DE102008034708A1

DE102008034708A1 - Optoelektronischer Halbleiterchip und Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips

Info

Publication number: DE102008034708A1
Application number: DE102008034708A
Authority: DE
Inventors: Karl Dr. Engl; Andreas Dr. Weimar; Matthias Dr. Sabathil
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2008-07-25
Filing date: 2008-07-25
Publication date: 2010-02-04

Abstract

Es wird ein optoelektronischer Halbleiterchip (1) angegeben mit einer Halbleiterschichtenfolge (10), die einen ersten Halbleiterbereich (11), einen zweiten Halbleiterbereich (13) und eine zwischen dem ersten und dem zweiten Halbleiterbereich (11, 13) angeordnete aktive Zone (12) zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung aufweist, sowie einer ersten und einer zweiten Anschlussschicht (2, 3), die auf einer der aktiven Zone (12) abgewandten Seite des ersten Halbleiterbereichs (11) angeordnet sind, sowie mit mindestens einem Durchbruch (5), der sich von dem ersten Halbleiterbereich (11) durch die aktive Zone (12) hindurch in Richtung des zweiten Halbleiterbereichs (13) erstreckt und welchen die zweite Anschlussschicht (3) auskleidet, sowie einer Reflexionsschicht (4), die mehrere Seitenflächen (17) der Halbleiterschichtenfolge (10) zumindest teilweise bedeckt. Ferner wird ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen optoelektronischen Halbleiterchips angegeben.

Description

Die Erfindung betrifft einen optoelektronischen Halbleiterchip und ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips.
Eine zu lösende Aufgabe besteht vorliegend darin, einen optoelektronischen Halbleiterchip mit verbesserter Effizienz anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch einen optoelektronischen Halbleiterchip und durch ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips gemäß den unabhängigen Patentansprüchen 1 und 11 gelöst.
Ausgestaltungen und Weiterbildungen des optoelektronischen Halbleiterchips oder des Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips sind in den jeweils abhängigen Ansprüchen angegeben.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der optoelektronische Halbleiterchip eine Halbleiterschichtenfolge mit einem ersten Halbleiterbereich, einem zweiten Halbleiterbereich und einer zwischen dem ersten und dem zweiten Halbleiterbereich angeordneten aktiven Zone zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung sowie eine erste und eine zweite Anschlussschicht, die auf einer der aktiven Zone abgewandten Seite des ersten Halbleiterbereichs angeordnet sind. Ferner weist der optoelektronische Halbleiterchip mindestens einen Durchbruch auf, der sich von dem ersten Halbleiterbereich durch die aktive Zone hindurch in Richtung des zweiten Halbleiterbereichs erstreckt und welchen die zweite Anschlussschicht auskleidet, sowie eine Reflexionsschicht, die mehrere Seitenflächen der Halbleiterschichtenfolge zumindest teilweise bedeckt.
Die erste und zweite Anschlussschicht sind im Wesentlichen auf derselben Seite der Halbleiterschichtenfolge angeordnet, wobei sie vorzugsweise zumindest teilweise lateral überlappend ausgebildet sind. Insbesondere sind die beiden Anschlussschichten im Wesentlichen auf einer der Strahlungsauskoppelseite gegenüber liegenden Seite der Halbleiterschichtenfolge angeordnet. Auf der Strahlungsauskoppelseite ist die Halbleiterschichtenfolge somit vorteilhafterweise frei von elektrischen Kontaktstellen wie Bondpads. Die Gefahr einer Abschattung und/oder Absorption eines Teils der von der aktiven Zone im Betrieb emittierten elektromagnetischen Strahlung durch die Kontaktstellen wird auf diese Weise reduziert.
Die Reflexionsschicht ist dafür vorgesehen, die Strahlungsemission an den Chipflanken zu reduzieren, indem die auftreffende Strahlung in die Halbleiterschichtenfolge zurückreflektiert wird. Die Strahlung tritt im Wesentlichen auf der Strahlungsauskoppelseite aus dem Halbleiterchip beziehungsweise der Halbleiterschichtenfolge aus. Die Seitenflächen, die zumindest teilweise von der Reflexionsschicht bedeckt sind, verlaufen schräg zu der auf der Strahlungsauskoppelseite angeordneten Auskoppelfläche der Halbleiterschichtenfolge, das heißt sie verlaufen nicht parallel zu der Auskoppelfläche.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung enthält die Reflexionsschicht ein Metall. Beispielsweise kann die Reflexionsschicht Al oder Ag enthalten oder daraus bestehen. Die Reflexionsschicht kann außerdem mehrschichtig ausgebildet sein. Beispielsweise kann die Reflexionsschicht ein dielektrischer Spiegel sein oder eine Kombination aus mindestens einer Metallschicht, die beispielsweise Al enthält, und mindestens einer dielektrischen Schicht, die beispielsweise SiO₂ enthält.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Reflexionsschicht, die vorzugsweise elektrisch leitend ist, mit der zweiten Anschlussschicht elektrisch verbunden. Die auf den Seitenflächen angeordnete Reflexionsschicht dient somit zugleich als Kontakt, durch welchen insbesondere die Randbereiche der Halbleiterschichtenfolge beziehungsweise des zweiten Halbleiterbereichs mit Strom versorgt werden können. Dadurch ist eine relativ homogene Bestromung insbesondere des zweiten Halbleiterbereichs möglich, die ansonsten nur durch die in dem mindestens einen Durchbruch angeordnete zweite Anschlussschicht bestromt wird.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich die zweite Anschlussschicht bis auf Seitenflächen der Halbleiterschichtenfolge. Insbesondere ist die Halbleiterschichtenfolge an den Seitenflächen von der zweiten Anschlussschicht rahmenartig umschlossen, wobei der Rahmen an verschiedenen Stellen Unterbrechungen aufweisen kann. Die rahmenartige Ausbildung hat den Vorteil, dass die Reflexionsschicht nicht die gesamte Seitenfläche bedecken muss, damit die Seitenfläche vollständig verspiegelt ist. Vielmehr kann die auf den Seitenflächen angeordnete zweite Anschlussschicht einen Teil des Spiegels bilden. Vorzugsweise reicht die Reflexionsschicht bis zur zweiten Anschlussschicht heran und bildet den restlichen Teil des Spiegels. Alternativ kann die Reflexionsschicht die auf den Seitenflächen angeordnete zweite Anschlussschicht vollständig überdecken, wobei sich die Reflexionsschicht vorzugsweise in vertikaler Richtung von der Auskoppelfläche bis zu einer dieser gegenüber liegenden rückseitigen Oberfläche der Halbleiterschichtenfolge erstreckt.
Unter der vertikalen Richtung ist die Richtung zu verstehen, in welcher ein Großteil der erzeugten Strahlung emittiert wird. Die laterale Richtung verläuft senkrecht zu vertikalen Richtung.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung erstreckt sich die zweite Anschlussschicht auf den Seitenflächen mindestens bis zur aktiven Zone. Um Kurzschlüsse zwischen dem ersten und zweiten Halbleiterbereich zu vermeiden, ist die zweite Anschlussschicht gegenüber dem ersten Halbleiterbereich und der aktiven Zone durch eine Isolierschicht elektrisch isoliert. Weiterhin ist die zweite Anschlussschicht vorzugsweise in dem mindestens einen Durchbruch durch eine Isolierschicht gegenüber dem ersten Halbleiterbereich und der aktiven Zone elektrisch isoliert. Lediglich im Bereich des zweiten Halbleiterbereichs weist die Isolierschicht mit Vorteil eine Öffnung auf, so dass der zweite Halbleiterbereich durch die zweite Anschlussschicht elektrisch kontaktiert werden kann.
Damit die Reflexionsschicht durch die zweite Anschlussschicht elektrisch kontaktiert werden kann, ist die Isolierschicht vorzugsweise dort geöffnet, wo die beiden Schichten aufeinandertreffen. Dies kann im Bereich einer nachfolgend beschriebenen Einbuchtung sein, wenn sich die Reflexionsschicht nur bis zur zweiten Anschlussschicht auf der Seitenfläche erstreckt. Überdeckt die Reflexionsschicht die zweite Anschlussschicht auf der Seitenfläche, so wird die Isolierschicht vorzugsweise nahe eines Trägersubstrats, wie nachfolgend näher beschrieben, geöffnet.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist die Halbleiterschichtenfolge eine sich entlang der Seitenflächen erstreckende Einbuchtung auf, welche durch die zweite Anschlussschicht ausgefüllt ist. Vorzugsweise erstreckt sich die Einbuchtung rahmenartig längs der Seitenflächen der Halbleiterschichtenfolge. Wird die Einbuchtung durch die zweite Anschlussschicht ausgekleidet, ist die Halbleiterschichtenfolge infolge auf den Seitenflächen rahmenartig von der zweiten Anschlussschicht umschlossen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist auf der Auskoppelfläche ein Konverter angeordnet. Besonders bevorzugt wird die Auskoppelfläche von dem Konverter vollständig bedeckt. Der Konverter kann eine direkt auf die Auskoppelfläche aufgebrachte Konversionsschicht sein, die in ein Matrixmaterial eingebettete Lumineszenz-Konversionsmaterialien enthält. Ferner kann der Konverter ein Trägerplättchen aufweisen, das beispielsweise aus Glas gebildet und auf dem eine entsprechende Konversionsschicht aufgebracht ist. Geeignete Lumineszenz-Konversionsmaterialien, wie etwa ein YAG:Ce Pulver, sind z. B. in der WO 98/12757 beschrieben, deren Inhalt insofern hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Bei der vorgenannten Ausführungsform wirkt sich die Verspiegelung der Seitenflächen durch die darauf aufgebrachte Reflexionsschicht besonders vorteilhaft aus. Denn ohne Verspiegelung können beispielsweise bei einem InGaN basierten Halbleiterchip, der blaues Licht emittiert und bei welchem mittels Phosphorschichten eine Weisskonversion stattfindet, blaue Lichtsäume auftreten, welche die Homogenität des angestrebten Weißpunkts beeinträchtigen. Die Lichtsäume werden insbesondere dadurch verursacht, dass die Emissionsfläche des Halbleiterchips nicht weit genug, das heißt bis zu den Seitenflächen, mit dem Konverter bedeckt ist. Durch die vorliegend beschriebene Verspiegelung der Seitenflächen kann die seitliche Abstrahlung unterdrückt werden, was eine flächig homogene Konversion, beispielsweise von blau nach weiß, ermöglicht.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die erste und/oder die zweite Anschlussschicht eine Mehrschichtstruktur auf. Beispielsweise weist die erste und/oder die zweite Anschlussschicht eine Reflektorschicht und/oder eine Stromverteilungsschicht auf.
Die Reflektorschicht kann ein elektrisch leitfähiges Material, insbesondere ein Metall mit einem hohen Reflexionsgrad wie beispielsweise Ag, aufweisen oder daraus bestehen.
Zusätzlich weist die erste und/oder die zweite Anschlussschicht bei einer Weiterbildung eine Stromverteilungsschicht auf, die insbesondere ein Material mit einer besonders guten elektrischen Leitfähigkeit wie etwa Au, enthält.
Bei einer weiteren Ausgestaltung des optoelektronischen Halbleiterchips weist die erste Anschlussschicht einen elektrischen Kontaktbereich – etwa ein Bondpad – auf, der zu einer seitlichen elektrischen Kontaktierung des Halbleiterchips geeignet ist. Zusätzlich oder alternativ kann sie einen elektrischen Kontaktbereich aufweisen, der zur elektrischen Kontaktierung des Halbleiterchips von seiner Rückseite her geeignet ist. In analoger Weise kann die zweite Anschlussschicht einen Kontaktbereich aufweisen, der zu einer seitlichen elektrischen Kontaktierung des Halbleiterkörpers geeignet ist und/oder einen elektrischen Kontaktbereich, der zur elektrischen Kontaktierung des Halbleiterchips an seiner Rückseite geeignet ist.
Ein elektrischer Kontaktbereich, der zu einer seitlichen elektrischen Kontaktierung des Halbleiterchips geeignet ist, ist seitlich von der Halbleiterschichtenfolge angeordnet. Die elektrischen Kontaktbereiche können mit Vorteil großflächig ausgeführt sein, da sie die Emission elektromagnetischer Strahlung durch die Auskoppelfläche nicht beeinträchtigen.
Die Anordnung der Kontaktbereiche ist vorteilhafterweise frei wählbar. Beispielsweise können p-seitige Kontaktierung und n-seitige Kontaktierung der Halbleiterschichtenfolge seitlich vorgesehen sein. Ferner ist es möglich, die p-seitige und die n-seitige Kontaktierung an der Rückseite anzuordnen. Weiterhin können eine p-seitige Kontaktierung seitlich und eine n-seitige Kontaktierung von der Rückseite, eine n-seitige Kontaktierung seitlich und eine p-seitige Kontaktierung von der Rückseite, sowie eine n- und/oder p-seitige Kontaktierung sowohl seitlich wie von der Rückseite her erfolgen. Die p-seitige Kontaktierung kann dabei mittels der ersten Anschlussschicht und die n-seitige Kontaktierung mittels der zweiten Anschlussschicht hergestellt werden oder umgekehrt.
Der erste und zweite Halbleiterbereich sind vorzugsweise von verschiedenem Leitfähigkeitstyp. Beispielsweise kann der erste Halbleiterbereich p-leitend und der zweite Halbleiterbereich n-leitend sein. Ferner bestehen der erste und zweite Halbleiterbereich nicht zwingendermaßen aus einer Schicht, sondern können mehrere Teilschichten aufweisen.
Die aktive Zone weist zur Strahlungserzeugung einen pn-Übergang auf. Dieser pn-Übergang kann im einfachsten Fall mittels einer p-leitenden und einer n-leitenden Halbleiterschicht gebildet sein, die unmittelbar aneinandergrenzen. Bevorzugt ist zwischen der p-leitenden und der n-leitenden Schicht die eigentliche Strahlung erzeugende Struktur, etwa in Form einer dotierten oder undotierten Quantenstruktur, ausgebildet. Die Quantenstruktur kann als Einfachquantentopfstuktur (SQW, Single Quantum Well) oder Mehrfachquantentopfstruktur (MQW, Multiple Quantum Well) oder auch als Quantendraht oder Quantenpunktstruktur ausgebildet sein.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Halbleiterchip ein Dünnfilm-Leuchtdiodenchip. Hierbei ist unter anderem die Halbleiterschichtenfolge frei von einem Aufwachssubstrat, das heißt das zum Aufwachsen der Halbleiterschichtenfolge benutzte Aufwachssubstrat ist von der Halbleiterschichtenfolge entfernt oder zumindest stark gedünnt.
Zur Stabilisierung der Halbleiterschichtenfolge kann diese ersatzweise auf einem Trägersubstrat angeordnet sein. Insbesondere befindet sich das Trägersubstrat auf einer der Auskoppelseite gegenüber liegenden Rückseite des Halbleiterchips, das heißt auf einer der aktiven Zone abgewandten Seite des ersten Halbleiterbereichs.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die erste und die zweite Anschlussschicht zumindest stellenweise zwischen der Halbleiterschichtenfolge und dem Trägersubstrat angeordnet. Beispielsweise kann das Trägersubstrat ein elektrisch leitendes Material enthalten, so dass eine Bestromung der ersten und/oder zweiten Anschlussschicht über das Trägersubstrat erfolgen kann.
Gemäß einer bevorzugten Variante eines Verfahrens zur Herstellung eines wie oben beschriebenen optoelektronischen Halbleiterchips wird eine Halbleiterschichtenfolge mit einem ersten Halbleiterbereich, einem zweiten Halbleiterbereich und einer aktiven Zone zwischen dem ersten und dem zweiten Halbleiterbereich zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung auf einem Aufwachssubstrat aufgewachsen. In der Halbleiterschichtenfolge wird mindestens ein Durchbruch ausgebildet, der sich von dem ersten Halbleiterbereich durch die aktive Zone hindurch in Richtung des zweiten Halbleiterbereichs erstreckt. Auf einer der aktiven Zone abgewandten Seite des ersten Halbleiterbereichs werden eine erste und eine zweite Anschlussschicht angeordnet, so dass die zweite Anschlussschicht den mindestens einen Durchbruch auskleidet. Weiterhin wird auf mehreren Seitenflächen der Halbleiterschichtenfolge eine Reflexionsschicht angeordnet, so dass die Reflexionsschicht die Seitenflächen zumindest teilweise bedeckt.
Vorzugsweise werden die erste und/oder die zweite Anschlussschicht reflektierend ausgeführt.
Bei einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird nach dem Aufwachsen der Halbleiterschichtenfolge zumindest ein Teil des Aufwachssubstrats entfernt. Das Entfernen des Aufwachssubstrats kann vor oder nach dem Aufbringen der ersten oder der zweiten Anschlussschicht erfolgen.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform wird auf einer der Strahlungsauskoppelseite gegenüber liegenden Rückseite des Halbleiterchips ein Trägersubstrat angeordnet oder ausgebildet. Bei dem Trägersubstrat kann es sich um ein separates Trägerelement handeln, das beispielsweise mittels eines Löt- oder Klebeschritts mittels einer Lot- oder Klebstoffschicht mit der Halbleiterschichtenfolge verbunden wird. Geeignete Trägersubstrate können Ge oder Si enthalten oder daraus bestehen. Alternativ kann die zweite Anschlussschicht das Trägersubstrat darstellen. Hierzu wird die zweite Anschlussschicht beispielsweise mit Cu galvanisch verstärkt.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung wird in der Halbleiterschichtenfolge eine Einbuchtung ausgebildet, die sich entlang der Seitenflächen erstreckt. Weiter bevorzugt ist die Einbuchtung auf der Seite des ersten Halbleiterbereichs angeordnet. Insbesondere wird die Einbuchtung durch die zweite Anschlussschicht ausgekleidet, so dass sich die zweite Anschlussschicht bis auf die Seitenflächen der Halbleiterschichtenfolge erstreckt. Durch die Anordnung in der nischenartigen Einbuchtung steht die zweite Anschlussschicht kaum über den Rand der Halbleiterschichtenfolge hervor.
Die zweite Anschlussschicht weist zweckmäßigerweise auf einer der aktiven Zone zugewandten Oberfläche eine elektrische Isolierschicht auf. Da die Reflexionsschicht und die zweite Anschlussschicht vorzugsweise miteinander elektrisch verbunden sind, die Isolierschicht sich jedoch dazwischen befindet, wird die Isolierschicht mit Vorteil dort geöffnet, wo die Reflexionsschicht und die zweite Anschlussschicht aufeinandertreffen. Hierfür gibt es zwei bevorzugte Möglichkeiten: entweder wird die Isolierschicht im Bereich der Einbuchtung oder im Bereich des Trägersubstrats geöffnet.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den folgenden Erläuterungen in Verbindung mit den 1 bis 4.
Es zeigen:
1 eine schematische Querschnittsansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines optoelektronischen Halbleiterchips,
2 eine schematische Querschnittsansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels eines optoelektronischen Halbleiterchips,
3 eine schematische Draufsicht der in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiele eines optoelektronischen Halbleiterchips,
4 ein Balkendiagramm darstellend den Anteil der vorderseitig ausgekoppelten Strahlung für verschiedene Varianten einer Verspiegelung.
In den Ausführungsbeispielen und Figuren sind gleiche oder gleich wirkende Bestandteile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines optoelektronischen Halbleiterchips 1, der eine Halbleiterschichtenfolge 10 und ein Trägersubstrat 15 aufweist, auf welchem die Halbleiterschichtenfolge 10 angeordnet ist. Die Halbleiterschichtenfolge 10 hat vorzugsweise eine Dicke zwischen 5 μm und 7 μm. Das Aufwachssubstrat ist von der Halbleiterschichtenfolge 10 abgelöst.
Die Halbleiterschichtenfolge 10 umfasst einen ersten Halbleiterbereich 11, eine aktive Zone 12 zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung und einen zweiten Halbleiterbereich 13. Der erste und zweite Halbleiterbereich 11, 13 können jeweils mehrere Teilschichten aufweisen.
Vorzugsweise ist die Halbleiterschichtenfolge 10 aus einem Nitrid-Verbindungshalbleiter gebildet, wobei die Halbleiterschichtenfolge 10 oder zumindest eine Schicht davon einen Nitrid-III/V-Verbindungshalbleiter mit der Zusammensetzung Al_nGa_mIn_1-n-mN enthält, 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 einen 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.
Zwischen der Halbleiterschichtenfolge 10 und dem Trägersubstrat 15 sind eine erste Anschlussschicht 2 und zweite Anschlussschicht 3 angeordnet. Beide Anschlussschichten 2, 3 weisen im Falle des dargestellten Ausführungsbeispiels eine Mehrschichtstruktur auf, die insbesondere eine Reflektorschicht 6 und eine Stromverteilungsschicht 7 umfasst. Vorzugsweise enthält die Reflektorschicht 6 ein Metall, beispielsweise Ag, mit relativ hohem Reflexionsgrad und ist elektrisch leitend, während die Stromverteilungsschicht 7 insbesondere ein Metall mit relativ hoher elektrischer Leitfähigkeit enthält, beispielsweise Au.
Die Halbleiterschichtenfolge 10 weist mehrere Durchbrüche 5, das heißt Hohlräume im Halbleitermaterial, auf, die sich von dem ersten Halbleiterbereich 11 durch die aktive Zone 12 hindurch in Richtung des zweiten Halbleiterbereichs 13 erstrecken und vorzugsweise innerhalb des zweiten Halbleiterbereichs 13 enden. Die Durchbrüche 5 werden von der zweiten Anschlussschicht 3 ausgekleidet, wobei sich zwischen erstem Halbleiterbereich 11 und zweiter Anschlussschicht 3 eine elektrische Isolierschicht 8 befindet. Vorteilhafterweise ist die Isolierschicht 8 im zweiten Halbleiterbereich 13 geöffnet, so dass der zweite Halbleiterbereich 13 mittels der zweiten Anschlussschicht 3 elektrisch kontaktiert werden kann.
In Bereichen, welche die Durchbrüche 5 umgeben, ist direkt auf einer rückseitigen Oberfläche 16 der Halbleiterschichtenfolge 10 die erste Anschlussschicht 2 aufgebracht, die an den ersten Halbleiterbereich 11 angrenzt.
Der erste Halbleiterbereich 11 kann mittels der ersten Anschlussschicht 2 elektrisch kontaktiert werden. Die erste Anschlussschicht 2 geht seitlich in einen ersten Kontaktbereich 14 über, der mittels eines elektrischen Leiters an eine Stromversorgung angeschlossen werden kann (nicht dargestellt).
Die zweite Anschlussschicht 3, die an das Trägersubstrat 15 angrenzt, kann mittels des Trägersubstrats 15 elektrisch angeschlossen. werden. Das Trägersubstrat 15 kann beispielsweise ein Ge- oder Si-Substrat sein. Alternativ kann das Trägersubstrat 15 durch galvanische Verstärkung der zweiten Anschlussschicht 3, beispielsweise mit Cu, hergestellt werden.
Beide Anschlussschichten 2, 3 sind überwiegend auf einer Rückseite der Halbleiterschichtenfolge 10 angeordnet, wobei die erste Anschlussschicht 2 von der zweiten Anschlussschicht 3 überdeckt wird. Um Kurzschlüsse zu vermeiden, ist die Isolierschicht 8 nicht nur in den Durchbrüchen 5 sondern auch zwischen den beiden Anschlussschichten 2, 3 angeordnet. Die Isolierschicht 8 kann beispielsweise ein Siliziumoxid oder ein Siliziumnitrid enthalten.
Wie aus 1 hervorgeht, erstreckt sich die zweite Anschlussschicht 3 bis auf Seitenflächen 17 der Halbleiterschichtenfolge 10. Insbesondere verläuft die zweite Anschlussschicht 3 auf den entsprechenden Seitenflächen 17 innerhalb einer in der Halbleiterschichtenfolge 10 vorgesehenen Einbuchtung 18, die längs der Seitenkanten der Halbleiterschichtenfolge 10 angeordnet und vorzugsweise rahmenartig ausgebildet ist. Wie in den Durchbrüchen 5 ist die zweite Anschlussschicht 3 auch in der Einbuchtung 18 von der Isolierschicht 8 umgeben und mittels dieser gegenüber dem ersten Halbleiterbereich 10 elektrisch isoliert.
Auf den Seitenflächen 17 ist weiterhin eine Reflexionsschicht 4 angeordnet. Diese erstreckt sich von einer Auskoppelfläche 9 bis zu der auf den Seitenflächen 17 angeordneten zweiten Anschlussschicht 3. An der Stelle, wo die Reflexionsschicht 4 und die zweite Anschlussschicht 3 aufeinandertreffen, bei diesem Ausführungsbeispiel im Bereich der Einbuchtung 18, ist die Isolierschicht 8 geöffnet. Somit kann die an die zweite Anschlussschicht 3 angrenzende Reflexionsschicht 4 bei hinreichender elektrischer Leitfähigkeit mittels dieser elektrisch kontaktiert werden. Die Reflexionsschicht 4 dient hierbei als Kontakt und kann eine homogene Bestromung der Halbleiterschichtenfolge 10 beziehungsweise des zweiten Halbleiterbereichs 13 bis an den äußersten Rand gewährleisten.
Die Seitenflächen 17 sind im Wesentlichen durch die Kombination aus Reflexionsschicht 4 und zweiter Anschlussschicht 3 verspiegelt. So kann die von der aktiven Zone 12 erzeugte Strahlung, die auf die Seitenflächen 17 auftrifft, in die Halbleiterschichtenfolge 10 zurückreflektiert werden, so dass eine Strahlungsauskopplung hauptsächlich durch die Auskoppelfläche 9 stattfindet.
Wie aus 3 hervorgeht, sind in einer Ecke der Halbleiterschichtenfolge 10 die beiden angrenzenden Seitenflächen 17 abgewinkelt ausgebildet, so dass in dieser Ecke der Kontaktbereich 14 auf dem Trägersubstrat 15 Platz hat. Der Halbleiterchip 1 weist insgesamt einen rechteckigen Grundriss auf. Auf den Seitenflächen 17, die dem Kontaktbereich 14 zugewandt sind, ist die erste Anschlussschicht 2 aufgebracht, die vorzugsweise eine dort angeordnete Einbuchtung 19 auskleidet. Die erste Anschlussschicht 2 besteht im Bereich der Einbuchtung 19 insbesondere aus der Stromverteilungsschicht 7 und ist hauptsächlich für die Stromeinprägung vorgesehen. Zusätzlich kann sie jedoch wie die auf den weiteren Seitenflächen angeordnete zweite Anschlussschicht 3 zusammen mit der Reflexionsschicht 4 als Spiegel dienen.
Es ist ferner möglich, dass die erste Anschlussschicht 2 planar bis zum Kontaktbereich 14 verläuft.
Die erste Anschlussschicht 2 kann insbesondere im Bereich der Seitenflächen 17 von der Isolierschicht 8 umgeben sein.
Die Reflexionsschicht 4 ist bei diesem Ausführungsbeispiel vorzugsweise eine Metallschicht, die beispielsweise Ag oder Al enthält.
Die Auskoppelfläche 9 ist zur Verbesserung der Strahlungsauskopplung vorzugsweise aufgeraut, was beispielsweise durch Ätzen der vorderseitigen Oberfläche der Halbleiterschichtenfolge 10 mittels einer wässrigen Lösung von KOH bewirkt werden kann.
Zur Wellenlängenkonversion eines Teils der von der aktiven Zone 12 erzeugten Strahlung kann auf der Auskoppelfläche 9 ein Konverter angeordnet sein (nicht dargestellt) mit den bereits im allgemeinen Teil der Beschreibung genannten Ausgestaltungen und jeweiligen Vorteilen.
Der in 2 dargestellte Halbleiterchip 1 unterscheidet sich von dem im Zusammenhang mit 1 beschriebenen Halbleiterchip 1 dadurch, dass sich die Reflexionsschicht 4 von der Auskoppelfläche 9 über die Seitenfläche 17 und die zweite Anschlussschicht 3 bis zum Trägersubstrat 15 erstreckt. Die Reflexionsschicht 4 überdeckt also die auf der Seitenfläche 17 angeordnete zweite Anschlusschicht 3. Hierbei ist die Isolierschicht 8, die zwischen der Reflexionsschicht 4 und der zweiten Anschlussschicht 3 angeordnet ist, nahe des Trägersubstrats 15 geöffnet. Die Reflexionsschicht 4 ist somit mittels der zweiten Anschlussschicht 3 elektrisch kontaktiert. Allerdings ist die in der Einbuchtung 18 angeordnete zweite Anschlussschicht 3 gegenüber der Halbleiterschichtenfolge 10 durch die in der Einbuchtung 18 geschlossen ausgeführte Isolierschicht 8 elektrisch isoliert.
Der Vorteil einer elektrisch leitenden Reflexionsschicht 4, die insbesondere eine Metallschicht ist, besteht darin, dass von den Seitenflächen 17 her Strom in die Halbleiterschichtenfolge 10 eingeprägt werden kann. Ein höherer Reflexionsgrad kann jedoch insbesondere erzielt werden, wenn die Reflexionsschicht 4 mehrschichtig ausgebildet ist und mindestens eine Metallschicht und eine dielektrische Schicht umfasst. Vorzugsweise ist die dielektrische Schicht hierbei direkt auf die Seitenfläche 17 aufgebracht und von der Metallschicht überzogen.
Wie in 3 zu sehen ist, können die Durchbrüche 5 einen kreisrunden Querschnitt aufweisen. Der Durchmesser kann wenige Mikrometer bis einige 10 μm, insbesondere zwischen 30 μm und 40 μm, betragen. Beispielsweise können die Durchbrüche 5 in Form von Kreiszylindern oder elliptischen Zylindern, Quadern, Kegeln oder Kegelstümpfen, Pyramiden oder Pyramidenstümpfen ausgebildet sein. Es ist auch denkbar, die Durchbrüche 5 als Gräben auszubilden.
Ferner geht aus 3 hervor, dass die Durchbrüche 5 in der Halbleiterschichtenfolge 10 wie Gitterpunkte eines rechtwinkligen Gitters verteilt sein können. Die Durchbrüche 5 können jedoch auch wie Gitterpunkte eines hexagonalen Gitters verteilt sein.
4 zeigt ein Balkendiagramm, in welchem der Anteil P der durch die Auskoppelfläche emittierten Strahlung für verschiedene Varianten I bis V einer Verspiegelung der Seitenflächen dargestellt ist. A und B bezeichnen die verschiedenere Umgebungsmedien, die den Halbleiterchip umgeben. Hierbei steht A für Luft und B für Silikon.
Variante I zeigt eine ideale Verspiegelung, die im Falle von Luft als Umgebungsmedium keine Strahlung hindurchlässt, so dass die gesamte Strahlung, das heißt P = 1, durch die Auskoppelfläche austritt. Im Falle von Silikon als Umgebungsmedium ist der Anteil P geringfügig reduziert.
Variante II zeigt die Situation bei einem unverspiegelten Halbleiterchip. Hierbei geht über die Seitenflanken des Halbleiterchips im Falle von Luft etwa 1.5% und im Falle von Silikon etwa 2.5% der Strahlung verloren.
Eine Reduzierung dieser Verluste kann durch eine Verspiegelung gemäß den Varianten III, IV und V erzielt werden, wobei die Variante III für einen Metallspiegel aus Al, die Variante IV für eine Kombination aus einer Metallschicht aus Al und einer dielektrischen Schicht aus SiO₂ und die Variante V für einen Metallspiegel aus Ag steht.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt, sondern umfasst 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.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- WO 98/12757 [0015]

Claims

Optoelektronischer Halbleiterchip (1) mit – einer Halbleiterschichtenfolge (10), die einen ersten Halbleiterbereich (11), einen zweiten Halbleiterbereich (13) und eine zwischen dem ersten und dem zweiten Halbleiterbereich (11, 13) angeordnete aktive Zone (12) zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung aufweist, – einer ersten und einer zweiten Anschlussschicht (2, 3), die auf einer der aktiven Zone (12) abgewandten Seite des ersten Halbleiterbereichs (11) angeordnet sind, – mindestens einem Durchbruch (5), der sich von dem ersten Halbleiterbereich (11) durch die aktive Zone (12) hindurch in Richtung des zweiten Halbleiterbereichs (13) erstreckt und welchen die zweite Anschlussschicht (3) auskleidet, und – einer Reflexionsschicht (4), die mehrere Seitenflächen (17) der Halbleiterschichtenfolge (10) zumindest teilweise bedeckt.
Optoelektronischer Halbleiterchip (1) nach Anspruch 1, wobei die Reflexionsschicht (4) ein Metall enthält.
Optoelektronischer Halbleiterchip (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Reflexionsschicht (4) mit der zweiten Anschlussschicht (3) elektrisch verbunden ist.
Optoelektronischer Halbleiterchip (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich die zweite Anschlussschicht (3) bis auf Seitenflächen (17) der Halbleiterschichtenfolge (10) erstreckt.
Optoelektronischer Halbleiterchip (1) nach Anspruch 4, wobei sich die zweite Anschlussschicht (3) auf den Seitenflächen (17) mindestens bis zur aktiven Zone (12) erstreckt und von dieser durch eine Isolierschicht (8) elektrisch isoliert ist.
Optoelektronischer Halbleiterchip (1) nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Halbleiterschichtenfolge (10) eine sich entlang der Seitenflächen (17) erstreckende Einbuchtung (18) aufweist, welche durch die zweite Anschlussschicht (3) ausgefüllt ist.
Optoelektronischer Halbleiterchip (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Anschlussschicht (3) in dem mindestens einen Durchbruch (5) durch eine Isolierschicht (8) von dem ersten Halbleiterbereich (11) elektrisch isoliert ist.
Optoelektronischer Halbleiterchip (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Konverter auf einer Auskoppelfläche (9) des Halbleiterchips (1) angeordnet ist und diese vollständig bedeckt.
Optoelektronische Halbleiterkörper (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Halbleiterschichtenfolge (10) frei von einem Aufwachssubstrat ist.
Optoelektronischer Halbleiterkörper (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der auf einer der aktiven Zone (12) abgewandten Seite des ersten Halbleiterbereichs (11) ein Trägersubstrat (15) aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 mit den Schritten: – Aufwachsen einer Halbleiterschichtenfolge (10) mit einem ersten Halbleiterbereich (11), einem zweiten Halbleiterbereich (13) und einer aktiven Zone (12) zwischen dem ersten und dem zweiten Halbleiterbereich (11, 13) zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung auf einem Aufwachssubstrat, – Ausbilden von mindestens einem Durchbruch (5) in der Halbleiterschichtenfolge (10), der sich von dem ersten Halbleiterbereich (11) durch die aktive Zone (12) hindurch in Richtung des zweiten Halbleiterbereichs (13) erstreckt, – Anordnen einer ersten und einer zweiten Anschlussschicht (2, 3) auf einer der aktiven Zone (12) abgewandten Seite des ersten Halbleiterbereichs (11), so dass die zweite Anschlussschicht (3) den mindestens einen Durchbruch (5) auskleidet, und – Anordnen einer Reflexionsschicht (4) auf mehreren Seitenflächen (17) der Halbleiterschichtenfolge (10), so dass die Reflexionsschicht (4) die Seitenflächen (17) zumindest teilweise bedeckt.
Verfahren nach Anspruch 11, mit den weiteren Schritten: – Ausbilden einer Einbuchtung (18) in der Halbleiterschichtenfolge (10) auf der Seite des ersten Halbleiterbereichs (11), wobei sich die Einbuchtung (18) entlang von Seitenflächen (17) erstreckt, – Ausfüllen der Einbuchtung (18) mit der zweiten Anschlussschicht (3).
Verfahren nach Anspruch 12, mit dem weiteren Schritt: Öffnen einer Isolierschicht (8) zwischen der Reflexionsschicht (4) und der zweiten Anschlusschicht (3) im Bereich der Einbuchtung (18).
Verfahren nach Anspruch 12, mit dem weiteren Schritt: Öffnen einer Isolierschicht (8) zwischen der Reflexionsschicht (4) und der zweiten Anschlusschicht (3) im Bereich des Trägersubstrats (15).