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Die
vorliegende Anmeldung betrifft einen elektromagnetische Strahlung
emittierenden Halbleiterchip mit einer aktiven Schicht, die zur
Emission der elektromagnetischen Strahlung vorgesehen ist. Der Chip
weist eine zweidimensionale Anordnung von Struktureinheiten auf,
die der aktiven Schicht in einer Hauptabstrahlrichtung des Halbleiterchips
nachgeordnet ist.
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Es
sind strahlungsemittierende Halbleiterchips bekannt, bei denen der
aktiven Schicht in einer Hauptabstrahlrichtung ein zweidimensionaler
photonischer Kristall nachgeordnet ist. Ein zweidimensionaler photonischer
Kristall im wörtlichen Sinne weist eine zweidimensionale
und in zwei Dimensionen periodische Anordnung von Bereichen mit
unterschiedlichem Brechungsindex auf. Photonische Kristalle beeinflussen
durch Beugung und Interferenz die Ausbreitung von elektromagnetischer
Strahlung.
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Analog
zu Kristallen, die eine elektronische Bandstruktur aufweisen, haben
photonische Kristalle eine photonische Bandstruktur. Die photonische Bandstruktur
kann insbesondere Bereiche verbotener Energie aufweisen, in denen
sich elektromagnetische Wellen nicht innerhalb des Kristalls ausbreiten können.
Man spricht hierbei von photonischen Bandlücken.
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Ein
Beispiel für einen strahlungsemittierenden Halbleiterchip
mit einem zweidimensionalen photonischen Kristall ist in der
US 5,955,749 beschrieben.
In dieser Druckschrift ist angegeben, dass durch einen solchen photonischen
Kristall eine erhöhte Strahlungsauskopplung aus dem Halbleiterchip
realisiert werden kann.
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Es
ist eine Aufgabe, einen Halbleiterchip der eingangs genannten Art
anzugeben, bei dem eine für bestimmte Anwendungen vorteilhafte
Abstrahlcharakteristik eingestellt ist. Der Halbleiterchip soll
insbesondere eine gerichtete Abstrahlcharakteristik aufweisen, bei
der die elektromagnetische Strahlung zum Großteil innerhalb
eines relativ engen Abstrahlkegels emittiert wird. Als eine Referenz
zu einer gerichteten Abstrahlcharakteristik könnte die
so genannte Lambert'sche Abstrahlcharakteristik eines Lambert'schen
Oberflächenstrahlers bezeichnet werden, der eine näherungsweise
richtungsunabhängige Strahlungsdichte aufweist. Daneben
kann auch eine Abstrahlung wünschenswert sein, bei der
ein Großteil der elektromagnetischen Strahlung in flache
Winkel emittiert wird (sublambert'sche Emission).
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Es
wird ein elektromagnetische Strahlung emittierender Halbleiterchip
angegeben, der eine aktive Schicht, die zur Emission der elektromagnetischen
Strahlung vorgesehen ist, aufweist. Der Halbleiterchip umfasst eine
zweidimensionale Anordnung von Struktureinheiten, die der aktiven
Schicht in einer Hauptabstrahlrichtung des Halbleiterchips nachgeordnet
ist. Die Struktureinheiten sind in einer willkürlichen
statistischen Verteilung angeordnet.
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In
einer Ausführungsform erfüllt die willkürliche
statistische Verteilung der Struktureinheiten die Rahmenbedingung,
dass die Verteilung der Abstände von am nächsten
benachbarten Struktureinheiten eine Standardabweichung von mindestens
+/–10% und höchstens +/–25% von einem
Mittelwert aufweist.
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Die
Struktureinheiten sind Volumina, die seitlich an Bereiche mit einem
unterschiedlichen Brechungsindex angrenzen. Mit anderen Worten gibt
es zwischen den Struktureinheiten und den seitlich angrenzenden
Bereichen einen Brechungsindexsprung.
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Der
Ausdruck ”seitlich” ist vorhergehend im Sinne
von ”lateral” verwendet. Unter ”lateral” ist
eine Richtung parallel zu einer Haupterstreckungsebene der aktiven
Schicht oder des Halbleiterchips gemeint. Vertikal ist entsprechend
einer Richtung senkrecht zu einer Haupterstreckungsebene der aktiven
Schicht oder des Halbleiterchips.
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Die
Struktureinheiten können insbesondere Ausnehmungen in einer
Materialschicht oder Erhebungen, die sich von einer Materialschicht
weg erstrecken, sein. Die Materialschicht kann insbesondere eine
Halbleiterschicht sein. Die Struktureinheiten können festes
Material aufweisen und lateral an einen mit einem Gas, insbesondere
Luft, gefüllten Bereich angrenzen. Umgekehrt können
die Struktureinheiten auch Bereiche sein, die mit einem Gas, insbesondere
Luft, gefüllt sind und die lateral an einen Bereich angrenzen,
der ein festes Material aufweist. Es ist jedoch auch möglich,
dass sowohl die Struktureinheiten oder der lateral angrenzenden
Bereich ein festes Material aufweisen, wobei der Brechungsindex der
Struktureinheiten sowohl kleiner als auch größer sein
kann als derjenige der lateral abgrenzenden Bereiche.
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Eine
zweidimensionale Anordnung ist eine Anordnung entlang einer Fläche.
Die Fläche kann eben sein. Sie kann jedoch grundsätzlich
auch eine gekrümmte Fläche sein.
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Die
Struktureinheiten sind in einer willkürlichen statistischen
Verteilung angeordnet, das heißt sie sind nicht gemäß eines
deterministischen mathematischen Algorithmus angeordnet. Die Anordnung der
Struktureinheiten folgt keiner Regelmäßigkeit,
sie ist keine periodische Anordnung und insbesondere auch keine
aperiodische Anordnung, die nach einer vorbestimmten Regelmäßigkeit
erstellt wird. Quasikristalline Anordnungen fallen auch nicht unter
eine willkürliche, statistische Verteilung.
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Die
Anordnung der Struktureinheiten ist auch keine Anordnung, die von
einer periodischen Anordnung ausgeht und bei der die Position der
Struktureinheiten willkürlich, aber in geringfügigem
Maße von der regelmäßigen Struktur abweichen,
mit Abweichungen von beispielsweise 10% oder 20% einer Gitterkonstante
der periodischen Anordnung. Bei einer Anordnung, die von einer periodischen
Anordnung ausgeht und bei der die Struktureinheiten mit willkürlichen
geringfügigen Abweichungen von den Plätzen der
periodischen Anordnung angeordnet sind, handelt es sich dennoch
um eine im Wesentlichen periodische Anordnung. Bei einer präzisen
Anordnung erhält man bei Durchstrahlen mit elektromagnetischer Strahlung
im Fernfeld ein regelmäßiges Beugungsmuster. Im
Fall von geringfügigen willkürlichen Abweichungen
von der regelmäßigen Anordnung ist das Beugungsmuster
lediglich verschmiert, es bleibt jedoch das gleiche Beugungsmuster.
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Die
willkürliche statistische Verteilung der Struktureinheiten
unterliegt keinem deterministischen mathematischen Algorithmus,
erfüllt jedoch gemäß einer Ausführungsform
die Rahmenbedingung, dass die Verteilung der Abstände der
nächsten Nachbarn eine Standardabweichung von mindestens +/–10%
und höchstens +/–25% von einem Mittelwert aufweist.
Bei der Anordnung der Struktureinheiten kann insbesondere eine Paarverteilungsfunktion, welche
die lateralen Abstände der benachbarten Struktureinheiten
beschreibt, bei einem bestimmten Abstand oder mehreren bestimmten
Abständen ein Maximum aufweisen.
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Der
Ausdruck Standardabweichung impliziert, dass einige Abstände
auch in weniger als 10% oder um mehr als 25% von dem Mittelwert
abweichen können. Der Ausdruck Standardabweichung ist ein dem
Fachmann aus der Statistik wohl bekannter und wohl definierter Ausdruck.
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Es
wurde herausgefunden, dass eine willkürliche statistische
Verteilung von Struktureinheiten insbesondere unter den oben genannten
Rahmenbedingungen geeignet sein kann, ähnlich wie ein photonischer
Kristall zu wirken. Es lässt sich insbesondere eine gerichtete
Abstrahlcharakteristik realisieren. Durch die vollständig
unregelmäßige, statistisch verteilte Anordnung
lässt sich, verglichen mit einem periodischen Kristall,
eine homogenere Abstrahlcharakteristik realisieren. Eine Streuung
der elektromagnetischen Strahlung an den Struktureinheiten erzeugt im
Fernfeld insbesondere einen Ring ohne erkennbare Substruktur.
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Mit
der Anordnung der Struktureinheiten kann eine gerichtete Abstrahlcharakteristik
realisiert werden. Bei der gerichteten Abstrahlcharakteristik wird
ein größerer Anteil einer elektromagnetischen Strahlung
in einen bestimmten Abstrahlkegel, beispielsweise plus/minus 30°,
emittiert als ohne die Anordnung der Struktureinheiten.
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Die
Struktureinheiten sind dazu geeignet, die elektromagnetische Strahlung
in ihrer Ausbreitung zu beeinflussen. Hierzu weisen die Struktureinheiten gemäß einer
zweckmäßigen Ausführungsform jeweils
eine erste laterale Erstreckung, eine senkrecht zur ersten lateralen
Erstreckung gemessene zweite laterale Erstreckung und/oder eine
vertikale Erstreckung auf, die größer oder gleich
dem 0,2-fachen einer Wellenlängen des Emissionsmaximums
der elektromagnetischen Strahlung und kleiner oder gleich dem fünffachen
einer Wellenlänge des Emissionsmaximums der elektromagnetischen
Strahlung ist.
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Die
erste laterale Erstreckung wird entlang einer beliebigen ersten
lateralen Richtung gemessen. Statt ”Erstreckung” kann
grundsätzlich auch der Ausdruck ”Ausdehnung” oder ”räumliche
Ausdehnung” verwendet werden. Es ist eine eindimensionale
Größe der Struktureinheit, über die sich
die Struktureinheit entlang der ersten lateralen Richtung erstreckt.
Die zweite laterale Erstreckung ist die eindimensionale Erstreckung
der Struktureinheit, die senkrecht zur ersten Erstreckung, das heißt
zur ersten lateralen Richtung gemessen wird.
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Die
erste laterale Richtung zur Messung der ersten lateralen Erstreckung
ist bevorzugt für alle Struktureinheiten gleich, d. h.
die ersten lateralen Erstreckungen sind parallel zueinander ausgerichtet. Alternativ
ist es z. B. möglich, dass für jede Struktureinheit
als erste laterale Erstreckung jeweils die maximale laterale Erstreckung
gewählt wird.
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Ein
strahlungsemittierender Halbleiterchip emittiert nicht nur Strahlung
einer einzigen Wellenlänge, sondern ein Emissionsspektrum,
das ein Maximum aufweist.
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In
einer Ausführungsform sind die erste laterale Erstreckung,
die zweite laterale Erstreckung und die vertikale Erstreckung der
Struktureinheiten jeweils größer als das 0,2-fache
einer Wellenlänge des Emissionsmaximums der elektromagnetischen Strahlung.
Zusätzlich oder alternativ sind die erste laterale Erstreckung,
die zweite laterale Erstreckung und die vertikale Erstreckung der
Struktureinheiten gemäß einer weiteren Ausführungsform
jeweils kleiner als das fünffache einer Wellenlänge
des Emissionsmaximums der elektromagnetischen Strahlung.
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Eine
zusätzliche Ausführungsform sieht vor, dass die
erste laterale Erstreckung, die zweite laterale Erstreckung und/oder
die vertikale Erstreckung der Struktureinheiten um weniger oder
höchstens 10% von dem entsprechenden Wert der jeweils übrigen Struktureinheiten
abweicht.
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Bei
einer Ausgestaltung des Halbleiterchips weicht die Fläche
einer Projektion der Struktureinheiten auf eine Haupterstreckungsebene
der aktiven Schicht jeweils höchstens geringfügig
von der entsprechenden Fläche der übrigen Struktureinheiten ab.
Die Abweichung der Fläche kann weniger als oder höchstens
20%, bevorzugt weniger als oder höchstens 15%, besonders
bevorzugt weniger als oder höchstens 10% betragen. Selbstverständlich
ist es auch möglich, dass die Fläche der Struktureinheiten
im Wesentlichen nicht voneinander abweicht.
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Die
erste laterale Erstreckung, die zweite laterale Erstreckung und/oder
die vertikale Erstreckung sind gemäß einer weiterführenden
Ausführungsform jeweils für den Großteil
der Struktureinheiten oder für alle Struktureinheiten im
Wesentlichen gleich groß. Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung sind der Großteil der Struktureinheiten
oder alle Struktureinheiten im Wesentlichen gleich groß und
gleich geformt.
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In
einer zweckmäßigen Ausführungsform des
Halbleiterchips sind die Struktureinheiten in einer Schicht gebildet,
die Halbleitermaterial aufweist. Die Schicht schließt bevorzugt
eine Halbleiterschichtenfolge des Halbleiterchips in der Hauptabstrahlrichtung
ab. Sie kann aus einer einzigen Materialschicht bestehen oder mehrere
Schichten mit unterschiedlichen Materialzusammensetzungen aufweisen.
In einer weiteren Ausführungsform des Halbleiterchips sind
die Struktureinheiten in mehreren Schichten gebildet. Die Struktureinheiten
können sich über mehrere Schichten einer Halbleiterschichtenfolge
des Halbleiterchips und insbesondere auch über alle Halbleiterschichten
des Halbleiterchips erstrecken.
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Die
aktive Schicht des Chips ist bei einer Ausgestaltung Bestandteil
einer epitaktischen Halbleiterschichtenfolge. Die Halbleiterschichtenfolge
ist auf einer der Hauptabstrahlseite des Halbleiterchips gegenüberliegenden
Seite mit einer Reflektorschicht versehen. Eine derartige Reflektorschicht
in Kombination mit den Struktureinheiten kann zusätzlichen positiven
Einfluss auf die Realisierung einer gerichteten Abstrahlcharakteristik
des Halbleiterchips haben.
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In
einer weiteren Ausführungsform ist der Halbleiterchip frei
von einem Epitaxiesubstrat. Der Halbleiterchip weist epitaktische
Halbleiterschichten auf, die bei der Herstellung auf einem Epitaxiesubstrat
aufgewachsen werden. Das Epitaxiesubstrat wird nachfolgend jedoch
zumindest teilweise entfernt, so dass der resultierende Halbleiterchip
frei von einem Epitaxiesubstrat ist.
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Im
Zusammenhang mit der Reflektorschicht ist gemäß einer
zusätzlichen Ausgestaltung vorgesehen, dass ein Trägerelement
in dem Halbleiterchip enthalten ist. Die Reflektorschicht ist zwischen
dem Trägerelement und der Halbleiterschichtenfolge angeordnet.
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Weitere
Vorteile, Ausführungsformen und Weiterbildungen des Halbleiterchips
ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren erläuterten
Ausführungsbeispielen.
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Es
zeigen:
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1 eine
schematische seitliche Schnittansicht des Halbleiterchips gemäß eines
ersten Ausführungsbeispiels,
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2 eine
seitliche schematische Schnittansicht des Halbleiterchips gemäß eines
zweiten Ausführungsbeispiels,
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3 eine
seitliche schematische Schnittansicht des Halbleiterchips gemäß eines
dritten Ausführungsbeispiels,
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4 eine
schematische Draufsicht auf eine Anordnung von Strukturelementen,
die für den Halbleiterchip geeignet ist,
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5a, 6a, 7a und 8a schematische
seitliche Schnittansichten von Strukturelementen gemäß verschiedenen
Ausführungsbeispielen, und
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5b, 6b, 7b und 8b schematische
Draufsichten auf die in den 5a, 6a, 7a und 8a dargestellten
Struktureinheiten gemäß der verschiedenen Ausführungsbeispiele.
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Unter
einer seitlichen Ansicht ist eine Darstellung unter einem Blickwinkel
gemeint, der in lateraler Richtung zum Halbleiterchip oder zu dem
Querschnitt des Halbleiterchips verläuft. Unter einer Draufsicht
ist eine Darstellung unter einem Blickwinkel gemeint, die vertikal
zu dem Halbleiterchip verläuft.
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In
den Ausführungsbeispielen und Figuren sind gleiche oder
gleich wirkende Bestandteile jeweils mit den gleichen Bezugszeichen
versehen. Die dargestellten Bestandteile sowie die Größenverhältnisse
der Bestandteile untereinander sind nicht als maßstabsgerecht
anzusehen. Vielmehr sind einige Details der Figuren zum besseren
Verständnis übertrieben groß dargestellt.
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Der
in 1 dargestellte Halbleiterchip weist epitaktische
Halbleiterschichten 2, 3, 4 auf. Jede
dieser Halbleiterschichten kann grundsätzlich mehrere epitaktische
Unterschichten aufweisen, die nicht dargestellt sind.
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Der
Halbleiterchip weist Struktureinheiten 5 in Form von Erhebungen
oder Vorsprüngen auf. Die Struktureinheiten können
ebenfalls epitaktisches Halbleitermaterial aufweisen oder aus diesem
bestehen. Sie sind in einer Schicht 50 gebildet. Es ist
auch möglich, dass die Schicht 50 kein epitaktisches
Halbleitermaterial aufweist, sondern beispielsweise ein anorganisches
Material wie Glas aufweist oder aus diesem gebildet ist.
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Die
Schicht 50 ist epitaktischen Halbleiterschichten 2, 3, 4 in
Hauptabstrahlrichtung 6 nachgeordnet. Falls die Schicht 50 ein
Halbleitermaterial aufweist, schlieft sie die Halbleiterschichtenfolge
des Halbleiterchips in der Hauptabstrahlrichtung 6 beispielsweise
ab. Es ist möglich, dass der Schicht 50 und den
Struktureinheiten 5 in Hauptabstrahlrichtung 6 zusätzliches
Material nachgeordnet ist, das in den Figuren aus Gründen
der Übersichtlichkeit nicht dargestellt ist.
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Die
Halbleiterschichtenfolge weist beispielsweise eine aktive Schicht 2,
eine erste Mantelschicht 3 und eine zweite Mantelschicht 4 auf.
Die erste Mantelschicht 3 und die zweite Mantelschicht 4 sind
jeweils mit mindestens einem Dotierstoff dotiert, und weisen einen
voneinander unterschiedlichen Leitungstyp auf. Beispielsweise ist
die erste Mantelschicht 3 n-leitend dotiert und die zweite
Mantelschicht 4 p-leitend dotiert. Es kann jedoch auch
umgekehrt sein.
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Der
Halbleiterchip kann beispielsweise auf einem Nitrid-, Phosphid-
oder Arsenid-Verbindungshalbleiter basieren.
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”Auf
Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial basierend” bedeutet
im vorliegenden Zusammenhang, dass die Halbleiterschichten des Chips
oder zumindest ein Teil davon, besonders bevorzugt zumindest die
aktive Zone, ein Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial, vorzugsweise
AlnGamIn1-n-mN aufweist oder aus diesem besteht,
wobei 0 ≤ n ≤ 1, 0 ≤ m ≤ 1 und
n + m ≤ 1. Dabei muss dieses Material nicht zwingend eine mathematisch
exakte Zusammensetzung nach obiger Formel aufweisen. Vielmehr kann
es beispielsweise ein oder mehrere Dotierstoffe sowie zusätzliche
Bestandteile aufweisen. Der Einfachheit halber beinhaltet obige
Formel jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters
(Al, Ga, In, N), auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen
weiterer Stoffe ersetzt und/oder ergänzt sein können.
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”Auf
Phosphid-Verbindungs-Halbleitermaterial basierend” bedeutet
in diesem Zusammenhang, dass die Halbleiterschichtenfolge oder zumindest
ein Teil davon, besonders bevorzugt zumindest die aktive Zone, vorzugsweise
AlnGamIn1-n-mP oder AsnGamIn1-n-mP umfasst,
wobei 0 ≤ n ≤ 1, 0 ≤ m ≤ 1 und
n + m ≤ 1. Dabei muss dieses Material nicht zwingend eine
mathematisch exakte Zusammensetzung nach obiger Formel aufweisen.
Vielmehr kann es ein oder mehrere Dotierstoffe sowie zusätzliche
Bestandteile aufweisen. Der Einfachheit halber beinhaltet obige
Formel jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters
(Al bzw. As, Ga, In, P), auch wenn diese teilweise durch geringe
Mengen weiterer Stoffe ersetzt sein können.
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”Auf
Arsenid-Verbindungs-Halbleitermaterial basierend” bedeutet
in diesem Zusammenhang, dass die Halbleiterschichtenfolge oder zumindest
ein Teil davon, besonders bevorzugt zumindest die aktive Zone, vorzugsweise
AlnGa1-nAs umfasst,
wobei 0 ≤ n ≤ 1. Dabei muss dieses Material nicht
zwingend eine mathematisch exakte Zusammensetzung nach obiger Formel
aufweisen. Vielmehr kann es ein oder mehrere Dotierstoffe sowie
zusätzliche Bestandteile aufweisen. Der Einfachheit halber
beinhaltet obige Formel jedoch nur die wesentlichen Bestandteile
des Kristallgitters (Al, Ga, As), auch wenn diese teilweise durch
geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt sein können.
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Bei
dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind
die Struktureinheiten 5 in einer durchgehenden oder geschlossenen
Schicht 50 ausgebildet. Die Schicht 50 weist beispielsweise
einen durchgehenden oder geschlossenen Teil auf, von dem die Struktureinheiten 5 in
der Hauptabstrahlrichtung 6 wegragen.
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Die
Schicht 50, in der die Struktureinheiten ausgebildet sind,
kann jedoch auch eine nicht durchgehende oder nicht geschlossene
Schicht sein, die z. B. im Wesentlichen aus den voneinander beabstandeten
Struktureinheiten 5 besteht, siehe 2. In dem
Fall, dass die Struktureinheiten Ausnehmungen in der Schicht 50 sind,
kann die Schicht 50 entsprechend Durchbrüche aufweisen.
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Bei
dem in 3 veranschaulichten Ausführungsbeispiel
sind die Struktureinheiten 5 durch Ausnehmungen in einer
Schicht 50 ausgebildet.
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Bei
den in den 1 und 2 veranschaulichten
Ausführungsbeispielen sind die Bereiche zwischen den Struktureinheiten 5 beispielsweise
mit Luft gefüllt. Bei dem in 3 veranschaulichten
Ausführungsbeispiel bestehen die Struktureinheiten beispielsweise
aus mit Luft gefüllten Ausnehmungen. Statt Luft können
die Bereiche zwischen Struktureinheiten 5 oder die Struktureinheiten 5 selbst
grundsätzlich beliebige andere gasförmige, flüssige und/oder
feste Stoffe aufweisen. Wichtig ist, dass zwischen den Struktureinheiten 5 und
den lateral angrenzenden Bereichen ein signifikanter Brechungsindexsprung
besteht. Die Brechungsindizes der Struktureinheiten und der lateral angrenzenden
Bereiche können sich beispielsweise um 1, um 2 oder um
mehr als 2 voneinander unterscheiden.
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Die
Struktureinheiten 5 sind beispielsweise alle oder zumindest
zum Großteil im Wesentlichen gleich groß und gleich
geformt. Sie können jedoch auch geringfügige Unterschiede
hinsichtlich einem oder mehrerer ihrer charakteristischen Größenparameter
aufweisen.
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Mögliche
charakteristische Größenparameter sind zum Beispiel
eine erste laterale Ausdehnung, eine senkrecht zur ersten lateralen
Ausdehnung gemessene zweite laterale Ausdehnung und die vertikale
Ausdehnung. Mindestens einer dieser Parameter kann bei den Struktureinheiten
beispielsweise um höchstens 10%, um höchstens
8% oder um höchstens 5% von dem entsprechenden Größenparameter der übrigen
Struktureinheiten abweichen.
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Ein
weiterer möglicher charakteristischer Größenparameter
der Struktureinheiten ist die Fläche einer Projektion der
Struktureinheiten auf eine Haupterstreckungsebene der aktiven Schicht 2.
Die Fläche der Struktureinheiten 5 kann beispielsweise um
17%, um 13% oder um 7% von der entsprechenden Fläche der
jeweils übrigen Struktureinheiten abweichen. Bei einem
Teil der Struktureinheiten können die Größenparameter
grundsätzlich auch in höherem Maße von
den entsprechenden Größenparametern der übrigen
Struktureinheiten abweichen.
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Bei
den in den 1 bis 3 veranschaulichten
Halbleiterchips sind die Struktureinheiten 5 in einer willkürlichen
statistischen Verteilung angeordnet. Die Verteilung der Struktureinheiten
erfüllt die Rahmenbedingung, dass die Verteilung der Abstände
der nächsten Nachbarn eine Standardabweichung von mindestens
+/–10% und höchstens +/–25% von einem
Mittelwert aufweist. Eine derartige Verteilung ist beispielsweise
in 4 veranschaulicht, in der eine schematische Draufsicht
auf eine Anordnung von Struktureinheiten 5 gezeigt ist.
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Eine
derartige Anordnung von Struktureinheiten 5 mit einer willkürlichen
statistischen Verteilung lässt sich beispielsweise mittels
natürlicher Lithografie erzeugen. Hierzu können
beispielsweise Kügelchen oder andersartig geformte Körper
als Maskenkörper für einen Ätzprozess
verwendet werden. Dabei wird die Schicht 50, in der die
Struktureinheiten 5 auszubilden sind, an den Stellen selektiv
geätzt, die nicht durch einen Maskenkörper bedeckt sind.
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Es
kann beispielsweise ein Trockenätzverfahren angewendet
werden. Als Maskenkörper können beispielsweise
Polystyrol-Körper oder Siliziumdioxidkörper verwendet
werden. Diese werden zum Beispiel mittels einer Flüssigkeit,
die Wasser, Alkohol oder eine Mischung aus Wasser und Alkohol enthält, auf
die Schicht 50 aufgebracht. Das Aufbringen erfolgt beispielsweise
mittels Eintauchen des Körpers, auf den die Maskenkörper
aufzubringen sind, in die Flüssigkeit. Alternativ kann
die Flüssigkeit z. B. auf den Körper aufgeschleudert
werden.
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Damit
die oben genannte Rahmenbedingung erfüllt wird, können
die Maskenkörper beispielsweise zunächst mit einer
geringeren Dichte aufgebracht werden, als letztlich vorgesehen ist.
Nachfolgend können die Körper dann gezielt zusammen
geschoben werden, beispielsweise mechanisch. Dabei bleibt eine willkürliche
statistische Verteilung erhalten.
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Mit
dem gleichen Verfahren können grundsätzlich auch
Struktureinheiten in Form von Ausnehmungen erzeugt werden. Es kann
beispielsweise ein negativer Fotolack auf die Schicht 50 aufgebracht werden
und die Maskenkörper als Belichtungsmaske für
diesen verwendet werden. Nachfolgend kann der Fotolack in den Bereichen,
in denen die Maskenkörper angeordnet waren, selektiv entfernt
werden und es kann mittels Ätzen, beispielsweise Trockenätzen, eine
Vielzahl von Struktureinheiten 5 in Form von Ausnehmungen
erzeugt werden.
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Weitere
beispielhafte Herstellungsverfahren können zusätzlich
oder alternativ die Verwendung von Nano-Einprägen (englisch ”Nano-Imprint”),
Elektronenstrahl-Lithographie, Interferenz-Lithografie und/oder
Phasenmasken-Lithografie umfassen.
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Die
in den 1 bis 3 veranschaulichten Ausführungsbeispiele
des Halbleiterchips weisen jeweils eine Reflektorschicht 7 auf,
die den Halbleiterschichten 2, 3, 4 in
Bezug auf die Hauptabstrahlrichtung 6 vorgeordnet ist.
Die Reflektorschicht 7 weist eine elektrisch isolierende
Schicht 71 und eine metallisch-leitfähige Schicht 72 auf.
Die elektrisch isolierende Schicht 71 hat Durchbrüche 73,
sodass das metallisch-leitfähige Material der Schicht 72 durch diese
hindurchgeführt werden kann. Das metallisch-leitfähige
Material 72 dient zur Einspeisung elektrischen Stroms in
die Halbleiterschichten des Halbleiterchips. Zwischen der Reflektorschicht 7 und den
Halbleiterschichten 2, 3, 4 kann grundsätzlich mindestens
eine elektrisch leitfähige Schicht angeordnet sein, die
nicht aus einem Halbleitermaterial besteht oder ein solches aufweist.
Beispielsweise kann zwischen den Halbleiterschichten 2, 3, 4 und der Reflektorschicht 7 eine
Schicht mit einem transparenten, elektrisch leitfähigen
Oxid (TCO) angeordnet sein.
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Grundsätzlich
können die Halbleiterchips auch frei von einem Reflektor 7 sein.
Ein Reflektor 7 ist jedoch für die Erzeugung einer
gerichteten Abstrahlcharakteristik des Halbleiterchips in Kombination
mit der Anordnung der Struktureinheiten 5 vorteilhaft.
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In 1 sind
mittels Pfeilen die Hauptabstrahlrichtung 6 und Abstrahlrichtungen 9 unter
einem Grenzwinkel 91 veranschaulicht. Verglichen mit einem
Halbleiterchip ohne die Struktureinheiten 5 lässt
sich mit einem Halbleiterchip, wie er in den 1 bis 3 veranschaulicht
ist, erreichen, dass ein sehr viel größerer Anteil
der elektromagnetischen Strahlung innerhalb eines Abstrahlwinkels 91 emittiert
wird. Beispielsweise wird ein Großteil der elektromagnetischen
Strahlung innerhalb eines Abstrahlkegels von +/–30° emittiert.
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Der
in 1 veranschaulichte Halbleiterchip weist einen
Trägerkörper 8 auf. Die Reflektorschicht 7 ist
zwischen dem Trägerkörper 8 und den Halbleiterschichten 2, 3, 4 angeordnet.
Als Trägerkörper kann beispielsweise ein elektrisch
leitfähiges Halbleitermaterial verwendet werden.
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Alle
vorhergehend beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen
des Halbleiterchips sind zum Beispiel frei von einem Epitaxiesubstrat.
Selbstverständlich kann der Halbleiterchip auch mit einem Epitaxiesubstrat
realisiert werden. Für die Erzeugung einer gerichteten
Abstrahlcharakteristik ist es jedoch vorteilhaft, wenn das Epitaxiesubstrat
zum Herstellen des Halbleiterchips zumindest teilweise oder vollständig
entfernt wird.
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Zusätzlich
oder alternativ zu den anhand der 1 bis 3 erläuterten
Ausführungsbeispielen können sich die Struktureinheiten 5 auch über
mehrere Schichten erstrecken, d. h. die Ausnehmungen können
auch tiefer ausgebildet sein als in den Figuren dargestellt. Beispielsweise
kann die Schicht 50 mehrere Schichten unterschiedlichen
Materials aufweisen. Es ist auch möglich, dass sich die
Ausnehmungen zur Bildung Struktureinheiten 5 teilweise
in die Halbleiterschichtenfolge 2, 3, 4 hinein
oder vollständig durch diese hindurch erstrecken.
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In
den 5A, 5B bis 8A, 8B sind
vier verschiedene Ausführungsbeispiele für eine mögliche
Struktureinheit 5 jeweils sowohl in einer Seitenansicht
als auch in einer Draufsicht schematisch dargestellt.
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Bei
dem in den 5A und 5B veranschaulichten
Ausführungsbeispiel ist die Struktureinheit 5 ein
Körper, der eine in vertikaler Richtung im Wesentlichen
gleich bleibende laterale Querschnittsfläche aufweist.
In einer Draufsicht weist die Struktureinheit 5 eine in
etwa kreisförmige Fläche auf (siehe 5B),
wobei jedoch auch andere Flächenformen wie Rechtecke, Quadrate,
etc. möglich sind. In 5A ist
die vertikale Erstreckung 53 und in 5B eine
erste laterale Erstreckung 51, die zweite laterale Erstreckung 52 und
die Fläche 54 gekennzeichnet. Die Fläche 54 entspricht
der Fläche einer Projektion der Struktureinheit 5 auf
einer Haupterstreckungsebene der aktiven Zone des Chips.
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Die
in den 6A und 6B veranschaulichte
Struktureinheit 5 weist in Draufsicht ebenfalls eine in
etwa kreisrunde Form auf. Allgemein ausgedrückt kann die
erste laterale Erstreckung 51 und die zweite laterale Erstreckung 52 der
Struktureinheit 5 in etwa gleich groß sein. Im
Unterschied zur vorhergehend beschriebenen Struktureinheit weist
die in den 6A und 6B veranschaulichte
Struktureinheit 5 eine sich in vertikaler Richtung oder
in Hauptabstrahlrichtung verjüngende Form auf, siehe 6A.
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Die
in den 7A und 7B veranschaulichte
Struktureinheit 5 weist eine in Hauptabstrahlrichtung gewandte
Seite auf, die z. B. mehrere Wölbungen enthält.
Die erste laterale Erstreckung 51 und die zweite laterale
Erstreckung 52 sind unterschiedlich groß. In einer
Draufsicht weist die Struktureinheit 5 eine unregelmäßige
und unsymmetrische Form auf.
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In
den 8A und 8B ist
ein Beispiel für eine Struktureinheit 5 veranschaulicht,
die mit einer Ausnehmung in einer Schicht 50 ausgebildet
ist. Die vertikale Erstreckung 52 ist die Tiefe der Ausnehmung.
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Die
Erfindung ist nicht durch die Beschreibung der Erfindung anhand
der Ausführungsbeispiele auf diese 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.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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