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WO2020074351A1 - Optoelektronisches halbleiterbauteil - Google Patents

Optoelektronisches halbleiterbauteil Download PDF

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WO2020074351A1
WO2020074351A1 PCT/EP2019/076725 EP2019076725W WO2020074351A1 WO 2020074351 A1 WO2020074351 A1 WO 2020074351A1 EP 2019076725 W EP2019076725 W EP 2019076725W WO 2020074351 A1 WO2020074351 A1 WO 2020074351A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
contact
main side
semiconductor component
optoelectronic semiconductor
layer sequence
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/EP2019/076725
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Michael VÖLKL
Siegfried Herrmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ams Osram International GmbH
Original Assignee
Osram Opto Semiconductors GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Osram Opto Semiconductors GmbH filed Critical Osram Opto Semiconductors GmbH
Priority to US17/284,400 priority Critical patent/US20210351332A1/en
Publication of WO2020074351A1 publication Critical patent/WO2020074351A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • H10H20/855—Optical field-shaping means, e.g. lenses

Definitions

  • An optoelectronic semiconductor component is specified.
  • One problem to be solved is to specify an optoelectronic semiconductor component which emits in the red spectral range and can be operated efficiently with high current densities.
  • this comprises
  • Semiconductor component a semiconductor layer sequence.
  • Semiconductor layer sequence is preferably based on a III-V compound semiconductor material.
  • the semiconductor material is, for example, a nitride
  • Compound semiconductor material such as Al n In ] __ nm Ga m N or a phosphide compound semiconductor material such as
  • Compound semiconductor material such as Al n In ] __ nm Ga m As or like Al n Ga m In ] __ nm As P ] _-k, where 0 dn ⁇ 1, 0 dm ⁇ 1 and n + m ⁇ 1 and 0 dk ⁇ 1 is.
  • the semiconductor layer sequence set up to generate orange and / or red and / or yellow light.
  • the semiconductor layer sequence is preferably based on the AlInGaP material system.
  • the light generated is incoherent radiation, i.e. not laser light.
  • Semiconductor layer sequence a first main page and a second main page.
  • the second main page is opposite the first main page.
  • the main pages are preferred
  • the main pages can be formed by flat surfaces or structures such as roughening specifically to improve one
  • this comprises
  • Semiconductor device multiple electrical vias.
  • the vias are predominantly or
  • this includes
  • Semiconductor component a first electrical contact structure.
  • the first main side is electrically contacted over the first electrical contact structure.
  • Flat means in particular that at least 50% or 70% or 80% or 90% of the first main page in plan view of the first
  • this comprises
  • Semiconductor component at least one second electrical
  • the second contact structure or the second contact structures are located on the first main page. However, the second electrical contact structure is electrically separated from the first main side, so that there is no ohmic electrical connection between the second contact structure and the first main side.
  • the first contact structure is preferably ohmic conductive with the first
  • the plated-through holes are connected to one another in an ohmic conductive manner via the second contact structure.
  • the plated-through holes can originate from the at least one second contact structure and the
  • the fact that the second contact structure is embedded in the first contact structure means, for example, that side surfaces of the second contact structure in projection onto the
  • the second contact structure must be covered.
  • the second contact structure can predominantly be between the first
  • the second contact structure can at least
  • the term “predominantly” means a proportion of at least 50% or 70% or 80% or 90%.
  • Semiconductor layer sequence which is set up to generate red or orange light.
  • Semiconductor layer sequence has a first main side and a second main side.
  • Vias run predominantly or completely through the semiconductor layer sequence, at least however through an active zone of the semiconductor layer sequence.
  • the first main side is electrically contacted by a first electrical contact structure.
  • At least a second electrical contact structure is located on the first main page. The at least one second contact structure connects several or all of the vias
  • the second contact structure is partially or completely embedded in the first contact structure.
  • Projection applications typically require high luminance. This applies in particular to red light, which is directly in a semiconductor layer sequence without additional
  • InGaAlP LED chips are often used for this. With such LED chips, a p-conducting side is only partially electrically and thermally connected, so that there are limitations with regard to a maximum current density and a thermal resistance. This is due in particular to the fact that electrical insulation layers are generally designed over the entire surface and form a heat barrier.
  • the semiconductor component described here is, in particular, an InGaAlP high-current LED chip that
  • the InGaAlP LED chip described here is, in particular, a flip chip that is functionally and geometrically modified in comparison to conventional red-emitting LED chips to be high
  • either a p-conducting side or an n-conducting side can form the first main side, on which the electrical contact structures are located.
  • the n-contact has almost the entire surface
  • the p-contacts are made using conductor tracks
  • Microprisms can be etched which are located on the p-conducting side and / or on the n-conducting side. Such a microprism can be used for an elevated
  • Electrical conductor tracks can be completely or partially mirrored, in particular electrical conductor tracks for the second contact structure.
  • Semiconductor layer sequences can be attached alternately and in particular in line form to metal mirrors and DBR mirrors.
  • Contact structures for example with a thickness of at least 50 ym or 100 ym, especially galvanic
  • a growth substrate and / or a carrier made of sapphire, for example, can be removed in order to obtain a so-called top emitter.
  • the microprisms on the first main side and / or on the second main side can locally energize the
  • Semiconductor layer sequence can be set. This applies in particular if a current spreading layer of the
  • microprisms can be used to scatter light for increased coupling-out efficiency or for improved coupling into an optical element on the semiconductor layer sequence, such as a sapphire substrate, for example a structured sapphire substrate, or English pattern sapphire substrates or PSS for short.
  • Main can also be sapphire straps with a
  • Structuring i.e. PSS bearers
  • the microprisms can be connected to current bars, in particular to the second contact structure, and / or to the microprisms on the
  • opposite main page of the semiconductor layer sequence can be adjusted. This can prevent light directly under and / or over the webs of the second
  • the waste heat is preferably completely through a metallic
  • Chip socket removed. This is made possible in particular since only partial cellular insulation layers are present on the second contact structure, in contrast to conventional InGaAlP LED chips, in which an all-over
  • Insulation layer is applied and this
  • Isolation layer is interrupted only in small areas. Due to the conductor tracks of the second contact structure, the semiconductor chip described here can be energized much more homogeneously or different regions of the
  • the semiconductor component described here can be installed as a flip chip and can be used in a variety of housings. Exemplary applications for those described here
  • Housing designs for example with a white frame made of plastic, possible. It can be combined with different conversion technologies, i.e. with
  • the LED chips described here can be mounted in housings based on ceramics or based on lead frames, as well as on printed ones
  • a current spreading layer is located on the second main side.
  • Current spreading layer is preferably made of a transparent material such as a transparent conductive oxide, or TCO for short.
  • the current spreading layer is made of ZnO or ITO.
  • the first comprises
  • the first contact surface is preferred for a solder contact
  • the at least one second contact structure comprises one or more second ones
  • the at least one second contact surface is also set up for external electrical contacting of the semiconductor component.
  • the first contact area is, for example, an anode contact and the at least one second contact area is a cathode contact, or vice versa. According to at least one embodiment, all contact areas are on the first main page. So that's it
  • Contact areas are covered by the semiconductor layer sequence. This means that the contact areas preferably do not project laterally beyond the semiconductor layer sequence, viewed in cross section perpendicular to the main sides.
  • Main side and / or the second contact structure seen in plan view of the first main side predominantly, preferably at least 80%, covered by the first contact surface. That is, much of a footprint of the
  • Semiconductor component on the mounting side can be occupied by the first contact surface.
  • the first contact area can be a largest connection area of the semiconductor component.
  • the first covers
  • the first contact area a central area of the first main page completely and continuously.
  • the first contact area can be a continuous, gapless contact area.
  • the central area is preferably in the middle and / or at least in the middle on the first main page.
  • the at least one second is preferably located in the edge which is free from the first contact surface
  • the second Contact area is arranged within the first contact area, seen in plan view of the first main page.
  • the second contact structure comprises a plurality of strips, also referred to as conductor tracks or webs.
  • the strips protrude above the first contact surface when viewed from above on the first main side. This means that the strips protrude laterally beyond the first contact surface.
  • the strips can be the first
  • Contact area can form a ring around an area in which the strips for the at least one second contact area are exposed.
  • the at least one second contact surface is thus preferably located at the edge, seen in a top view of the first main side.
  • the at least one second contact area is located in a central area of the first main page.
  • a plurality of second electrical contact structures are present. It can thus be achieved that the vias are preferably in groups
  • the group of vias can be exactly a second electrical contact area may be present or also several, in particular exactly two, second contact areas.
  • this comprises
  • the carrier can be the component of the semiconductor component that mechanically supports and supports the semiconductor component.
  • the carrier is preferably made of a dielectric material and is preferably translucent, in particular for yellow, orange and / or red light.
  • the carrier is preferably located on the second main side.
  • the carrier is attached to the semiconductor layer sequence, for example, by means of bonding, in particular wafer bonding or anodic bonding, gluing or soldering.
  • bonding in particular wafer bonding or anodic bonding, gluing or soldering.
  • Carriers are located directly on the semiconductor layer sequence. Alternatively, is between the carrier and the
  • Semiconductor layer sequence at least or only one further layer, in particular a connecting agent layer such as a solder layer or an adhesive layer.
  • a connecting agent layer such as a solder layer or an adhesive layer.
  • functional layers such as planarization layers,
  • the carrier covers the second main side predominantly or completely. It is possible for the carrier to have a light decoupling element
  • the carrier can be designed in the form of a lens, for example as a converging lens.
  • this comprises
  • Semiconductor component one or more power distribution structures.
  • the preferably multiple power distribution structures are, in particular, metallic structures.
  • the current distribution structures extend over a part of the second
  • the current distribution structures extend in a top view of the second
  • the power distribution structure can, viewed in plan view of the second main side, extend as a grid over the second main side. All plated-through holes can be electrically connected to one another via such a current distribution structure.
  • the at least one current distribution structure is in the current spreading layer
  • the at least one power distribution structure is located on one of the
  • Power distribution structure can be embedded in an adhesive.
  • the carrier is attached to the by means of the adhesive
  • this comprises
  • Semiconductor component at least one contact mirror.
  • Contact mirror is located on the second contact structure at least towards the first main page. The is preferred
  • Contact mirror is a DBR mirror that has several pairs of layers with layers of high and low refractive index for the radiation generated during operation. It is possible for the second contact structure to be partially or completely encapsulated or embedded in the contact mirror, so that
  • the contact structure may also be covered by the contact mirror can.
  • the contact mirror preferably leaves the first
  • Main page mostly free, especially at least 90%.
  • the contact mirror is reflective for yellow, orange and / or red light. This means, for example, that a degree of reflection of the
  • Contact level for the radiation generated during operation is at least 80% or 90% or 95% or 98%.
  • Contact mirror as an electrically insulating component. This means that when the semiconductor component is used as intended, no electrical current flows through the contact mirror. For example, the contact mirror is off
  • dielectric layers such as oxide layers and / or
  • Vias can be closer together in some areas and a larger distance in other areas
  • the density of the vias is averaged over several of the vias, for example over at least ten or twenty
  • this comprises
  • Semiconductor component one or more radiation apertures.
  • the at least one radiation diaphragm covers the second
  • a central area of the second main side is preferably free from the radiation diaphragm.
  • Radiation diaphragm clear an area in which the
  • Radiation shield opaque In addition, the radiation diaphragm can be diffusely reflective.
  • the radiation shield is made of a plastic such as one
  • Metal oxide such as titanium dioxide are added.
  • a transparent and electrically conductive connection layer preferably made of a TCO such as ITO, directly between the first main side and the first contact structure.
  • the plated-through holes preferably also run through the
  • Semiconductor component as intended for a current density in the semiconductor layer sequence of at least 10 A / cm ⁇ or
  • Figure 1 is a schematic sectional view of a
  • Figure 2 is a schematic perspective view of a
  • Figure 21 is a schematic sectional view of a
  • Figures 22A, 22B and 23 to 26 are schematic top views
  • Figure 27 is a schematic sectional view of a
  • Figure 28 is a schematic plan view of a first
  • Figure 1 is an embodiment of a
  • Semiconductor component 1 comprises a semiconductor layer sequence 2 with an active zone 20 for generating red light.
  • the semiconductor layer sequence has a first main side 21 and a second main side 22 opposite this.
  • the semiconductor layer sequence 2 is preferably based on AlInGaP.
  • the main sides 21, 22 are optionally provided with a structuring from first microprisms 91 and / or with a structuring from second microprisms 92.
  • the microprisms 91, 92 are preferably alternating on the main sides 21, 22
  • second microprisms 92 each lie close to electrical plated-through holes 3 through the semiconductor layer sequence 2. Due to the
  • Microprisms 91, 92 can be one not shown
  • Current distribution layer of the semiconductor layer sequence 2 can be removed or thinned, so that a current distribution in the semiconductor layer sequence 2 can be set by means of the microprisms 91, 92.
  • the semiconductor layer sequence 2 and thus the main sides 21, 22 are made of electrical plated-through holes 3
  • the plated-through holes 3 are, for example, metal-filled holes through the semiconductor layer sequence 2.
  • the current spreading layer 6 is made of ITO, for example. Are in the current spreading layer 6 or on the current spreading layer 6
  • Power distribution structures 63a, 63b The
  • Power distribution structures can be designed differently.
  • the current distribution structures 63a are thus located on a side of the current spreading layer 6 facing away from the semiconductor layer sequence 2
  • the current spreading layer 6 can thus form a planarization for the current distribution structures 63a, 63b. All are preferred within the semiconductor component 1
  • Power distribution structures 63a, 63b designed identically.
  • a carrier 7 is optionally located on the current spreading layer 6.
  • the carrier 7 is in particular made of a material with a high optical refractive index, for example of sapphire.
  • the carrier 7 can have light coupling structures and / or
  • a radiation side 10 of the semiconductor component 1 is formed by the carrier 7 according to FIG. 1.
  • a flat first electrical contact structure 41 and cell-shaped second electrical contact structures 42 are located on the first main side 21.
  • the second contact structures 42 are preferably electrical
  • Contact mirror 44 is in particular at one of the
  • the contact mirror 44 can be surmounted by the first contact structure 41, see FIG. 1, left side, or also be flush with it, see FIG. 1, right side.
  • Electrical contacting of the semiconductor component 1 is formed by an underside of the first contact structure 41.
  • Second contact surfaces 52 which are located on the second
  • the contact mirror 44 covers only a small part of the first main side 21. There are preferably no electrically insulating ones to the side of the contact mirror 44
  • the semiconductor component 1 can be operated with high current densities.
  • the current distribution structures 63 can be realized by star-shaped structures which extend from the plated-through holes on the second main side 22. All current distribution structures 63 can have the same geometry. As an alternative to the illustration in FIG. 2, the current distribution structures 63 can also have different geometries. For example, neighboring ones
  • Power distribution structures 63 rotated relative to each other be arranged in order to achieve a more uniform current distribution over the semiconductor layer sequence 2.
  • Power distribution structures 63 are preferably small.
  • the current distribution structures 63 are in particular made of a metal and are preferably comparatively thick, for example at least 0.5 ⁇ m or at least 1 ⁇ m thick and / or at most 6 ⁇ m or at most 4 ⁇ m thick, in order to have a low electrical resistance.
  • the current distribution structures 63 are thus opaque.
  • FIG. 1 the explanations for FIG. 1 apply correspondingly to FIG. 2.
  • the semiconductor layer sequence 2 is grown on a growth substrate 29.
  • the p-type and n-type regions are in the figures with an n and with a marked p.
  • FIG. 4 shows that the current spreading layer 6 is applied to the semiconductor layer sequence 2.
  • the thickness of the current spreading layer 6 is, for example, at least 50 nm and / or at most 200 nm.
  • the carrier 7 is applied to a side facing away from the growth substrate 29, for example by means of a non
  • the growth substrate 29 is removed, for example by means of etching and / or by means of a
  • the first main page 21 made of n-conducting material is thus exposed.
  • the plated-through holes 3 are produced.
  • the vias 3 end in the
  • the vias 3 are preferably in one
  • electrically insulating structures preferably in the form of
  • the second contact structures 42 are predominantly covered by an electrically insulating passivation layer 48. At the ends of electrically conductive strips, through which the second contact structures 42 are formed, there is preferably no passivation layer.
  • Areas are provided for second contact areas 52 for external electrical contacting of the finished semiconductor components 1.
  • the first contact structure 41 is applied, for example by means of vapor deposition and subsequent
  • the second contact structures 42 and the passivation 48 are preferably covered and embedded, the second contact surfaces 52 remaining free at the edge of the strips of the second contact structures 42.
  • the finished semiconductor component 1 can be seen in FIG.
  • the first contact structure 41 makes a first one
  • the contact area 51 is a largest contact area, which covers a large part of the mounting side of the
  • One or more can be used for the contact surfaces 51, 52
  • the semiconductor component 1 can thereby preferably be mounted by means of surface mounting. Are for the contact surfaces 51, 52
  • the carrier 7 can be omitted.
  • the optional steps for generating the microprisms 91, 92 from FIG. 1 are not shown in FIGS. 3 to 9 to simplify the illustration. The same applies to the following figures. Regardless, the microprisms 91 and / or 92 are preferably present.
  • FIGS. 10 to 17 Another one is shown in FIGS. 10 to 17
  • the growth according to FIG. 10 corresponds to the method step of FIG. 3.
  • the growth substrate 29 is subsequently removed.
  • the intermediate carrier 77 is removed, see FIG. 13.
  • the first main side 21 is thus p-conducting
  • Material of the semiconductor layer sequence 2 is formed, in contrast to the method in FIGS. 3 to 9.
  • the method steps in FIGS. 14 to 17 take place analogously to the method steps in FIGS. 6 to 9.
  • the plated-through holes 3 can already end in the n-type layer and do not need to penetrate the semiconductor layer sequence 2 completely. This is achieved due to the comparatively high electrical transverse conductivity of the n-type layer.
  • the second main side 22 can thus remain a continuous, closed surface.
  • the current spreading layer 6 is optionally also produced before the carrier 7 is attached. This is symbolized in FIG. 14 as a dash line. If such a current spreading layer 6 is present, the plated-through holes 3 preferably end at or within the current spreading layer 6, again as dashed lines
  • the plated-through holes 3 can alternatively extend to the carrier 7 and thus the
  • the plated-through holes 3 are each drawn to the end in the n-conducting layer and the current spreading layer 6 is not illustrated.
  • the step in FIG. 18 corresponds essentially to the step in FIG. 11, the growth substrate having already been removed.
  • the second main side 22 made of n-conducting material is thus exposed.
  • a transparent, electrically conductive connection layer 46 is preferably structured in a star or cross shape. Layer 46 is
  • the layer 46 only covers a comparatively small part of the second main side 22, but in deviation from this it can also be a continuous, full-area layer.
  • the current distribution structures 63 are applied in a structured manner to the regions of the layer 46.
  • the current distribution structures 63 have in particular the same basic shape as the regions of the layer 46.
  • the regions of the layer 46 preferably laterally project a small part laterally from the current distributor structures 63.
  • FIG. 21 shows that the carrier 7 is subsequently applied.
  • An adhesive 76 can be used. The regions of the layer 46 and the current distribution structures 63 are thus embedded in the adhesive 76.
  • the step in FIG. 21 is preferably followed by the steps in FIGS. 14 to 17. Deviating from FIG. 14, the plated-through holes 3 preferably end in the
  • Vias 3 can completely penetrate the areas of layer 46 and thus also run completely through semiconductor layer sequence 2.
  • FIG. 22 shows schematic top views of the first main side 21 before the passivation layer 48 and the first contact structure 41 are applied.
  • the second contact structure 42 runs in a rectangular or square grid and connects groups of vias 3 or preferably all
  • FIG. 22B shows that the
  • Contact structure 42 can also be a hexagonal grid.
  • the contact surfaces 51, 52 are designed, as illustrated in connection with FIG. 8. That is, the second contact surfaces 52 are located on an edge of the first main side 21 on a single side of the first
  • the edge around the first contact surface 51 faces
  • the second contact surfaces 52 lie on all four sides of the first contact surface 51.
  • Contact structure 42 is designed, for example, as illustrated in FIG. 22A.
  • the second contact surfaces 52 can be contacted electrically individually. Groups of vias 3 can thus be controlled electrically independently of one another.
  • contact surfaces 52 which are strip-shaped on the edge of the first main side 21 on one or two edges extend along the first contact surface 51 or, according to a modification of FIG. 25, can also run in a frame shape around the entire first contact surface 51.
  • Different densities of the plated-through holes can be present along the strips for the second contact structures 42 in FIGS. 23 to 25.
  • Contact surface 52 can also be controlled electrically individually.
  • Contact surface 52 is located within the first contact surface 51. That is, when viewed in plan view, the large first contact area 51 can form a closed frame around the small second contact area 52.
  • the exemplary embodiment in FIG. 27 shows that the semiconductor component 1 comprises a radiation diaphragm 8.
  • the radiation diaphragm 8 is, for example, made of a white
  • the radiation diaphragm 8 covers part of the
  • Emission side 10 With such an aperture 8 high luminance can be achieved.
  • the plated-through holes 3 can be arranged with a density gradient. The plated-through holes 3 are close in the middle of the first main side 21
  • Main 21 is a distance between neighboring ones
  • the first contact surface 51 preferably extends

Landscapes

  • Led Devices (AREA)
  • Led Device Packages (AREA)

Abstract

In einer Ausführungsform weist das optoelektronische Halbleiterbauteil (1) eine Halbleiterschichtenfolge (2) auf, die zur Erzeugung von rotem oder orangem Licht eingerichtet ist. Mehrere elektrische Durchkontaktierungen (3) verlaufen durch die Halbleiterschichtenfolge (2) hindurch. Eine erste Hauptseite (21) der Halbleiterschichtenfolge (2) ist elektrisch flächig von einer ersten elektrischen Kontaktstruktur (41) kontaktiert. Eine zweite elektrische Kontaktstruktur (42) befindet sich an der ersten Hauptseite (21). Die zweite Kontaktstruktur (42) verbindet die Durchkontaktierungen (3) elektrisch miteinander. Die zweite Kontaktstruktur (42) ist in die erste Kontaktstruktur (41) eingebettet.

Description

Beschreibung
OPTOELEKTRONISCHES HALBLEITERBAUTEIL
Es wird ein optoelektronisches Halbleiterbauteil angegeben.
Eine zu lösende Aufgabe liegt darin, ein optoelektronisches Halbleiterbauteil anzugeben, das im roten Spektralbereich emittiert und mit hohen Stromdichten effizient betreibbar ist .
Diese Aufgabe wird unter anderem durch ein optoelektronisches Halbleiterbauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das
Halbleiterbauteil eine Halbleiterschichtenfolge. Die
Halbleiterschichtenfolge basiert bevorzugt auf einem III-V- Verbindungshalbleitermaterial . Bei dem Halbleitermaterial handelt es sich zum Beispiel um ein Nitrid-
Verbindungshalbleitermaterial wie AlnIn]__n-mGamN oder um ein Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial wie
AlnIn]__n-mGamP oder auch um ein Arsenid-
Verbindungshalbleitermaterial wie AlnIn]__n-mGamAs oder wie AlnGamIn]__n-mAs P]_-k, wobei jeweils 0 d n < 1, 0 d m < 1 und n + m < 1 sowie 0 d k < 1 ist. Bevorzugt gilt dabei für zumindest eine Schicht oder für alle Schichten der
Halbleiterschichtenfolge 0 < n < 0,8, 0,4 < m < 1 und n + m < 0,95 sowie 0 < k < 0,5. Dabei kann die
Halbleiterschichtenfolge Dotierstoffe sowie zusätzliche
Bestandteile aufweisen. Der Einfachheit halber sind jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters der Halbleiterschichtenfolge, also Al, As, Ga, In, N oder P, angegeben, auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt und/oder ergänzt sein können.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die
Halbleiterschichtenfolge zur Erzeugung von orangem und/oder rotem und/oder gelbem Licht eingerichtet. Bevorzugt basiert die Halbleiterschichtenfolge hierzu auf dem Materialsystem AlInGaP. Das erzeugte Licht ist inkohärente Strahlung, also kein Laserlicht. Somit handelt es sich bei dem
Halbleiterbauteil um eine Leuchtdiode und nicht um eine Laserdiode .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die
Halbleiterschichtenfolge eine erste Hauptseite und eine zweite Hauptseite. Die zweite Hauptseite liegt der ersten Hauptseite gegenüber. Die Hauptseiten sind bevorzugt
senkrecht zu einer Wachstumsrichtung der
Halbleiterschichtenfolge orientiert. Die Hauptseiten können durch ebene Flächen gebildet sein oder auch Strukturierungen wie Aufrauungen speziell zur Verbesserung einer
Lichtauskopplung aufweisend.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das
Halbleiterbauteil mehrere elektrische Durchkontaktierungen. Die Durchkontaktierungen verlaufen überwiegend oder
vollständig durch die Halbleiterschichtenfolge hindurch. Das heißt insbesondere, dass die Durchkontaktierungen sowohl die erste Hauptseite als auch die zweite Hauptseite der
Halbleiterschichtenfolge durchstoßen können.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform beinhaltet das
Halbleiterbauteil eine erste elektrische Kontaktstruktur . Über die erste elektrische Kontaktstruktur ist die erste Hauptseite elektrisch flächig kontaktiert. Flächig bedeutet insbesondere, dass mindestens 50 % oder 70 % oder 80 % oder 90 % der ersten Hauptseite in Draufsicht auf die erste
Hauptseite gesehen von der ersten elektrischen
Kontaktstruktur bedeckt sind und von der ersten elektrischen Kontaktstruktur bestromt werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das
Halbleiterbauteil mindestens eine zweite elektrische
Kontaktstruktur . Die zweite Kontaktstruktur oder die zweiten Kontaktstrukturen befinden sich an der ersten Hauptseite. Jedoch ist die zweite elektrische Kontaktstruktur elektrisch von der ersten Hauptseite getrennt, sodass keine ohmsche elektrische Verbindung zwischen der zweiten Kontaktstruktur und der ersten Hauptseite besteht. Demgegenüber ist die erste Kontaktstruktur bevorzugt ohmsch leitend mit der ersten
Hauptseite verbunden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform verbindet die
mindestens eine zweite Kontaktstruktur mehrere oder alle der Durchkontaktierungen elektrisch miteinander. Insbesondere sind die Durchkontaktierungen über die zweite Kontaktstruktur ohmsch leitend miteinander verbunden. Mit anderen Worten können die Durchkontaktierungen von der zumindest einen zweiten Kontaktstruktur ausgehen und die
Halbleiterschichtenfolge teilweise oder vollständig
durchdringen .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die zweite
Kontaktstruktur teilweise oder vollständig in die erste
Kontaktstruktur eingebettet. Dabei stehen die erste
Kontaktstruktur und die zweite Kontaktstruktur elektrisch nicht in unmittelbarem Kontakt zueinander, sondern sind elektrisch voneinander isoliert. Eine elektrische Verbindung zwischen der ersten Kontaktstruktur und der zweiten
Kontaktstruktur ist bevorzugt ausschließlich über die
Halbleiterschichtenfolge und optional über ein Schutzelement gegen Schäden durch elektrostatische Entladungen gegeben.
Dass die zweite Kontaktstruktur in die erste Kontaktstruktur eingebettet ist, bedeutet beispielsweise, dass Seitenflächen der zweiten Kontaktstruktur in Projektion auf die
Seitenflächen gesehen vollständig oder überwiegend von einem Material der ersten Kontaktstruktur bedeckt sind. Hiervon können Stirnseiten der zweiten Kontaktstruktur ausgenommen sein. Das heißt, Längsseiten der zweiten Kontaktstruktur können vollständig oder überwiegend von der ersten
Kontaktstruktur bedeckt sein. Außerdem kann sich die zweite Kontaktstruktur überwiegend zwischen der ersten
Kontaktstruktur und der Halbleiterschichtenfolge befinden.
Das heißt, die zweite Kontaktstruktur kann zumindest
teilweise von der ersten Kontaktstruktur überdeckt sein.
Hier und im Folgenden bedeutet der Begriff „überwiegend" einen Anteil von mindestens 50 % oder 70 % oder 80 % oder 90 %.
In mindestens einer Ausführungsform weist das
optoelektronische Halbleiterbauteil eine
Halbleiterschichtenfolge auf, die zur Erzeugung von rotem oder orangem Licht eingerichtet ist. Die
Halbleiterschichtenfolge weist eine erste Hauptseite und eine zweite Hauptseite auf. Mehrere elektrische
Durchkontaktierungen verlaufen überwiegend oder vollständig durch die Halbleiterschichtenfolge hindurch, zumindest jedoch durch eine aktive Zone der Halbleiterschichtenfolge hindurch. Die erste Hauptseite ist elektrisch flächig von einer ersten elektrischen Kontaktstruktur kontaktiert. Mindestens eine zweite elektrische Kontaktstruktur befindet sich an der ersten Hauptseite. Die mindestens eine zweite Kontaktstruktur verbindet mehrere oder alle der Durchkontaktierungen
elektrisch miteinander. Die zweite Kontaktstruktur ist teilweise oder vollständig in die erste Kontaktstruktur eingebettet .
Zum Beispiel in Scheinwerferanwendungen und in
Projektionsanwendungen sind üblicherweise hohe Leuchtdichten notwendig. Dies gilt insbesondere für rotes Licht, das direkt in einer Halbleiterschichtenfolge ohne zusätzliche
Leuchtstoffe erzeugt wird. Hierzu werden häufig InGaAlP-LED- Chips verwendet. Bei solchen LED-Chips ist eine p-leitende Seite nur partiell elektrisch und thermisch angebunden, sodass Limitationen hinsichtlich einer maximalen Stromdichte und eines thermischen Widerstands bestehen. Dies liegt insbesondere daran, dass elektrische Isolationsschichten in der Regel ganzflächig ausgeführt sind und eine Wärmebarriere bilden .
Bei dem hier beschriebenen Halbleiterbauteil handelt es sich insbesondere um einen InGaAlP-Hochstrom-LED-Chip, der
effizient entwärmbar ist und damit einen kleinen thermischen Widerstand hin zu einer Wärmesenke aufweist. Damit können höhere Stromdichten und damit Leuchtdichten erreicht werden. Aufgrund der Durchkontaktierungen ist eine gezielt
einstellbare oder eine besonders homogenere Bestromung der Halbleiterschichtenfolge möglich . Der hier beschriebene InGaAlP-LED-Chip ist insbesondere ein Flip-Chip, der funktional und geometrisch gegenüber üblichen rot emittierenden LED-Chips modifiziert ist, um hohe
Stromdichten bei geringem thermischen Widerstand zu
erreichen. Hierbei kann entweder eine p-leitende Seite oder eine n-leitende Seite die erste Hauptseite, an der sich die elektrischen Kontaktstrukturen befinden, bilden.
Bei dem hier beschriebenen Halbleiterbauteil können
insbesondere folgende Merkmale erfüllt sein, einzeln oder in Kombination :
- Sowohl n-Kontakte als auch p-Kontakte werden hin zu einer Montagefläche geführt.
- Insbesondere der n-Kontakt ist nahezu ganzflächig
elektrisch und thermisch angeschlossen.
- Die p-Kontakte werden über Leiterbahnen mittels
Durchkontaktierungen an die p-Seite angeschlossen. Eine Stromaufweitung kann mittels transparenter elektrisch leitfähiger Schichten wie ITO-Schichten auf der p-Seite erfolgen .
- Es können Mikroprismen geätzt werden, die sich an der p- leitenden Seite und/oder an der n-leitenden Seite befinden. Über solche Mikroprismen kann eine erhöhte
Lichtauskoppeleffizienz erreicht werden.
- Elektrische Leiterbahnen können komplett oder teilweise verspiegelt sein, insbesondere elektrische Leiterbahnen für die zweite Kontaktstruktur .
- An einer n-leitenden Hauptseite der
Halbleiterschichtenfolge können abwechselnd und insbesondere zeilenförmig Metallspiegel und DBR-Spiegel angebracht sein.
- Es können vergleichsweise dicke elektrische
Kontaktstrukturen, beispielsweise mit einer Dicke von mindestens 50 ym oder 100 ym, insbesondere galvanisch
angebracht werden.
- Ein Aufwachssubstrat und/oder ein Träger etwa aus Saphir können abgelöst werden, um einen sogenannten Top-Emitter zu erhalten .
- Zu einer Stromaufweitung speziell an der zweiten Hauptseite können nicht nur Durchkontaktierungen vorhanden sein, sondern zusätzliche tranparente stromaufweitende Schichten wie ITO- Schichten und/oder Metallstege.
Durch die Mikroprismen an der ersten Hauptseite und/oder an der zweiten Hauptseite kann eine lokale Bestromung der
Halbleiterschichtenfolge eingestellt werden. Dies gilt insbesondere, wenn eine Stromaufweitungsschicht der
Halbleiterschichtenfolge lokal oder ganzflächig weggeätzt ist, sodass geätzte Bereiche kaum bestromt werden. Dies wirkt sich nicht nachteilig auf den ganzflächigen thermischen
Kontakt aus. Außerdem ist durch Mikroprismen eine Streuung von Licht für eine erhöhte Auskoppeleffizienz erreichbar oder auch zu einer verbesserten Einkopplung in ein optisches Element an der Halbleiterschichtenfolge, wie ein Saphir- Substrat, beispielsweise ein strukturiertes Saphir-Substrat, englisch pattern saphire Substrate oder kurz PSS.
Anstelle von Mikroprismen insbesondere an der zweiten
Hauptseite können auch Saphir-Träger mit einer
Strukturierung, also PSS-Träger, herangezogen werden. Die Mikroprismen können an Stromstege, insbesondere an die zweite Kontaktstruktur, und/oder an die Mikroprismen auf der
gegenüberliegenden Hauptseite der Halbleiterschichtenfolge angepasst werden. Dadurch kann verhindert werden, dass Licht direkt unter und/oder über den Stegen der zweiten
Kontaktstruktur erzeugt wird. Mit dem hier beschriebenen Halbleiterbauteil lassen sich hohe
Stromdichten bei einer effizienten Entwärmung erzielen. Die Abwärme wird bevorzugt komplett über einen metallischen
Chipsockel abgeführt. Dies ist insbesondere ermöglicht, da nur partielle zellenförmige Isolationsschichten an der zweiten Kontaktstruktur vorhanden sind, im Gegensatz zu üblichen InGaAlP-LED-Chips , bei denen eine ganzflächige
Isolationsschicht aufgebracht wird und diese
Isolationsschicht nur in kleinen Bereichen unterbrochen wird. Durch die Leiterbahnen der zweiten Kontaktstruktur kann der hier beschriebene Halbleiterchip deutlich homogener bestromt werden oder es können unterschiedliche Regionen der
Halbleiterschichtenfolge unterschiedlich stark bestromt werden .
Das hier beschriebene Halbleiterbauteil kann als Flip-Chip verbaut werden und ist in vielfältigen Gehäusen verwendbar. Beispielhafte Anwendungen für hier beschriebene
Halbleiterbauteile sind in Scheinwerfern und
Projektionsanwendungen. Ebenso ist ein Einbau in
Gehäusebauformen, beispielsweise mit einem weißen Rahmen aus einem Kunststoff, möglich. Es kann eine Kombination mit verschiedenen Konversionstechnologien, also mit
Leuchtstoffen, erfolgen. Die hier beschriebenen LED-Chips können in Gehäusen basierend auf Keramiken oder basierend auf Leiterrahmen montiert werden, ebenso auf gedruckten
Leiterplatten oder Metallkernplatinen. Es ist eine
Kombination mit Reflektoranordnungen möglich.
Stromverteilungsstrukturen, die sich an der zweiten
Hauptseite befinden und von den Durchkontaktierungen ausgehen und die beispielsweise sternförmig geformt sind, können über die zweite Kontaktstruktur einzeln oder zusammen insbesondere über Bonddrähte elektrisch kontaktiert werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform befindet sich an der zweiten Hauptseite eine Stromaufweitungsschicht . Die
Stromaufweitungsschicht ist bevorzugt aus einem transparenten Material wie einem transparenten leitfähigen Oxid, kurz TCO. Beispielsweise ist die Stromaufweitungsschicht aus ZnO oder aus ITO .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform enden die
Durchkontaktierungen in oder auf der Stromaufweitungsschicht . Dies bedeutet insbesondere, dass die Durchkontaktierungen die zweite Hauptseite in Richtung weg von der ersten Hauptseite überragen. Alternativ enden die Durchkontaktierungen vor der zweiten Hauptseite noch innerhalb der
Halbleiterschichtenfolge .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die erste
Kontaktstruktur eine erste Kontaktfläche zur externen
elektrischen Kontaktierung des Halbleiterbauteils. Die erste Kontaktfläche ist bevorzugt für eine Lötkontaktierung
eingerichtet .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die zumindest eine zweite Kontaktstruktur eine oder mehrere zweite
Kontaktflächen . Die mindestens eine zweite Kontaktfläche ist ebenfalls zu einer externen elektrischen Kontaktierung des Halbleiterbauteils eingerichtet. Die erste Kontaktfläche ist beispielsweise ein Anodenkontakt und die mindestens eine zweite Kontaktfläche ist ein Kathodenkontakt, oder umgekehrt. Gemäß zumindest einer Ausführungsform befinden sich alle Kontaktflachen an der ersten Hauptseite. Somit ist das
Halbleiterbauteil ein Flip-Chip. Dabei können alle
Kontaktflachen von der Halbleiterschichtenfolge überdeckt sein. Das heißt, die Kontaktflachen stehen bevorzugt seitlich nicht über die Halbleiterschichtenfolge über, im Querschnitt senkrecht zu den Hauptseiten gesehen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die erste
Hauptseite und/oder die zweite Kontaktstruktur in Draufsicht auf die erste Hauptseite gesehen überwiegend, bevorzugt zu mindestens 80 %, von der ersten Kontaktfläche bedeckt. Das heißt, einen Großteil einer Grundfläche des
Halbleiterbauteils an der Montageseite kann von der ersten Kontaktfläche eingenommen sein. Die erste Kontaktfläche kann eine größte Anschlussfläche des Halbleiterbauteils sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform bedeckt die erste
Kontaktfläche einen Zentralbereich der ersten Hauptseite vollständig und ununterbrochen. Die erste Kontaktfläche kann eine durchgehende, lückenlose Kontaktfläche sein. Der
Zentralbereich befindet sich bevorzugt mittig und/oder mindestens in der Mitte an der ersten Hauptseite.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform lässt die erste
Kontaktfläche einen Rand der ersten Hauptseite teilweise oder vollständig frei. Das heißt, die erste Kontaktfläche reicht zumindest stellenweise nicht bis zu einer Kante der ersten Hauptseite heran, in Draufsicht auf die erste Hauptseite gesehen. In dem Rand, der von der ersten Kontaktfläche frei ist, befindet sich bevorzugt die mindestens eine zweite
Kontaktfläche . Alternativ ist es möglich, dass die zweite Kontaktflache innerhalb der ersten Kontaktflache angeordnet ist, in Draufsicht auf die erste Hauptseite gesehen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die zweite Kontaktstruktur mehrere Streifen, auch als Leiterbahnen oder Stege bezeichnet. Die Streifen überragen in Draufsicht auf die erste Hauptseite gesehen die erste Kontaktflache . Das heißt, die Streifen stehen über die erste Kontaktflache seitlich über. Dabei können die Streifen die erste
Kontaktflache an einer, an zwei, an drei oder auch an vier Seiten überragen, insbesondere an zwei einander
gegenüberliegenden Seiten.
Es ist möglich, dass die Streifen die erste Kontaktflache hin in den Zentralbereich überragen, sodass die erste
Kontaktflache einen Ring um einen Bereich bilden kann, in dem die Streifen für die zumindest eine zweite Kontaktflache freiliegen .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die zweite
Kontaktfläche oder sind die zweiten Kontaktflächen jeweils an Enden der Streifen der zweiten Kontaktstruktur angebracht. Damit befindet sich die mindestens eine zweite Kontaktfläche bevorzugt am Rand, in Draufsicht auf die erste Hauptseite gesehen. Alternativ befindet sich die mindestens eine zweite Kontaktfläche in einem Zentralbereich der ersten Hauptseite.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind mehrere zweite elektrische Kontaktstrukturen vorhanden. Damit ist erzielbar, dass die Durchkontaktierungen bevorzugt gruppenweise
elektrisch unabhängig voneinander ansteuerbar sind. Pro
Gruppe der Durchkontaktierungen kann genau eine zweite elektrische Kontaktflache vorhanden sein oder auch mehrere, insbesondere genau zwei zweite Kontaktflachen .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das
Halbleiterbauteil einen Träger. Bei dem Träger kann es sich um diejenige Komponente des Halbleiterbauteils handeln, die das Halbleiterbauteil mechanisch trägt und stützt. Der Träger ist bevorzugt aus einem dielektrischen Material und ist bevorzugt lichtdurchlässig, insbesondere für gelbes, oranges und/oder rotes Licht. Bevorzugt befindet sich der Träger an der zweiten Hauptseite.
Der Träger ist zum Beispiel mittels Bonden, insbesondere Waferbonden oder anodisches Bonden, Kleben oder Löten an der Halbleiterschichtenfolge befestigt. Dabei kann sich der
Träger unmittelbar an der Halbleiterschichtenfolge befinden. Alternativ befindet sich zwischen dem Träger und der
Halbleiterschichtenfolge mindestens oder nur eine weitere Schicht, insbesondere eine Verbindungsmittelschicht wie eine Lotschicht oder eine Kleberschicht. Optional sind, zusätzlich zur gegebenenfalls vorhandenen Verbindungsmittelschicht, funktionale Schichten wie Planarisierungsschichten,
elektrische Isolationsschichten, Wärmespreizer und/oder elektrische Kontaktschichten vorhanden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform überdeckt der Träger die zweite Hauptseite überwiegend oder vollständig. Es ist möglich, dass der Träger ein Lichtauskoppelelement des
Halbleiterbauteils bildet. Dazu kann der Träger linsenförmig gestaltet sein, beispielsweise als Sammellinse.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das
Halbleiterbauteil eine oder mehrere Stromverteilerstrukturen. Bei den bevorzugt mehreren Stromverteilerstrukturen handelt es sich insbesondere um metallische Strukturen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform erstrecken sich die Stromverteilerstrukturen über einen Teil der zweiten
Hauptseite. Dabei gehen die Stromverteilerstrukturen
bevorzugt jeweils von den Durchkontaktierungen aus. In
Richtung weg von den Durchkontaktierungen kann sich ein
Leitungsquerschnitt der Stromverteilerstrukturen verringern.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform erstrecken sich die Stromverteilerstrukturen in Draufsicht auf die zweite
Hauptseite gesehen sternförmig oder kreuzförmig von der jeweils zugehörigen Durchkontaktierung weg. Dabei kann eine eineindeutige Zuordnung zwischen den Durchkontaktierungen und den Stromverteilerstrukturen gegeben sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist genau eine
Stromverteilerstruktur vorhanden. Diese
Stromverteilerstruktur kann sich in Draufsicht auf die zweite Hauptseite gesehen als Gitternetz über die zweite Hauptseite erstrecken. Über eine solche Stromverteilerstruktur sind alle Durchkontaktierungen elektrisch miteinander verbindbar.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die mindestens eine Stromverteilerstruktur in die Stromaufweitungsschicht
eingebettet. Das heißt zum Beispiel, dass die mindestens eine Stromverteilerstruktur an einer der Halbleiterschichtenfolge zugwandten Seite als auch an einer der
Halbleiterschichtenfolge abgewandten Seite von einem Material der Stromaufweitungsschicht bedeckt ist. Dies gilt
insbesondere in Bereichen neben den Durchkontaktierungen. Gemäß zumindest einer Ausführungsform befindet sich die zumindest eine Stromverteilerstruktur an einer der
Halbleiterschichtenfolge abgewandten Seite der
Stromaufweitungsschicht . Das heißt, die
Stromaufweitungsschicht kann von der Stromverteilerstruktur in Richtung weg von der Halbleiterschichtenfolge überragt werden. Genauso bedeutet dies, dass die
Stromaufweitungsschicht und die Stromverteilerstruktur in Richtung weg von der Halbleiterschichtenfolge bündig
miteinander abschließen können.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform befindet sich die
Stromverteilerstruktur an einer der Halbleiterschichtenfolge abgewandten Seite der Stromaufweitungsschicht und ist bevorzugt nicht in diese eingebettet. Dagegen kann die
Stromverteilerstruktur in einen Klebstoff eingebettet sein. Mittels des Klebstoffs ist der Träger an die
Stromaufweitungsschicht angebracht. Damit kann sich die
Stromverteilerstruktur zwischen der Stromaufweitungsschicht und dem Träger befinden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das
Halbleiterbauteil mindestens einen Kontaktspiegel . Der
Kontaktspiegel befindet sich an der zweiten Kontaktstruktur zumindest hin zur ersten Hauptseite. Bevorzugt ist der
Kontaktspiegel ein DBR-Spiegel, der mehrere Schichtpaare mit Schichten aus hohem und niedrigem Brechungsindex für die im Betrieb erzeugte Strahlung aufweist. Es ist möglich, dass die zweite Kontaktstruktur in dem Kontaktspiegel teilweise oder vollständig eingekapselt oder eingebettet ist, sodass
Seitenflächen der Kontaktstruktur und/oder eine der
Halbleiterschichtenfolge abgewandte Seite der zweiten
Kontaktstruktur ebenso von dem Kontaktspiegel bedeckt sein können. Bevorzugt lässt der Kontaktspiegel die erste
Hauptseite überwiegend frei, insbesondere zu mindestens 90 %.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Kontaktspiegel für gelbes, oranges und/oder rotes Licht reflektierend. Dies bedeutet beispielsweise, dass ein Reflektionsgrad des
Kontaktspiegels für die im Betrieb erzeugte Strahlung bei mindestens 80 % oder 90 % oder 95 % oder 98 % liegt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform dient der
Kontaktspiegel als elektrisch isolierende Komponente. Das heißt, im bestimmungsgemäßen Gebrauch des Halbleiterbauteils fließt durch den Kontaktspiegel hindurch kein elektrischer Strom. Beispielsweise ist der Kontaktspiegel aus
dielektrischen Schichten wie Oxidschichten und/oder
Nitridschichten zusammengesetzt oder umfasst zumindest eine dielektrische Schicht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform zeigen die
Durchkontaktierungen in Draufsicht auf die zweite Hauptseite gesehen einen Dichtegradienten auf. Das heißt, die
Durchkontaktierungen können bereichsweise dichter beieinander sein und in anderen Bereichen einen größeren Abstand
zueinander aufweisen. Die Dichte der Durchkontaktierungen wird über mehrere der Durchkontaktierungen hinweg gemittelt, beispielsweise über mindestens zehn oder zwanzig
Durchkontaktierungen hinweg.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die
Durchkontaktierungen mittig über der zweiten Hauptseite dichter angeordnet als an einem Rand der zweiten Hauptseite. Damit ist es möglich, dass in Draufsicht gesehen mittig in der Halbleiterschichtenfolge höhere Stromdichten vorliegen und mittig eine höhere Leuchtdichte erzeugt wird als am Rand.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das
Halbleiterbauteil eine oder mehrere Strahlungsblenden. Die mindestens eine Strahlungsblende bedeckt die zweite
Hauptseite teilweise, bevorzugt vom Rand her. Das heißt, ein mittiger Bereich der zweiten Hauptseite ist bevorzugt frei von der Strahlungsblende. Insbesondere lässt die
Strahlungsblende einen Bereich frei, in dem die
Durchkontaktierungen mit einer höheren Flächendichte
angeordnet sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die
Strahlungsblende lichtundurchlässig. Zusätzlich kann die Strahlungsblende diffus reflektierend sein. Beispielsweise ist die Strahlungsblende aus einem Kunststoff wie einem
Silikon, dem reflektierende Partikel, etwa aus einem
Metalloxid wie Titandioxid, beigegeben sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die
Halbleiterschichtenfolge an der ersten Hauptseite n-dotiert und an der zweiten Hauptseite p-dotiert. Genauso kann
umgekehrtes gelten.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform befindet sich
unmittelbar zwischen der ersten Hauptseite und der ersten Kontaktstruktur eine transparente und elektrisch leitfähige Verbindungsschicht, bevorzugt aus einem TCO wie ITO. Die Durchkontaktierungen verlaufen bevorzugt auch durch die
Verbindungsschicht vollständig hindurch. Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das
Halbleiterbauteil bestimmungsgemäß für eine Stromdichte in der Halbleiterschichtenfolge von mindestens 10 A/cm^ oder
30 A/cm^ vorgesehen. Das heißt, das Halbleiterbauteil ist bestimmungsgemäß mit hohen Stromdichten betreibbar.
Nachfolgend wird ein hier beschriebenes optoelektronisches Halbleiterbauteil 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.
Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Schnittdarstellung eines
Ausführungsbeispiels eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteils ,
Figur 2 eine schematische perspektivische Darstellung eines
Ausführungsbeispiels eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteils ,
Figuren 3 bis 9 in den Figurenteilen A schematische
Schnittdarstellungen und in den Figurenteilen B schematische Draufsichten auf Verfahrensschritte eines Herstellungsverfahrens für hier beschriebene optoelektronische Halbleiterbauteile,
Figuren 10 bis 17 in den Figurenteilen A schematische
Schnittdarstellungen und in den Figurenteilen B schematische Draufsichten auf Verfahrensschritte eines Herstellungsverfahrens für hier beschriebene optoelektronische Halbleiterbauteile,
Figuren 18 bis 20 in den Figurenteilen A schematische
Schnittdarstellungen und in den Figurenteilen B schematische Draufsichten auf Verfahrensschritte zur Herstellung von hier beschriebenen
optoelektronischen Halbleiterbauteilen,
Figur 21 eine schematische Schnittdarstellungen eines
Verfahrensschritts zur Herstellung hier
beschriebener optoelektronischer Halbleiterbauteile,
Figuren 22A, 22B und 23 bis 26 schematische Draufsichten auf
Ausführungsbeispiele von hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteilen,
Figur 27 eine schematische Schnittdarstellung eines
Ausführungsbeispiels eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteils, und
Figur 28 eine schematische Draufsicht auf eine erste
Hauptseite für ein hier beschriebenes
optoelektronisches Halbleiterbauteil .
In Figur 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines
optoelektronischen Halbleiterbauteils 1 gezeigt. Das
Halbleiterbauteil 1 umfasst eine Halbleiterschichtenfolge 2 mit einer aktiven Zone 20 zur Erzeugung von rotem Licht. Die Halbleiterschichtenfolge weist eine erste Hauptseite 21 und eine dieser gegenüberliegende zweite Hauptseite 22 auf. Die Halbleiterschichtenfolge 2 basiert bevorzugt auf AlInGaP. Optional sind die Hauptseiten 21, 22 mit einer Strukturierung aus ersten Mikroprismen 91 und/oder mit einer Strukturierung aus zweiten Mikroprismen 92 versehen. Die Mikroprismen 91, 92 sind an den Hauptseiten 21, 22 bevorzugt alternierend
angeordnet. Insbesondere liegen zweite Mikroprismen 92 jeweils nahe an elektrischen Durchkontaktierungen 3 durch die Halbleiterschichtenfolge 2 hindurch. Aufgrund der
Mikroprismen 91, 92 kann eine nicht gezeichnete
Stromverteilungsschicht der Halbleiterschichtenfolge 2 entfernt oder gedünnt sein, sodass mittels der Mikroprismen 91, 92 eine Stromverteilung in der Halbleiterschichtenfolge 2 einstellbar ist.
Die Halbleiterschichtenfolge 2 und somit die Hauptseiten 21, 22 werden von elektrischen Durchkontaktierungen 3
durchdrungen. Die Durchkontaktierungen 3 überragen die
Halbleiterschichtenfolge über beide Hauptseiten 21, 22 hinaus. Die Durchkontaktierungen 3 sind beispielsweise metallgefüllte Löcher durch die Halbleiterschichtenfolge 2 hindurch .
An der zweiten Hauptseite 22 befindet sich eine
Stromaufweitungsschicht 6. Die Stromaufweitungsschicht 6 ist beispielsweise aus ITO. In der Stromaufweitungsschicht 6 oder auf der Stromaufweitungsschicht 6 befinden sich
Stromverteilerstrukturen 63a, 63b. Die
Stromverteilerstrukturen können unterschiedlich ausgeführt sein. So befinden sich die Stromverteilerstrukturen 63a an einer der Halbleiterschichtenfolge 2 abgewandten Seite der Stromaufweitungsschicht 6. Dabei können diese
Stromverteilerstrukturen 63a bündig mit der
Stromaufweitungsschicht 6 abschließen. Demgegenüber liegen die Stromverteilerstrukturen 63b
vollständig innerhalb der Stromaufweitungsschicht 6. Die Stromaufweitungsschicht 6 kann damit eine Planarisierung für die Stromverteilerstrukturen 63a, 63b bilden. Bevorzugt sind innerhalb des Halbleiterbauteils 1 alle
Stromverteilerstrukturen 63a, 63b baugleich gestaltet.
An der Stromaufweitungsschicht 6 befindet sich optional ein Träger 7. Der Träger 7 ist insbesondere aus einem Material mit einem hohen optischen Brechungsindex, beispielsweise aus Saphir. Abweichend von der Darstellung der Figur 1 kann der Träger 7 mit Lichteinkoppelstrukturen und/oder mit
Lichtauskoppelstrukturen versehen sein,
Antireflexbeschichtungen aufweisen und/oder als optisches Element wie eine Linse geformt sein. Eine Abstrahlseite 10 des Halbleiterbauteils 1 ist gemäß Figur 1 durch den Träger 7 gebildet .
An der ersten Hauptseite 21 befinden sich eine flächige erste elektrische Kontaktstruktur 41 und zellenförmige zweite elektrische Kontaktstrukturen 42. Die Kontaktstrukturen 41,
42 sind bevorzugt jeweils durch Metalle gebildet. Mittels der zweiten Kontaktstrukturen 42 sind die Durchkontaktierungen 3 und damit die Stromverteilerstrukturen 63a, 63b und auch die Stromaufweitungsschicht 6 elektrisch angeschlossen.
Zur Vermeidung elektrischer Kurzschlüsse sind die zweiten Kontaktstrukturen 42 bevorzugt in einen elektrisch
isolierenden Kontaktspiegel 44 eingebettet. Der
Kontaktspiegel 44 ist insbesondere an einer der
Halbleiterschichtenfolge 2 zugewandten Seite der zweiten Kontaktstrukturen 42 durch einen Bragg-Spiegel gebildet. In Richtung weg von der Halbleiterschichtenfolge 2 kann der Kontaktspiegel 44 von der ersten Kontaktstruktur 41 überragt werden, siehe Figur 1, linke Seite, oder auch bündig hiermit abschließen, siehe Figur 1, rechte Seite.
Eine erste elektrische Kontaktflache 51 zur externen
elektrischen Kontaktierung des Halbleiterbauteils 1 ist durch eine Unterseite der ersten Kontaktstruktur 41 gebildet.
Zweite Kontaktflachen 52, die sich an den zweiten
Kontaktstrukturen 42 befinden, sind in der Schnittdarstellung der Figur 1 nicht gezeichnet.
Der Kontaktspiegel 44 bedeckt nur einen kleinen Teil der ersten Hauptseite 21. Seitlich neben dem Kontaktspiegel 44 befinden sich bevorzugt keine elektrisch isolierenden
Schichten. Damit kann zwischen der ersten Kontaktflache 51 und der ersten Hauptseite 21 in Bereichen neben dem
Kontaktspiegel 44 flächig ein Stromfluss in Richtung
senkrecht zur ersten Hauptseite 21 erfolgen. Außerdem ist eine effiziente Wärmeableitung in diesen Bereichen neben dem Kontaktspiegel 44 möglich. Dadurch ist das Halbleiterbauteil 1 mit hohen Stromdichten betreibbar.
Im Ausführungsbeispiel der Figur 2 ist zu erkennen, dass die Stromverteilerstrukturen 63 durch sternförmige Gebilde realisiert sein können, die sich von den Durchkontaktierungen ausgehend an der zweiten Hauptseite 22 erstrecken. Dabei können alle Stromverteilerstrukturen 63 die gleiche Geometrie aufweisen. Alternativ zur Darstellung der Figur 2 können die Stromverteilerstrukturen 63 auch unterschiedliche Geometrien aufweisen. Beispielsweise können benachbarte
Stromverteilerstrukturen 63 relativ zueinander verdreht angeordnet sein, um eine gleichmäßigere Stromverteilung über die Halbleiterschichtenfolge 2 hinweg so erzielen.
Ein Bedeckungsgrad der zweiten Hauptseite 22 mit den
Stromverteilerstrukturen 63 ist bevorzugt gering.
Beispielsweise liegt dieser Bedeckungsgrad bei höchstens 20 % oder 10 % oder 5 %. Die Stromverteilerstrukturen 63 sind insbesondere aus einem Metall und bevorzugt vergleichsweise dick, beispielsweise mindestens 0,5 ym oder mindestens 1 ymm dick und/oder höchstens 6 ym oder höchstens 4 ym dick, um einen geringen elektrischen Widerstand aufzuweisen. Damit sind die Stromverteilerstrukturen 63 lichtundurchlässig.
Im Übrigen gelten die Ausführungen zur Figur 1 entsprechend für Figur 2.
In den Figuren 3 bis 9 in ein Ausführungsbeispiel eines
Herstellungsverfahrens für Halbleiterbauteile 1 illustriert. Gemäß Figur 3 wird die Halbleiterschichtenfolge 2 auf einem Aufwachssubstrat 29 gewachsen. Dabei befindet sich bevorzugt ein n-leitendes Material an dem Aufwachssubstrat 29 und ein p-leitendes Material an einer dem Aufwachssubstrat 29 abgewandten Seite der aktiven Zone 20. Die p-leitenden und n- leitenden Bereiche sind in den Figuren mit einem n sowie mit einem p gekennzeichnet.
In Figur 4 ist gezeigt, dass auf der Halbleiterschichtenfolge 2 die Stromaufweitungsschicht 6 aufgebracht wird. Eine Dicke der Stromaufweitungsschicht 6 liegt beispielsweise bei mindestens 50 nm und/oder bei höchstens 200 nm. Ferner wird an einer dem Aufwachssubstrat 29 abgewandten Seite der Träger 7 aufgebracht, beispielsweise mittels eines nicht
gezeichneten Klebstoffs. Im Schritt der Figur 5 wird das Aufwachssubstrat 29 entfernt, beispielsweise mittels Ätzen und/oder mittels eines
Laserabhebeverfahrens . Damit wird die erste Hauptseite 21 aus n-leitendem Material freigelegt.
Im Schritt der Figur 6 werden die Durchkontaktierungen 3 erzeugt. Die Durchkontaktierungen 3 enden in der
Stromaufweitungsschicht 6. Bis mindestens zur aktiven Zone 20, von der ersten Hauptseite 21 her, sind Seitenwände von Löchern für die Durchkontaktierungen 3 mit einen elektrisch isolierenden Material versehen. Abweichend von Figur 6 kann das elektrisch isolierende Material seitlich an den
Durchkontaktierungen 3 auch bis in die
Stromaufweitungsschicht 6 reichen und nicht bereits in der p- leitenden Schicht enden.
Die Durchkontaktierungen 3 werden bevorzugt in einem
regelmäßigen Raster erzeugt, beispielsweise in einem
rechteckigen oder hexagonalen Raster. Außerdem werden
elektrisch isolierende Strukturen bevorzugt in Form des
Kontaktspiegels 44 erzeugt. Über den Kontaktspiegel 44 sind jeweils mehrere der Durchkontaktierungen 3 zellenförmig miteinander verbunden.
Im Schritt der Figur 7 werden auf den Kontaktspiegeln 4 die zweiten Kontaktstrukturen 42 erzeugt. Eine elektrische
Isolation hin zur Halbleiterschichtenfolge 2 erfolgt über die Kontaktspiegel 4. Damit ist eine Absorption von in der
Halbleiterschichtenfolge 2 erzeugter Strahlung an den zweiten Kontaktstrukturen 42 aufgrund des Kontaktspiegels 44
verhindert oder stark reduziert. Ferner werden die zweiten Kontaktstrukturen 42 überwiegend von einer elektrisch isolierenden Passivierungsschicht 48 überdeckt. An Enden von elektrisch leitenden Streifen, durch die die zweiten Kontaktstrukturen 42 gebildet sind, ist bevorzugt keine Passivierungsschicht vorhanden. Solche
Bereiche sind für zweite Kontaktflachen 52 zur externen elektrischen Kontaktierung der fertigen Halbleiterbauteile 1 vorgesehen .
Gemäß Figur 8 wird die erste Kontaktstruktur 41 aufgebracht, beispielsweise mittels Aufdampfen und anschließendem
Galvanisieren. Dabei werden die zweiten Kontaktstrukturen 42 und die Passivierung 48 bevorzugt überdeckt und eingebettet, wobei die zweiten Kontaktflachen 52 am Rand der Streifen der zweiten Kontaktstrukturen 42 freibleiben.
In Figur 9 ist das fertige Halbleiterbauteil 1 zu sehen. Durch die erste Kontaktstruktur 41 wird eine erste
Kontaktflache 51 ebenfalls zur externen elektrischen
Kontaktierung gebildet. Die Kontaktflache 51 ist eine größte Kontaktfläche, die einen Großteil der Montageseite des
Halbleiterbauteils 1 ausmacht. In Draufsicht gesehen
erstreckt sich der Träger 7, insbesondere aus Saphir, bevorzugt vollständig über das Halbleiterbauteil 1 hinweg.
Für die Kontaktflächen 51, 52 können eine oder mehrere
Metallschichten aufgebracht werden. Dadurch lässt sich das Halbleiterbauteil 1 bevorzugt mittels Oberflächenmontage montieren. Werden für die Kontaktflächen 51, 52
vergleichsweise dicke mechanisch selbsttragende, metallische Strukturen verwendet, die insbesondere galvanisch erzeugt werden können und zum Beispiel eine Dicke um 100 ym
aufweisen, so kann der Träger 7 weggelassen werden. Die optionalen Schritte zur Erzeugung der Mikroprismen 91, 92 aus Figur 1 sind in den Figuren 3 bis 9 zur Vereinfachung der Darstellung jeweils nicht gezeichnet. Gleiches gilt für die folgenden Figuren. Ungeachtet dessen sind die Mikroprismen 91 und/oder 92 bevorzugt vorhanden.
In den Figuren 10 bis 17 ist ein weiteres
Herstellungsverfahren illustriert. Das Wachsen gemäß Figur 10 entspricht dem Verfahrensschritt der Figur 3.
Gemäß Figur 11 wird ein temporärer Zwischenträger 77
angebracht, beispielsweise aus Glas, Quarzglas oder Saphir. Nachfolgend wird das Aufwachssubstrat 29 entfernt.
Gemäß Figur 12 wird daraufhin der permanente Träger 7
angebracht. Der Zwischenträger 77 wird entfernt, siehe Figur 13. Damit ist die erste Hauptseite 21 durch p-leitendes
Material der Halbleiterschichtenfolge 2 gebildet, anders als im Verfahren der Figuren 3 bis 9.
Die Verfahrensschritte der Figuren 14 bis 17 erfolgen analog zu den Verfahrensschritten der Figuren 6 bis 9. Dabei können die Durchkontaktierungen 3 jedoch bereits in der n-leitenden Schicht enden und brauchen die Halbleiterschichtenfolge 2 nicht vollständig zu durchdringen. Dies wird aufgrund der vergleichsweise hohen elektrischen Querleitfähigkeit der n- leitenden Schicht erzielt. Die zweite Hauptseite 22 kann somit eine durchgehende, geschlossene Fläche bleiben.
Optional wird auch beim Verfahren der Figuren 10 bis 17 vor dem Anbringen des Trägers 7 die Stromaufweitungsschicht 6 erzeugt. Dies ist in Figur 14 als Strich-Linie symbolisiert. Ist eine solche Stromaufweitungsschicht 6 vorhanden, so enden die Durchkontaktierungen 3 bevorzugt an oder innerhalb der Stromaufweitungsschicht 6, wiederum als Strich-Linien
gezeichnet. Die Durchkontaktierungen 3 können alternativ auch bis an den Träger 7 reichen und damit die
Stromaufweitungsschicht 6 vollständig durchdringen.
In den Figuren 15 bis 17 sind die Durchkontaktierungen 3 jeweils in der n-leitenden Schicht endend gezeichnet und die Stromaufweitungsschicht 6 ist nicht illustriert. Die
Verfahrensschritte der Figuren 15 bis 17 können dennoch gleichermaßen analog zur Option der Figur 14, also mit längeren Durchkontaktierungen 3 und/oder mit
Stromaufweitungsschicht 6, durchgeführt werden.
In den Figuren 18 bis 21 sind weitere Schritte eines
Herstellungsverfahrens illustriert. Der Schritt der Figur 18 entspricht im Wesentlichen dem Schritt der Figur 11, wobei das Aufwachssubstrat bereits entfernt ist. Somit liegt die zweite Hauptseite 22 aus n-leitendem Material frei.
Im Schritt der Figur 19 wird sternförmig oder kreuzförmig eine transparente elektrisch leitfähige Verbindungsschicht 46 bevorzugt strukturiert erzeugt. Die Schicht 46 ist
beispielsweise aus einem TCO wie ITO. Die Schicht 46 bedeckt gemäß Figur 19 nur einen vergleichsweise kleinen Teil der zweiten Hauptseite 22, kann abweichend davon aber auch eine durchgehende, vollflächige Schicht sein.
Im Schritt der Figur 20 werden auf die Bereiche der Schicht 46 strukturiert die Stromverteilerstrukturen 63 aufgebracht. Die Stromverteilerstrukturen 63 weisen insbesondere die gleiche Grundform auf wie die Bereiche der Schicht 46. Bevorzugt überragen die Bereiche der Schicht 46 die Stromverteilerstrukturen 63 lateral jeweils zu einem kleinem Teil .
In Figur 21 ist dargestellt, dass nachfolgend der Träger 7 aufgebracht wird. Dabei kann ein Klebstoff 76 verwendet werden. Somit sind die Bereiche der Schicht 46 sowie die Stromverteilerstrukturen 63 in den Klebstoff 76 eingebettet.
Dem Schritt der Figur 21 folgen bevorzugt die Schritte der Figuren 14 bis 17 nach. Abweichend von Figur 14 enden dabei die Durchkontaktierungen 3 bevorzugt in den
Stromverteilerstrukturen 36 oder an den
Stromverteilerstrukturen 63. Das heißt, die
Durchkontaktierungen 3 können die Bereiche der Schicht 46 vollständig durchdringen und damit auch vollständig durch die Halbleiterschichtenfolge 2 verlaufen.
In Figur 22 sind schematische Draufsichten auf die erste Hauptseite 21 dargestellt, bevor die Passivierungsschicht 48 und die erste Kontaktstruktur 41 aufgebracht wird.
Gemäß Figur 22A verläuft die zweite Kontaktstruktur 42 in einem rechteckigen oder quadratischen Gitter und verbindet Gruppen von Durchkontaktierungen 3 oder bevorzugt alle
Durchkontaktierungen 3 elektrisch ohmsch leitend miteinander. Demgegenüber ist in Figur 22B gezeigt, dass durch die
Kontaktstruktur 42 auch ein hexagonales Gitter gebildet sein kann .
In den Figuren 23 bis 26 sind verschiedene
Gestaltungsmöglichkeiten der Kontaktflächen 51, 52 gezeigt. Gemäß Figur 23 sind die Kontaktflachen 51, 52 gestaltet, wie etwa in Verbindung mit Figur 8 veranschaulicht. Das heißt, die zweiten Kontaktflachen 52 befinden sich an einem Rand der ersten Hauptseite 21 an einer einzigen Seite der ersten
Kontaktflache 51.
Der Rand um die erste Kontaktflache 51 herum weist
beispielsweise eine Breite von mindestens 10 ym oder 30 ym und/oder von höchstens 100 ym oder 60 ym auf. Dies kann gleichermaßen in allen andren Ausführungsbeispielen der Fall sein .
Demgegenüber erstrecken sich in Figur 24 die Streifen der zweiten Kontaktstruktur beidseitig über die erste
Kontaktflache 51 hinaus. Damit liegen mehrere zweite
Kontaktflachen 52 an zwei einander gegenüberliegenden Seiten der ersten Kontaktflache 51 am Rand der ersten Hauptseite 21 vor .
Gemäß Figur 25 liegen die zweiten Kontaktflächen 52 an allen vier Seiten der ersten Kontaktfläche 51. Die zweite
Kontaktstruktur 42 ist beispielsweise gestaltet, wie in Figur 22A illustriert.
Gemäß der Figuren 23 bis 25 sind die zweiten Kontaktflächen 52 elektrisch einzeln kontaktierbar. Damit können Gruppen von Durchkontaktierungen 3 elektrisch unabhängig voneinander angesteuert werden.
Abweichend von den Darstellungen der Figuren 23 bis 25 kann auch jeweils nur eine oder können nur zwei elektrische
Kontaktflächen 52 vorhanden sein, die sich am Rand der ersten Hauptseite 21 streifenförmig an einer oder an zwei Kanten entlang der ersten Kontaktflache 51 erstrecken oder auch, entsprechend einer Modifikation der Figur 25, rahmenförmig um die gesamte erste Kontaktflache 51 herum verlaufen können.
Entlang der Streifen für die zweiten Kontaktstrukturen 42 der Figuren 23 bis 25 können jeweils unterschiedliche Dichten der Durchkontaktierungen vorliegen. Außerdem können zusätzlich diagonale Streifen für die zweiten Kontaktstrukturen 42 vorhanden sein, nicht gezeichnet. Weiterhin ist es möglich, die Streifen für die zweiten Kontaktstrukturen 42 mit einem Dickengradienten zu versehen, beispielsweise mit dickeren Streifen in einer Mitte des Halbleiterbauteils 1. Dadurch lassen sich Stromdichten einstellen, ohne eine Dichte oder eine Gestalt der Durchkontaktierungen 3 verändern zu müssen. Um eine grobe Pixelierung zu erzielen, kann jede
Kontaktfläche 52 auch elektrisch einzeln steuerbar sein.
Gleiches gilt für alle anderen Ausführungsbeispiele.
In Figur 26 ist illustriert, dass sich die zweite
Kontaktfläche 52 innerhalb der ersten Kontaktfläche 51 befindet. Das heißt, in Draufsicht gesehen kann die große erste Kontaktfläche 51 einen geschlossenen Rahmen um die kleine zweite Kontaktfläche 52 herum bilden.
Im Ausführungsbeispiel der Figur 27 ist gezeigt, dass das Halbleiterbauteil 1 eine Strahlungsblende 8 umfasst. Die Strahlungsblende 8 ist beispielsweise aus einem weiß
erscheinenden, diffus reflektierenden Material. Von einem Rand her bedeckt die Strahlungsblende 8 einen Teil der
Abstrahlseite 10. Mit einer solchen Blende 8 lassen sich hohe Leuchtdichten erzielen. In der Draufsicht auf die erste Hauptseite 21 der Figur 28 ist illustriert, dass die Durchkontaktierungen 3 mit einem Dichtegradienten angeordnet sein können. Mittig in der ersten Hauptseite 21 sind die Durchkontaktierungen 3 nahe
beieinander angeordnet und an einem Rand der ersten
Hauptseite 21 ist ein Abstand zwischen benachbarten
Durchkontaktierungen 3 größer.
Die erste Kontaktflache 51 erstreckt sich bevorzugt
vollständig über den Bereich hoher Flächendichte der
Durchkontaktierungen 3 hinweg. Dies ist in Figur 28 als Strich-Linie für die erste Kontaktfläche 51 symbolisiert.
Damit lassen sich mittig in der ersten Hauptseite 21 höhere Stromdichten und somit eine gesteigerte Lichterzeugung realisieren. Eine solche Anordnung ist insbesondere in
Kombination mit der Strahlungsblende 8 der Figur 27
vorteilhaft, um eine hohe Strahlungsauskoppeleffizienz zu erreichen .
Die in den Figuren gezeigten Komponenten folgen, sofern nicht anders kenntlich gemacht, bevorzugt in der angegebenen
Reihenfolge jeweils unmittelbar aufeinander. Sich in den Figuren nicht berührende Schichten sind bevorzugt voneinander beabstandet. Soweit Linien parallel zueinander gezeichnet sind, sind die entsprechenden Flächen bevorzugt ebenso parallel zueinander ausgerichtet. Ebenfalls, soweit nicht anders kenntlich gemacht, sind die relativen Positionen der gezeichneten Komponenten zueinander in den Figuren korrekt wiedergegeben .
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 .
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2018 125 281.1, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Bezugszeichenliste
1 optoelektronisches Halbleiterbauteil
10 Abstrahlseite
2 Halbleiterschichtenfolge
20 aktive Zone
21 erste Hauptseite
22 zweite Hauptseite
29 Aufwachssubstrat
3 elektrische Durchkontaktierung
41 erste elektrische Kontaktstruktur
42 zweite elektrische Kontaktstruktur
44 elektrisch isolierender Kontaktspiegel
46 transparente elektrisch leitfähige Verbindungsschicht
48 elektrisch isolierende Passivierungsschicht
51 Kontaktflache zur externen elektrischen Kontaktierung
52 Kontaktflache zur externen elektrischen Kontaktierung
6 Stromaufweitungsschicht
63 Stromverteilerstruktur
7 Träger
76 Klebstoff
77 temporärer Zwischenträger
8 Strahlungsblende
91 erste Mikroprismen
92 zweite Mikroprismen

Claims

Patentansprüche
1. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) mit
- einer Halbleiterschichtenfolge (2) zur Erzeugung von rotem oder orangem Licht mit einer ersten Hauptseite (21) und mit einer zweiten Hauptseite (22),
- mehreren elektrischen Durchkontaktierungen (3) durch die Halbleiterschichtenfolge (2) hindurch,
- einer ersten elektrischen Kontaktstruktur (41), die die erste Hauptseite (21) elektrisch flächig kontaktiert, und
- mindestens einer zweiten elektrischen Kontaktstruktur (42) an der ersten Hauptseite (21),
wobei
- die mindestens eine zweite Kontaktstruktur (42) mehrere der Durchkontaktierungen (3) elektrisch miteinander verbindet, und
- die zweite Kontaktstruktur (42) in die erste
Kontaktstruktur (41) eingebettet ist.
2. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach dem vorhergehenden Anspruch,
das eine Leuchtdiode ist, wobei
- sich an der zweiten Hauptseite (22) eine
Stromaufweitungsschicht (6) aus einem transparenten Material befindet,
- die Durchkontaktierungen (3) in oder auf der
Stromaufweitungsschicht (6) enden,
- die erste Kontaktstruktur (41) eine erste Kontaktflache (51) und die zweite Kontaktstruktur (42) zumindest eine zweite Kontaktflache (52) zur externen elektrischen
Kontaktierung des Halbleiterbauteils (1) umfasst und sich alle Kontaktflachen (51, 52) an der ersten Hauptseite (21) befinden, und - die erste Hauptseite (21) und die zweite Kontaktstruktur (42) in Draufsicht auf die erste Hauptseite (21) gesehen je zu mindestens 80 % von der ersten Kontaktflache (51) bedeckt sind .
3. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach dem vorhergehenden Anspruch,
bei dem in Draufsicht gesehen
- die erste Kontaktflache (51) einen Zentralbereich der ersten Hauptseite (21) vollständig und ununterbrochen bedeckt und einen Rand der ersten Hauptseite (21) teilweise oder vollständig frei lässt, und
- sich die mindesten eine zweite Kontaktfläche (52) am Rand der ersten Hauptseite (21) befindet.
4. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche,
bei dem die zweite Kontaktstruktur (42) mehrere parallel zueinander verlaufende Streifen umfasst, die in Draufsicht auf die erste Hauptseite (21) gesehen die erste Kontaktfläche (51) an zwei einander gegenüberliegenden Seiten überragen, und
wobei die mindestens eine zweite Kontaktfläche (52) jeweils an den Enden der Streifen der zweiten Kontaktstruktur (42) angebracht ist.
5. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem mehrere zweite elektrische Kontaktstrukturen (42) vorhanden sind, sodass die Durchkontaktierungen (3)
gruppenweise elektrisch unabhängig voneinander ansteuerbar sind .
6. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
ferner umfassend einen Träger (7) aus einem dielektrischen transparenten Material an der zweiten Hauptseite (22), wobei der Träger (7) die zweite Hauptseite (22) vollständig überdeckt und ein Lichtauskoppelelement des
Halbleiterbauteils (1) bildet.
7. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
ferner umfassend mindestens eine metallische
Stromverteilerstruktur (63),
wobei sich die Stromverteilerstruktur (63) ausgehend von den Durchkontaktierungen (3) über einen Teil der zweiten
Hauptseite (22) erstreckt.
8. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach dem vorhergehenden Anspruch,
bei dem mehrere der Stromverteilerstrukturen (63) vorhanden sind, die sich in Draufsicht auf die zweite Hauptseite (22) gesehen je sternförmig von der zugehörigen Durchkontaktierung (3) ausgehend über einen Teil der zweiten Hauptseite (22) erstecken .
9. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach Anspruch
7,
bei dem sich die genau eine Stromverteilerstruktur (63) in Draufsicht auf die zweite Hauptseite (22) gesehen als
Gitternetz und die Durchkontaktierungen (3) elektrisch miteinander verbindend über die zweite Hauptseite (22) erstreckt .
10. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach Anspruch 2 und nach einem der Ansprüche 7 bis 9, bei dem die mindestens eine Stromverteilerstruktur (63) in die Stromaufweitungsschicht (6) eingebettet ist, sodass die mindestens eine Stromverteilerstruktur (63) an einer der Halbleiterschichtenfolge (2) zugwandten Seite als auch an einer der Halbleiterschichtenfolge (2) abgewandten Seite von einem Material der Stromaufweitungsschicht (6) bedeckt ist.
11. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach Anspruch 2 und nach einem der Ansprüche 7 bis 9,
bei dem sich die mindestens eine Stromverteilerstruktur (63) an einer der Halbleiterschichtenfolge (2) abgewandten Seite der Stromaufweitungsschicht (6) befindet, sodass die
Stromaufweitungsschicht (6) und die Stromverteilerstruktur (63) in Richtung weg von der Halbleiterschichtenfolge (2) bündig miteinander abschließen.
12. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach Anspruch 2, nach Anspruch 6 und nach einem der Ansprüche 7 bis 9, bei dem sich die mindestens eine Stromverteilerstruktur (63) an einer der Halbleiterschichtenfolge (2) abgewandten Seite der Stromaufweitungsschicht (6) befindet und in einen
Klebstoff (76) eingebettet ist,
wobei der Träger (7) mit dem Klebstoff (76) an der
Stromaufweitungsschicht (6) befestigt ist und sich die
Stromverteilerstruktur (63) zwischen der
Stromaufweitungsschicht (6) und dem Träger (7) befindet.
13. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach Anspruch
6,
wobei der Träger (7) mittels Bonden oder Löten an der
Halbleiterschichtenfolge befestigt ist.
14. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend einen Kontaktspiegel (44) an der zweiten elektrischen Kontaktstruktur (42) hin zur ersten Hauptseite (21) ,
wobei der Kontaktspiegel (44) für oranges und/oder rotes Licht reflektierend wirkt und elektrisch isolierend ist.
15. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem die Durchkontaktierungen (3) in Draufsicht auf die zweite Hauptseite (22) gesehen einen Dichtegradienten
aufzeigen, sodass die Durchkontaktierungen (3) mittig über der zweiten Hauptseite (22) dichter angeordnet sind als an einem Rand der zweiten Hauptseite (22) .
16. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach dem vorhergehenden Anspruch,
ferner umfassend eine Strahlungsblende (8), die die zweite Hauptseite (22) von einem Rand her teilweise bedeckt, wobei die Strahlungsblende (8) lichtundurchlässig und diffus reflektierend ist.
17. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
das ein Leuchtdiodenchip ist, bei dem
- die Halbleiterschichtenfolge (2) auf InAlGaP basiert,
- die Halbleiterschichtenfolge (2) an der ersten Hauptseite (21) n-dotiert und die zweite Hauptseite (22) p-dotiert ist,
- sich unmittelbar zwischen der ersten Hauptseite (21) und der ersten Kontaktstruktur (41) eine transparente elektrisch leitfähige Verbindungsschicht (46) befindet, und
- eine bestimmungsgemäße Stromdichte zwischen den Hauptseiten
(21, 22) im Betrieb mindestens 10 A/cm^ beträgt.
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