DE10147887A1 - Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement - Google Patents

Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement

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Abstract

Bei einem strahlungsemittierenden Halbleiterbauelement mit einem Halbleiterkörper (2), der eine strahlungserzeugende aktive Schicht (3) aufweist, mit einem zentralen Vorderseitenkontakt (6) auf einer Oberseite (4) des Halbleiterkörpers und einem Rückseitenkontakt (7, 24) auf einer Rückseite des Halbleiterkörpers zum Einprägen eines Stroms in den die aktive Schicht (3) enthaltenden Halbleiterkörper (2), umfaßt der Rückseitenkontakt (7, 24) eine Mehrzahl voneinander beabstandeter Kontaktstellen (7a-7c; 24a-24c), wobei die Größe der Kontaktstellen (7a-7c; 24a-24c) mit zunehmendem Abstand zum zentralen Vorderseitenkontakt (6) zunimmt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement mit einem Halbleiterkörper, der eine strahlungserzeugende aktive Schicht aufweist, mit einem zentralen Vorderseitenkontakt auf einer Oberseite des Halbleiterkörpers und einem Rückseitenkontakt auf einer Rückseite des Halbleiterkörpers zum Einprägen eines Stroms in den die aktive Schicht enthaltenden Halbleiterkörper.
  • Üblicherweise wird bei Leuchtdioden der Strom zum Betrieb der Leuchtdiode von einem zentralen Kontakt auf der Oberseite durch den Halbleiter zu einem ganzflächigen Rückseitenkontakt geschickt. Ein grundsätzliches Problem besteht dabei darin, die Stromdichte in der lichterzeugenden Schicht so homogen wie möglich auf die gesamte Chipfläche zu verteilen.
  • Üblicherweise werden zur Lösung dieses Problems eine oder mehrere Stromaufweitungsschichten zwischen der aktiven Zone und dem zentralen Kontakt auf der Chipoberseite aufgebracht. Die Stromaufweitung wird durch eine geeignete Wahl der Schichtdicke und der elektrischen Eigenschaften der Aufweitungsschichten eingestellt.
  • Im Fall von Leuchtdioden, die auf dem Materialsystem InGaAlP basieren, bestehen die Stromaufweitungsschichten üblicherweise aus p-dotiertem GaP.
  • Bei der Herstellung von Dünnfilm-LEDs wird die Fensterschicht in der Regel noch vor der aktiven Schicht auf das Substrat aufgewachsen und wird erst nach dem Transfer auf einen neuen Träger und dem Ablösen des Substrats zur Oberseite der LED. Wegen des großen Unterschiedes in der Gitterkonstanten von etwa 4% ist es jedoch heute nicht möglich, aktive Schichten ausreichender Qualität auf GaP abzuscheiden. Die Herstellung von InGaAlP Dünnfilm-LEDs mit Stromaufweitungsschichten begegnet daher großen Schwierigkeiten.
  • Andere vorgeschlagene Lösungen bestehen darin, strukturierte Kontaktmuster oder transparente Kontakte, wie etwa dünne Metallschichten oder Kontakte aus Indiumzinnoxid (ITO) vorzusehen. Jede dieser Lösungen ist jedoch mit Nachteilen verbunden. So weist eine Metallschicht eine nicht zu vernachlässigende Lichtabsorption auf, während eine Kontaktschicht aus ITO generell einen relativ schlechten elektrischen Kontakt zum Halbleiter bildet.
  • Bisher wurden beispielseweise für die Anschlußkontakte sehr dünne, semitransparente Kontaktschichten verwendet, wie sie auf einem Halbleiterchip auf der Basis von InAlGaN etwa aus der US 5,767,581 A bekannt sind. Um eine hohe Transparenz der Anschlußkontakte zu gewährleisten, müssen die semitransparenten Schichten möglichst dünn ausgebildet werden. Dem steht die Forderung nach ausreichender Homogenität, ausreichender Querleitfähigkeit und niedrigem Kontaktwiderstand entgegen. Die für herkömmliche Lumineszenzdioden verwendeten semitransparenten Kontaktschichten absorbieren daher zwangsweise einen Großteil des durch die Oberfläche austretenden Lichts.
  • Bei hoher thermischer/elektrischer Belastung können darüber hinaus die bekannten optoelektronischen Bauelemente auf der Basis von InAlGaN mit semitransparenten Kontakten aufgrund einer Degradation der Kontaktschicht ausfallen.
  • Aus der DE 199 27 945 A1 ist ferner bekannt, auf die pdotierte Schicht einer Lumineszenzdiode auf der Basis von InAlGaN eine Kontaktschicht mit einer Dicke von 1000 bis 30000 Å aufzubringen. In dieser Kontaktschicht sind Öffnungen mit einer Weite von 0,5 bis 2 µm eingebracht, um eine verbesserte Lichttransmission durch die Kontaktschicht zu ermöglichen.
  • Hier setzt die Erfindung an. Der Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, liegt die Aufgabe zugrunde, ein strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement der eingangs genannten Art anzugeben, das die Nachteile des Stands der Technik vermeidet. Insbesondere soll eine homogene Stromdichte in der lichterzeugenden Schicht auch bei solchen Materialsystemen erreicht werden, bei denen sich das Aufbringen hochqualitativer aktiver Schichten auf Stromaufweitungsschichten schwierig und aufwendig gestaltet.
  • Diese Aufgabe wird durch das strahlungsemittierende Halbleiterbauelement nach Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen des Bauelements ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Erfindungsgemäß wird bei einem gattungsgemäßen strahlungsemittierenden Halbleiterbauelement der Rückseitenkontakt so gestaltet, daß er eine Mehrzahl voneinander beabstandeter Kontaktstellen umfaßt, wobei die Größe der Kontaktstellen mit zunehmendem Abstand zum zentralen Vorderseitenkontakt zunimmt.
  • Die Erfindung beruht also auf dem Gedanken, den herkömmlichen ganzflächigen Rückseitenkontakt durch eine inhomogene Verteilung von Kontaktstellen zu ersetzten. Dabei wird mit der Größe der Kontaktstellen der Serienwiderstand verändert.
  • Da die Größe der Kontaktstellen erfindungsgemäß mit zunehmendem Abstand zum zentralen Vorderseitenkontakt zunimmt, ist der Widerstand im Zentrum des Halbleiterkörpers höher und sinkt zur Kante des Halbleiterkörpers hin ab. Durch Wahl von Größe und Abstand der Kontaktstellen kann somit ein gewünschtes Stromprofil eingestellt werden.
  • Bevorzugt sind die Größe und der Abstand der Kontaktstellen voneinander so gewählt ist, daß der Stromfluß durch die aktive Schicht im Betrieb im wesentlichen homogenen ist.
  • Die Kontaktstellen sind bevorzugt durch Kontaktpunkte beliebiger Form gebildet. Zweckmäßig sind insbesondere Ausgestaltungen, in denen die Kontaktstellen durch kreisförmige oder rechteckige Kontaktpunkte unterschiedlichen Durchmessers gebildet sind.
  • Als besonderen vorteilhaft wird angesehen, wenn die Mehrzahl beabstandeter Kontaktstellen mehrere Gruppen von Kontaktstellen jeweils gleicher Größe enthält, wobei die Kontaktstellen jeder Gruppe mit im wesentlichen demselben Abstand zum zentralen Vorderseitenkontakt konzentrisch um einen gemeinsamen Mittelpunkt auf der Rückseite des Halbleiterkörpers angeordnet sind.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die beabstandeten Kontaktstellen voneinander durch eine Isolationsschicht getrennt.
  • Alternativ oder zusätzlich können die beabstandeten Kontaktstellen voneinander auch durch in dem Halbleiterkörper eingebrachte Gräben getrennt sein.
  • Dazu können in die Rückseite des Halbleiterkörpers eine Mehrzahl von beabstandeten Kegel- oder Pyramidenstümpfen eingebracht sein, auf deren Deckflächen jeweils Kontaktstellen angeordnet sind.
  • Insbesondere ist dabei die Größe der Kegel- oder Pyramidenstümpfen konstant, und die Fläche der auf den Deckflächen angeordneten Kontaktstellen nimmt mit zunehmendem Abstand zum zentralen Vorderseitenkontakt zu.
  • Die Kontaktstellen werden bevorzugt über einen mit Bondmetall versehen Träger für eutektisches Bonden elektrisch kontaktiert.
  • Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei sind jeweils nur die für das Verständnis der Erfindung wesentlichen Elemente dargestellt. Es zeigen:
  • Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Schnittes durch ein Bauelement nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • Fig. 2 eine Aufsicht auf den Rückseitenkontakt des Bauelements von Fig. 1 in Richtung II-II;
  • Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Schnittes durch ein Bauelement nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • Fig. 4 eine Aufsicht auf den Rückseitenkontakt des Bauelements von Fig. 3 in Richtung IV-IV.
  • Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung einen Schnitt durch eine allgemein mit 1 bezeichnete Dünnfilm-LED. Der Halbleiterkörper 2 der Dünnfilm-LED enthält eine aktive Schicht 3, beispielsweise auf Basis von InGaAlP.
  • Zur Stromeinprägung ist auf der Oberseite 4 des Halbleiterkörpers 2 ist ein zentraler Vorderseitenkontakt 6, und auf der Rückseite 5 des Halbleiterkörpers ein Rückseitenkontakt 7 angebracht.
  • Um eine homogene Stromdichte in der aktiven Schicht 3 zu erreichen, besteht der Rückseitenkontakt 7 aus einer Reihe von kreisförmigen Kontaktpunkten 7a-7c, die voneinander durch eine Isolationsschicht 8 elektrisch isoliert sind.
  • Wie am besten in Fig. 2 zu erkennen, besteht der Rückseitenkontakt 7 im Ausführungsbeispiel aus drei Gruppen von Kontaktpunkten, wobei die Kontaktpunkte jeder Gruppe jeweils gleichen Durchmesser aufweisen. Die Kontaktpunkte 7a der erste Gruppe sind entlang der Peripherie 9 der Projektion des zentralen Vorderseitenkontakts 6 auf die Rückseite 5 des Halbleiterkörpers angeordnet. Diese Gruppe von Kontaktpunkten 7a hat den kleinsten Durchmesser aller Kontaktpunkte, mithin den höchsten Widerstand.
  • Außerhalb dieser erste Gruppe ist eine zweite Gruppe von Kontaktpunkten 7b größeren Durchmessers angeordnet. Wiederum außerhalb der zweiten Gruppe befinden sich die Kontaktpunkte 7c der dritten Gruppe deren Kontaktpunkte den größten Durchmesser aufweisen. Mit zunehmenden Durchmesser der Kontaktpunkte nimmt ihr Widerstand ab, so daß ein zunehmender Anteil des Stromflusses über die niedrigohmigeren Strompfade fließt, den die größeren Kontaktpunkte anbieten.
  • Es ist für den Fachmann offensichtlich, daß durch geeignete Wahl der Durchmesser und der Abstände der Kontaktpunkte 7a-7c ein über die gesamte Chipfläche im wesentlichen homogenes Stromdichteprofil erreicht werden kann.
  • Wie die Anorndung von Fig. 2 zeigt, geht die Kurve, auf der die Kontaktpunkte gleicher Größe angeordnet sind, von annähernder Kreisform im Zentrum (Kontaktpunkte 7a) zu annähernde quadratischer Form (Kontaktpunkte 7c) über, um sowohl die Geometrie des kreisförmigen Vorderseitenkontakts 6, als auch des quadratischen LED-Chips zu berücksichtigen.
  • Die Kontaktpunkte können, erneut mit Bezug auf Fig. 1, durch einen Träger für eutektisches Bonden 10, der mit einem Bondmetall 12 versehen ist, elektrisch angeschlossen werden.
  • Eine anderes Ausführungsbeispiel eines strahlungsemittierenden Bauelements 21 ist in den Fig. 3 und 4 dargestellt. Bei dieser Ausführungsform wird die Rückseite des Halbleiterkörpers 2 vor dem Bondprozess in ein Muster von abgeschnittenen Kegelstümpfen 26a-26c strukturiert, die durch Gräben 22 voneinander getrennt sind.
  • Die geätzten Strukturen werden mit Kontaktpunkten 24a-24c angeschlossen, deren Größe analog zur oben beschriebenen Ausführungsform von innen nach außen zunimmt, so daß eine konstante Stromdichte über die Fläche der aktiven Schicht 3 erreicht wird. Die einzelnen Kontaktpunkte sind auch hier durch eine Isolationsschicht 28 elektrisch voneinander isoliert.
  • Die Größe der Kegelstümpfe 26a-26c ist bevorzugt über die Chipfläche. Sie können dann in einfacher Weise so gestaltet werden, daß sie sich vorteilhaft auf die Auskopplung des Lichts aus dem Halbleiterkristall auswirken.
  • Der elektrische Anschluß der Kontaktpunkte 24a-24c kann in gleicher Weise wie im Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben, durch einen Träger für eutektisches Bonden erfolgen.

Claims (9)

1. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement mit einem Halbleiterkörper (2), der eine strahlungserzeugende aktive Schicht (3) aufweist, mit einem zentralen Vorderseitenkontakt (6) auf einer Oberseite (4) des Halbleiterkörpers und einem Rückseitenkontakt (7, 24) auf einer Rückseite des Halbleiterkörpers zum Einprägen eines Stroms in den die aktive Schicht (3) enthaltenden Halbleiterkörper (2), dadurch gekennzeichnet, daß der Rückseitenkontakt (7, 24) eine Mehrzahl voneinander beabstandeter Kontaktstellen (7a-7c; 24a-24c) umfaßt, wobei die Größe der Kontaktstellen (7a-7c; 24a-24c) mit zunehmendem Abstand zum zentralen Vorderseitenkontakt (6) zunimmt.
2. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, bei dem die Größe und der Abstand der Kontaktstellen (7a- 7c; 24a-24c) voneinander so gewählt ist, daß der Stromfluß durch die aktive Schicht (3) im Betrieb im wesentlichen homogenen ist.
3. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Kontaktstellen (7a-7c; 24a-24c) durch kreisförmige oder rechteckige Kontaktpunkte unterschiedlichen Durchmessers gebildet sind.
4. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement nach einem der vorigen Ansprüche, bei dem die Mehrzahl beabstandeter Kontaktstellen (7a-7c; 24a-24c) mehrere Gruppen von Kontaktstellen jeweils gleicher Größe enthält, wobei die Kontaktstellen jeder Gruppe mit im wesentlichen demselben Abstand zum zentralen Vorderseitenkontakt (6) konzentrisch um einen gemeinsamen Mittelpunkt auf der Rückseite (5) des Halbleiterkörpers (2) angeordnet sind.
5. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement nach einem der vorigen Ansprüche, bei dem die beabstandeten Kontaktstellen (7a-7c; 24a-24c) voneinander durch eine Isolationsschicht (8, 28) getrennt sind.
6. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement nach einem der vorigen Ansprüche, bei dem die beabstandeten Kontaktstellen (24a-24c) voneinander durch in dem Halbleiterkörper eingebrachte Gräben (22) getrennt sind.
7. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement nach Anspruch 6, bei dem in die Rückseite (5) des Halbleiterkörpers (2) eine Mehrzahl von beabstandeten Kegel- oder Pyramidenstümpfen (26a-26c)eingebracht sind, auf deren Deckflächen jeweils Kontaktstellen (24a-24c) angeordnet sind.
8. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement nach Anspruch 7, bei dem die Größe der Kegel- oder Pyramidenstümpfen (26a- 26c) konstant ist, und die Fläche der auf den Deckflächen angeordneten Kontaktstellen (24a-24c) mit zunehmendem Abstand zum zentralen Vorderseitenkontakt (6) zunimmt.
9. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement nach einem der vorigen Ansprüche, bei dem die Kontaktstellen (7a-7c; 24a-24c) über einen mit Bondmetall (12) versehen Träger für eutektisches Bonden (10) elektrisch kontaktiert werden.
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