischen der Halbleiterschichtenfolge (1) und der Stützschicht (10) eine TCO-Kontaktschicht (13) angeordnet ist, die einen elektrischen Kontakt zwischen der Halbleiterschichtenfolge (1) und der Stützschicht (10) herstellt und ein Material aus der Gruppe der transparenten leitenden Oxide (TCOs) umfasst.
Optoelektronischer Halbleiterchip nach Anspruch 10, bei dem die TCO-Kontaktschicht (13) eine Dicke aufweist, die ein bis zwei Größenordnungen kleiner ist, als die Dicke der Stützschicht (10).
Optoelektronischer Halbleiterchip nach Anspruch 10, bei dem die TCO-Kontaktschicht (13) eine Dicke aufweist, die ≥ 1 μm und ≤ 5 μm ist.
Optoelektronischer Halbleiterchip nach einem der obigen Ansprüche, bei dem zwischen dem aktiven Bereich (4) der Halbleiterschichtenfolge (1) und der Stützschicht (10) eine die Strahlung des Halbleiterchips reflektierende Schicht angeordnet ist.
Optoelektronischer Halbleiterchip nach Anspruch 13, bei dem die reflektierende Schicht ein DBR-Spiegel (11) (Distributed-Bragg-Reflector-Spiegel) ist.
Optoelektronischer Halbleiterchip nach einem der obigen Ansprüche, bei dem eine Rückseite (8) des Halbleiterchips, die gegenüber dessen Vorderseite angeordnet ist, eine Metallschicht (14) umfasst.
Optoelektronischer Halbleiterchip nach Anspruch 15, bei dem die Metallschicht (14) reflektierend für die Strahlung des Halbleiterchips ausgebildet ist.
Optoelektronischer Halbleiterchip nach einem der obigen Ansprüche, dessen Vorderseite (7) aufgeraut ist.
Optoelektronischer Halbleiterchip nach einem der obigen Ansprüche, bei dem auf der zu dessen Vorderseite (7) gewandten Seite der Halbleiterschichtenfolge (1) eine Stromaufweitungsschicht (2) angeordnet ist, die ein Material aus der Gruppe der transparenten leitenden Oxide (TCO) umfasst.