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Es wird ein optoelektronischer Halbleiterchip angegeben.
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In der Druckschrift
US 2007/0267640 A1 sind eine lichtemittierende Halbleiterdiode und eine Herstellungsmethode hierfür angegeben.
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Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, einen optoelektronischen Halbleiterchip anzugeben, der effizient herzustellen ist und der eine hohe Lichtauskoppeleffizienz aufweist.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterchips beinhaltet dieser eine Halbleiterschichtenfolge mit einer oder mit mehreren aktiven Schichten. Die mindestens eine aktive Schicht ist zur Erzeugung einer elektromagnetischen Strahlung, insbesondere im ultravioletten oder blauen Spektralbereich, eingerichtet. Die mindestens eine aktive Schicht kann wenigstens einen pn-Übergang und/oder einen oder mehrere Quantentröge beliebiger Dimensionalität aufweisen. Beispielsweise ist der Halbleiterchip als Dünnfilmchip ausgeformt, wie in der Druckschrift
WO 2005/081319 A1 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt hinsichtlich des dort beschriebenen Halbleiterchips sowie des dort beschriebenen Herstellungsverfahrens hiermit durch Rückbezug mit aufgenommen wird. Außerdem kann die Halbleiterschichtenfolge zusätzliche Schichten wie Mantelschichten und/oder Stromaufweitungsschichten aufweisen. Zum Beispiel ist die Halbleiterschichtenfolge als Leuchtdiode oder als Laserdiode ausgebildet.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterchips basiert die gesamte Halbleiterschichtenfolge auf demselben Materialsystem. Einzelne Schichten der Halbleiterschichtenfolge können hierbei eine voneinander verschiedene Zusammensetzung funktionaler Materialkomponenten, insbesondere unterschiedliche Dotierungen, aufweisen. Bevorzugt basiert die Halbleiterschichtenfolge auf GaN, GaP oder GaAs, wobei speziell ein Anteil von zum Beispiel Al und/oder In innerhalb der Halbleiterschichtenfolge variieren kann. Auch kann die Halbleiterschichtenfolge variierende Anteile von P, B, Mg und/oder Zn beinhalten.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterchips umfasst dieser eine Lichtauskoppelschicht, die mittelbar oder unmittelbar auf einer Strahlungsdurchtrittsfläche der Halbleiterschichtenfolge aufgebracht ist. Bevorzugt ist die Lichtauskoppelschicht in direktem Kontakt zu einem Material der Halbleiterschichtenfolge und/oder formschlüssig zu einer Strahlungsdurchtrittsfläche auf die Halbleiterschichtenfolge aufgebracht.
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Die Strahlungsdurchtrittsfläche des optoelektronischen Halbleiterchips ist speziell diejenige, im Rahmen der Herstellungstoleranzen insbesondere ebene Fläche, die senkrecht zu einer Wachstumsrichtung der Halbleiterschichtenfolge orientiert ist und die die Halbleiterschichtenfolge in einer Richtung senkrecht zur Wachstumsrichtung begrenzt. Mit anderen Worten ist die Strahlungsdurchtrittsfläche eine der Hauptseiten der Halbleiterschichtenfolge, insbesondere diejenige der Hauptseiten der Halbleiterschichtenfolge, die einem Träger oder einem Substrat, auf dem die Halbleiterschichtenfolge aufgebracht oder aufgewachsen ist, abgewandt ist. Die Strahlungsdurchtrittsfläche ist dazu eingerichtet, dass mindestens ein Teil der in der Halbleiterschichtenfolge erzeugten Strahlung die Halbleiterschichtenfolge durch die Strahlungsdurchtrittsfläche verlässt. Bereiche, durch die keine Strahlung die Halbleiterschichtenfolge verlassen kann, zum Beispiel mit metallischen Stegen zu einer Stromaufweitung beschichtete Bereiche der Halbleiterschichtenfolge, zählen insbesondere nicht zur Strahlungsdurchtrittsfläche.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterchips ist ein Material der Lichtauskoppelschicht von einem Material der Halbleiterschichtenfolge verschieden. Mit anderen Worten basieren die Halbleiterschichtenfolge und die Lichtauskoppelschicht auf unterschiedlichen Materialien und/oder Materialsystemen. Die Lichtauskoppelschicht ist insbesondere frei von einem Material oder einer Materialkomponente der Halbleiterschichtenfolge.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterchips weicht ein Brechungsindex oder ein mittlerer Brechungsindex des Materials der Lichtauskoppelschicht von einem Brechungsindex oder einem mittleren Brechungsindex der Halbleiterschichtenfolge um höchsten 20% voneinander ab. Mit anderen Worten ist der Betrag des Quotienten aus der Differenz der Brechungsindices der Materialien von Lichtauskoppelschicht und Halbleiterschichtenfolge und dem Brechungsindex des Materials der Halbleiterschichtenfolge kleiner oder gleich 0,2. Unter dem Material der Halbleiterschichtenfolge ist hierbei insbesondere dasjenige Material der Halbleiterschichtenfolge zu verstehen, durch das die Strahlungsdurchtrittsfläche gebildet ist. Bevorzugt weichen die Brechungsindices der Halbleiterschichtenfolge und der Lichtauskoppelschicht um höchstens 10%, insbesondere um höchstens 5%, voneinander ab. Besonders bevorzugt sind die Brechungsindices gleich oder möglichst gleich. Brechungsindex meint hierbei jeweils einen Brechungsindex bei einer Wellenlänge, die in der aktiven Schicht im Betrieb des Halbleiterchips erzeugt wird, insbesondere bei einer Hauptwellenlänge, also einer Wellenlänge, bei der eine Intensität der erzeugten Strahlung pro nm spektraler Breite maximal ist.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterchips sind durch Ausnehmungen in der Lichtauskoppelschicht Auskoppelstrukturen gebildet, wobei die Ausnehmungen Facetten aufweisen. Die Ausnehmungen durchdringen hierbei die Lichtauskoppelschicht nicht vollständig. Mit anderen Worten ist durch die Ausnehmungen kein Material der Halbleiterschichtenfolge freigelegt. Insbesondere ist die mindestens eine aktive Schicht der Halbleiterschichtenfolge von den Ausnehmungen nicht durchdrungen.
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Facetten sind dabei bevorzugt alle solchen Begrenzungsflächen der Ausnehmungen, die einen Winkel mit der Strahlungsdurchtrittsfläche einschließen, der zwischen einschließlich 15° und 75° liegt, insbesondere zwischen einschließlich 30° und 60°. Die Facetten können durch einzelne oder zusammenhängende Flächen der Ausnehmungen gebildet sein, die die Ausnehmungen in lateraler Richtung begrenzen.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterchips weisen die Facetten eine Gesamtfläche auf, die mindestens 25% eines Flächeninhalts der Strahlungsdurchtrittsfläche beträgt. Bevorzugt macht die Gesamtfläche aller Facetten, insbesondere derjenigen Facetten, die in einer Richtung senkrecht zur Strahlungsdurchtrittsfläche über der aktiven Schicht liegen, mindestens 75% oder mindestens 100% des Flächeninhalts der Strahlungsdurchtrittsfläche aus. Da die Facetten quer zur Strahlungsdurchtrittsfläche ausgerichtet sind, kann die Gesamtfläche der Facetten auch größer sein als der Flächeninhalt der Strahlungsdurchtrittsfläche.
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In mindestens einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterchips beinhaltet dieser eine Halbleiterschichtenfolge mit mindestens einer aktiven Schicht zur Erzeugung einer elektromagnetischen Strahlung. Weiterhin umfasst der Halbleiterchip eine Lichtauskoppelschicht, die mindestens mittelbar auf einer Strahlungsdurchtrittsfläche der Halbleiterschichtenfolge aufgebracht ist. Ein Material der Lichtauskoppelschicht ist von einem Material der Halbleiterschichtenfolge verschieden und Brechungsindices der Materialien der Lichtauskoppelschicht und der Halbleiterschichtenfolge unterscheiden sich um höchstens 20% voneinander. Durch Ausnehmungen in der Lichtauskoppelschicht sind Auskoppelstrukturen mit Facetten gebildet, wobei die Lichtauskoppelschicht mindestens von denjenigen Ausnehmungen, die sich in einer Richtung senkrecht zur Strahlungsdurchtrittsfläche über der aktiven Schicht befinden, nicht vollständig durchdrungen ist. Außerdem weisen die Facetten der Ausnehmungen eine Gesamtfläche auf, die mindestens 25% eines Flächeninhalts der Strahlungsdurchtrittsfläche der Halbleiterschichtenfolge entspricht.
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Dadurch, dass eine Lichtauskoppelschicht auf der Halbleiterschichtenfolge aufgebracht ist, in die Auskoppelstrukturen erzeugt sind, ist es vermeidbar, in der Halbleiterschichtenfolge selbst Auskoppelstrukturen zu erzeugen. Hierdurch ist eine Dicke der Halbleiterschichtenfolge reduzierbar, wodurch Spannungen in der Halbleiterschichtenfolge ebenfalls reduzierbar und wodurch Herstellungskosten für den Halbleiterchip senkbar sind. Eine hohe Auskoppeleffizienz ist speziell dadurch erzielbar, dass ein Brechungsindex der Lichtauskoppelschicht im Wesentlichen dem Brechungsindex der Halbleiterschichtenfolge entspricht.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterchips befindet sich ein Teil der Lichtauskoppelschicht in lateraler Richtung neben der Halbleiterschichtenfolge. Mit anderen Worten erstreckt sich dieser Teil der Lichtauskoppelschicht, in einer Richtung senkrecht zur Strahlungsdurchtrittsfläche, nicht über die aktive Schicht und/oder über die Halbleiterschichtenfolge.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterchips reicht ein Anteil der Ausnehmungen in dem lateral neben der Halbleiterschichtenfolge angebrachten Teil der Lichtauskoppelschicht, bevorzugt alle der Ausnehmungen in diesem Teil der Lichtauskoppelschicht, durch eine Ebene hindurch, in der sich die aktive Schicht oder eine der aktiven Schichten befindet. Mit anderen Worten ist die Ebene durch die aktive Schicht definiert. Die Ebene verläuft durch die aktive Schicht oder, im Falle mehrerer aktiven Schichten, bevorzugt durch diejenige aktive Schicht, die am weitesten von der Strahlungsdurchtrittsfläche entfernt ist. Weiterhin ist die Ebene insbesondere senkrecht zu einer Wachstumsrichtung der Halbleiterschichtenfolge orientiert, also zum Beispiel parallel zur Strahlungsdurchtrittsfläche. Mit anderen Worten trifft parallel zur Strahlungsdurchtrittsfläche aus der aktiven Schicht austretende Strahlung auf wenigstens einen Teil der Ausnehmungen in dem lateral neben der Halbleiterschichtenfolge angebrachten Teil der Lichtauskoppelschicht.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterchips weisen die Ausnehmungen eine sphärische, eine pyramidenartige, eine pyramidenstumpfartige, eine kegelstumpfartige und/oder eine kegelartige Grundform auf. Ein Durchmesser der Ausnehmungen nimmt in eine Richtung weg von der Strahlungsdurchtrittsfläche bevorzugt zu.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterchips weisen die Ausnehmungen Begrenzungsflächen auf, die im Rahmen der Herstellungstoleranzen durch eine einfach stetig differenzierbare Funktion beschreibbar sind, wobei die Begrenzungsflächen die Facetten oder einen Teil der Facetten bilden. Bevorzugt ist in mindestens einer Raumrichtung lokal jeweils die erste Ableitung dieser Funktion eine Konstante. Mit anderen Worten sind die Ausnehmungen dann beispielsweise kegelstumpfartig geformt und die Facetten sind durch eine Mantelfläche des Kegelstumpfes gebildet.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterchips sind die Ausnehmungen in einem regelmäßigen zweidimensionalen Gitter über der Strahlungsdurchtrittsfläche angeordnet, wobei eine mittlere Gitterkonstante des Gitters mindestens ein Zweifaches, insbesondere mindestens ein Dreifaches der Hauptwellenlänge der in der aktiven Schicht erzeugten Strahlung beträgt. Die Hauptwellenlänge ist hierbei auf ein Medium bezogen, in das die Strahlung eintritt. Ist der Halbleiterchip zum Beispiel von Luft umgeben, so ist ein Brechungsindex des Mediums ungefähr 1 und die Hauptwellenlänge entspricht einer Vakuum-Hauptwellenlänge. Ist der Halbleiterchip etwa von einem Verguss, zum Beispiel einem Silikon, umgeben, so ist die Hauptwellenlänge die Vakuum-Wellenlänge dividiert durch den Brechungsindex des Vergusses.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterchips weisen die Ausnehmungen innere Begrenzungsflächen auf, wobei sich die inneren Begrenzungsflächen an die Facetten in eine Richtung hin zu der Halbleiterschichtenfolge anschließen. Eine Gesamtfläche der inneren Begrenzungsflächen entspricht mindestens 5% oder mindestens 10%, bevorzugt mindestens 15% oder mindestens 20% der Fläche der Strahlungsdurchtrittsfläche.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterchips weisen die Ausnehmungen und/oder die Lichtauskoppelschicht äußere Begrenzungsflächen auf. Die äußeren Begrenzungsflächen sind solche Flächen der Lichtauskoppelschicht und/oder der Ausnehmungen, die sich weiter von der Halbleiterschichtenfolge weg befinden als die die Facetten bildenden Flächen der Ausnehmungen und/oder die die Facetten in eine Richtung weg von der Halbleiterschichtenfolge begrenzen oder sich in dieser Richtung an die Facetten anschließen. Eine Gesamtfläche der äußeren Begrenzungsflächen beträgt weiterhin mindestens 10%, insbesondere mindestens 20% oder mindestens 30% der Fläche der Strahlungsdurchtrittsfläche.
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Nachfolgend wird ein hier beschriebener optoelektronischer Halbleiterchip unter Bezugnahme auf die Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen geben dabei gleiche Elemente in den einzelnen Figuren an. Es sind dabei jedoch keine maßstäblichen Bezüge dargestellt, vielmehr können einzelne Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
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Es zeigen:
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1 bis 6 schematische Darstellungen von Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterchips, und
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7 schematische Darstellungen von weiteren Halbleiterchips.
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In 1B ist eine schematische Draufsicht auf eine Lichtauskoppelschicht 4 eines Ausführungsbeispiels eines optoelektronischen Halbleiterchips 1 dargestellt. In 1A ist eine Schnittdarstellung des Halbleiterchips 1 entlang der Strich-Punkt-Linie in 1B illustriert.
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Eine Halbleiterschichtenfolge 2 mit einer oder mit mehreren aktiven Schichten 3 ist auf einem Träger 13 aufgebracht, beispielsweise aufgewachsen oder aufgebondet. In den Figuren ist die aktive Schicht 3 durch eine Strich-Linie symbolisiert. Es ist möglich, dass im Falle mehrerer aktiver Schichten 3 diese im Betrieb Strahlung in wenigstens zwei voneinander verschiedenen Spektralbereichen emittieren, zum Beispiel mit Hauptwellenlängen, die mindestens 15 nm oder mindestens 20 nm auseinander liegen. An einer dem Träger 13 abgewandten Strahlungsdurchtrittsfläche 20 der Halbleiterschichtenfolge 2 ist die Lichtauskoppelschicht 4 aufgebracht. Die Lichtauskoppelschicht 4 steht in direktem, unmittelbarem Kontakt zu einem Material der Halbleiterschichtenfolge 2 und ist formschlüssig zu der Strahlungsdurchtrittsfläche 20 geformt. Weiterhin ist die Lichtauskoppelschicht 4 eine zusammenhängende, geschlossene und durchgehende Schicht, die die Strahlungsdurchtrittsfläche 20 vollständig oder größtenteils, zum Beispiel zu mindestens 80%, bedeckt.
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In die Lichtauskoppelschicht 4 ist eine Vielzahl von Ausnehmungen 44 geformt. Die Ausnehmungen 44 weisen eine kegelstumpfartige Grundform auf. Außerdem sind die Ausnehmungen 44 in einem regelmäßigen Gitter mit einer hexagonalen Grundstruktur angeordnet.
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Laterale Begrenzungsflächen der Ausnehmungen 44 bilden Facetten 40. Die Facetten 40 weisen einen Winkel α zur Strahlungsdurchtrittsfläche 20 zwischen einschließlich 30° und 60° auf. Die Facetten 40 weisen eine Gesamtfläche auf, die mindestens 25% der Fläche der Strahlungsdurchtrittsfläche 20 beträgt.
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Die Facetten 40 grenzen, in eine Richtung hin zur Halbleiterschichtenfolge 2, an innere Begrenzungsflächen 6i der Ausnehmungen 44. Die inneren Begrenzungsflächen 6i sind im Wesentlichen parallel zur Strahlungsdurchtrittsfläche 20 orientiert und weisen eine Gesamtfläche auf, die mindestens 5% des Flächeninhalts der Strahlungsdurchtrittsfläche 20 beträgt. Eine zusammenhängende, äußere Begrenzungsfläche 6a ist durch eine der Halbleiterschichtenfolge 2 abgewandte Hauptseite der Lichtauskoppelschicht 4 gebildet. Die äußere Begrenzungsfläche 6a weist eine Fläche auf, die mindestens 20% der Strahlungsdurchtrittsfläche 20 entspricht.
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Eine Dicke T der Lichtauskoppelschicht 4 liegt bevorzugt zwischen einschließlich 300 nm und 10 μm, insbesondere zwischen einschließlich 1,0 μm und 5 μm oder zwischen einschließlich 2 μm und 4 μm. Eine Tiefe H der Ausnehmungen 44 liegt zwischen 0,3 μm und 9,5 μm, insbesondere zwischen einschließlich 0,5 μm und 3 μm. Ein mittlerer Abstand L zwischen zwei benachbarten Ausnehmungen 44, gerechnet von den Kanten an Rändern der benachbarten Ausnehmungen 44, liegt zwischen einschließlich 0,3 μm und 10 μm, bevorzugt zwischen einschließlich 1 μm und 5 μm.
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Eine Differenz aus der Dicke T der Lichtauskoppelschicht 4 und der Tiefe H der Ausnehmungen 44 beträgt zum Beispiel ein ganzzahliges Vielfaches eines Viertels der Hauptwellenlänge der in der aktiven Schicht 3 erzeugten Strahlung, dividiert durch den mittleren Brechungsindex eines Materials der Lichtauskoppelschicht 4. Hierdurch ist an den inneren Begrenzungsflächen 6i eine antireflektierende Wirkung der Lichtauskoppelschicht 4 realisierbar. Eine Gesamtdicke G aus der Halbleiterschichtenfolge 2 und der Lichtauskoppelschicht 4 beträgt bevorzugt zwischen einschließlich 4 μm und 12 μm.
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Die Ausnehmungen 44 in der Lichtauskoppelschicht 4 sind zum Beispiel durch ein fotolithographisches Verfahren, also etwa durch das Aufbringen und Strukturieren eines Fotolackes und durch ein nachfolgendes Ätzen, insbesondere durch ein trockenchemisches Ätzverfahren, erzeugt. Der Fotolack wird nach dem Ätzen bevorzugt von der Lichtauskoppelschicht 4 entfernt.
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Ebenso ist es möglich, dass alternativ oder zusätzlich zu dem Fotolack eine Maske wie eine Hartmaske, zum Beispiel aus oder mit Chrom, Siliziumdioxid und/oder Nickel, zum Einsatz kommt. Der Fotolack kann vor oder nach dem Ätzen von der Hartmaske entfernt werden. Die Hartmaske kann nach dem Ätzen auf der Lichtauskoppelschicht 4 verbleiben, in 1 nicht dargestellt, oder wie der Fotolack entfernt werden.
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Über solche Verfahren ist insbesondere eine regelmäßige Anordnung der Ausnehmungen 44 in der Lichtauskoppelschicht 4 erzeugbar. Eine unregelmäßige Aufrauung oder eine unregelmäßige Verteilung der Ausnehmungen 44 kann auch durch etwa ein Sandstrahlen oder ein Ätzen der der Halbleiterschichtenfolge 2 abgewandten Hauptseite der Lichtauskoppelschicht 4 realisiert werden. Weiterhin ist es möglich, dass die Ausnehmungen 44 durch ein geeignetes Aufbringverfahren der Lichtauskoppelschicht 4 hergestellt werden, etwa durch einen Tropfenprozess oder durch ein Aufschleudern, bei dem eine reliefartige Struktur gebildet wird.
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Zusammen mit dem Erzeugen der Ausnehmungen 44 in der Lichtauskoppelschicht 4 ist es auch möglich, dass laterale Begrenzungsflächen oder Facetten der Halbleiterschichtenfolge 2 hergestellt werden, zum Beispiel über ein Ätzen.
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Ein Brechungsindex oder ein mittlerer Brechungsindex der Lichtauskoppelschicht 4 liegt bevorzugt zwischen einschließlich 2,25 und 2,60, insbesondere zwischen einschließlich 2,40 und 2,55. Basiert die Halbleiterschichtenfolge 2 zum Beispiel auf GaN mit einem Brechungsindex von zirka 2,5, so sind die Brechungsindices der Halbleiterschichtenfolge 2 und der Lichtauskoppelschicht 4 dann im Wesentlichen gleich. Dann ist eine Reflexion von Strahlung an der Grenzfläche zwischen der Lichtauskoppelschicht 4 und der Halbleiterschichtenfolge 2 nahezu vermeidbar oder zumindest deutlich reduzierbar, wodurch eine Lichtauskoppeleffizienz von Strahlung aus der Halbleiterschichtenfolge 2 erhöht wird. Basiert die Halbleiterschichtenfolge 2 beispielsweise auf InGaAlP mit einem Brechungsindex von zirka 3, so weist die Lichtauskoppelschicht 4 dann einen Brechungsindex insbesondere zwischen einschließlich 2,7 und 3,3 auf.
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Ein Material der Lichtauskoppelschicht 4 ist dann beispielsweise ein Titanoxid wie Titandioxid, ein Zinksulfid, ein Aluminiumnitrid, ein Siliziumcarbid, ein Bohrnitrid und/oder Tantaloxid. Im Falle einer elektrisch leitfähigen Lichtauskoppelschicht 4, die etwa zu einer Stromaufweitung herangezogen werden kann, kann die Lichtauskoppelschicht 4 ein transparentes leitfähiges Oxid wie ein insbesondere dotiertes Indiumzinnoxid beinhalten oder hieraus bestehen. Ein mittlerer Flächenwiderstand der Lichtauskoppelschicht 4 beträgt dann bevorzugt zwischen einschließlich 2,5 Ω/☐ und 50 Ω/☐.
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In 2 ist eine Schnittdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels des Halbleiterchips 1 illustriert. Die Halbleiterschichtenfolge 2 mit einer n-leitenden Schicht 8 und einer p-leitenden Schicht 9 ist über ein Verbindungsmittel 14, beispielsweise einem elektrisch leitfähigen, metallischen Lot, an dem Träger 13 angebracht. Eine Dicke der p-leitenden Schicht 9 ist kleiner als eine Dicke der n-leitenden Schicht 8. Zwischen dem Verbindungsmittel 14 und der Halbleiterschichtenfolge 2 können weitere, nicht gezeichnete Schichten liegen, zum Beispiel Barriereschichten, Diffusionsstoppschichten oder Spiegelschichten.
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Über die Verbindungsmittelschicht 14 ist gleichzeitig ein p-Kontakt 11 realisiert, über den die Halbleiterschichtenfolge 2 bestrombar ist. An der Strahlungsdurchtrittsfläche 20 ist außerdem ein zum Beispiel metallischer n-Kontakt 10 in einer Öffnung 12 in der Lichtauskoppelschicht 4 direkt auf die Halbleiterschichtenfolge 2 aufgebracht. Die Lichtauskoppelschicht 4 umgibt den n-Kontakt 10 also ringförmig. Auch in diesem Fall ist die Lichtauskoppelschicht 4 eine durchgehende, zusammenhängende Schicht, die mehr als 80% oder mehr als 90% der Strahlungsdurchtrittsfläche 20 bedeckt. Durch den n-Kontakt 10 und die Lichtauskoppelschicht 4 ist also die Strahlungsdurchtrittsfläche 20 nahezu vollständig oder vollständig bedeckt.
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Beim Ausführungsbeispiel gemäß der schematischen Schnittdarstellung in 3 weist die Halbleiterschichtenfolge 2 eine Öffnung 12 auf, die die aktive Schicht 3 durchdringt und bis in die n-leitende Schicht 8 reicht. In dieser Öffnung 12 ist der n-Kontakt 10 geformt. Die p-Kontakte 11 befinden sich an einer der Strahlungsdurchtrittsfläche 20 abgewandten Hauptseite der Halbleiterschichtenfolge 2. In lateraler Richtung weist die Halbleiterschichtenfolge 2 im Rahmen der Herstellungstoleranzen dieselbe Ausdehnung aus wie die Lichtauskoppelschicht 4.
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In 4 sind weitere Schnittdarstellungen von Ausführungsbeispielen des Halbleiterchips 1 dargestellt. Gemäß 4A überragen der Träger 13 und die Lichtauskoppelschicht 4 die Halbleiterschichtenfolge 2 in einer lateralen Richtung, parallel zur Strahlungsdurchtrittsfläche 20. Die gesamte äußere Begrenzungsfläche 6a verläuft im Rahmen der Herstellungstoleranzen in einer Ebene parallel zur Strahlungsdurchtrittsfläche 20. In einem Teil 42 der Lichtauskoppelschicht 4, der sich lateral neben der Halbleiterschichtenfolge 2 befindet, weisen die Ausnehmungen 44 eine größere Tiefe auf als in einem Bereich in vertikaler Richtung über der Halbleiterschichtenfolge 2. Die Ausnehmungen 44 in diesem Teil 42 der Lichtauskoppelschicht 4 durchdringen eine Ebene E, die durch die aktive Schicht 3 definiert ist und die im Wesentlichen parallel zur Strahlungsdurchtrittsfläche 20 verläuft.
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Anders als in 4A dargestellt, können die Ausnehmungen 44 in dem Teil 42 neben der Halbleiterschichtenfolge 2 die Lichtauskoppelschicht 4 auch vollständig durchdringen, wie auch in den anderen Ausführungsbeispielen. Ist die Lichtauskoppelschicht 4 mit einem elektrisch leitfähigen Material gestaltet, so können optional in 4A nicht gezeichnete elektrisch isolierende Schichten insbesondere an lateralen Begrenzungsflächen der Halbleiterschichtenfolge 2 und/oder auf dem Träger 13 aufgebracht sein, wie auch in allen anderen Ausführungsbeispielen.
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Gemäß dem Ausführungsbeispiel in 4B weist die Lichtauskoppelschicht 4 über die gesamte laterale Richtung hinweg eine näherungsweise konstante Dicke auf. Auch eine Tiefe der Ausnehmungen 44 ist über die gesamte laterale Ausdehnung der Lichtauskoppelschicht 4 hinweg näherungsweise konstant. In dem Teil 42 der Lichtauskoppelschicht 4 schneiden die Ausnehmungen 44 die Ebene E.
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Beim Ausführungsbeispiel gemäß 4C ist die Dicke der Lichtauskoppelschicht 4 in lateraler Richtung gleichbleibend. Zwischen dem Teil 42 der Lichtauskoppelschicht 4 neben der Halbleiterschichtenfolge 2 und der Lichtauskoppelschicht 4 in vertikaler Richtung über der Halbleiterschichtenfolge 2 ist optional ein Graben 7 geformt, der die Halbleiterschichtenfolge 2 ringsum umläuft. Der Graben 7 durchdringt die Lichtauskoppelschicht 4 vollständig bis hin zu dem Träger 13.
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Der Teil 42 der Lichtauskoppelstruktur 4, der in lateraler Richtung neben der Halbleiterschichtenfolge 2 angeordnet ist, weist zum Beispiel eine Breite auf, die mindestens 5 μm, insbesondere zwischen einschließlich 5 μm und 50 μm beträgt. Alternativ oder zusätzlich beträgt die Breite mindestens 5% oder mindestens 10% einer Breite der Halbleiterschichtenfolge 2.
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Anders als in 4C gezeichnet ist es ebenso möglich, dass der Graben 7, der unmittelbar an die Halbleiterschichtenfolge 2 grenzt, die Lichtauskoppelschicht 4 nicht vollständig durchdringt.
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Gemäß der Schnittdarstellung des Halbleiterchips 1 nach 5A ist auf der äußeren Begrenzungsfläche 6a der Lichtauskoppelschicht 4 eine elektrisch leitfähige Schicht 5 aufgebracht. Die leitfähige Schicht 5 ist durch die Ausnehmungen 44 vollständig durchdrungen. Die Facetten 40 der Ausnehmungen 44 sind von einem Material der leitfähigen Schicht 5 nicht bedeckt. Über eine solche Schicht 5 kann eine Bestromung der Halbleiterschichtenfolge 2 auch bei einer vergleichsweise geringen elektrischen Leitfähigkeit des Materials der Lichtauskoppelschicht 4 erfolgen, da die Lichtauskoppelschicht 4 vergleichsweise dünn ist. Die Schicht 5 ist beispielsweise über einen Bond-Draht 15 mit dem n-Kontakt 10 verbunden. Eine n-seitige Kontaktierung erfolgt über die Verbindungsschicht 14. Es ist möglich, dass die leitende Schicht 5 im Rahmen der Herstellung des Halbleiterchips 1 als Maske zum Erstellen der Ausnehmungen 44 in der Lichtauskoppelschicht 4 dient.
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Gemäß 5B ist die leitfähige Schicht 5 formschlüssig zu der Lichtauskoppelschicht 4 aufgebracht und weist eine näherungsweise konstante Dicke auf. Hierdurch ist auch durch eine vergleichsweise hochohmige Lichtauskoppelschicht 4 hindurch eine effiziente Bestromung des Halbleiterchips 1 erreichbar.
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Beim Ausführungsbeispiel gemäß 6 weisen die Ausnehmungen 44 gekrümmt verlaufende Begrenzungsflächen auf. Die Facetten 40, die zu einer Steigerung der Lichtauskoppeleffizienz aus der Halbleiterschichtenfolge 2 beitragen, sind insbesondere nur durch solche Teile der Begrenzungsflächen gebildet, die einen Winkel α zwischen einschließlich 15° und 75°, bevorzugt zwischen einschließlich 30° und 60° bezüglich der Strahlungsdurchtrittsfläche 20 aufweisen. Die Bereiche der Begrenzungsflächen der Ausnehmungen 44, die außerhalb des genannten Winkelbereichs liegen, sind zu den inneren oder zu den äußeren Begrenzungsflächen zu zählen, vergleiche auch die 1A und 1B.
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In 7A ist eine Schnittdarstellung eines weiteren Halbleiterchips illustriert. Gemäß 7A ist die Lichtauskoppelschicht 4 ebenfalls eine zusammenhängende, durchgehende Schicht, wobei die Ausnehmungen 44 die Lichtauskoppelschicht 4 vollständig bis hin zur Halbleiterschichtenfolge 2 durchdringen. Bei einer solchen Ausführung der Lichtauskoppelschicht 4 ist es möglich, dass beim Erzeugen der Ausnehmungen 44 auch eine Materialabtragung der Halbleiterschicht 2 an der Strahlungsdurchtrittsfläche 20 resultiert. Hierdurch liegt ein erhöhtes Risiko vor, dass die Halbleiterschichtenfolge 2, die insbesondere sehr dünn epitaktisch gewachsen sein kann, beschädigt oder in ihrer Funktionsweise beeinträchtigt wird.
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Gemäß 7B ist die Lichtauskoppelschicht 4 durch voneinander getrennte, nicht verbundene Inseln gebildet, die auf der Strahlungsdurchtrittsfläche 20 der Halbleiterschichtenfolge 2 erzeugt sind. Hierdurch ist eine Stromverteilung über die Lichtauskoppelschicht 4, auch im Falle einer elektrisch leitfähigen Lichtauskoppelschicht 4, weitestgehend unterbunden.
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Bei dem Halbleiterchip gemäß 7C sind die Ausnehmungen 44 der Lichtauskoppelstruktur direkt in ein Material der Halbleiterschichtenfolge 2 geformt. Hierdurch ist eine vergleichsweise dicke Halbleiterschichtenfolge 2 erforderlich, die mit relativ hohen Herstellungskosten verbunden ist.
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Die hier beschriebene 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.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2007/0267640 A1 [0002]
- WO 2005/081319 A1 [0004]
