DE102008021621A1 - Strahlung emittierender Dünnfilm-Halbleiterchip - Google Patents

Strahlung emittierender Dünnfilm-Halbleiterchip Download PDF

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DE102008021621A1
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Krister Bergenek
Ralph Dr. Wirth
Norbert Dr. Linder
Christopher Wiesmann
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Abstract

Die Erfindung beschreibt eine Strahlung emittierenden Dünnfilm-Halbleiterchip (1) mit einer aktiven Zone (2) zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung, einem photonischen Kristall (3) oder Quasikristall zur Strahlungsextraktion in einen vorgegebenen Ausfallswinkelbereich, eine rückseitige Reflexionsschicht (4) zur Reflexion der in dem Dünnfilm-Halbleiterchip (1) propagierenden Strahlung, und eine der rückseitigen Reflexionsschicht (4) gegenüberliegende vorderseitige Grenzschicht, wobei für einen Abstand d zwischen der rückseitigen Reflexionsschicht (4) und der vorderseitigen Grenzschicht gilt: d < (lambda)/2n . [(1)/1 - (1 - 1/n2)1/2], wobei lambda die Wellenlänge und n der Brechungsindex ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Strahlung emittierenden Dünnfilm-Halbleiterchip.
  • Strahlung erzeugende Halbleiterchips sind aus Halbleitermaterialien gefertigt, deren Brechungsindex im Vergleich zu einem umgebenden Medium, beispielsweise Luft, typischerweise relativ hoch ist. Bei der Auskopplung von Strahlung kann es daher an der Grenzfläche zwischen dem Halbleiterchip und dem umgebenden Medium ab einem bestimmten Grenzwinkel zu Totalreflexionen kommen, was die Auskoppeleffizienz erheblich mindern kann.
  • Eine zu lösende Aufgabe besteht vorliegend darin, einen Strahlung emittierenden Dünnfilm-Halbleiterchip mit einer verbesserten Auskoppeleffizienz anzugeben.
  • Diese Aufgabe wird durch einen Strahlung emittierenden Dünnfilm-Halbleiterchip gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen des Strahlung emittierenden Dünnfilm-Halbleiterchips sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform weist der Strahlung emittierende Dünnfilm-Halbleiterchip eine aktive Zone zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung auf sowie einen photonischen Kristall oder Quasikristall zur Extraktion der Strahlung, insbesondere von geführten beziehungsweise totalreflektierten Moden, in einen vorgegebenen Ausfallswinkelbereich, eine rückseitige Reflexionsschicht zur Reflexion der in dem Dünnfilm-Halbleiterchip propagierenden Strahlung und eine der rückseitigen Reflexionsschicht gegenüber liegende vorderseitige Reflexionsfläche, wobei für einen Abstand d zwischen der rückseitigen Reflexionsschicht und der vorderseitigen Reflexionsfläche gilt:
    Figure 00020001
    wobei λ die Wellenlänge und n der Brechungsindex ist.
  • Die Wellenlänge λ bezeichnet die Vakuum-Wellenlänge der in dem Dünnfilm-Halbleiterchip propagierenden Strahlung. Der Brechungsindex n bezeichnet einen mittleren Brechungsindex, der sich aus den verschiedenen Brechungsindizes der im Dünnfilm-Halbleiterchip befindlichen Schichten, mit welchen die Strahlung wechselwirkt, errechnet. Die vorderseitige Reflexionsfläche ist eine an ein Umgebungsmedium, welches den Dünnfilm-Halbleiterchip umgibt, angrenzende Oberfläche des Dünnfilm-Halbleiterchips, wenn dieser keine vorderseitige Reflexionsschicht aufweist. Ist eine vorderseitige Reflexionsschicht vorgesehen, so ist die vorderseitige Reflexionsfläche eine der aktiven Zone zugewandte Oberfläche der vorderseitigen Reflexionsschicht. Weist der Dünnfilm-Halbleiterchip eine vorderseitige Reflexionsschicht auf, so bezeichnet der Abstand d den Abstand zwischen der rückseitigen und der vorderseitigen Reflexionsschicht. Ist keine vorderseitige Reflexionsschicht vorhanden, so bezeichnet der Abstand d den Abstand zwischen der rückseitigen Reflexionsschicht und der Oberfläche des Dünnfilm-Halbleiterchips.
  • Mit „rückseitig” ist die Seite des Halbleiterchips gemeint, die einer Strahlungsaustrittsseite des Halbleiterchips gegenüber liegt. Entsprechend bezeichnet „vorderseitig” die Seite, auf der die Strahlungsaustrittsseite angeordnet ist.
  • Der Abstand d ist so gewählt, dass bei konstruktiver Interferenz zwischen der an der rückseitigen Reflexionsschicht in Richtung der aktiven Zone reflektierten Strahlung und der von der aktiven Zone direkt emittierten Strahlung insbesondere nur eine Resonanz auftritt, das heißt es tritt Singlemodigkeit auf. Dies hat den Vorteil, dass die Strahlungsintensität in einer Hauptabstrahlrichtung beziehungsweise für kleine Abstrahlwinkel relativ zur Hauptabstrahlrichtung verstärkt wird. Unter kleinen Abstrahlwinkeln sind vorzugsweise Winkel zu verstehen, die von der Hauptabstrahlrichtung mit einem Winkel von 0° nicht mehr als etwa 30° abweichen.
  • Der Dünnfilm-Halbleiterchip kann aus einem anorganischen oder organischen Halbleitermaterial hergestellt sein.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist der Dünnfilm-Halbleiterchip eine Halbleiter-Schichtenfolge epitaktisch gewachsener Schichten auf, von welcher das Aufwachssubstrat abgelöst ist. Aufgrund des abgelösten Aufwachssubstrats weist der Dünnfilm-Halbleiterchip eine reduzierte Gesamtdicke auf. Diese wirkt sich vorteilhaft auf dessen optische Eigenschaften aus. Denn der Halbleiterchip gleicht einem Resonator, in welchem umso weniger Moden auftreten, desto dünner der Halbleiterchip ausgebildet ist. Die verringerte Anzahl von Moden kann vorteilhaftweise zu einer Steigerung der Strahlungsleistung innerhalb eines vorgegebenen Abstrahlwinkelbereichs führen.
  • Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Dünnfilm-Halbleiterchips sieht eine rückseitige Kontaktschicht aus einem transparenten leitenden Oxid zur Stromeinprägung in die aktive Zone vor, die zwischen der aktiven Zone und der rückseitigen Reflexionsschicht angeordnet ist.
  • Mittels der rückseitigen Kontaktschicht ist eine vorteilhafte Stromaufweitung und insbesondere eine homogene Stromverteilung über den Halbleiterchip hinweg möglich. Denn vorzugsweise bedeckt die rückseitige Kontaktschicht eine für den elektrischen Kontakt vorgesehene Kontaktfläche der Halbleiter-Schichtenfolge vollständig.
  • Weiterhin kann aufgrund der rückseitigen Kontaktschicht auf eine üblicherweise in die Halbleiter-Schichtenfolge integrierte Stromaufweitungsschicht verzichtet werden. Dies hat den Vorteil, dass die Gesamtdicke des Halbleiterchips gegenüber einem herkömmlichen Halbleiterchip verringert werden kann.
  • Der Abstand zwischen der aktiven Zone und der rückseitigen Reflexionsschicht kann insbesondere mittels der Dicke der rückseitigen Kontaktschicht resonant eingestellt sein. Vorzugsweise ist der Abstand ein ungeradzahliges Vielfaches von λ/4n, insbesondere λ/4n, 3λ/4n oder 5λ/4n. Je nach Wellenlänge kann die rückseitige Kontaktschicht unterschiedlich dick auf eine die aktive Zone umfassende Halbleiter-Schichtenfolge aufgebracht werden. Beispielsweise kann die rückseitige Kontaktschicht aufgesputtert oder aufgedampft sein.
  • Das transparente leitende Oxid, auch TCO (transparent conductive oxide) genannt, ist ein transparentes, leitendes Material, in der Regel ein Metalloxid, 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 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. Das zweidimensionale Gitter kann beispielsweise eine rechteckige oder hexagonale Struktur aufweisen.
  • Der Abstand zwischen zwei benachbarten Bereichen entspricht der Gitterkonstante a. Der photonische Kristall oder Quasikristall erzielt seine Wirkung am besten, wenn die Gitterkonstante a an eine Wellenlänge der im aktiven Bereich erzeugten Strahlung angepasst ist. Vorzugsweise gilt für die Gitterkonstante a folgende Beziehung: λ/n < a < λ.
  • Im Falle des photonischen Kristalls weisen die regelmäßig angeordneten Bereiche über den gesamten photonischen Kristall hinweg die gleiche periodische Struktur auf. Es ist auch denkbar, den photonischen Kristall aus mehreren photonischen Kristallen, die verschiedene Gitterkonstanten a aufweisen können, zusammenzusetzen.
  • Unter einem Quasikristall wird im Rahmen der Anmeldung ein aperiodischer geordneter Kristall verstanden.
  • Es ist jedoch auch möglich, anstelle des photonischen Kristalls oder Quasikristalls eine Struktur aus zufällig angeordneten Bereichen mit einem ersten Brechungsindex zu verwenden, die von einem Medium mit einem zweiten Brechungsindex umgeben sind. Hierbei gilt für die verschiedenen Abstände zwischen den zufällig angeordneten Bereichen ebenfalls die oben genannte Beziehung: λ/n < a < λ.
  • Mittels des photonischen Kristalls oder Quasikristalls kann eine verbesserte Direktionalität erzielt werden, das heißt der Abstrahlwinkel kann verkleinert werden.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des Halbleiterchips ist der photonische Kristall oder Quasikristall zwischen der aktiven Zone und der rückseitigen Reflexionsschicht angeordnet. Diese Ausgestaltung ist insbesondere vorteilhaft, wenn vorderseitig anstelle einer dünneren beispielsweise ein TCO enthaltenden Kontaktschicht eine dickere Halbleitermaterial enthaltende Stromaufweitungsschicht verwendet wird. In diesem Fall wäre der Abstand zwischen der aktiven Zone und dem photonischen Kristall relativ groß und damit die Wirkung des photonischen Kristalls abgeschwächt.
  • Gemäß einer alternativen Ausgestaltung ist der photonische Kristall oder Quasikristall auf einer der rückseitigen Reflexionsschicht abgewandten Seite der aktiven Zone angeordnet. Diese Ausgestaltung ermöglicht eine einfache Herstellung des photonischen Kristalls oder Quasikristalls.
  • Der photonische Kristall oder Quasikristall kann direkt auf der Halbleiter-Schichtenfolge aufgebracht sein, welche die aktive Zone umfasst.
  • Auf einer der rückseitigen Reflexionsschicht abgewandten Seite der aktiven Zone kann weiterhin eine vorderseitige Reflexionsschicht, insbesondere ein Braggspiegel, angeordnet sein. Die vorderseitige Reflexionsschicht kann dem photonischen Kristall oder Quasikristall aus Sicht der aktiven Zone nachgeordnet sein.
  • Bei einer alternativen Ausführungsform ist die vorderseitige Reflexionsschicht direkt auf der Halbleiter-Schichtenfolge aufgebracht, welche die aktive Zone umfasst. Hierbei ist der photonische Kristall oder Quasikristall der Reflexionsschicht aus Sicht der aktiven Zone nachgeordnet. Insbesondere kann der photonische Kristall oder Quasikristall direkt auf der vorderseitigen Reflexionsschicht aufgebracht sein.
  • Vorteilhafterweise können durch die rückseitige und die vorderseitige Reflexionsschicht die Resonatoreigenschaften des Dünnfilm-Halbleiterchips weiter verbessert werden.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist auf einer der rückseitigen Reflexionsschicht abgewandten Seite der aktiven Zone eine vorderseitige Kontaktschicht aus einem transparenten leitenden Oxid angeordnet, die zur Stromeinprägung in die aktive Zone vorgesehen ist. Somit kann auch auf der Vorderseite eine homogene Stromverteilung erzielt werden. Gleichzeitig kann somit auch auf der Vorderseite auf eine übliche, Halbleitermaterial enthaltende Stromaufweitungsschicht verzichtet werden, was sich wiederum vorteilhaft auf die Gesamtdicke des Halbleiterchips auswirkt.
  • Die vorderseitige Kontaktschicht ist vorzugsweise direkt auf dem photonischen Kristall oder Quasikristall aufgebracht.
  • Die vorderseitige Reflexionsschicht ist aus Sicht der aktiven Zone entweder vor dem photonischen Kristall oder Quasikristall und der Kontaktschicht angeordnet oder aber nach dem photonischen Kristall oder Quasikristall und der Kontaktschicht.
  • Die Halbleiter-Schichtenfolge kann AlnGamIn1-n-mN, AlnGamIn1_n_mAs oder AlnGamIn1-n-mP enthalten, wobei 0 ≤ n ≤ 1, 0 ≤ m ≤ 1 und n + m ≤ 1. Insbesondere weist die Halbleiter-Schichtenfolge GaN, InGaN, InGaAlP oder InGaAs auf.
  • Die als Braggspiegel ausgestaltete vorderseitige Reflexionsschicht kann aus einem Halbleitermaterial gebildet sein, das sich aus den gleichen Materialkomponenten zusammensetzt wie das Halbleitermaterial der Halbleiter-Schichtenfolge, oder kann dielektische Materialien enthalten.
  • Entsprechend kann der photonische Kristall aus einem Halbleitermaterial, beispielsweise dem Halbleitermaterial der Halbleiter-Schichtenfolge, gebildet sein oder aus einem dielektischen Material.
  • Bei einer vorteilhaften Variante ist die rückseitige Reflexionsschicht eine Metallschicht, die insbesondere Au oder eine Au-Legierung enthält.
  • Vorteilhafte Ausführungsformen eines Dünnfilm-Halbleiterchips gemäß der vorliegenden Anmeldung werden im folgenden anhand der 1 bis 4 näher erläutert.
  • Es zeigen:
  • 1 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines Dünnfilm-Halbleiterchips gemäß der Erfindung,
  • 2 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch ein zweites Ausführungsbeispiel eines Dünnfilm-Halbleiterchips gemäß der Erfindung,
  • 3 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch ein drittes Ausführungsbeispiel eines Dünnfilm-Halbleiterchips gemäß der Erfindung,
  • 4 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch ein viertes Ausführungsbeispiel eines Dünnfilm-Halbleiterchips gemäß der Erfindung.
  • Gleiche oder gleichwirkende Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
  • Der in 1 dargestellte Dünnfilm-Halbleiterchip 1 weist eine Halbleiter-Schichtenfolge 7 auf, bei welcher das Aufwachssubstrat abgelöst ist. Die Halbleiter-Schichtenfolge 7 ist ersatzweise auf einem Trägerelement 9 angeordnet. Durch die Ablösung des Aufwachssubstrats kann eine vergleichsweise geringe Dicke, vorzugsweise von etwa 2 μm, des auf dem Trägerelement 9 angeordneten Schichtenstapels erzielt werden.
  • Die Halbleiter-Schichtenfolge 7 umfasst eine aktive Zone 2 zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung. Die aktive Zone 2 weist einen pn-Übergang auf, der im einfachsten Falle aus einer p-leitenden und einer n-leitenden Halbleiterschicht gebildet ist, 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.
  • An die Halbleiter-Schichtenfolge 7 grenzt eine rückseitige Kontaktschicht 5 an, die ein TCO enthält. Vorzugsweise ist die Halbleiter-Schichtenfolge 7 rückseitig von der Kontaktschicht 5 vollständig bedeckt. Hierdurch kann in dem Dünnfilm-Halbleiterchip 1 eine vorteilhafte Stromaufweitung und insbesondere eine homogene Stromverteilung erzielt werden.
  • Auf einer der aktiven Zone 2 abgewandten Seite der rückseitigen Kontaktschicht 5 ist eine rückseitige Reflexionsschicht 4 angeordnet. Diese ist vorzugsweise ganzflächig auf die Kontaktschicht 5 aufgebracht. Die Reflexionsschicht 4 ist insbesondere eine Metallschicht. Mittels der Reflexionsschicht 4 kann die von der aktiven Zone 2 emittierte Strahlung in die Hauptabstrahlrichtung H umgelenkt werden, die vorzugsweise parallel zu einer Flächennormalen der Strahlungsaustrittsfläche A ist. Ferner kann der Dünnfilm-Halbleiterchip 7 mittels der Metallschicht elektrisch angeschlossen werden.
  • Der Abstand zwischen der aktiven Zone 2 und der Reflexionsschicht 4 ist resonant eingestellt, so dass die reflektierte Strahlung mit der direkt emittierten Strahlung, das heißt mit der von der aktiven Zone 2 in die Hauptabstrahlrichtung H emittierten Strahlung, konstruktiv interferieren kann, was zu einer Erhöhung der Strahlungsleistung in der Haupabstrahlrichtung H beziehungsweise innerhalb kleiner Abstrahlwinkel relativ zur Haupabstrahlrichtung H führt.
  • Ferner kann die Strahlungsleistung innerhalb kleiner Abstrahlwinkel durch die weiteren in der 1 dargestellten Elemente wie der vorderseitigen Reflexionsschicht 6 und dem photonischen Kristall 3 erhöht werden.
  • Die Reflexionsschicht 6 ist ein Braggspiegel. Darunter ist eine Vielschichtstruktur mit alternierendem Brechungsindex zu verstehen. Vorzugsweise weisen die Schichten der Vielschichtstruktur eine Dicke von λ/4n auf.
  • Mittels der als Braggspiegel ausgestalteten vorderseitigen Reflexionsschicht 6 und der rückseitigen Reflexionsschicht 4 können vorteilhafterweise die Resonatoreigenschaften des Dünnfilm-Halbleiterchips 1 weiter verbessert werden.
  • Dies gilt auch für den photonischen Kristall. Der photonische Kristall 3 weist eine Mehrzahl von regelmäßig angeordneten Bereichen 3a mit einem ersten Brechungsindex auf, die von einem Medium mit einem zweiten Brechungsindex 3b, beispielsweise Luft, umgeben sind. Die Bereiche 3a sowie die Bereiche 3b bilden ein zweidimensionales Gitter.
  • Die Strahlung, die durch die vorderseitige Reflexionsschicht 6 oder den photonischen Kristall 3 in den Halbleiterchip 1 zurückreflektiert wird, kann so oft im Halbleiterchip 1 umlaufen, bis sie unter einem für die Auskopplung geeigneten Winkel wieder auf die vorderseitige Reflexionsschicht 6 oder den photonischen Kristall 3 auftrifft. Die Strahlung kann außerdem in der aktiven Zone 2 absorbiert und unter einem für die Auskopplung geeigneten Winkel reemittiert werden.
  • Während bei einem herkömmlichen Halbleiterchip mit Lambert'scher Abstrahlcharakteristik etwa 25% der Strahlungsleistung innerhalb eines Strahlungskegels mit einem Öffnungswinkel von 60° (± 30° relativ zur Hauptabstrahlrichtung H) anfallen, kann der Anteil bei einem Dünnfilm-Halbleiterchip gemäß der Erfindung auf 30% bis 40% gesteigert werden.
  • Exemplarisch sind nachfolgend für einen Dünnfilm-Halbleiterchip gemäß der Erfindung geeignete Materialsysteme genannt, die insbesondere in allen vier Ausführungsbeispielen gemäß den 1 bis 4 Verwendung finden können.
  • Gemäß einer vorteilhaften Variante enthält die Halbleiter-Schichtenfolge 7 AlnGamIn1-n-mP, wobei 0 ≤ n ≤ 1, 0 ≤ m ≤ 1 und n + m ≤ 1 ist, vorzugsweise mit n ≠ 0 und/oder m ≠ 0.
  • Die vorderseitige Reflexionsschicht 6 kann ein Braggspiegel sein, der ein Halbleitermaterial enthält und auf die Halbleiter-Schichtenfolge 7 aufgewachsen ist. Insbesondere kann die Reflexionsschicht 6 eine Vielschichtstruktur aus mehreren, beispielsweise sechs oder sieben, Schichten mit alternierendem Brechungsindex aufweisen, wobei sich zum Beispiel eine InxGa0.5(1-x)Al0.5(1-x)P-Schicht mit einer InxGa0.05(1-x)Al0.95(1-x)P-Schicht abwechselt und 0 ≤ x ≤ 1 ist.
  • Die rückseitige Kontaktschicht 5 enthält vorteilhafterweise ein TCO aus einem der im allgemeinen Teil der Beschreibung genannten Materialien. Die Schichtdicke kann etwa 250 nm betragen.
  • Die rückseitige Reflexionsschicht 4 ist vorzugsweise eine Metallschicht, die beispielsweise Au oder eine Au-Legierung enthält.
  • Der photonische Kristall 3 enthält vorzugsweise ein Halbleitermaterial, insbesondere AlnGamIn1-n-mP, wobei 0 ≤ n ≤ 1, 0 ≤ m ≤ 1 und n + m ≤ 1 ist, vorzugsweise mit n ≠ 0 und/oder m ≠ 0. Zur Herstellung des photonischen Kristalls 3 wird eine derartige Schicht auf die vorderseitige Reflexionsschicht 6 aufgewachsen und anschließend derart strukturiert, dass die hervorstehenden Bereiche 3a ausgebildet werden.
  • Wird anstelle von InGaAlP für die Halbleiter-Schichtenfolge 7 beispielsweise InGaAs verwendet, so ist als vorderseitige Reflexionsschicht 6 insbesondere ein Braggspiegel geeignet, der eine Vielschichtstruktur aus sich abwechselnden Al0.5Ga0.5As- und Al0.95Ga0.05As-Schichten aufweist.
  • Es ist jedoch auch möglich, die vorderseitige Reflexionsschicht 6 sowie den photonischen Kristall 3 aus dielektrischen Materialien wie den folgenden herzustellen: einem Siliziumnitrid, einem Siliziumoxid, einem Titanoxid.
  • Bei einem dielektrischen Braggspiegel stehen für die Vielschichtstruktur Materialien zur Verfügung, die sich im Brechungsindex stärker unterscheiden können als für diesen Zweck geeignete Halbleitermaterialien. Daher können bei einem dielektrischen Braggspiegel stärkere Resonanzen erzielt werden als bei einem Braggspiegel aus einem Halbleitermaterial.
  • Beispielsweise kann ein bevorzugter dielektrischer Braggspiegel eine Folge sich abwechselnder TiO2- und SiO2-Schichten mit einem Brechungsindexunterschied von 0.8 aufweisen. Der bei einem Braggspiegel aus InxGa0.5(1-x)Al0.5(1-x)P-Schicht und InxGa0.05(1-x)Al0.95(1-x)P-Schichten auftretende Brechungsindexunterschied beträgt hingegen nur 0.2.
  • Der in 2 dargestellte Dünnfilm-Halbleiterchip 1 weist alle Elemente auf, die auch der Dünnfilm-Halbleiterchip 1 gemäß der 1 umfasst. Zusätzlich ist auf dem photonischen Kristall 3 eine vorderseitige Kontaktschicht 8 angeordnet, die ein TCO der im allgemeinen Teil der Beschreibung genannten Art aufweist. Vorteilhafterweise kann mittels der vorderseitigen Kontaktschicht 8 auch auf der Vorderseite des Dünnfilm-Halbleiterchips 1 eine homogene Stromverteilung erzielt werden, so dass auf eine Stromaufweitungsschicht in der Halbleiter-Schichtenfolge 7 verzichtet werden kann, was sich vorteilhaft auf die Dicke des Halbleiterchips 1 auswirkt.
  • Bei dem in 3 dargestellten Dünnfilm-Halbleiterchip 1 ist der photonische Kristall 3 direkt auf der Halbleiter-Schichtenfolge 7 angeordnet. Der photonische Kristall 3 ist von der vorderseitigen Kontaktschicht 8 bedeckt. Durch die Ausbildung von ganzflächigen Kontaktschichten 5 und 8 auf der Vorder- und Rückseite des Dünnfilm-Halbleiterchips 1 ist eine homogene Stromverteilung im Halbleiterchip 1 möglich. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist keine vorderseitige Reflexionsschicht, insbesondere kein Braggspiegel, vorgesehen, so dass die Dicke des Dünnfilm-Halbleiterchips 1 gegenüber den Ausführungsbeispielen der 1, 2 und 4 verringert ist. Durch die verringerte Dicke kann die Anzahl der Moden herabgesetzt werden.
  • 4 zeigt einen Dünnfilm-Halbleiterchip 1, bei welchem der photonische Kristall 3 innerhalb des Resonators angeordnet ist, der durch die rückseitige Reflexionsschicht 4 und die vorderseitige Reflexionsschicht 6 gebildet ist. Hierbei sorgt die vorderseitige Kontaktschicht 8 nicht nur für eine homogene Stromverteilung im Dünnfilm-Halbleiterchip 1, sondern dient gleichzeitig als Planarisierungsschicht, um eine hinreichend gute Qualität der vorzugsweise als Braggspiegel ausgebildeten vorderseitigen Reflexionsschicht 6 zur gewährleisten.
  • 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.

Claims (12)

  1. Strahlung emittierender Dünnfilm-Halbleiterchip (1) aufweisend – eine aktive Zone (2) zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung, – einen photonischen Kristall (3) oder Quasikristall zur Strahlungsextraktion in einen vorgegebenen Ausfallswinkelbereich, – eine rückseitige Reflexionsschicht (4) zur Reflexion der in dem Dünnfilm-Halbleiterchip (1) propagierenden Strahlung, und – eine der rückseitigen Reflexionsschicht (4) gegenüber liegende vorderseitige Reflexionsfläche, wobei für einen Abstand d zwischen der rückseitigen Reflexionsschicht (4) und der vorderseitigen Reflexionsfläche gilt:
    Figure 00160001
    wobei λ die Wellenlänge und n der Brechungsindex ist.
  2. Strahlung emittierender Dünnfilm-Halbleiterchip (1) nach Anspruch 1, der eine rückseitige Kontaktschicht (5) aus einem transparenten leitenden Oxid zur Stromeinprägung in die aktive Zone (2) aufweist, die zwischen der aktiven Zone (2) und der rückseitigen Reflexionsschicht (4) angeordnet ist.
  3. Strahlung emittierender Dünnfilm-Halbleiterchip (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der photonische Kristall (3) oder Quasikristall zwischen der aktiven Zone (2) und der rückseitigen Reflexionsschicht (4) angeordnet ist.
  4. Strahlung emittierender Dünnfilm-Halbleiterchip (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei der photonische Kristall (3) oder Quasikristall auf einer der rückseitigen Reflexionsschicht (4) abgewandten Seite der aktiven Zone (2) angeordnet ist.
  5. Strahlung emittierender Dünnfilm-Halbleiterchip (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der photonische Kristall (3) oder Quasikristall direkt auf einer Halbleiter-Schichtenfolge (7) aufgebracht ist, welche die aktive Zone (2) umfasst.
  6. Strahlung emittierender Dünnfilm-Halbleiterchip (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei auf einer der rückseitigen Reflexionsschicht (4) abgewandten Seite der aktiven Zone (2) eine vorderseitige Reflexionsschicht (6), insbesondere ein Braggspiegel, angeordnet ist.
  7. Strahlung emittierender Dünnfilm-Halbleiterchip (1) nach Anspruch 6, wobei die vorderseitige Reflexionsschicht (6) direkt auf einer Halbleiter-Schichtenfolge (7) aufgebracht ist, welche die aktive Zone (2) umfasst.
  8. Strahlung emittierender Dünnfilm-Halbleiterchip (1) nach Anspruch 6 oder 7, wobei der photonische Kristall (3) oder Quasikristall direkt auf der vorderseitigen Reflexionsschicht (6) aufgebracht ist.
  9. Strahlung emittierender Dünnfilm-Halbleiterchip (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei auf einer der rückseitigen Reflexionsschicht (4) abgewandten Seite der aktiven Zone (2) eine vorderseitige Kontaktschicht (8) aus einem transparenten leitenden Oxid angeordnet ist, die zur Stromeinprägung in die aktive Zone (2) vorgesehen ist.
  10. Strahlung emittierender Dünnfilm-Halbleiterchip (1) nach Anspruch 9 unter Rückbezug auf Anspruch 5 und 6, wobei die vorderseitige Reflexionsschicht (6) direkt auf die vorderseitige Kontaktschicht (8) aufgebracht ist.
  11. Strahlung emittierender Dünnfilm-Halbleiterchip (1) nach Anspruch 10, wobei die vorderseitige Kontaktschicht (8) direkt auf dem photonischen Kristall (3) oder Quasikristall aufgebracht ist.
  12. Strahlung emittierender Dünnfilm-Halbleiterchip (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die rückseitige Reflexionsschicht (4) eine Metallschicht ist, die insbesondere Au oder eine Au-Legierung enthält.
DE200810021621 2008-04-30 2008-04-30 Strahlung emittierender Dünnfilm-Halbleiterchip Withdrawn DE102008021621A1 (de)

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