DE10147887C2 - Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement mit einem Kontakt, der eine Mehrzahl von voneinander beabstandeten Kontaktstellen umfaßt - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein strahlungsemittierendes Halblei­ terbauelement mit einem Halbleiterkörper, der eine strah­ lungserzeugende aktive Schicht aufweist, mit einem zentralen Vorderseitenkontakt auf einer Vorderseite des Halbleiterkör­ pers und einem Rückseitenkontakt auf einer Rückseite des Halbleiterkörpers zum Einprägen eines Stroms in den die akti­ ve Schicht enthaltenden Halbleiterkörper.

Üblicherweise wird bei Leuchtdioden der Strom zum Betrieb der Leuchtdiode von einem zentralen Kontakt auf der Vorderseite 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 Aufwei­ tungsschichten eingestellt.

Im Fall von Leuchtdioden, die auf dem Materialsystem InGaAlP basieren, bestehen die Stromaufweitungsschichten üblicherwei­ se 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 be­ gegnet daher großen Schwierigkeiten.

Andere vorgeschlagene Lösungen bestehen darin, strukturierte Kontaktmuster oder transparente Kontakte, wie etwa dünne Me­ tallschichten oder Kontakte aus Indiumzinnoxid (ITO) vorzuse­ hen. Jede dieser Lösungen ist jedoch mit Nachteilen verbun­ den. So weist eine Metallschicht eine nicht zu vernachlässi­ gende 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 semitransparen­ ten Schichten möglichst dünn ausgebildet werden. Dem steht die Forderung nach ausreichender Homogenität, ausreichender Querleitfähigkeit und niedrigem Kontaktwiderstand entgegen. Die für herkömmliche Lumineszenzdioden verwendeten semitrans­ parenten 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 p- dotierte Schicht einer Lumineszenzdiode auf der Basis von InAlGaN eine Kontaktschicht mit einer Dicke von 100 bis 3000 nm 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.

Aus der DE 196 48 309 A1 ist eine LED mit reflektierenden Kontakten bekannt. Die Kontakte sind durch kleine legierte Punkte in einem stark reflektierenden Metall auf der unteren und/oder oberen Oberfläche eines LED-Chips ausgebildet, um einen größtmöglichen Teil der reflektierenden Fläche beizube­ halten.

Aus der JP 61-263 289 A ist eine weitere LED bekannt, welche mehrere gleich beabstandte Elektroden von verschiedenen Grö­ ßen und Formen auf der Rückseite aufweist, um die Rücksei­ tenkontaktfläche der LED einstellen zu können.

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. Weiterhin soll eine im wesentlichen homo­ gene Stromdichte in der lichterzeugenden Schicht auch bei solchen Materialsystemen erreicht werden, bei denen sich das Aufbringen hochqualitativer aktiver Schichten auf Stromauf­ weitungsschichten schwierig und aufwendig gestaltet.

Diese Aufgabe wird durch das strahlungsemittierende Halblei­ terbauelement nach Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausgestal­ tungen des Bauelements ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Erfindungsgemäß wird bei einem gattungsgemäßen strahlungse­ mittierenden Halbleiterbauelement der Rückseitenkontakt so gestaltet, daß er eine Mehrzahl voneinander beabstandeter Kontaktstellen umfaßt, wobei die Fläche der Kontaktstellen mit zunehmendem Abstand zum zentralen Vorderseitenkontakt zu­ nimmt.

Die Erfindung beruht also auf dem Gedanken, den herkömmlichen ganzflächigen Rückseitenkontakt durch eine inhomogene Verteilung von Kontaktstellen zu ersetzten. Dabei wird mit der Flä­ che der Kontaktstellen der Serienwiderstand verändert.

Da die Fläche der Kontaktstellen erfindungsgemäß mit zuneh­ mendem Abstand zum zentralen Vorderseitenkontakt zunimmt, ist der Widerstand im Zentrum des Halbleiterkörpers höher und sinkt zur Kante des Halbleiterkörpers hin ab. Durch Wahl von Fläche und Abstand der Kontaktstellen kann somit ein ge­ wünschtes Stromprofil eingestellt werden.

Bevorzugt sind die Fläche und der Abstand der Kontaktstellen voneinander so gewählt ist, daß der Stromfluß durch die akti­ ve Schicht im Betrieb im wesentlichen homogenen ist.

Die Kontaktstellen sind bevorzugt durch Kontaktpunkte belie­ biger Form gebildet. Zweckmäßig sind insbesondere Ausgestal­ tungen, in denen die Kontaktstellen durch kreisförmige Kontaktpunkte unterschiedlichen Durchmessers oder rechteckige Kontaktpunkte unterschiedlicher Seitenlänge gebildet sind.

Als besonders vorteilhaft wird angesehen, wenn die Mehrzahl beabstandeter Kontaktstellen mehrere Gruppen von Kontaktstel­ len jeweils gleicher Fläche enthält, wobei die Kontaktstellen jeder Gruppe mit im wesentlichen demselben Abstand zum zen­ tralen Vorderseitenkontakt konzentrisch um einen gemeinsamen Mittelpunkt auf der Rückseite des Halbleiterkörpers angeord­ net sind.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die beabstande­ ten Kontaktstellen voneinander durch eine Isolationsschicht getrennt.

Alternativ oder zusätzlich können die beabstandeten Kontakt­ stellen voneinander auch durch in den Halbleiterkörper einge­ brachte Gräben getrennt sein.

Dazu kann in die Rückseite des Halbleiterkörpers eine Mehr­ zahl von beabstandeten Kegel- oder Pyramidenstümpfen einge­ bracht sein, auf deren Deckflächen jeweils Kontaktstellen an­ geordnet sind.

Insbesondere ist dabei die Größe der Kegel- oder Pyramiden­ stümpfe konstant, und die Fläche der auf den Deckflächen an­ geordneten Kontaktstellen nimmt mit zunehmendem Abstand zum zentralen Vorderseitenkontakt zu.

Die Kontaktstellen werden bevorzugt über einen mit Bondmetall versehen Träger für eutektisches Bonden elektrisch kontak­ tiert.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispie­ len im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert wer­ den. Dabei sind jeweils nur die für das Verständnis der Er­ findung wesentlichen Elemente dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Schnittes durch ein Bauelement nach einem Ausführungsbeispiel der Er­ findung;

Fig. 2 eine Aufsicht auf den Rückseitenkontakt des Bauele­ ments von Fig. 1 in Richtung II-II;

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Schnittes durch ein Bauelement nach einem weiteren Ausführungsbei­ spiel der Erfindung;

Fig. 4 eine Aufsicht auf den Rückseitenkontakt des Bauele­ ments 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 Vorderseite 4 des Halbleiter­ körpers 2 ein zentraler Vorderseitenkontakt 6, und auf der Rückseite 5 des Halbleiterkörpers ein Rückseitenkontakt 7 an­ gebracht.

Um eine homogene Stromdichte in der aktiven Schicht 3 zu er­ reichen, besteht der Rückseitenkontakt 7 aus einer Reihe von kreisförmigen Kontaktpunkten 7a-7c, die voneinander durch ei­ ne Isolationsschicht 8 elektrisch isoliert sind.

Wie am besten in Fig. 2 zu erkennen, besteht der Rückseiten­ kontakt 7 im Ausführungsbeispiel aus drei Gruppen von Kon­ taktpunkten, wobei die Kontaktpunkte jeder Gruppe jeweils gleichen Durchmesser aufweisen. Die Kontaktpunkte 7a der er­ sten Gruppe sind entlang der Peripherie 9 der Projektion des zentralen Vorderseitenkontakts 6 auf der 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 Kon­ taktpunkten 7b größeren Durchmessers angeordnet. Wiederum au­ ßerhalb der zweiten Gruppe befinden sich die Kontaktpunkte 7c der dritten Gruppe deren Kontaktpunkte den größten Durchmes­ ser 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 Anordnung von Fig. 2 zeigt, geht die Kurve, auf der die Kontaktpunkte gleicher Größe angeordnet sind, von annä­ hernder Kreisform im Zentrum (Kontaktpunkte 7a) zu annähernd 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 Bond­ metall 12 versehen ist, elektrisch angeschlossen werden.

Eine anderes Ausführungsbeispiel eines strahlungsemittieren­ den Bauelements 21 ist in den Fig. 3 und 4 dargestellt. Bei dieser Ausführungsform wird die Rückseite des Halbleiter­ körpers 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 an­ geschlossen, deren Größe analog zur oben beschriebenen Aus­ führungsform von innen nach außen zunimmt, so daß eine kon­ stante Stromdichte über die Fläche der aktiven Schicht 3 er­ reicht 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 gleich. Sie können dann in einfacher Weise so ge­ staltet 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 (8)

1. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement mit einem Halbleiterkörper (2), der eine strahlungserzeugende aktive Schicht (3) aufweist, mit einem zentralen Vorderseitenkontakt (6) auf einer Vorderseite (4) des Halbleiterkörpers und einem Rückseitenkontakt (7, 24) auf einer Rückseite des Halbleiter­ körpers zum Einprägen eines Stroms in den die aktive Schicht (3) enthaltenden Halbleiterkörper (2), wobei der Rückseiten­ kontakt (7, 24) eine Mehrzahl von voneinander beabstandeten Kontaktstellen (7a-7c; 24a-24c) umfaßt und die Fläche der Kontaktstellen (7a-7c; 24a-24c) mit zunehmendem Abstand zum zentralen Vorderseitenkontakt (6) zunimmt.

2. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, bei dem die Kontaktstellen (7a-7c; 24a-24c) durch kreis­ förmige Kontaktpunkte unterschiedlichen Durchmessers oder rechteckige Kontaktpunkte unterschiedlicher Seitenlänge ge­ bildet sind.

3. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Mehrzahl beabstandeter Kontaktstellen (7a-7c; 24a-24c) mehrere Gruppen von Kontaktstellen jeweils gleicher Fläche enthält, wobei die Kontaktstellen jeder Gruppe mit im wesentlichen demselben Abstand zum zentralen Vorderseitenkontakt (6) kon­ zentrisch um einen gemeinsamen Mittelpunkt auf der Rückseite (5) des Halbleiterkörpers (2) angeordnet sind.

4. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement nach einem der vorigen Ansprüche, bei dem die beabstandeten Kontaktstel­ len (7a-7c; 24a-24c) voneinander durch eine Isolationsschicht (8, 28) getrennt sind.

5. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement nach einem der vorigen Ansprüche, bei dem die beabstandeten Kontaktstel­ len (24a-24c) voneinander durch in den Halbleiterkörper ein­ gebrachte Gräben (22) getrennt sind.

6. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement nach Anspruch 5, bei dem in die Rückseite des Halbleiterkörpers ei­ ne Mehrzahl von beabstandeten Kegel- oder Pyramidenstümpfen (26a-26c) eingebracht ist, auf deren Deckflächen jeweils Kon­ taktstellen (24a-24c) angeordnet sind.

7. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement nach Anspruch 6, bei dem die Größe der Kegel- oder Pyramidenstümpfe (26a-­ 26c) konstant ist, und die Fläche der auf den Deckflächen an­ geordneten Kontaktstellen (24a-24c) mit zunehmendem Abstand zum zentralen Vorderseitenkontakt (6) zunimmt.

8. 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.