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Die
Erfindung betrifft einen Halbleiterchip sowie ein Verfahren zur
Herstellung eines Halbleiterchips.
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LED-Halbleiterchips
weisen oftmals eine hohe interne Quanteneffizienz auf. Diese gibt
an, welcher Anteil von Elektron-Loch-Paaren im aktiven Bereich unter
Emission von Strahlung in Form von Photonen rekombiniert. Allerdings
tritt die erzeugte Strahlung meist nicht vollständig aus
dem Halbleiterchip aus, sondern wird teilweise, beispielsweise aufgrund
von Totalreflexion, an der Grenzfläche des Halbleiterchips
in den Halbleiterchip zurückreflektiert und in diesem absorbiert.
Je mehr erzeugte Photonen im Halbleiterchip aufgrund von Absorption
für die nutzbare, aus dem Halbleiterchip austretende, Strahlung
verloren gehen, desto geringer ist die Auskoppeleffizienz des Halbleiterchips.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Halbleiterchip
anzugeben, bei dem die Auskoppeleffizienz im Betrieb des Halbleiterchips
gesteigert ist. Weiterhin soll ein Verfahren angegeben werden, mit
dem ein Halbleiterchip mit gesteigerter Auskoppeleffizienz vereinfacht
hergestellt werden kann.
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Diese
Aufgaben werden durch einen Halbleiterchip gemäß Patentanspruch
1 beziehungsweise durch ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterchips
gemäß Patentanspruch 29 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen
und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen
Patentansprüche.
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Gemäß einer
Ausführungsform weist ein Halbleiterchip einen Halbleiterkörper,
der eine Halbleiterschichtenfolge mit einem zur Erzeugung von Strahlung
vorgesehenen aktiven Bereich umfasst, auf. Auf dem Halbleiterkörper
ist eine Spiegelstruktur angeordnet. Die Spiegelstruktur weist eine
Spiegelschicht und eine zumindest bereichsweise zwischen der Spiegelschicht
und dem Halbleiterkörper angeordnete dielektrische Schichtstruktur
auf.
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Im
Betrieb des Halbleiterchips im aktiven Bereich erzeugte Strahlung
kann von der Spiegelstruktur in den Halbleiterkörper zurück
reflektiert werden. Eine Absorption von Strahlung in vom aktiven
Bereich aus gesehen der Spiegelstruktur nachgeordneten Bereichen
des Halbleiterchips kann so vermieden werden. Nachfolgend kann die
Strahlung aus dem Halbleiterchip austreten. Dadurch kann die Auskoppeleffizienz
des Halbleiterchips gesteigert werden.
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Die
Spiegelschicht enthält vorzugsweise ein Metall oder eine
metallische Legierung. Beispielsweise kann die Spiegelschicht Gold,
Silber, Aluminium, Rhodium, Platin, Titan oder Palladium enthalten
oder aus einem solchen Material bestehen. Auch eine metallische
Legierung mit zumindest einem der genannten Metalle kann Anwendung
finden.
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In
einer Ausgestaltungsvariante enthält die dielektrische
Schichtstruktur genau eine dielektrische Schicht. Eine derartige
dielektrische Schichtstruktur zeichnet sich insbesondere durch eine
einfache Herstellbarkeit aus.
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In
einer alternativen Ausgestaltungsvariante weist die dielektrische
Schichtstruktur eine Mehrzahl von dielektrischen Schichten auf.
Mittels der dielektrischen Schichten kann eine dielektrische Spiegelstruktur
gebildet sein. Insbesondere kann die dielektrische Spiegelstruktur
als Bragg-Spiegel ausgebildet sein. Mit einer solchen dielektrischen
Spiegelstruktur sind hohe Reflektivitäten für
im aktiven Bereich erzeugte Strahlung erzielbar.
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Strahlung,
die in einem Winkel auf die dielektrische Schichtstruktur auftritt,
in dem die Reflektivität der dielektrischen Schichtstruktur
vergleichsweise gering ist, kann durch die dielektrische Schichtstruktur
hindurch treten und nachfolgend an der Spiegelschicht reflektiert
werden. Insbesondere im Vergleich zur dielektrischen Spiegelstruktur
weist die Reflektivität der, vorzugsweise metallischen
oder auf einer metallischen Legierung basierenden, Spiegelschicht eine
vergleichsweise geringe Abhängigkeit vom Auftreffwinkel
der Strahlung auf. Durch die Kombination der dielektrischen Schichtstruktur
mit der Spiegelschicht kann somit ein besonders hoher Anteil von auf
die Spiegelstruktur auftreffender Strahlung an dieser reflektiert
werden. Die Reflektivität der Spiegelstruktur für
im aktiven Bereich erzeugte Strahlung kann 80% oder mehr, bevorzugt
90% oder mehr, besonders bevorzugt 95% oder mehr, betragen.
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Zumindest
eine Schicht der dielektrischen Schichtstruktur enthält
bevorzugt ein Oxid, etwa SiO2, ein Nitrid,
etwa Si3N4, oder
ein Oxinitrid, etwa SiON.
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Der
Halbleiterkörper kann eine Seitenfläche aufweisen,
die den Halbleiterkörper, insbesondere den aktiven Bereich,
in lateraler Richtung begrenzt. Unter einer lateralen Richtung wird
hierbei eine Richtung verstanden, die entlang einer Haupterstreckungsrichtung
der Schichten der Halbleiterschichtenfolge verläuft. Die
Seitenfläche erstreckt sich vorzugsweise senkrecht oder
schräg zur Haupterstreckungsrichtung der Schichten der
Halbleiterschichtenfolge.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung erstreckt sich die Spiegelstruktur,
insbesondere die dielektrische Schichtstruktur, zumindest bereichsweise
bis zu der den Halbleiterkörper begrenzenden Seitenfläche des
Halbleiterkörpers. Insbesondere kann sich die Spiegelstruktur über
den gesamten Umfang des Halbleiterkörpers in lateraler
Richtung bis zu der Seitenfläche oder gegebenenfalls bis
zu weiteren, jeweils den Halbleiterkörper begrenzenden,
Seitenflächen des Halbleiterkörpers erstrecken.
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Weitergehend
kann sich die Spiegelstruktur, insbesondere dielektrische Schichtstruktur,
in lateraler Richtung zumindest bereichsweise über die
den Halbleiterkörper begrenzende Seitenfläche
hinaus, insbesondere eben, fortsetzen. Weiterhin bevorzugt ist die
den Halbleiterkörper begrenzende Seitenfläche
frei von Material für die dielektrische Schichtstruktur.
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Auch
die Spiegelschicht kann sich in lateraler Richtung zumindest bereichsweise über
die den Halbleiterkörper begrenzende Seitenfläche
hinaus, insbesondere eben, fortsetzen.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung ist auf dem Halbleiterkörper
eine Kontaktstruktur angeordnet. Die Kontaktstruktur kann auf derselben
Seite des Halbleiterkörpers angeordnet sein wie die dielektrische
Schichtstruktur. Die Kontaktstruktur dient der externen elektrischen
Kontaktierung des Halbleiterchips.
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Weiterhin
bevorzugt weist der Halbleiterchip eine weitere Kontaktstruktur
auf. Insbesondere kann die weitere Kontaktstruktur auf der der Kontaktstruktur
abgewandten Seite des aktiven Bereichs auf dem Halbleiterkörper
angeordnet sein. Mittels dieser Kontaktstrukturen können
im Betrieb des Halbleiterchips Ladungsträger in den Halbleiterkörper
injiziert werden.
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Der
Halbleiterchip weist vorzugsweise eine Strahlungsaustrittsfläche
auf, die sich in lateraler Richtung erstreckt. Die Spiegelstruktur,
insbesondere die dielektrische Schichtstruktur, ist vorzugsweise auf
der der Strahlungsaustrittsfläche abgewandten Seite des
aktiven Bereichs angeordnet. Im aktiven Bereich erzeugte und in
Richtung der Spiegelschicht abgestrahlte Strahlung kann mittels
der dielektrischen Schichtstruktur in Richtung der Strahlungsaustrittsfläche
reflektiert werden und schließlich durch diese Strahlungsaustrittsfläche
austreten.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist der Halbleiterchip
einen Träger auf, auf dem der Halbleiterkörper
angeordnet ist. Der Träger ist also Teil des Halbleiterchips
und dient insbesondere der mechanischen Stabilisierung des Halbleiterkörpers. Weiterhin
kann der Träger von einem Aufwachssubstrat für
die Halbleiterschichtenfolge verschieden sein. Der Träger
muss daher nicht die hohen Anforderungen an die Kristallinität
eines Aufwachssubstrats erfüllen, sondern kann vielmehr
im Hinblick auf andere physikalische Eigenschaften, etwa eine hohe thermische
Leitfähigkeit oder eine hohe mechanische Stabilität,
ausgewählt werden. Beispielsweise kann der Träger
Silizium, Siliziumkarbid, Germanium, Galliumarsenid, Galliumnitrid,
Galliumphosphid oder ein anderes Halbleitermaterial enthalten oder
aus einem solchen Material bestehen. Die elektrische Leitfähigkeit
eines solchen Trägers kann beispielsweise mittels Dotierung
gesteigert sein. Auch ein elektrisch isolierender Träger,
etwa ein Träger der Aluminiumnitrid oder Saphir enthält
oder aus einem solchen Material besteht, kann Anwendung finden.
Der Träger kann mittels einer Verbindungsschicht an dem
Halbleiterkörper befestigt sein. Beispielsweise kann die Verbindungsschicht
ein Lot oder einen Kleber enthalten.
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Alternativ
kann der Träger mittels einer Schicht gebildet sein, die
auf dem Halbleiterkörper abgeschieden ist. Hierbei ist
die Schicht hinreichend dick, um den Halbleiterkörper mechanisch
zu stabilisieren. Der Träger kann beispielsweise mittels
einer metallischen oder einer auf einer metallischen Legierung basierenden
Schicht gebildet sein.
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Der
Träger ist bevorzugt auf der der Strahlungsaustrittsfläche
abgewandten Seite des Halbleiterkörpers angeordnet. Weiterhin
ist die Spiegelstruktur vorzugsweise zwischen dem Träger
und dem Halbleiterkörper angeordnet. Im aktiven Bereich
erzeugte und in Richtung des Trägers abgestrahlte Strahlung
kann so an der Spiegelstruktur in Richtung der Strahlungsaustrittsfläche
reflektiert werden und schließlich durch diese Strahlungsaustrittsfläche austreten.
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In
einer bevorzugten Weiterbildung ragt der Träger in Aufsicht
auf den Halbleiterchip zumindest bereichsweise über den
Halbleiterkörper hinaus. In diesem Fall kann sich die Spiegelstruktur,
insbesondere die dielektrische Schichtstruktur, über die
Seitenfläche des Halbleiterkörpers hinaus bis
zu einer den Träger begrenzenden Seitenfläche
des Trägers erstrecken. Die Spiegelstruktur, insbesondere
die dielektrische Schichtstruktur, kann sich also parallel zum Träger über
die Seitenfläche des Halbleiterchips hinaus erstrecken.
Auch durch die Seitenfläche des Halbleiterkörpers
in Richtung des Trägers austretende Strahlung kann so von
der Spiegelstruktur reflektiert werden. Absorption von im aktiven
Bereich erzeugter Strahlung im Träger kann also besonders
effizient vermindert werden.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Kontaktstruktur mittels
der Spiegelschicht gebildet. Die Spiegelschicht kann also sowohl
der elektrischen Kontaktierung des Halbleiterkörpers als
auch einer Verspiegelung der dielektrischen Schichtstruktur dienen.
Hierbei kann sich die Spiegelschicht vollständig oder nur
bereichsweise über eine, vorzugsweise dem Träger
zugewandte, Oberfläche des Halbleiterkörpers erstrecken.
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In
einer bevorzugten Weiterbildung weist die dielektrische Schichtstruktur
eine Aussparung auf. Die Kontaktstruktur kann in dieser zumindest
einen Aussparung der dielektrischen Schichtstruktur ausgebildet
sein. Weitergehend kann die dielektrische Schichtstruktur mittels
der Aussparung in zumindest zwei separate Teilbereiche geteilt sein.
Die Aussparung kann also zwischen den separaten Teilbereichen ausgebildet
sein. Beispielsweise kann die dielektrische Schichtstruktur einen
inneren Teilbereich und einen äußeren Teilbereich
aufweisen, wobei der äußere Teilbereich den inneren
Teilbereich in lateraler Richtung vollständig umlaufen
kann. In diesem Fall kann der äußere Teilbereich rahmenartig
ausgebildet sein.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung sind die dielektrische
Schichtstruktur und die Kontaktstruktur zumindest bereichsweise
nebeneinander angeordnet. Im Betrieb des Halbleiterchips werden Ladungsträger
in einem an die Kontaktstruktur angrenzenden Bereich des Halbleiterkörpers
in den Halbleiterkörper injiziert. An Stellen des Halbleiterkörpers,
die an die dielektrische Schichtstruktur angrenzen, werden dagegen
keine Ladungsträger injiziert. Mittels der dielektrischen
Schichtstruktur kann also in lateraler Richtung zumindest ein Bereich
der Oberfläche des Halbleiterkörpers definiert
sein, über den im Betrieb des Halbleiterchips keine Ladungsträger
in den Halbleiterkörper injiziert werden.
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Beispielsweise
kann die dielektrische Schichtstruktur, insbesondere der innere
Teilbereich der dielektrischen Schichtstruktur, in einer Aufsicht auf
den Halbleiterchip mit einem Bereich der Strahlungsaustrittsfläche überlappen,
der, beispielsweise durch die weitere Kontaktstruktur, abgeschattet
ist. Der innere Teilbereich der dielektrischen Schichtstruktur kann
hierbei in seiner lateralen Formgebung an die Form der weiteren
Kontaktstruktur angepasst sein. Der Anteil von Strahlung, der unterhalb der
weiteren Kontaktstruktur erzeugt und von dieser absorbiert wird,
kann so vermindert werden.
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Weiterhin
kann die dielektrische Schichtstruktur in lateraler Richtung derart
ausgebildet sein, etwa durch eine rahmenartige Ausbildung der dielektrischen
Schichtstruktur beziehungsweise des äußeren Teilbereichs
der dielektrischen Schichtstruktur, dass die Injektion von Ladungsträgern
im Randbereich des Halbleiterkörpers, also nahe der Seitenfläche
des Halbleiterkörpers, vermindert ist. Auf diese Weise
kann die nicht-strahlende Rekombination von Ladungsträgern
im Halbleiterkörper verringert werden.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist zwischen der Spiegelschicht
und dem Halbleiterkörper durchgehend die dielektrische
Schichtstruktur angeordnet.
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Weiterhin
bevorzugt weist die Spiegelschicht eine Aussparung auf, wobei die
Aussparung der Spiegelschicht mit der Aussparung der dielektrischen Schichtstruktur überlappt.
In diesem Fall können die Kontaktstruktur und die Spiegelschicht
voneinander beabstandet ausgebildet sein.
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Die
Kontaktstruktur und/oder die weitere Kontaktstruktur kann mehrschichtig
ausgebildet sein. Insbesondere kann zumindest eine Schicht der Kontaktstruktur
beziehungsweise der weiteren Kontaktstruktur ein TCO-Material (transparent
conductive Oxide, kurz „TCO") enthalten. Bevorzugt grenzt
eine TCO-Material enthaltende Schicht an den Halbleiterkörper
an.
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TCO-Materialien
sind transparente, leitende Materialien, in der Regel Metalloxide,
wie beispielsweise Zinkoxid, Zinnoxid, Cadmiumoxid, Titanoxid, Indiumoxid
oder Indiumzinnoxid (ITO). Neben binären Metallsauerstoffverbindungen,
wie beispielsweise ZnO, SnO2 oder In2O3 gehören
auch ternäre Metallsauerstoffverbindungen, wie beispielsweise Zn2SnO4, CdSnO3, ZnSnO3, MgIn2O4, GaInO3, Zn2In2O5 oder In4Sn3O12 oder Mischungen
unterschiedlicher transparenter leitender Oxide zu der Gruppe der
TCOs. Weiterhin entsprechen die TCOs nicht zwingend einer stöchiometrischen
Zusammensetzung. Die TCOs können auch p- oder n-dotiert sein.
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Weiterhin
kann die Kontaktstruktur eine Reflektorschicht aufweisen. Die Reflektorschicht
ist vorzugsweise näher am Halbleiterkörper angeordnet
als die Spiegelschicht. Die Reflektorschicht kann an den Halbleiterkörper
angrenzen. Alternativ kann die TCO-Material enthaltende Schicht
der Kontaktstruktur zwischen der Reflektorschicht und dem Halbleiterkörper
angeordnet sein.
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Entsprechend
kann die weitere Kontaktstruktur eine weitere Reflektorschicht aufweisen.
Die weitere Reflektorschicht ist vorzugsweise zwischen dem Halbleiterkörper
und einer Anschluss-Schicht der weiteren Kontaktstruktur angeordnet.
Die Anschluss-Schicht ist zur externen elektrischen Kontaktierung
des Halbleiterchips, beispielsweise mittels eines Bond-Drahts, vorgesehen.
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An
der Reflektorschicht beziehungsweise an der weiteren Reflektorschicht
kann im aktiven Bereich des Halbleiterchips erzeugte Strahlung in
den Halbleiterkörper zurück reflektiert werden.
Eine Absorption von Strahlung in einer vom aktiven Bereich aus gesehen
der Reflektorschicht beziehungsweise der weiteren Reflektorschicht
nachgeordneten Schicht der Kontaktstruktur beziehungsweise der weiteren
Kontaktstruktur kann so vermieden oder zumindest vermindert werden.
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Insbesondere
können die Reflektorschicht und/oder die weitere Reflektorschicht
ein Metall oder eine metallische Legierung enthalten. Beispielsweise eignen
sich Gold, Silber, Aluminium, Rhodium, Platin, Titan, Palladium
oder eine Legierung mit zumindest einem dieser Materialien.
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Insbesondere
für den Fall, dass die Reflektorschicht und/oder die weitere
Reflektorschicht an den Halbleiterkörper angrenzt, weist
die Reflektorschicht beziehungsweise die weitere Reflektorschicht
vorzugsweise neben einer hohen Reflektivität für
im aktiven Bereich erzeugte Strahlung auch gute elektrische Kontakteigenschaften
zum Halbleiterkörper auf.
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Falls
die Reflektorschicht und/oder die weitere Reflektorschicht vom Halbleiterkörper
beabstandet sind, kann die Reflektorschicht beziehungsweise die
weitere Reflektorschicht wie die Spiegelschicht überwiegend
in Hinblick auf eine möglichst hohe Reflektivität
für im aktiven Bereich erzeugte Strahlung ausgebildet ist.
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Auf
der dem Halbleiterkörper abgewandten Seite der Reflektorschicht
kann die Spiegelschicht ausgebildet sein. Hierbei kann sich die
Spiegelschicht vollständig oder nur bereichsweise über
die Reflektorschicht erstrecken.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung weist der Halbleiterkörper
eine, vorzugsweise an die Kontaktstruktur oder an die weitere Kontaktstruktur
angrenzende, Tunnelkontaktschicht auf. Die Tunnelkontaktschicht
ist vorzugsweise stark p-leitend oder stark n-leitend dotiert. Weiterhin
weist die Tunnelkontaktschicht einen anderen Leitungstyp auf als
eine andere zwischen dem aktiven Bereich und der Kontaktstruktur
beziehungsweise der weiteren Kontaktstruktur angeordnete Halbleiterschicht.
Mittels der Tunnelkontaktschicht können Ladungsträger
im Betrieb des Halbleiterchips vereinfacht in den Halbleiterkörper
injiziert werden.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die Oberfläche
des Halbleiterkörpers, auf dem die weitere Kontaktstruktur
angeordnet ist, in einem in vertikaler Richtung an die weitere Kontaktstruktur
angrenzenden Bereich eben. In diesem Bereich ist die Oberfläche
des Halbleiterkörpers vorzugsweise geglättet.
Je geringer die Rauhigkeit dieses Bereichs der Oberfläche
ist, desto kann die Reflektivität der Kontaktstruktur sein.
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Weiterhin
bevorzugt weist die Oberfläche in einem lateral an den
ebenen Bereich angrenzenden weiteren Bereich eine Strukturierung
auf. Die Strukturierung ist zur Steigerung der Auskoppeleffizienz von
im aktiven Bereich erzeugter Strahlung aus dem Halbleiterkörper
vorgesehen. Die Strukturierung kann regelmäßig
oder unregelmäßig ausgebildet sein.
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Eine
unregelmäßige Strukturierung kann beispielsweise
mittels Aufrauens der Oberfläche hergestellt sein. Alternativ
kann die Strukturierung regelmäßig, beispielsweise
in Form von Mikroprismen oder in Form eines photonischen Gitters
ausgebildet sein. Bei einem photonischen Gitter liegt eine Periodenlänge
der lateralen Strukturierung, also die Länge, nach der
sich die laterale Strukturierung periodisch wiederholt, im Bereich
der Wellenlänge der im aktiven Bereich erzeugten Strahlung,
etwa zwischen dem 0,1-fachen und dem 10-fachen dieser Wellenlänge
in dem Material, in dem das photonische Gitter ausgebildet ist.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist das Aufwachssubstrat
für die Halbleiterschichtenfolge zumindest bereichsweise
entfernt oder zumindest bereichsweise gedünnt. Ein derartiger
Halbleiterchip wird auch als Dünnfilm-Halbleiterchip bezeichnet.
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Ein
strahlungserzeugender Dünnfilm-Halbleiterchip kann sich
insbesondere durch folgende charakteristische Merkmale auszeichnen:
- – an einer zu einem Trägerelement
hin gewandten ersten Hauptfläche einer strahlungserzeugenden Epitaxieschichtenfolge
ist eine reflektierende Schicht aufgebracht oder ausgebildet, die
zumindest einen Teil der in der Epitaxieschichtenfolge erzeugten
elektromagnetischen Strahlung in diese zurückreflektiert;
- – die Epitaxieschichtenfolge weist eine Dicke im Bereich
von 20 μm oder weniger, insbesondere im Bereich von 10 μm
auf; und/oder
- – die Epitaxieschichtenfolge enthält mindestens eine
Halbleiterschicht mit zumindest einer Fläche, die eine
Durchmischungsstruktur aufweist, die im Idealfall zu einer annähernd
ergodischen Verteilung des Lichtes in der epitaktischen Epitaxieschichtenfolge
führt, d. h. sie weist ein möglichst ergodisch
stochastisches Streuverhalten auf.
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Ein
Grundprinzip eines Dünnfilm-Leuchtdiodenchips ist beispielsweise
in I. Schnitzer et al., Appl. Phys. Lett. 63 (16), 18. Oktober
1993, 2174–2176 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt
insofern hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
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Ein
Dünnfilm-Leuchtdioden-Chip ist in guter Näherung
ein Lambert'scher Oberflächenstrahler und eignet sich von
daher besonders gut für die Anwendung in einem Scheinwerfer.
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Der
Halbleiterchip ist bevorzugt zur Erzeugung von überwiegend
inkohärenter Strahlung vorgesehen. Beispielsweise kann
der Halbleiterchip als ein LED-Chip oder weitergehend als RCLED-Chip (Resonant
Cavity Light Emitting Diode) ausgeführt sein. Bei einer
RCLED ist der aktive Bereich innerhalb einer Kavität angeordnet.
Alternativ kann der Halbleiterchip zur Erzeugung von kohärenter
Strahlung vorgesehen sein. In diesem Fall kann der Halbleiterchip
als ein Halbleiterlaserchip, insbesondere als ein oberflächenemittierender
Halbleiterlaserchip mit internem Resonator (vertical cavity surface
emitting laser, VCSEL) oder als oberflächenemittierender Halbleiterchip
zum Betrieb mit einem externen Resonator (vertical external cavity
surface emitting laser, VECSEL) ausgeführt sein.
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Der
Halbleiterkörper, insbesondere der aktive Bereich, enthält
bevorzugt ein III-V-Halbleitermaterial. III-V-Halbleitermaterialien
sind zur Strahlungserzeugung im ultravioletten (Inx Gay Al1-x-y N) über
den sichtbaren (Inx Gay Al1-x-y N, insbesondere für blaue bis
grüne Strahlung, oder (Inx Gay Al1-x-y P, insbesondere
für gelbe bis rote Strahlung) bis in den infraroten (Inx Gay Al1-x-y As)
Spektralbereich besonders geeignet. Hierbei gilt jeweils 0 ≤ x ≤ 1,
0 ≤ y ≤ 1 und x + y ≤ 1, bevorzugt mit
x ≠ 0, y ≠ 0, x ≠ 1 und/oder y ≠ 1. Mit
III-V-Halbleitermaterialien, insbesondere aus den genannten Materialsystemen,
können weiterhin bei der Strahlungserzeugung vorteilhaft
hohe interne Quanteneffizienzen erzielt werden.
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Gemäß einer
Ausführungsform wird bei einem Verfahren zur Herstellung
eines Halbleiterchips mit jeweils einem Halbleiterkörper,
der eine Halbleiterschichtenfolge mit einem zur Erzeugung von Strahlung
vorgesehenen aktiven Bereich umfasst, zunächst ein Halbleiterschichtstruktursystem
mit dem aktiven Bereich bereitgestellt. Der Halbleiterkörper
mit der Halbleiterschichtenfolge geht während des Herstellungsverfahrens
aus dem Halbleiterschichtstruktursystem hervor.
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Auf
dem vorgefertigten Halbleiterschichtstruktursystem wird eine Spiegelstruktur
ausgebildet, wobei die Spiegelstruktur eine dielektrische Schichtstruktur
und eine Spiegelschicht umfasst. Aus dem Halbleiterschichtstruktursystem
wird der Halbleiterkörper mit der Halbleiterschichtenfolge
ausgebildet. Der Halbleiterchip wird fertig gestellt.
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Auf
diese Weise ist ein Halbleiterchip, der eine Spiegelstruktur umfasst,
vereinfacht herstellbar.
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Vorzugsweise
erfolgt das Ausbilden des Halbleiterkörpers aus dem Halbleiterschichtstruktursystem
nach dem Ausbilden der Spiegelstruktur.
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Das
Halbleiterschichtstruktursystem wird bevorzugt auf einem Aufwachssubstrat
für das Halbleiterschichtstruktursystem bereitgestellt.
Hierbei sind die Halbleiterschichten des Halbleiterschichtstruktursystems
bevorzugt epitaktisch, insbesondere mittels MBE oder MOVPE, auf
dem Aufwachssubstrat abgeschieden.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung wird das Halbleiterschichtstruktursystem,
insbesondere vor dem Ausbilden des Halbleiterkörpers aus
dem Halbleiterschichtstruktursystem, auf einem Träger befestigt.
Der Träger dient insbesondere der mechanischen Stabilisierung
des Halbleiterkörpers. Das Aufwachssubstrat ist für
eine gleich bleibend gute mechanische Stabilisierung also nicht
mehr erforderlich. Alternativ kann der Träger auf dem Halbleiterschichtstruktursystem
abgeschieden werden. Diese kann beispielsweise galvanisch oder mittels
eines anderen Abscheideverfahrens, etwa mittels Aufdampfens oder
Aufsputterns, erfolgen.
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In
einer bevorzugten Weiterbildung wird das Aufwachssubstrat für
das Halbleiterschichtstruktursystem zumindest bereichsweise entfernt
oder zumindest bereichsweise gedünnt. Dies kann beispielsweise
mittels eines mechanischen Prozesses, etwa mittels Schleifens, Glättens
oder Polierens, erfolgen. Auch ein chemischer Prozess, insbesondere
ein Ätzprozess, kann Anwendung finden. Für ein
Entfernen des Aufwachssubstrats kann alternativ oder zusätzlich
ein Laserablöseverfahren eingesetzt werden. Das Aufwachssubstrat
wird vorzugsweise entfernt oder gedünnt, nachdem der Träger
vorgesehen wurde.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung wird auf dem Halbleiterkörper
eine Kontaktstruktur ausgebildet. Zusätzlich kann eine
weitere Kontaktstruktur ausgebildet werden. Die Kontaktstruktur
sowie gegebenenfalls die weitere Kontaktstruktur können
einschichtig oder mehrschichtig ausgebildet sein. Die Schicht beziehungsweise
die Mehrzahl von Schichten der Kontaktstrukturen können
beispielsweise mittels Aufdampfens oder Sputterns abgeschieden werden.
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In
einer bevorzugten Weiterbildung wird eine Oberfläche des
Halbleiterkörpers zumindest bereichsweise geglättet,
wobei die Kontaktstruktur und/oder die weitere Kontaktstruktur nachfolgend
auf dem geglätteten Bereich der Oberfläche ausgebildet werden.
Die Reflektivität der Kontaktstruktur beziehungsweise der
weiteren Kontaktstruktur kann so gesteigert werden. Auf die Kontaktstruktur
beziehungsweise die weitere Kontaktstruktur auftreffende Strahlung
kann so effizient in den Halbleiterkörper zurückreflektiert
werden und nachfolgend aus diesem austreten.
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Das
Glätten des Halbleiterkörpers erfolgt vorzugsweise
mechanisch, insbesondere mittels Schleifens, Lappens oder Polierens.
Alternativ oder ergänzend kann das Glätten auch
chemisch, beispielsweise in einem nasschemischen oder trockenchemischen
Prozess, erfolgen.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung wird eine Oberfläche
des Halbleiterkörpers mit einer Strukturierung versehen.
Ein Bereich der Oberfläche, auf dem die Kontaktstruktur
beziehungsweise die weitere Kontaktstruktur ausgebildet wird, wird
bei der Strukturierung vorzugsweise ausgespart. Die Strukturierung
ist zur Steigerung der Auskoppeleffizienz des Halbleiterchips vorgesehen.
Die Strukturierung kann vor oder nach dem Ausbilden des Halbleiterkörpers
aus dem Halbleiterschichtstruktursystem erfolgen. Beispielsweise
kann die Strukturierung mittels mechanischen Aufrauens der Oberfläche
hergestellt werden. Eine, insbesondere regelmäßige,
Strukturierung, etwa in Form von Mikroprismen oder in Form eines
photonischen Kristalls, kann beispielsweise chemisch, insbesondere
mittels nasschemischen oder trockenchemischen Ätzens, hergestellt
werden.
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Das
beschriebene Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterchips ist
zur Herstellung eines weiter oben beschriebenen Halbleiterchips
besonders geeignet. Im Zusammenhang mit dem Halbleiterchip beschriebene
Merkmale können daher auch für das Verfahren herangezogen
werden und umgekehrt.
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Weitere
Merkmale, vorteilhafte Ausgestaltungen und Zweckmäßigkeiten
der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele
in Verbindung mit den Figuren.
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Es
zeigen:
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1A und 1B ein
erstes Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäßen
Halbleiterchip in schematischer Schnittansicht in 1A und
in schematischer Aufsicht in 1B,
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2 ein
zweites Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäßen
Halbleiterchip in schematischer Schnittansicht,
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3 ein
drittes Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäßen
Halbleiterchip in schematischer Schnittansicht,
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4 ein
viertes Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäßen
Halbleiterchip in schematischer Schnittansicht,
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5 ein
fünftes Ausführungsbeispiel für einen
erfindungsgemäßen Halbleiterchip in schematischer
Schnittansicht,
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6 ein
sechstes Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäßen
Halbleiterchip in schematischer Schnittansicht, und
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7A bis 7D ein
Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes
Verfahren anhand von schematisch in Schnittansichten dargestellten
Zwischenschritten.
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Gleiche,
gleichartige und gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit
gleichen Bezugszeichen versehen.
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Die
Figuren sind jeweils schematische Darstellungen und daher nicht
unbedingt maßstabsgetreu. Vielmehr können vergleichsweise
kleine Elemente und insbesondere Schichtdicken zur Verdeutlichung übertrieben
groß dargestellt sein.
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Ein
erstes Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäßen
Halbleiterchip ist in 1A in schematischer Schnittansicht
entlang der in der zugehörigen Aufsicht (1B)
dargestellten Schnittlinie A-A gezeigt.
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Der
Halbleiterchip 1 weist eine Halbleiterschichtenfolge auf,
die den Halbleiterkörper 2 bildet. Die Halbleiterschichtenfolge
ist vorzugsweise epitaktisch, etwa mittels MOVPE oder MBE, auf einem
Aufwachssubstrat abgeschieden. Die Halbleiterschichtenfolge des
Halbleiterkörpers 2 umfasst einen aktiven Bereich 25.
Der aktive Bereich ist zwischen einer p-leitenden Schicht 21 und
einer n-leitenden Schicht 22 der Halbleiterschichtenfolge
angeordnet. Auf dem Halbleiterkörper ist eine Spiegelstruktur 3 ausgebildet,
die eine Spiegelschicht 4 und eine dielektrische Schichtstruktur 5 aufweist.
Die p-leitende Schicht 21 ist exemplarisch auf der der
Spiegelstruktur zugewandten Seite des aktiven Bereichs ausgebildet.
Entsprechend ist die n-leitende Schicht 21 auf der der Spiegelstruktur 3 abgewandten
Seite des aktiven Bereichs 25 ausgebildet. Davon abweichend
ist auch eine Anordnung möglich, bei der die n-leitende
und die p-leitende Schicht vertauscht sind.
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Der
Halbleiterchip 1 umfasst einen Träger 7, auf
dem der Halbleiterkörper 2 angeordnet ist. Der Träger
ist insbesondere von einem Aufwachssubstrat für die Halbleiterschichtenfolge
des Halbleiterkörpers 2 verschieden. Er muss daher
nicht die hohen Anforderungen an ein Aufwachssubstrat, insbesondere hinsichtlich
der kristallinen Reinheit, erfüllen. Vielmehr kann der
Träger nach anderen physikalischen Eigenschaften, etwa
hinsichtlich einer hohen mechanischen Stabilität oder einer
hohen thermischen Leitfähigkeit, gewählt werden.
Der Halbleiterkörper 2 kann beispielsweise mittels
einer Verbindungsschicht an dem Träger befestigt sein (nicht
explizit dargestellt). Die Verbindungsschicht kann beispielsweise ein
Lot oder einen, vorzugsweise elektrisch leitfähigen, Kleber
enthalten. Der Träger kann beispielsweise einen Halbleiter,
etwa Silizium, Siliziumkarbid, Galliumarsenid, Galliumnitrid oder
Germanium enthalten oder aus einem solchen Material bestehen. Der
Träger kann elektrisch leitfähig ausgeführt
sein. In diesem Fall kann die externe Kontaktierung des Halbleiterchips
durch das Trägermaterial hindurch erfolgen. Auch ein elektrisch
isolierender Träger, etwa ein Träger, der Saphir
oder AlN enthält oder aus einem solchen Material besteht,
kann Anwendung finden.
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Alternativ
zum Befestigen des Halbleiterkörpers 2 an einem
vorgefertigten Trägerkörper kann der Träger 7 auf
dem Halbleiterkörper 2 abgeschieden sein. Hierbei
ist der Träger vorzugsweise hinreichend dick abgeschieden,
um den Halbleiterkörper 2 mit der Halbleiterschichtenfolge
mechanisch zu stabilisieren. In diesem Fall kann auf eine Verbindungsschicht
zwischen dem Halbleiterkörper 2 und dem Träger 7 verzichtet
werden. Ein solcher auf dem Halbleiterkörper 2 mit
der Halbleiterschichtenfolge ausgebildeter Träger kann
beispielsweise mittels Galvanisierens, Sputterns oder Aufdampfens,
hergestellt sein.
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In
Aufsicht auf den Halbleiterchip 1 weist der Träger 7 eine
größere laterale Ausdehnung auf als der Halbleiterkörper 2.
Der Halbleiterkörper 2 bedeckt den Träger
also nur bereichsweise.
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Die
dielektrische Schichtstruktur 5 enthält vorzugsweise
ein Oxid, etwa SiO2, ein Nitrid, etwa Si3N4, oder ein Oxinitrid,
etwa SiON.
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Die
Spiegelstruktur 3 ist zwischen dem Träger 7 und
dem Halbleiterkörper 2 mit der Halbleiterschichtenfolge
angeordnet. Die dielektrische Schichtstruktur 5 und die
Spiegelschicht 4 sind somit auf der dem Träger 7 zugewandten
Seite des Halbleiterkörpers 2 angeordnet. Eine
Strahlungsaustrittsfläche 10 des Halbleiterchips
ist auf der dem Träger gegenüberliegenden Seite
des Halbleiterkörpers ausgebildet. Die dielektrische Schichtstruktur
ist zumindest in einem Bereich zwischen dem Halbleiterkörper 2 und
der Spiegelschicht 4 angeordnet.
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Weiterhin
ist zwischen dem Halbleiterkörper 2 und dem Träger 7 eine
Kontaktstruktur 6 angeordnet. Die Kontaktstruktur 6 und
die dielektrische Schichtstruktur 5 sind nebeneinander
angeordnet. Die dielektrische Schichtstruktur weist eine Aussparung 55 auf,
in der die Kontaktstruktur 6 ausgebildet ist. Die Kontaktstruktur 6 erstreckt
sich durch die Aussparung 55 hindurch.
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Die
dielektrische Schichtstruktur 5 weist einen inneren. Teilbereich 5A und
einen äußeren Teilbereich 5B auf. Der äußere
Teilbereich umläuft den inneren Teilbereich in lateraler
Richtung, wobei der innere Teilbereich und der äußere
Teilbereich mittels der Aussparung 55 voneinander getrennt
sind. Die Aussparung verläuft also zwischen dem inneren
Teilbereich und dem äußeren Teilbereich. Der äußere Teilbereich 5B ist
rahmenartig ausgebildet und verläuft in Aufsicht auf den
Halbleiterchip entlang einer lateralen Begrenzung des Halbleiterkörpers 2.
Mittels des äußeren Teilbereichs 5B der
dielektrischen Schichtstruktur 5 wird im Betrieb des Halbleiterchips 1 die
Injektion von Ladungsträgern nahe der lateralen Begrenzung
des Halbleiterkörpers vermindert. Nicht-strahlende Rekombination
von Ladungsträgern am Rand, beispielsweise an der Seitenfläche 26, kann
so vermindert werden. Dadurch kann die insgesamt aus dem Halbleiterchip 1 austretende
Strahlungsleistung gesteigert werden.
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Die
Kontaktstruktur 6 ist mittels der Spiegelschicht 4 und
einer Reflektorschicht 61 gebildet. Die Reflektorschicht 61 ist
auf der dem Halbleiterkörper zugewandten Seite der Spiegelschicht
ausgebildet. Die Reflektorschicht ist also näher am Halbleiterkörper 2 als
die Spiegelschicht. Weiterhin grenzt die Reflektorschicht an den
Halbleiterkörper an. Im aktiven Bereich 25 erzeugte
Strahlung kann an dieser Reflektorschicht in den Halbleiterkörper
zurück reflektiert werden und nachfolgend, insbesondere
durch die Strahlungsaustrittsfläche 10, aus dem
Halbleiterchip 1 austreten. Ferner kann in Richtung des
Trägers 7 abgestrahlte Strahlung, insbesondere
in Randbereichen des Halbleiterkörpers 2, von
der Spiegelstruktur 4, insbesondere von der Spiegelschicht 3,
reflektiert werden. Absorption von Strahlung im Träger
kann so vermieden oder zumindest stark vermindert werden.
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Auf
der dem Träger 7 abgewandten Seite des Halbleiterkörpers 2 ist
eine weitere Kontaktstruktur 65 ausgebildet. Die weitere
Kontaktstruktur umfasst eine weitere Reflektorschicht 66 und
eine Anschluss-Schicht 67. Die weitere Reflektorschicht
ist zwischen der Anschluss-Schicht 67 und dem Halbleiterkörper 2 angeordnet.
Mittels der weiteren Reflektorschicht 66 kann einer Absorption
von Strahlung in der Anschluss-Schicht 67 vorgebeugt werden.
Die weitere Kontaktstruktur 65, insbesondere die Anschluss-Schicht 67,
ist zur externen elektrischen Kontaktierung des Halbleiterchips,
beispielsweise mittels eines Bond-Drahts, vorgesehen. Die Anschluss-Schicht
enthält bevorzugt ein Metall oder eine metallische Legierung,
besonders bevorzugt Gold.
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In
einer Aufsicht auf den Halbleiterchip überdecken sich die
weitere Kontaktstruktur 65 und der innere Teilbereich 5A der
dielektrischen Schichtstruktur 5, insbesondere gegenseitig.
Hinsichtlich der lateralen Formgebung ist also der innere Teilbereich
der dielektrischen Schichtstruktur an diejenige der weiteren Kontaktstruktur 65 angepasst.
Mittels der dielektrischen Schichtstruktur 5 ist so im
Betrieb des Halbleiterchips die Einprägung von Ladungsträgern
in den Halbleiterkörper 2 derart geführt,
dass im aktiven Bereich 25 Strahlung überwiegend
in lateralen Bereichen erzeugt wird, in denen die Strahlungsaustrittsfläche 10 nicht
von der weiteren Kontaktstruktur 65 abgeschattet ist.
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Die
Spiegelschicht enthält bevorzugt ein Metall oder eine metallische
Legierung oder besteht aus einem solchen Material. Besonders bevorzugt
enthält die Spiegelschicht Palladium, Platin, Nickel, Gold, Silber,
Aluminium, Rhodium, Titan oder eine Legierung mit zumindest einem
dieser Materialien. Gold zeichnet sich beispielsweise im Infraroten
durch eine hohe Reflektivität aus. Palladium, Aluminium,
Silber und Rhodium sowie metallische Legierungen mit zumindest einem
dieser Materialien sind für den sichtbaren und den ultravioletten
Spektralbereich besonders geeignet. Die Reflektivität der
Spiegelstruktur 3 für im aktiven Bereich erzeugte
Strahlung beträgt bevorzugt 80% oder mehr, besonders bevorzugt
90% oder mehr, beispielsweise 95% oder mehr.
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Die
im Zusammenhang mit der Spiegelschicht 4 genannten Materialien
eignen sich auch für die Reflektorschicht und gegebenenfalls
für die weitere Reflektorschicht. Weiterhin können
die Kontaktstruktur 6 und die weitere Kontaktstruktur 65 zumindest
eine Schicht aufweisen, die ein TCO-Material, etwa ITO oder SnO
oder eines der weiter oben genannten TCO-Materialien, enthält.
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Ferner
weist die Reflektorschicht 61 beziehungsweise die weitere
Reflektorschicht 66 vorzugsweise neben einer hohen Reflektivität
für im aktiven Bereich erzeugte Strahlung auch gute elektrische Kontakteigenschaften
zum Halbleiterkörper 2 auf.
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Die
Reflektorschicht 61 und/oder die weitere Reflektorschicht 66 ist
vorzugsweise dünn im Vergleich zu anderen Schichten der
Kontaktstruktur 6 beziehungsweise der weiteren Kontaktstruktur 65. Weiterhin
bevorzugt ist die Reflektorschicht 61 und/oder die weitere
Reflektorschicht 66 bevorzugt dünn im Vergleich
zu der Spiegelschicht 4. Die Dicke der Reflektorschicht 61 beträgt
bevorzugt höchstens 200 nm, besonders bevorzugt höchstens
100 nm.
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Weitergehend
kann die Reflektorschicht und/oder die weitere Reflektorschicht
so dünn ausgeführt sein, dass die Dicke höchstens
50 nm, bevorzugt höchstens 20 nm, aufweist. Die so dünn
ausgeführte Reflektorschicht und/oder die weitere Reflektorschicht
kann für im aktiven Bereich 25 erzeugte Strahlung
teiltransparent sein.
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Die
Spiegelstruktur 3, insbesondere die dielektrische Schichtstruktur 5,
setzt sich in lateraler Richtung über die den Halbleiterkörper 2 begrenzende
Seitenfläche 26 hinaus eben fort. Hierbei ist
die Seitenfläche 26 frei oder im wesentlichen
frei von Material für die dielektrische Schichtstruktur.
In einer Aufsicht auf den Halbleiterchip verläuft die laterale Begrenzung
des Halbleiterkörpers innerhalb der dielektrischen Schichtstruktur 5,
insbesondere innerhalb des äußeren Teilbereichs 5B der
dielektrischen Schichtstruktur. Im Betrieb des Halbleiterchips kann so
eine Injektion von Ladungsträgern in den Halbleiterkörper
im Randbereich des Halbleiterkörpers vermieden werden.
Der Randbereich des Halbleiterkörpers ist somit elektrisch
nicht oder zumindest vergleichsweise wenig aktiv. Gleichzeitig kann
mittels der Spiegelstruktur 3 Strahlung, die aus dem Randbereich
des Halbleiterkörpers 2 austritt, von der Spiegelstruktur
reflektiert werden. Eine Absorption dieser in Richtung des Trägers 7 abgestrahlten
Strahlung im Träger kann so vermieden oder zumindest vermindert
wird.
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Weitergehend
erstreckt sich die Spiegelstruktur 3, also die dielektrische
Schichtstruktur 5 und die Spiegelschicht 4, lateral
umlaufend bis zu einer den Träger 7 in lateraler
Richtung begrenzenden Seitenfläche 71. Auf diese
Weise kann auch eine Absorption im Träger 7 von
im aktiven Bereich erzeugter Strahlung, die aus der Seitenfläche 26 des
Halbleiterkörpers in Richtung des Trägers 7 des
Halbleiterkörpers abgestrahlt wird, besonders effizient
vermieden werden.
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Selbstverständlich
sind die Kontaktstruktur 6 und gegebenenfalls die weitere
Kontaktstruktur 65, insbesondere hinsichtlich ihrer geometrischen
Ausbildung, nicht auf die explizit beschriebene Ausführung
beschränkt. Vielmehr können die Kontaktstruktur
und die weitere Kontaktstruktur beispielsweise einen oder eine Mehrzahl
von stegartig ausgebildeten Teilbereichen, die sich beispielsweise über
die Strahlungsaustrittsfläche 10 erstrecken können,
zur effizienten Einprägung von Ladungsträgern
in den Halbleiterkörper 2 aufweisen. Alternativ
oder zusätzlich kann die Kontaktstruktur und/oder die weitere
Kontaktstruktur auch mehrere separate Teilbereiche aufweisen (jeweils
nicht explizit dargestellt).
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Die
dielektrische Schichtstruktur kann vom in den 1A und 1B dargestellten
Ausführungsbeispiel abweichend auch eine Mehrzahl von Aussparungen
aufweisen. Beispielsweise kann die dielektrische Schichtstruktur,
insbesondere den stegartig ausgebildeten Teilbereichen der weiteren
Kontaktstruktur entsprechend, stegartige Teilbereiche aufweisen.
Die dielektrische Schichtstruktur kann hierbei als lateral zusammenhängende
Schichtstruktur ausgeführt sein.
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Der
Halbleiterchip 1 ist als LED-Dünnfilm-Halbleiterchip
ausgeführt. Ein Aufwachssubstrat für die Halbleiterschichtenfolge
des Halbleiterkörpers 2 ist vollständig
entfernt. Die Bauhöhe des Halbleiterchips 1 kann
so verringert werden.
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Der
aktive Bereich 25 ist vorzugsweise zur Erzeugung von Strahlung
im infraroten, sichtbaren oder ultravioletten Spektralbereich vorgesehen
und enthält besonders bevorzugt ein III-V-Halbleitermaterial.
Zur Strahlungserzeugung im ultravioletten (Inx Gay Al1-x-y N) über
den sichtbaren (Inx Gay Al1-x-y N, insbesondere für blaue
bis grüne Strahlung, oder Inx Gay Al1-x-y P, insbesondere
für gelbe bis rote Strahlung) bis in den infraroten (Inx Gay Al1-x-y As)
Spektralbereich sind III-V-Halbleitermaterialien besonders geeignet.
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Von
dem gezeigten Ausführungsbeispiel abweichend kann der Halbleiterchip 1 auch
als RCLED-Halbleiterchip oder als ein Halbleiterlaserchip, etwa
als VCSEL oder VECSEL, wie oben näher beschrieben ausgeführt
sein.
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Ein
zweites Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäßen
Halbleiterchip ist in 2 schematisch in Schnittansicht
dargestellt. Hierbei entspricht das zweite Ausführungsbeispiel
im Wesentlichen dem im Zusammenhang mit den 1A und 1B beschriebenen
ersten Ausführungsbeispiel. Im Unterschied hierzu weist
der Halbleiterkörper 2 eine Oberfläche 27 mit
einer Strukturierung 28 auf. Die Oberfläche 27 stellt
die Strahlungsaustrittsfläche 10 des Halbleiterchips 1 dar.
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Weiterhin
ist die Oberfläche 27 in einem in vertikaler Richtung
an die weitere Kontaktstruktur 65 angrenzenden Bereich 271 vorzugsweise
eben ausgeführt. Insbesondere kann dieser Bereich der Oberfläche 271 geglättet
sein. Die Reflektivität der weiteren Kontaktstruktur 65,
insbesondere der Reflektorschicht 66, kann so gesteigert
werden.
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Die
Strukturierung 28 ist ein einem lateral an den für
die Kontaktstruktur vorgesehenen Bereich 271 lateral angrenzenden
weiteren Bereich 272 der Oberfläche 27 ausgebildet.
Die Strukturierung ist vorzugsweise derart ausgeführt,
dass die Auskoppeleffizienz von im aktiven Bereich 25 erzeugter
Strahlung aus dem Halbleiterchip 1 gesteigert ist.
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Die
Strukturierung 28 kann regelmäßig oder unregelmäßig
ausgebildet sein. Eine unregelmäßige Strukturierung
kann beispielsweise mechanisch, etwa mittels Aufrauens, hergestellt
sein.
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Eine
regelmäßige Strukturierung 28 der Oberfläche 27 kann
beispielsweise mittels Erhebungen und/oder Vertiefungen, etwa in
Form von Mikroprismen, oder in Form eines photonischen Gitters ausgeführt
sein. Bei einem photonischen Gitter liegt die Periodenlänge
der lateralen Strukturierung im Bereich der Wellenlänge
der im aktiven Bereich erzeugten Strahlung, bevorzugt zwischen dem
0,1-fachen und dem 10-fachen dieser Wellenlänge in dem
Material, in dem das photonische Gitter ausgebildet ist.
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Weiterhin
weist die Kontaktstruktur 60 eine Schicht 62 auf,
die ein TCO-Material enthält oder aus einem TCO-Material
besteht. Beispielsweise eignet sich ITO oder SnO. Auch ein anderes
binäres oder ternäres TCO-Material kann Anwendung finden.
Die TCO-Material enthaltende Schicht 62 ist zwischen dem
Halbleiterkörper 2 und der Reflektorschicht 61 angeordnet.
Ferner grenzt die TCO-Material enthaltende Schicht 62 an
den Halbleiterkörper 2 an.
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Der
Halbleiterkörper 2 weist auf der der Kontaktstruktur 60 zugewandten
Seite eine Tunnelkontaktschicht 23 auf. Die Tunnelkontaktschicht
weist eine hohe Dotierkonzentration auf, bevorzugt mindestens 1018 cm–3,
besonders bevorzugt mindestens 1019 cm–3. Die Tunnelkontaktschicht ist
n-leitend und damit vom entgegengesetzten Leitungstyp wie die an die
Tunnelkontaktschicht 23 angrenzende Halbleiterschicht 21,
die p-leitend dotiert ist. Entsprechend ist die Tunnelkontaktschicht
für den Fall, dass sie an eine n-leitende Halbleiterschicht
angrenzt, p-leitend dotiert.
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Mittels
der Tunnelkontaktschicht 23 können Ladungsträger
vereinfacht in den Halbleiterkörper 2 injiziert
werden. Die Tunnelkontaktschicht 23 findet im beispielhaft
beschriebenen Fall der elektrisch zu kontaktierenden p-leitenden
Halbleiterschicht 21 insbesondere dann Anwendung, wenn
die an den Halbleiterkörper 2 angrenzende Schicht
der Kontaktstruktur 60, also die TCO-Material enthaltende
Schicht 62, zu einer n-leitenden Halbleiterschicht einen
besseren elektrischen Kontakt herstellt als zu einer p-leitenden Halbleiterschicht.
Abhängig vom Material der Kontaktstruktur 60 kann
auf die Tunnelkontaktschicht auch verzichtet werden.
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Ein
drittes Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäßen
Halbleiterchip ist in 3 in einer schematischen Schnittansicht
dargestellt. Das dritte Ausführungsbeispiel entspricht
im Wesentlichen dem im Zusammenhang mit den 1A und 1B beschriebenen
ersten Ausführungsbeispiel.
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Im
Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel ist die dielektrische
Schichtstruktur 5 rahmenartig ausgebildet. Ein innerer
Teilbereich, der von einem äußeren Teilbereich
beabstandet ist, ist also nicht vorgesehen. Weiterhin weist die
dielektrische Schichtstruktur wie in Zusammenhang mit dem ersten
Ausführungsbeispiel beschrieben eine Aussparung 55 auf.
Die dielektrische Schichtstruktur 5 kann als eine lateral
zusammenhängende Schichtstruktur ausgebildet sein. Weiterhin
erstreckt sich die dielektrische Schichtstruktur 5, wie
der äußere Teilbereich 5B der dielektrischen
Schichtstruktur 5 im Zusammenhang mit den 1A und 1B beschriebenen
ersten Ausführungsbeispiel, in Aufsicht auf den Halbleiterchip 1 überwiegend
entlang der lateralen Begrenzung des Halbleiterkörpers 2.
Die dielektrische Schichtstruktur 5 dient somit vorwiegend
der Verminderung von randnaher Injektion von Ladungsträgern
in den Halbleiterkörper, wobei die Spiegelstruktur 3,
also die dielektrische Schichtstruktur 5 mit der Spiegelschicht 4,
in diesem randnahen Bereich gleichzeitig bewirkt, dass eine Absorption
von in Richtung des Trägers 7 abgestrahlter Strahlung
im Träger vermieden oder zumindest vermindert wird.
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Die
Kontaktstruktur 6 ist wie im Zusammenhang mit dem ersten
Ausführungsbeispiel beschrieben in der Aussparung 55 der
dielektrischen Schichtstruktur 5 angeordnet.
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Ein
viertes Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäßen
Halbleiterchip ist in 4 anhand einer schematischen
Schnittansicht gezeigt. Das vierte Ausführungsbeispiel
entspricht im Wesentlichen dem im Zusammenhang mit den 1A und 1B beschriebenen
ersten Ausführungsbeispiel. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel
ist die dielektrische Schichtstruktur 5 mehrschichtig aufgebaut.
Die dielektrische Schichtstruktur umfasst also eine Mehrzahl von
dielektrischen Schichten. Bevorzugt ist mittels der dielektrischen
Schichtstruktur eine dielektrische Spiegelstruktur gebildet. Die
dielektrische Spiegelstruktur umfasst eine Mehrzahl von Schichtpaaren,
jeweils bestehend aus einer ersten Schicht 51 und einer
zweiten Schicht 52, wobei die erste Schicht und die zweite
Schicht voneinander verschiedene Brechungsindizes aufweisen. Die
dielektrische Spiegelstruktur ist vorzugsweise als Bragg-Spiegel
ausgeführt und weist weiterhin bevorzugt zehn Schichtpaare
oder mehr, besonders bevorzugt zwanzig Schichtpaare oder mehr, auf.
Je höher die Anzahl der Schichtpaare ist, desto höher
kann die Reflektivität der dielektrischen Spiegelstruktur
sein. Von der dielektrischen Schichtstruktur 5 transmittierte
Strahlung, etwa Strahlung, die in einem vergleichsweise großen
Winkel zu einer Normalen der Schichten 51, 52 auf
die Schichten auftrifft, kann nachfolgend an der Spiegelschicht 4 in
den Halbleiterkörper 2 zurück reflektiert
werden. Durch die Kombination der dielektrischen Spiegelstruktur
mit der Spiegelschicht kann so auf einfache Weise eine Spiegelstruktur 3 mit
hoher Reflektivität für im aktiven Bereich erzeugte
Strahlung erzielt werden. Insbesondere kann die Spiegelstruktur 3 aufgrund
der der Spiegelschicht 4 vorgelagerten dielektrischen Spiegelstruktur 5 auch
bei einer geringeren Reflektivität der Spiegelschicht eine ähnlich
hohe Gesamtreflektivität aufweisen.
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Eine
gemäß diesem Ausführungsbeispiel ausgeführte
dielektrische Schichtstruktur 5 mit einer Mehrzahl von
dielektrischen Schichten ist selbstverständlich auch in
Halbleiterchips einsetzbar, die gemäß den weiter
oben oder nachfolgend beschriebenen ausgeführt sind.
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Ein
fünftes Ausführungsbeispiel für einen
erfindungsgemäßen Halbleiterchip ist in 5 schematisch
in Schnittansicht dargestellt. Das fünfte Ausführungsbeispiel
entspricht im Wesentlichen dem im Zusammenhang mit den 1A und 1B beschriebenen
ersten Ausführungsbeispiel. Im Unterschied dazu ist ein
Aufwachssubstrat 20 für die Halbleiterschichtenfolge
des Halbleiterkörpers 2 nicht oder zumindest nicht
vollständig entfernt. Das Aufwachssubstrat kann also gedünnt
sein. Auf einen zusätzlichen, vom Aufwachssubstrat 20 verschiedenen, Träger
kann in diesem Fall verzichtet werden.
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Weiterhin
ist die Strahlungsaustrittsfläche 10 des Halbleiterchips
eine vom Halbleiterkörper 2 abgewandte Oberfläche
des Aufwachssubstrats 20. Die Strahlungsaustrittsfläche
ist hierbei auf der der Spiegelstruktur 3 abgewandten Seite
des aktiven Bereichs 25 ausgebildet.
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Die
weitere Kontaktstruktur 65 ist auf der dem Halbleiterkörper 2 abgewandten
Seite des Aufwachssubstrats 20 angeordnet. In diesem Fall
ist das Aufwachssubstrat 20 zweckmäßigerweise
elektrisch leitfähig ausgebildet. Bei einem elektrisch
nicht leitfähigen Aufwachssubstrat kann alternativ die
weitere Kontaktstruktur 65 auf derselben Seite des Halbleiterkörpers 2 angeordnet
sein wie die Kontaktstruktur 6. Ein derartiger Halbleiterchip
wird auch als Flip-Chip bezeichnet (nicht explizit dargestellt).
Als weitere Alternative kann ein, insbesondere elektrisch isolierendes,
Aufwachssubstrat bereichsweise entfernt sein, sodass der Halbleiterkörper 2 von
der Seite des Aufwachssubstrats 20 her freigelegt ist.
In diesem freigelegten Bereich kann dann die weitere Kontaktstruktur 65 angeordnet
sein.
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Ein
sechstes Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäßen
Halbleiterchip ist in 6 schematisch in Schnittansicht
dargestellt. Das sechste Ausführungsbeispiel entspricht
im Wesentlichen dem im Zusammenhang mit 3 beschriebenen
dritten Ausführungsbeispiel. Im Unterschied dazu weist
die Spiegelschicht 4 eine Aussparung 40 auf. Die
Aussparung der Spiegelschicht überlappt mit der Aussparung 55 der
dielektrischen Schichtstruktur 5 in einer Aufsicht auf
den Halbleiterchip 1. Zwischen der Spiegelschicht 4 und
dem Halbleiterkörper 2 ist durchgängig
die dielektrische Schichtstruktur 5 angeordnet. Weiterhin
ist die Spiegelschicht 4 separat von der Kontaktstruktur 6 ausgeführt.
Insbesondere ist die Spiegelschicht 4 von der Kontaktstruktur 6 beabstandet.
In diesem Fall sind die Spiegelschicht 4 und die Kontaktstruktur 6,
insbesondere hinsichtlich der verwendeten Materialien, weitgehend
unabhängig voneinander optimierbar.
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Ein
Ausführungsbeispiel für ein Verfahren zur Herstellung
eines Halbleiterchips ist anhand der in den 7A bis 7D schematisch
in Schnittansicht dargestellten Zwischenschritte gezeigt. Das Verfahren
ist hierbei lediglich beispielhaft für die Herstellung
eines Halbleiterchips beschrieben, der gemäß dem
ersten Ausführungsbeispiel ausgeführt ist. Das
Verfahren ist selbstverständlich auch für die
Herstellung anderer Halbleiterchips, insbesondere für die
Herstellung von Halbleiterchips gemäß dem zweiten
bis sechsten Ausführungsbeispiel geeignet.
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Wie
in 7A dargestellt, wird zunächst ein Halbleiterschichtstruktursystem 200 mit
einem aktiven Bereich 25 bereitgestellt. Hierbei ist in
der Figur zur vereinfachten Darstellung lediglich der Ausschnitt des Halbleiterschichtstruktursystems
dargestellt, aus dem der Halbleiterkörper eines fertiggestellten
Halbleiterchips hervorgeht.
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Das
Halbleiterschichtstruktursystem 200 wird bevorzugt mittels
eines Epitaxie-Verfahrens, etwa MOCVD oder MBE, auf einem Aufwachssubstrat 20 für
das Halbleiterschichtstruktursystem abgeschieden. Auf diesem Aufwachssubstrat 20 kann
das Halbleiterschichtstruktursystem bereitgestellt werden. Davon
abweichend kann das Halbleiterschichtstruktursystem aber auch auf
einem Hilfsträger, der vom Aufwachssubstrat verschieden
ist, bereitgestellt werden.
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Auf
der dem Aufwachssubstrat 20 abgewandten Seite des Halbleiterschichtstruktursystems 200 wird
eine Spiegelstruktur 3 ausgebildet. Hierfür wird
eine dielektrische Schichtstruktur 5 auf dem Halbleiterschichtstruktursystem 200 abgeschieden. Nachfolgend
wird eine Spiegelschicht 4 auf dem Halbleiterschichtstruktursystem 200 abgeschieden. Die
Spiegelschicht 4 wird vorzugsweise derart lateral strukturiert
ausgebildet, dass die Spiegelschicht die dielektrische Schichtstruktur 5 vollständig
oder nur bereichsweise überdeckt. Das Abscheiden der dielektrischen
Schichtstruktur 5 und der Spiegelschicht 4 erfolgt
vorzugsweise mittels Aufdampfens oder Aufsputterns.
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Weiterhin
wird auf der dem Aufwachssubstrat 20 abgewandten Seite
des Halbleiterschichtstruktursystems 200 eine Kontaktstruktur 6 ausgebildet. Insbesondere
wird die Kontaktstruktur in einer Aussparung 55 der dielektrischen
Schichtstruktur 5 ausgebildet. Die Kontaktstruktur wird mittels
einer Reflektorschicht 61 und der Spiegelschicht 4 gebildet. Die
Reflektorschicht kann hierbei vor oder nach dem Abscheiden der dielektrischen
Schichtstruktur auf dem Halbleiterkörper 2 abgeschieden
werden (siehe 7B).
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Wie
in 7C dargestellt, wird das Halbleiterschichtstruktursystem 200 derart
auf einem Träger 7 angeordnet, dass sich die Spiegelstruktur 3 zwischen
dem Halbleiterschichtstruktursystem 200 und dem Träger 7 befindet.
Eine mechanisch stabile Befestigung des Halbleiterschichtstruktursystems
auf dem Träger kann beispielsweise mittels Klebens oder Lötens
hergestellt werden. Die so entstehende Verbindungsschicht zwischen
dem Träger 7 und dem Halbleiterkörper 2 ist
in der Figur nicht explizit dargestellt. Weiterhin bevorzugt wird
das Halbleiterschichtstruktursystem in einem Waferbonding-Prozess
an dem Träger befestigt.
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Davon
abweichend kann der Träger 7 auch als eine, vorzugsweise
metallische, Schicht auf dem Halbleiterschichtstruktursystem 200 abgeschieden werden.
Hierfür eignet sich beispielsweise ein Galvanisierungsverfahren
oder ein anderes Abscheideverfahren wie Aufdampfen oder Aufsputtern.
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Nachfolgend
kann, wie in 7D dargestellt, das Aufwachssubstrat 20 entfernt
werden. Das Entfernen des Aufwachssubstrats kann vollständig
oder nur bereichsweise erfolgen. Davon abweichend kann das Aufwachssubstrat
auch vollständig oder nur bereichsweise gedünnt
werden. Für das Entfernen beziehungsweise Dünnen
des Aufwachssubstrats eignet sich beispielsweise ein mechanischer
Prozess, etwa Schleifen, Polieren oder Lappen, ein chemischer Prozess,
etwa nasschemisches oder trockenchemisches Ätzen. Alternativ
oder ergänzend kann der Träger mittels eines Laserablöseverfahrens
entfernt werden.
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Aus
dem Halbleiterschichtstruktursystem 200 wird der Halbleiterkörper 2 ausgebildet.
Das Ausbilden des Halbleiterkörpers 2 erfolgt
vorzugsweise mittels Abtragens von Material für das Halbleiterschichtstruktursystem 200.
Dies kann beispielsweise mittels nasschemischen oder trockenchemischen Ätzens
erfolgen. Vorzugsweise wird der Halbleiterkörper 2 aus
dem Halbleiterschichtstruktursystem 200 ausgebildet, nachdem
das Aufwachssubstrat entfernt oder gedünnt ist.
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Das
Entfernen des Halbleitermaterials des Halbleiterschichtstruktursystems 200 erfolgt
von der dem Träger 7 abgewandten Seite des Halbleiterschichtstruktursystems
her. Durch das Entfernen des epitaxierten Halbleitermaterials des
Halbleiterschichtstruktursystems 200 wird die Spiegelstruktur 3,
insbesondere die dielektrische Schichtstruktur 5, bereichsweise
freigelegt. Davon abweichend kann die Spiegelstruktur auch vollständig
durchtrennt werden. In diesem Fall kann das Abtragen von Material fortgeführt
werden, bis der Träger 7 bereichsweise freigelegt
wird.
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Zum
Fertigstellen des Halbleiterchips 1 wird auf der der Spiegelstruktur 3 abgewandten
Seite des Halbleiterkörpers 2 eine weitere Kontaktstruktur 65 ausgebildet.
Das Ausbilden der weiteren Kontaktstruktur erfolgt vorzugsweise
nach dem Ausbilden des Halbleiterkörpers 2 aus
dem Halbleiterschichtstruktursystem 200.
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Vorzugsweise
wird bei dem Verfahren, insbesondere gleichzeitig, eine Mehrzahl
von Halbleiterchips 1 hergestellt, wobei die Halbleiterkörper 2 der jeweiligen
Halbleiterchips jeweils aus lateral nebeneinander angeordneten Teilbereichen
des Halbleiterschichtstruktursystems 200 hervorgehen.
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Die
Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele
beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie
jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination
von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch
wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit
in den Patentansprüchen oder den Ausführungsbeispielen
angegeben ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- - I. Schnitzer
et al., Appl. Phys. Lett. 63 (16), 18. Oktober 1993, 2174–2176 [0045]