DE102008009262A1

DE102008009262A1 - Halbleiterchip

Info

Publication number: DE102008009262A1
Application number: DE102008009262A
Authority: DE
Inventors: Krister Bergenek; Ralph Dr. Wirth
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2007-02-21
Filing date: 2008-02-15
Publication date: 2008-08-28

Abstract

Der erfindungsgemäße Halbleiterchip (100) umfasst mindestens einen Halbleiterkörper (4), der eine Hauptfläche (7) mit einer Kontaktfläche (8) und einen aktiven Bereich (10) aufweist, umfasst weiterhin mindestens einen ersten Kontaktbereich (5), der zur elektrischen Kontaktierung des Halbleiterkörpers (4) vorgesehen ist und von der Kontaktfläche (8) lateral beabstandet ist, und umfasst außerdem eine für die vom aktiven Bereich (10) emittierte Strahlung durchlässige, elektrisch leitende erste Kontaktschicht (1), welche die Kontaktfläche (8) mit dem ersten Kontaktbereich (5) verbindet, wobei an mindestens einer Seitenflanke des Halbleiterkörpers (4) ein photonischer Kristall (9) oder Quasikristall angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Halbleiterchip, der zur Emission von Strahlung vorgesehen ist.
Aus der Offenlegungsschrift DE 10 2005 048 408 ist ein Dünnfilm-Halbleiterkörper bekannt, der einen photonischen Kristall aufweist. Der photonische Kristall ist auf einer Strahlungsaustrittsseite des Halbleiterkörpers angeordnet.
Bei einer derartigen Anordnung muss ein Kompromiss zwischen der Lichtausbeute und der optischen Wirksamkeit des photonischen Kristalls eingegangen werden. Der photonische Kristall ist mittels in den Halbleiterkörper eingebrachter Vertiefungen ausgebildet, die vorzugsweise bis in die aktive Zone reichen. Dies führt einerseits zu einer Störung der aktiven Zone, die insbesondere mit einer Reduzierung der Lichtausbeute verbunden sein kann. Andererseits ist die Wechselwirkung zwischen Strahlung und photonischem Kristall stärker, wenn die Vertiefungen nicht nur an der Oberfläche angeordnet sind, sondern bis in die aktive Zone hineinreichen.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Halbleiterchip mit verbesserter Lichtausbeute anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch einen Halbleiterchip nach Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Ein erfindungsgemäßer Halbleiterchip umfasst mindestens einen Halbleiterkörper, der eine erste Hauptfläche mit einer Kontaktfläche und einen aktiven Bereich aufweist, mindestens einen ersten Kontaktbereich, der zur elektrischen Kontaktierung des Halbleiterkörpers vorgesehen ist und von der Kontaktfläche lateral beabstandet ist, sowie eine für die vom aktiven Bereich emittierte Strahlung durchlässige, elektrisch leitende Kontaktschicht, welche die Kontaktfläche mit dem ersten Kontaktbereich verbindet, wobei an mindestens einer Seitenflanke des Halbleiterkörpers ein photonischer Kristall oder ein photonischer Quasikristall angeordnet ist.
Vorteilhafterweise ermöglicht die seitliche Anordnung des photonischen Kristalls oder des photonischen Quasikristalls eine ungestörte Stromeinprägung in den aktiven Bereich, da der photonische Kristall oder Quasikristall nicht in einem Strompfad liegt. Gleichzeitig kann die optische Wirksamkeit des photonischen Kristalls oder Quasikristalls gegenüber herkömmlichen Designs gesteigert werden, da es möglich ist, Vertiefungen bis in den aktiven Bereich des Halbleiterkörpers und sogar tiefer einzubringen, ohne dadurch die Lichtausbeute zu verschlechtern. Denn der innerhalb des photonischen Kristalls oder Quasikristalls angeordnete aktive Bereich wird nicht zur Strahlungserzeugung genutzt.
Die optische Wirksamkeit des photonischen Kristalls oder Quasikristalls liegt zum Einen in der Reduzierung der durch Totalreflexion verursachten Strahlungsverluste am Übergang zwischen Halbleiterkörper und Umgebungsmedium und zum Anderen im Erzielen einer höheren Direktionalität, das heißt der Erhöhung eines in einer vorgegebenen Vorzugsrichtung abgestrahlten Strahlungsanteils beziehungsweise des Erzielens eines kleineren Öffnungswinkels eines von dem Halbleiterchip emittierten Strahlungskegels. Somit kann mittels des photonischen Kristalls oder Quasikristalls die Intensität der vom Halbleiterchip emittierten Strahlung vorteilhaft gesteigert werden.
Gemäß einer bevorzugten Variante weist der photonische Kristall oder Quasikristall eine Mehrzahl von regelmäßig angeordneten Bereichen mit einem ersten Brechungsindex auf, die von einem Medium mit einem zweiten Brechungsindex umgeben sind. Die regelmäßige Anordnung kann einem eindimensionalen, zweidimensionalen oder dreidimensionalen Gitter entsprechen. Insbesondere kann der photonische Kristall oder Quasikristall die Struktur eines zweidimensionalen Gitters aufweisen. Dabei entspricht der Abstand zwischen zwei benachbarten Bereichen der Gitterkonstante. Der photonische Kristall oder Quasikristall erzielt seine Wirkung am besten, wenn die Gitterkonstante an eine Wellenlänge der im aktiven Bereich erzeugten Strahlung angepasst ist. Vorzugsweise entspricht der Abstand zwischen zwei benachbarten Bereichen ungefähr der Wellenlänge der vom aktiven Bereich erzeugten Strahlung. Besonders bevorzugt liegt der Abstand zwischen 10^–9 m und 10^–6 m. Im Falle des photonischen Kristalls weisen die regelmäßig angeordneten Bereiche über den gesamten photonischen Kristall hinweg die gleiche periodische Struktur auf.
Unter einem Quasikristall wird im Rahmen der Anmeldung ein aperiodischer geordneter Kristall verstanden.
Gemäß einer weiter bevorzugten Variante sind die regelmäßig angeordneten Bereiche Vertiefungen oder Erhebungen, die aus dem Halbleiterkörper herausgebildet sind.
Die Herstellung des photonischen Kristalls oder Quasikristalls kann derart erfolgen, dass ausgehend von der Hauptfläche eines fertig epitaxierten unstrukturierten Halbleiterkörpers Vertiefungen in den Halbleiterkörper eingebracht werden beziehungsweise Erhebungen ausgebildet werden. Die Vertiefungen können mit einem Füllmaterial gefüllt sein, beispielsweise einem dielektrischen Material oder einem Halbleitermaterial. Im Falle von Vertiefungen ist das umgebende Medium vorzugsweise der Halbleiterkörper. Im Falle von Erhebungen gilt das Umgekehrte.
Die Bereiche können eine Tiefe von etwa 500 nm, bevorzugt 1000 nm und mehr aufweisen. Bei herkömmlichen Designs beschränkt sich die Tiefe auf 150 nm bis 300 nm. Für den Abstand zwischen den Bereichen, welcher der Gitterkonstante a entspricht, gilt λ/n < a < λ, wobei λ die Wellenlänge und n der Brechungsindex des Halbleitermaterials ist. Die Breite der Bereiche, die bei einem kreisförmigen Querschnitt dem Durchmesser entspricht, beträgt vorzugsweise zwischen 20% und 100% des Abstands zwischen den Bereichen.
Unter dem aktiven Bereich ist vorliegend ein pn-Übergang zu verstehen, der Strahlung erzeugt. Dieser pn-Übergang kann im einfachsten Fall mittels einer p-leitenden und einer n-leitenden Halbleiterschicht gebildet sein, die unmittelbar aneinandergrenzen. Bevorzugt ist zwischen der p-leitenden und der n-leitenden Halbleiterschicht die eigentliche Strahlung erzeugende Schicht, etwa in Form einer dotierten oder undotierten Quantenschicht, ausgebildet. Die Quantenschicht kann als Einfachquantentopfstruktur (SQW, Single Quantum Well) oder Mehrfachquantentopfstruktur (MQW, Multiple Quantum Well) oder auch als Quantendraht oder Quantenpunktstruktur ausgeformt sein. Bevorzugterweise sind die Halbleiterschichten des aktiven Bereichs und ferner des Halbleiterkörpers auf ein Aufwachssubstrat aufgewachsene Schichten. Besonders bevorzugt sind die Halbleiterschichten in Ebenen angeordnet, deren Flächennormale parallel zu einer Wachstumsrichtung verläuft.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des Halbleiterchips erstrecken sich die Bereiche quer zu einer Ebene, in welcher der aktive Bereich angeordnet ist. Vorteilhafterweise kann somit der photonische Kristall oder Quasikristall, beispielsweise mittels Ätzen ausgehend von der Hauptfläche, die eine größere Angriffsfläche bietet als beispielsweise eine Seitenfläche des Halbleiterkörpers, auf einfache Weise hergestellt werden.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung erstrecken sich die Bereiche von der ersten Hauptfläche bis mindestens zum aktiven Bereich. Der große Vorteil hierbei ist, dass bei einer derartigen Tiefe der Bereiche zum Einen die Kopplung zwischen Strahlung und photonischem Kristall oder Quasikristall stärker ist, und zum Anderen photonische Bandlücken existieren, die für eine hohe Direktionalität der vom Halbleiterchip emittierten Strahlung sorgen.
Die Ausbildung der Bereiche mit einer Tiefe, die mindestens bis zum aktiven Bereich reicht, würde bei einem herkömmlichen Halbleiterchip, der typischerweise zur Stromaufweitung auf der Strahlungsaustrittsseite mindestens eine Stromaufweitungsschicht aufweist, aufgrund der Dicke und einer gewünschten hohen Qualität des photonischen Kristalls oder Quasikristalls einen erheblichen technischen Aufwand erfordern. Vorteilhafterweise ist bei dem erfindungsgemäßen Halbleiterchip keine Stromaufweitungsschicht erforderlich, um eine homogene Stromverteilung im Halbleiterkörper zu erzielen. Die homogene Stromverteilung kann mittels der ersten Kontaktschicht und gegebenenfalls mittels des ersten Kontaktbereichs erfolgen.
Die erste Kontaktschicht bedeckt die Kontaktfläche des Halbleiterkörpers. Insbesondere ist die Kontaktfläche frei von die Strahlung absorbierenden Kontaktstrukturen. Vorliegend sind unter Kontaktstrukturen insbesondere metallische Kontaktbereiche, zum Beispiel in Form von Kontaktstegen oder Bondpads zu verstehen. Demnach ist die erste Kontaktschicht keine Kontaktstruktur. Da keine Kontaktstrukturen vorhanden sind, kann vorteilhafterweise über die gesamte Kontaktfläche hinweg Strahlung emittiert werden.
Vorzugsweise unterscheidet sich die Größe der Kontaktfläche von der Größe der Hauptfläche nur durch den Bereich, der von einer Isolierschicht bedeckt ist. Denn gemäß einer bevorzugten Variante ist die Kontaktfläche in lateraler Richtung mittels der Isolierschicht begrenzt, welche auf der ersten Hauptfläche aufgebracht ist. Die laterale Richtung verläuft insbesondere senkrecht zu einer Wachstumsrichtung, in welcher die Halbleiterschichten des Halbleiterkörpers auf ein Aufwachssubstrat aufgewachsen wurden.
Die Isolierschicht soll die Stromverteilung im Halbleiterkörper auf bevorzugte Bereiche einschränken und eine Stromführung zum aktiven Bereich begünstigen. Die Isolierschicht bedeckt insbesondere die Bereiche der Hauptfläche, die vom photonischen Kristall oder Quasikristall eingenommen werden. Geeignete Materialien für die Isolierschicht sind zum Beispiel Siliziumnitrid oder Siliziumoxid.
Bevorzugterweise bildet die erste Kontaktschicht eine den Halbleiterchip in einer Hauptabstrahlrichtung nach außen begrenzende Schicht, das heißt sie hat die Funktion einer Abdeckschicht. Die Hauptabstrahlrichtung verläuft insbesondere parallel zur Wachstumsrichtung.
Besonders bevorzugt enthält die erste Kontaktschicht ein TCO. Das TCO kann insbesondere auf den Halbleiterkörper aufgesputtert oder aufgedampft sein. TCOs (transparent conductive oxides) 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 und können auch p- oder n-dotiert sein.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist die erste Kontaktschicht mit einem Dotierstoff eines ersten Leitfähigkeitstyps dotiert, während eine zweite Kontaktschicht mit einem Dotierstoff eines zweiten Leitfähigkeitstyps dotiert ist. Beispielsweise kann die erste Kontaktschicht ein p-dotiertes TCO und die zweite Kontaktschicht ein n-dotiertes TCO enthalten.
Der erste Kontaktbereich, mit welchem die erste Kontaktschicht elektrisch verbunden ist, ist bevorzugterweise metallisch ausgebildet und enthält beispielsweise Au. Besonders bevorzugt ist der erste Kontaktbereich in Form eines Bondpads oder Kontaktfingers ausgebildet. Weiter bevorzugt ist der erste Kontaktbereich in die erste Kontaktschicht eingebettet. Vorteilhafterweise kann dadurch eine vergleichsweise homogene Stromverteilung in der ersten Kontaktschicht erzielt werden. Der erste Kontaktbereich kann auf die Isolierschicht aufgebracht sein.
Ferner sind der erste Kontaktbereich und der Halbleiterkörper vorzugsweise auf einem gemeinsamen Träger angeordnet. Mittels des Trägers ist die Stabilität des Halbleiterchips erhöht, was beispielsweise eine Handhabung des Halbleiterchips erleichtert.
Wie bereits oben erwähnt kann der Halbleiterchip eine zweite Kontaktschicht aufweisen. Diese ist vorzugsweise auf einer der Strahlungsaustrittsseite gegenüberliegenden Rückseite angeordnet oder auf den Träger aufgebracht, wenn ein Träger vorhanden ist. Vorteilhafterweise ist sowohl mittels der ersten als auch mittels der zweiten Kontaktschicht im Bereich des Halbleiterkörpers eine drahtlose Kontaktierung möglich, bei der die Kontaktschichten etwa Bondpad und Bonddraht ersetzen. Dies schließt nicht aus, dass der erste und/oder ein zweiter Kontaktbereich mittels einer Drahtverbindung an eine Spannungsquelle angeschlossen ist.
Bevorzugterweise verbindet die zweite Kontaktschicht den Halbleiterkörper mit einem zweiten Kontaktbereich zur elektrischen Kontaktierung des Halbleiterkörpers. Besonders bevorzugt ist die zweite Kontaktschicht zwischen dem Halbleiterkörper und dem zweiten Kontaktbereich angeordnet und bildet zusammen mit dem zweiten Kontaktbereich, der beispielsweise eine Reflexionsschicht ist, einen Spiegel. Insbesondere kann die zweite Kontaktschicht für die emittierte Strahlung durchlässig sein. Strahlung, die durch die zweite Kontaktschicht transmittiert wird, kann dann am zweiten Kontaktbereich reflektiert werden. Zweckmäßigerweise ist der zweite Kontaktbereich metallisch ausgebildet. Insbesondere kann der zweite Kontaktbereich Au, Al, Ag, AuZn enthalten. Derartige Materialien eignen sich unter anderem für eine Ausbildung des zweiten Kontaktbereichs als Reflexionsschicht. Ferner kann die zweite Kontaktschicht ein TCO enthalten.
Es wurde bereits erwähnt, dass mittels des photonischen Kristalls oder Quasikristalls die Direktionalität der vom Halbleiterchip emittierten Strahlung verbessert werden kann. Eine weitere Verbesserung ist möglich, wenn der Halbleiterchip wie vorliegend bevorzugt ein Dünnfilm-Leuchtdiodenchip ist. Ein Dünnfilm-Leuchtdiodenchip zeichnet sich insbesondere durch mindestens eines der folgenden Merkmale aus:

– 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 0,5 μm bis 2 μm auf; und
– 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, das heißt sie weist ein möglichst ergodisch stochastisches Streuverhalten auf.

Ein Grundprinzip eines Dünnschicht-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.
Ein Dünnfilm-Leuchtdiodenchip ist in guter Näherung ein Lambert'scher Oberflächenstrahler und eignet sich von daher besonders gut für die Anwendung in einem Scheinwerfer.
Gemäß einer bevorzugten Variante weist der Halbleiterchip zwei oder mehr Halbleiterkörper auf, wobei zwischen zwei benachbarten Halbleiterkörpern jeweils ein photonischer Kristall oder Quasikristall angeordnet ist. Diese Variante ist insbesondere bei größeren Halbleiterchips denkbar, die eine Kantenlänge beispielsweise größer als 400 μm aufweisen. Zur Herstellung können aus einem fertig epitaxierten unstrukturierten Halbleiterkörper innerhalb eines begrenzten Bereichs Vertiefungen oder Erhebungen herausgebildet werden. Der Bereich wird dann an einer ersten gedachten Seitenflanke durch einen ersten Halbleiterkörper und an einer zweiten gedachten Seitenflanke durch einen zweiten Halbleiterkörper begrenzt. Somit sind die beiden Halbleiterkörper mittels des photonischen Kristalls oder Quasikristalls zusammenhängend.
Alternativ kann der Halbleiterchip zwei separate Halbleiterkörper umfassen, die an einander zugewandten Seitenflanken jeweils einen photonischen Kristall oder Quasikristall aufweisen. Hierbei wird der fertig epitaxierte unstrukturierte Halbleiterkörper in mindestens zwei separate Halbleiterkörper zerteilt, wobei in Randbereichen der separaten Halbleiterkörper zur Ausbildung der photonischen Kristalle oder Quasikristalle Vertiefungen eingebracht oder Erhebungen ausgebildet sind.
Bei dieser Variante ist ein Zwischenraum zwischen den beiden photonischen Kristallen oder Quasikristallen oder zwischen den Halbleiterkörpern vorzugsweise mittels der Isolierschicht ausgekleidet. Insbesondere wird der Zwischenraum dazu genutzt, einen ersten Kontaktbereich in dem Zwischenraum zu versenken. Durch eine Anordnung des ersten Kontaktbereichs im Zwischenraum ist die Absorption von Strahlung durch den ersten Kontaktbereich vorteilhaft reduziert.
Der Halbleiterchip oder der Halbleiterkörper kann ein auf Phosphid-Verbindungshalbleitern, Arsenid-Verbindungshalbleitern oder Nitrid-Verbindungshalbleitern basierendes Material enthalten. „Auf Phosphid-Verbindungshalbleitern basierend" bedeutet in diesem Zusammenhang, dass ein derart bezeichneter Halbleiterchip oder Halbleiterkörper vorzugsweise Al_nGa_mIn_1-n-mP umfasst, wobei 0 ≤ n ≤ 1, 0 ≤ m ≤ 1 und n + m ≤ 1. Für Nitrid-Verbindungshalbleiter und Arsenid- Verbindungshalbleiter gilt das Entsprechende.
Die Epitaxieschichtenfolge des Dünnfilm-Leuchtdiodenchips kann insbesondere bei Verwendung eines auf Nitrid-Verbindungshalbleitern basierenden Materials eine Dicke aufweisen, die geringer ist als 1 μm.
Weitere Verbesserungen der Strahlungsintensität des Halbleiterchips können dadurch erzielt werden, dass die Kontaktfläche oder Hauptfläche des Halbleiterkörpers Auskoppelelemente aufweist. Beispielsweise kann die Hauptfläche aufgeraut sein, Mikroprismen oder einen schwachen photonischen Kristall, der nicht bis zum aktiven Bereich reicht, aufweisen.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von zwei Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den 1 bis 3 näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines Halbleiterchips gemäß der Erfindung,
2 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch ein zweites Ausführungsbeispiel eines Halbleiterchips gemäß der Erfindung,
3 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch ein drittes Ausführungsbeispiel eines Halbleiterchips gemäß der Erfindung.
Gleiche oder gleichwirkende Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Der in 1 dargestellte Halbleiterchip 100 umfasst einen Halbleiterkörper 4, der eine Hauptfläche 7 mit einer Kontaktfläche 8 und einen aktiven Bereich 10 aufweist, sowie einen ersten strukturierten Kontaktbereich 5 zur elektrischen Kontaktierung des Halbleiterkörpers 4, der in Form zweier Bondpads ausgebildet ist. Im Betrieb verlaufen Strompfade A von den beiden Bondpads zum aktiven Bereich 10. Der erste Kontaktbereich 5 beziehungsweise die beiden Bondpads ist/sind von der Kontaktfläche 8 lateral beabstandet. Eine erste Kontaktschicht 1, welche für die vom aktiven Bereich 10 emittierte Strahlung durchlässig und ferner elektrisch leitend ist, verbindet den ersten Kontaktbereich 5 mit der Kontaktfläche 8. An zwei Seitenflanken des Halbleiterkörpers 4 ist jeweils ein photonischer Kristall 9 angeordnet. Auf die photonischen Kristalle 9 ist vorderseitig und rückseitig eine Isolierschicht 6 aufgebracht, auf welcher vorderseitig der erste Kontaktbereich 5 und rückseitig der zweite Kontaktbereich 3 ausgebildet ist. Der zweite Kontaktbereich 3 erstreckt sich rückseitig über die gesamte Halbleiterchipfläche. Zwischen dem zweiten Kontaktbereich 3 und dem Halbleiterkörper 4 ist eine zweite Kontaktschicht 2 angeordnet, die den Halbleiterkörper 4 mit dem zweiten Kontaktbereich 3 elektrisch verbindet.
Der in 2 dargestellte Halbleiterchip 100 umfasst mehrere Halbleiterkörper 4, die jeweils an einer Seitenflanke einen photonischen Kristall 9 aufweisen. Insbesondere sind jeweils zwei Halbleiterkörper 4 mittels eines photonischen Kristalls 9 miteinander verbunden. Somit ist der Halbleiterchip 100 zusammenhängend ausgebildet. Der Halbleiterchip 100 ist auf einfache Weise herstellbar, in dem in einem fertig epitaxierten unstrukturierten Halbleiterkörper photonische Kristalle 9 ausgebildet werden. Die photonischen Kristalle 9 können ein gitterartiges Muster ergeben, so dass jeder Halbleiterkörper 4 an allen vier Seitenflanken einen photonischen Kristall 9 aufweist. Die photonischen Kristalle 9 können aus dem unstrukturierten Halbleiterkörper herausgebildete Vertiefungen oder Erhebungen sein. Insbesondere sind die Vertiefungen oder Erhebungen in den unstrukturierten Halbleiterkörper geätzt. Sie ergeben beispielsweise ein zweidimensionales Gitter mit Bereichen 9a, die einen ersten Brechungsindex aufweisen, und einem umgebenden Medium 9b, das einen zweiten, von dem ersten verschiedenen Brechumgsindex aufweist.
Die photonischen Kristalle 9 grenzen auf einer Strahlungsaustrittsseite 11 an Kontaktflächen 8 der Halbleiterkörper 4. Die Kontaktflächen 8 sind frei von die Strahlung absorbierenden metallischen Kontaktstrukturen. Die Kontaktflächen 8 sind vollständig von der ersten Kontaktschicht 1 bedeckt. Die erste Kontaktschicht 1 stellt eine elektrische Verbindung zwischen dem ersten Kontaktbereich 5 und der Kontaktfläche 8 jedes Halbleiterkörpers 4 her. Wie dargestellt ist, weist der Halbleiterchip 100 eine Mehrzahl von ersten Kontaktbereichen 5 auf, wobei jeweils ein erster Kontaktbereich 5 auf einem photonischen Kristall 9 angeordnet ist. Die ersten Kontaktbereiche 5 sind metallisch ausgebildet und enthalten vorzugsweise Au. Die ersten Kontaktbereiche 5 sind in die erste Kontaktschicht 1 eingebettet.
Auf der der Strahlungsaustrittsseite 11 gegenüber liegenden Rückseite weist der Halbleiterchip 100 den zweiten Kontaktbereich 3 auf, wobei die Halbleiterkörper 4 mittels der zweiten Kontaktschicht 2 mit dem zweiten Kontaktbereich 3 elektrisch verbunden sind. Der zweite Kontaktbereich 3 ist eine Metallschicht, die vorzugsweise Au, Al, Ag, AuZn enthält. Die zweite Kontaktschicht 2 ist eine strukturierte Schicht, die auf die Halbleiterkörper 4 aufgebracht ist. In Bereichen, die von der zweiten Kontaktschicht 2 unbedeckt sind, ist die Isolierschicht 6 angeordnet. Dies sind Bereiche, in welchen sich die photonischen Kristalle 9 befinden. Auch auf der Strahlungsaustrittsseite 11 sind die photonischen Kristalle 9 mit einer Isolierschicht 6 bedeckt, auf welche die ersten Kontaktbereiche 5 aufgebracht sind.
Mittels der Isolierschicht 6 sind Strompfade A definiert, welche durch die Kontaktflächen 8 und die aktiven Bereiche 10 verlaufen. Da die erste Kontaktschicht 1, welche die Kontaktflächen 8 bedeckt, strahlungsdurchlässig ist, kann die in den aktiven Bereichen 10 erzeugte Strahlung ungehindert aus den Halbleiterkörpern 4 austreten. Außerdem sind die ersten Kontaktbereiche 5 zu den aktiven Bereichen 10 lateral beabstandet, so dass die aktiven Bereichen 10 von den ersten Kontaktbereichen 5 vorteilhafterweise nicht abgeschattet sind. Weiterhin sind die Halbleiterkörper 4 auf den Kontaktflächen 8 frei von die Strahlung absorbierenden Kontaktstrukturen. Somit weist der Halbleiterchip 100 einen Aufbau auf, der zur Auskopplung von Strahlung besonders geeignet ist. Einen weiteren Beitrag hierzu leisten die photonischen Kristalle 9, die den Abstrahlwinkel einengen und somit für eine erhöhte Strahlungsintensität innerhalb eines kleineren Winkels sorgen.
Die erste und die zweite Kontaktschicht 1, 2 enthalten vorzugsweise eine transparente leitfähige Oxidschicht (TCO).
Mittels der zweiten Kontaktschicht 2 und dem zweiten Kontaktbereich 2 ist vorteilhafterweise ein Spiegel ausgebildet, der die auftreffende Strahlung in Richtung der Strahlungsaustrittsseite 11 reflektiert.
Vorteilhafterweise ist der vorliegende Halbleiterchip 100 ein Dünnfilm-Halbleiterhalbleiterchip, der substratlos ist und ferner keine Stromaufweitungsschicht aufweist, da die zur Stromverteilung vorgesehenen Mittel ausreichend sind. Während die Epitaxieschichtenfolge eines herkömmlichen Dünnfilm-Halbleiterhalbleiterchips eine Dicke von 10 μm aufweist, kann die Epitaxieschichtenfolge 14 des vorliegenden Halbleiterchips 100 mit einer Dicke von höchstens 2 μm, vorzugsweise von etwa 0,5 μm bis 2 μm ausgebildet werden. Dies ist insbesondere für die Ausbildung des photonischen Kristalls 9 von Vorteil, der sich mindestens bis zum aktiven Bereich 10 ausdehnen soll.
Die ersten Kontaktbereiche 5 sind in diesem Ausführungsbeispiel als Metallfinger ausgebildet, die netzartig angeordnet sind. Die Isolierschicht 6, auf welche die ersten Kontaktbereiche 5 aufgebracht sind, ist in diesem Fall ebenfalls netzartig ausgebildet. Die Isolierschicht 6 enthält vorzugsweise Siliziumnitrid oder Siliziumoxid.
Bei dem in 3 dargestellten Halbleiterchip 100 sind die Halbleiterkörper 4 nicht wie bei dem in 2 dargestellten Halbleiterchip 100 zusammenhängend ausgebildet, sondern liegen als separate Halbleiterkörper 4 vor. Zwischen den separaten Halbleiterkörpern 4 sind Zwischenräume 12 vorhanden. In den Zwischenräumen 12 sind die ersten Kontaktbereiche 5 angeordnet. Vorteilhafterweise sind die ersten Kontaktbereiche 5 in den Zwischenräumen 12 versenkt, so dass eine Abschattung der aktiven Bereiche 10 durch die ersten Kontaktbereiche 5 nicht unmittelbar gegeben ist. Wiederum sind durch eine geeignete Struktur der Isolierschicht 6 Strompfade A gebildet, die durch den Halbleiterkörper 4 verlaufen, den photonischen Kristall 9 jedoch auslassen. Somit findet die Strahlungserzeugung in dem von der Kontaktfläche 8 bedeckten aktiven Bereich 10 statt. Die Isolierschicht 6 erstreckt sich von der Hauptfläche 7 des Halbleiterkörpers 4 bis zur zweiten Kontaktschicht 2 und bedeckt Seitenflächen des Halbleiterkörpers 4. Insbesondere kleidet die Isolierschicht 6 die Zwischenräume 12 aus, wobei die Zwischenräume 12 mit dem Material der Isolierschicht 6 derart aufgefüllt sind, dass das Aufbringen der ersten Kontaktbereiche 5 ohne größere Schwierigkeiten bewerkstelligt werden kann.
Die Halbleiterkörper 4 sind zwischen der ersten Kontaktschicht 1 und der zweiten Kontaktschicht 2 angeordnet. Vorzugsweise enthalten die erste Kontaktschicht 1 und die zweite Kontaktschicht 2 das gleiche Material, insbesondere ein TCO. Im Gegensatz zu dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel weist der in 3 dargestellte Halbleiterchip 100 eine unstrukturierte zweite Kontaktschicht 2 auf, die ganzflächig ausgebildet ist. Der zweite Kontaktbereich 3, der die zweite Kontaktschicht 2 vollständig bedeckt und vorzugsweise mit der zweiten Kontaktschicht 2 einen Spiegel bildet, ist auf einen Träger 13 aufgebracht. Mittels des Trägers 13 ist die Stabilität des Halbleiterchips 100 vorteilhaft erhöht, was beispielsweise eine Handhabung des Halbleiterchips 100 erleichtert.
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 Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2007 008 525.9 , deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102005048408 A [0002]
- DE 102007008525 [0055]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- I. Schnitzer et al., Appl. Phys. Lett. 63 (16), 18. Oktober 1993, 2174–2176 [0029]

Claims

Halbleiterchip (100) mit mindestens einem Halbleiterkörper (4), der eine Hauptfläche (7) mit einer Kontaktfläche (8) und einen aktiven Bereich (10) aufweist, mit mindestens einem ersten Kontaktbereich (5), der zur elektrischen Kontaktierung des Halbleiterkörpers (4) vorgesehen ist und von der Kontaktfläche (8) lateral beabstandet ist, und mit einer für die vom aktiven Bereich (10) emittierte Strahlung durchlässigen, elektrisch leitenden ersten Kontaktschicht (1), welche die Kontaktfläche (8) mit dem ersten Kontaktbereich (5) verbindet, wobei an mindestens einer Seitenflanke des Halbleiterkörpers (4) ein photonischer Kristall (9) oder ein Quasikristall angeordnet ist.
Halbleiterchip (100) nach Anspruch 1, wobei der photonische Kristall (9) eine Mehrzahl von regelmäßig angeordneten Bereichen (9a) mit einem ersten Brechungsindex aufweist, die von einem Medium (9b) mit einem zweiten Brechungsindex umgeben sind.
Halbleiterchip (100) nach Anspruch 2, wobei die regelmäßig angeordneten Bereiche (9a) Vertiefungen oder Erhebungen sind, die aus dem Halbleiterkörper (4) herausgebildet sind.
Halbleiterchip (100) nach einem der Ansprüche 2 oder 3, wobei sich die Bereiche (9a) quer zu einer Ebene erstrecken, in welcher der aktive Bereich (10) angeordnet ist.
Halbleiterchip (100) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei sich die Bereiche (9a) von der ersten Hauptfläche (7) bis mindestens zum aktiven Bereich (10) erstrecken.
Halbleiterchip (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kontaktfläche (8) in lateraler Richtung mittels einer Isolierschicht (6) begrenzt ist, welche auf der ersten Hauptfläche (7) aufgebracht ist.
Halbleiterchip (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Halbleiterchip (100) zwei oder mehr Halbleiterkörper (4) aufweist, wobei zwischen zwei benachbarten Halbleiterkörpern (4) jeweils ein photonischer Kristall (9) oder ein photonischer Quasikristall angeordnet ist.
Halbleiterchip (100) nach Anspruch 6 und 7, wobei die Isolierschicht (6) auf dem photonischen Kristall (9) oder dem photonischen Quasikristall angeordnet ist.
Halbleiterchip (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Halbleiterchip (100) zwei separate Halbleiterkörper (4) umfasst, die an einander zugewandten Seitenflanken jeweils einen photonischen Kristall (9) oder Quasikristall aufweisen.
Halbleiterchip (100) nach Anspruch 6 und 9, wobei ein Zwischenraum (12) zwischen den beiden photonischen Kristallen (9) oder Quasikristallen mit der Isolierschicht (6) ausgekleidet ist.
Halbleiterchip (100) nach Anspruch 10, wobei ein erster Kontaktbereich (5) in dem Zwischenraum (12) angeordnet ist.
Halbleiterchip (100) nach Anspruch 6 oder einem der auf Anspruch 6 rückbezogenen Ansprüche, wobei der erste Kontaktbereich (5) auf die Isolierschicht (6) aufgebracht ist.
Halbleiterchip (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Kontaktbereich (5) ein Bondpad oder Kontaktfinger ist.
Halbleiterchip (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kontaktfläche (8) frei ist von die Strahlung absorbierenden, insbesondere metallischen Kontaktstrukturen.
Halbleiterchip (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Kontaktschicht (1) eine den Halbleiterchip (100) in einer Hauptabstrahlrichtung nach außen begrenzende Schicht bildet.
Halbleiterchip (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Kontaktschicht (1) ein TCO enthält.
Halbleiterchip (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Kontaktbereich (5) und der Halbleiterkörper (4) auf einem gemeinsamen Träger (13) angeordnet sind.
Halbleiterchip (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Halbleiterchip (100) eine zweite Kontaktschicht (2) aufweist, die den Halbleiterkörper (4) mit einem zweiten Kontaktbereich (3) zur elektrischen Kontaktierung des Halbleiterkörpers (4) verbindet.
Halbleiterchip (100) nach Anspruch 18, wobei der zweite Kontaktbereich (3) die zweite Kontaktschicht (2) bedeckt.
Halbleiterchip (100) nach Anspruch 18 oder 19, wobei der zweite Kontaktbereich (3) eine Reflexionsschicht ist.
Halbleiterchip (100) nach Anspruch 20, wobei die zweite Kontaktschicht (2) zwischen dem Halbleiterkörper (4) und dem zweiten Kontaktbereich (3) angeordnet ist und zusammen mit dem zweiten Kontaktbereich (3) einen Spiegel bildet.
Halbleiterchip (100) nach einem der Ansprüche 18 bis 21, wobei die zweite Kontaktschicht (2) für die emittierte Strahlung durchlässig ist.
Halbleiterchip (100) nach einem der Ansprüche 18 bis 22, wobei die zweite Kontaktschicht (2) ein TCO enthält.
Halbleiterchip (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Halbleiterchip (100) ein Dünnfilm-Leuchtdiodenchip ist.
Halbleiterchip (100) nach Anspruch 24, wobei eine Epitaxieschichtenfolge (14) des Dünnfilm-Leuchtdiodenchips eine Dicke von höchstens 2 μm, vorzugsweise 1 μm, aufweist.