DE102010044986A1

DE102010044986A1 - Leuchtdiodenchip und Verfahren zur Herstellung eines Leuchtdiodenchips

Info

Publication number: DE102010044986A1
Application number: DE102010044986A
Authority: DE
Inventors: Dr. Höppel Lutz
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2010-09-10
Filing date: 2010-09-10
Publication date: 2012-03-15
Also published as: US9276167B2; EP2614534A1; TW201232833A; JP2013539603A; JP5686900B2; TWI478391B; US20130228798A1; KR20130060312A; CN103098235B; CN103098235A; WO2012031852A1; EP2614534B1

Abstract

Es wird ein Leuchtdiodenchip angegeben, mit – einem n-leitenden Bereich (1), – einem p-leitenden Bereich (2), – einem aktiven Bereich (3) zwischen dem n-leitenden Bereich (1) und dem p-leitenden Bereich (2), – einer Spiegelschicht (4) an der dem aktiven Bereich (3) abgewandten Seite des p-leitenden Bereichs (2), und – einer Isolationsschicht (5), die mit einem elektrisch isolierendem Material gebildet ist, wobei – die Spiegelschicht (4) zur Reflexion von im aktiven Bereich (3) erzeugter elektromagnetischer Strahlung eingerichtet ist, und – die Spiegelschicht (4) einen Durchbruch (41) aufweist, wobei eine Seitenfläche (4a) der Spiegelschicht (4) im Bereich des Durchbruchs (41) vollständig von der Isolationsschicht (5) bedeckt ist.

Description

Es wird ein Leuchtdiodenchip angegeben. Darüber hinaus wird ein Verfahren zur Herstellung eines Leuchtdiodenchips angegeben.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, einen Leuchtdiodenchip anzugeben, der besonders einfach herstellbar ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtdiodenchips umfasst der Leuchtdiodenchip einen n-leitenden Bereich, einen p-leitenden Bereich und einen aktiven Bereich zwischen dem n-leitenden Bereich und dem p-leitenden Bereich. Die leitenden Bereiche sowie der aktive Bereich sind dabei vorzugsweise mit einem III-V-Verbindungshalbleitermaterial gebildet. Insbesondere können die leitenden Bereiche und der aktive Bereich mit einem Nitrid-basierten Verbindungshalbleitermaterial gebildet sein.
Ein III/V-Verbindungs-Halbleitermaterial weist wenigstens ein Element aus der dritten Hauptgruppe, wie beispielsweise B, Al, Ga, In, und ein Element aus der fünften Hauptgruppe, wie beispielsweise N, P, As, auf. Insbesondere umfasst der Begriff ”III/V-Verbindungs-Halbleitermaterial” die Gruppe der binären, ternären oder quaternären Verbindungen, die wenigstens ein Element aus der dritten Hauptgruppe und wenigstens ein Element aus der fünften Hauptgruppe enthalten, beispielsweise Nitrid- und Phosphid-Verbindungshalbleiter. Eine solche binäre, ternäre oder quaternäre Verbindung kann zudem zum Beispiel ein oder mehrere Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen.
Auf Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial basierend bedeutet im vorliegenden Zusammenhang, dass die Halbleiterschichtenfolge oder zumindest ein Teil davon, besonders bevorzugt zumindest die aktive Zone und/oder der Aufwachssubstratwafer, ein Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial, vorzugsweise Al_nGa_mIn_1-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.
Der aktive Bereich ist dabei im Betrieb des Leuchtdiodenchips zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung beispielsweise aus dem Frequenzbereich zwischen UV-Strahlung und Infrarotstrahlung, insbesondere zur Erzeugung von sichtbarem Licht vorgesehen. Der aktive Bereich umfasst dazu beispielsweise eine Einfachquantentopfstruktur oder eine Mehrfachquantentopfstruktur.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtdiodenchips umfasst der Leuchtdiodenchip eine Spiegelschicht, die an der dem aktiven Bereich abgewandten Seite des p-leitenden Bereichs angeordnet ist. Die Spiegelschicht ist vorzugsweise dazu eingerichtet, im aktiven Bereich im Betrieb des Leuchtdiodenchips erzeugte elektromagnetische Strahlung in Richtung des p-leitenden Bereichs zu reflektieren. Die Spiegelschicht kann dazu ein Metall enthalten oder aus einem Metall bestehen. Insbesondere ist es auch möglich, dass die Spiegelschicht mehrere Unterschichten umfasst, die gemeinsam die Spiegelschicht bilden. Vorliegend ist die Spiegelschicht vorzugsweise elektrisch leitfähig ausgebildet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtdiodenchips weist die Spiegelschicht einen Durchbruch auf, wobei eine Seitenfläche der Spiegelschicht im Bereich des Durchbruchs vollständig von einer Isolationsschicht bedeckt ist, die mit einem elektrisch isolierenden Material gebildet ist. Bei dem Durchbruch handelt es sich um zumindest eine Stelle in der Spiegelschicht, an der die Spiegelschicht vollständig entfernt ist. Der Durchbruch stellt also eine Öffnung in der Spiegelschicht dar. Im Bereich des Durchbruchs weist die Spiegelschicht zumindest eine Seitenfläche auf, die an den Durchbruch grenzt. Der Durchbruch ist beispielsweise derart in der Spiegelschicht angeordnet, dass die Spiegelschicht den Durchbruch seitlich umschließt. Der Durchbruch ist dann durch die zumindest eine Seitenfläche der Spiegelschicht zur Spiegelschicht hin begrenzt.
Diese Seitenfläche ist gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtdiodenchips vollständig von der Isolationsschicht bedeckt, die aus einem elektrisch isolierenden Material besteht. Das heißt, die Isolationsschicht passiviert die Seitenfläche der Spiegelschicht elektrisch.
Weist die Spiegelschicht dabei mehrere Seitenflächen auf, die dem Durchbruch zugewandt sind, die den Durchbruch also seitlich begrenzen, so sind vorzugsweise sämtliche Seitenflächen der Spiegelschicht im Bereich des Durchbruchs vollständig von der Isolationsschicht bedeckt. Mit anderen Worten ist die Spiegelschicht durch die Isolationsschicht zum Durchbruch hin elektrisch passiviert.
Die Isolationsschicht weist vorzugsweise die gleiche Dicke wie die Spiegelschicht auf, das heißt die Isolationsschicht überragt die Spiegelschicht vorzugsweise nicht in einer vertikalen Richtung. Die vertikale Richtung ist eine Richtung die quer oder senkrecht zu einer Haupterstreckungsebene der Spiegelschicht verläuft. Richtungen parallel zur Haupterstreckungsebene der Spiegelschicht werden als laterale Richtungen bezeichnet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtdiodenchips umfasst der Leuchtdiodenchip einen n-leitenden Bereich, einen p-leitenden Bereich und einen aktiven Bereich zwischen dem n-leitenden Bereich und dem p-leitenden Bereich. Ferner weist der Leuchtdiodenchip eine Spiegelschicht an der dem aktiven Bereich abgewandten Seite des p-leitenden Bereichs auf. Weiter umfasst der Leuchtdiodenchip eine Isolationsschicht, die mit einem elektrisch isolierenden Material gebildet ist. Dabei ist die Spiegelschicht zur Reflexion von im aktiven Bereich erzeugter elektromagnetischer Strahlung eingerichtet und die Spiegelschicht weist einen Durchbruch auf, wobei eine Seitenfläche der Spiegelschicht im Bereich des Durchbruchs vollständig von der Isolationsschicht bedeckt ist.
Die Isolationsschicht erweist sich dabei nicht nur als elektrisch isolierende Schicht im Betrieb des Leuchtdiodenchips als hilfreich, sondern insbesondere auch während der Herstellung des Leuchtdiodenchips. Mittels der Isolationsschicht kann im Randbereich des Halbleiterkörpers des Leuchtdiodenchips, welcher die leitenden Bereiche und den aktiven Bereich umfasst, eine Hohlkehle ausgebildet werden, in welcher eine Passivierungsschicht zum Schutz der Spiegelschicht angeordnet werden kann.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtdiodenchips ist die verbleibende Außenfläche der Spiegelschicht frei von der Isolationsschicht. Das heißt, die Isolationsschicht ist lediglich im Bereich des Durchbruchs an der Spiegelschicht angeordnet. Insbesondere kann sich die Isolationsschicht dort in direktem Kontakt mit der Spiegelschicht befinden. Andere Bereiche der Außenfläche der Spiegelschicht sind hingegen frei von der Isolationsschicht. Beispielsweise wird die Isolationsschicht im Verlauf der Herstellung des Leuchtdiodenchips von anderen Bereichen der Außenfläche der Spiegelschicht entfernt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtdiodenchips ist die Isolationsschicht mittels einer Phosphorsäure, insbesondere einer Orthophosphorsäure (H3Po4) ätzbar. Dies erweist sich als besonders vorteilhaft, da die Isolationsschicht auf diese Weise während der Herstellung des Leuchtdiodenchips gemeinsam mit Halbleitermaterial entfernt werden kann, das ebenfalls mittels Phosphorsäure, insbesondere Orthophosphorsäure ätzbar ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtdiodenchips ist die Isolationsschicht mit amorphem keramischem Material gebildet oder besteht aus amorphem keramischem Material. Dabei erweist sich insbesondere die Verwendung von amorphem Aluminiumoxid (Al2O3) als besonders vorteilhaft, da sich dieses Material besonders leicht mit einer Phosphorsäure, insbesondere einer Orthophosphorsäure entfernen lässt.
Die Isolationsschicht ist zum Beispiel mittels Sputtern oder Aufdampfen hergestellt. „Mittels Sputtern hergestellt” bezeichnet dabei insbesondere auch ein gegenständliches Merkmal, da eine mittels Sputtern hergestellte Schicht beispielsweise durch elektronenmikroskopische Untersuchungen von einer anderweitig hergestellten Schicht unterscheidbar ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtdiodenchips grenzt der Durchbruch in der Spiegelschicht an eine Öffnung, die sich durch den p-leitenden Bereich und den aktiven Bereich hindurch bis in den oder zum n-leitenden Bereich erstreckt. Mit anderen Worten ist durch den p-leitenden Bereich und den aktiven Bereich hindurch eine Öffnung ausgebildet, die sich bis zum oder in den n-leitenden Bereich erstrecken kann. Die Öffnung durchdringt dabei den n-leitenden Bereich nicht vollständig. Die Öffnung ist derart angeordnet, dass sie an den Durchbruch grenzt, so dass Durchbruch und Öffnung eine zusammenhängende Aussparung bilden, die sich von der Spiegelschicht bis zum oder in den n-leitenden Bereich erstreckt. Durchbruch und Öffnung sind dabei vorzugsweise getrennt voneinander hergestellt und zueinander zentriert. Durchbruch und Öffnung können in lateralen Richtungen die gleichen Abmessungen aufweisen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtdiodenchips sind der Durchbruch und die Öffnung mit einem elektrisch leitenden Material gefüllt, wobei die Isolationsschicht zwischen dem elektrisch leitenden Material und der Spiegelschicht angeordnet ist. Das heißt, die Isolationsschicht trennt das elektrisch leitende Material elektrisch isolierend von der Spiegelschicht. Zwischen dem elektrisch leitenden Material und der Spiegelschicht besteht daher keine direkte elektrische Verbindung. Das elektrisch leitende Material in Durchbruch und Öffnung dient vorzugsweise zur n-seitigen Kontaktierung des Leuchtdiodenchips. Das heißt, das elektrisch leitende Material befindet sich im elektrisch leitenden Kontakt mit dem n-leitenden Halbleitermaterial des Leuchtdiodenchips. Das elektrisch leitende Material kann dabei aus einem Metall oder mit einem Metall gebildet sein, das für die im Betrieb des Leuchtdiodenchips in der aktiven Zone erzeugte elektromagnetische Strahlung reflektierend ist. Mit anderen Worten kann das elektrisch leitende Material mit einem weiteren Spiegel des Leuchtdiodenchips verbunden sein oder einen weiteren Spiegel des Leuchtdiodenchips ausbilden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtdiodenchips weist der Leuchtdiodenchip eine Strahlungsdurchtrittsfläche auf, die stellenweise durch eine den p-leitenden Bereich abgewandte Außenfläche des n-leitenden Bereiches gebildet ist. Das heißt, ein Großteil oder die gesamte vom Leuchtdiodenchip im Betrieb emittierte elektromagnetische Strahlung tritt durch die Strahlungsdurchtrittsfläche, die durch eine Außenfläche des n-leitenden Bereichs gebildet ist. Die Strahlung gelangt von dort beispielsweise zu einer Strahlungsaustrittsfläche des Leuchtdiodenchips, die durch eine dem n-leitenden Bereich abgewandte Außenfläche einer Passivierungsschicht gebildet sein kann. Eine Stromverteilung zur Bestromung des aktiven Bereichs im Betrieb des Leuchtdiodenchips erfolgt dabei vorzugsweise unterhalb der Strahlungsdurchtrittsfläche, die durch eine Außenfläche des n-leitenden Bereichs gebildet ist. Das heißt insbesondere, dass der Leuchtdiodenchip an der Strahlungsdurchtrittsfläche frei von Kontaktflächen oder Stromverteilungsstrukturen ist, welche auftreffende elektromagnetische Strahlung absorbieren würden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtdiodenchips enthält die Spiegelschicht Silber oder die Spiegelschicht besteht aus Silber. Silber ist ein im elektrischen Feld zur Migration – zur so genannten Elektromigration – neigendes Metall. Beim hier beschriebenen Leuchtdiodenchip ist es möglich, die Spiegelschicht auf besonders einfache Weise gegen Feuchtigkeit zu schützen. Dazu ist beispielsweise ein dielektrisches, elektrisch isolierendes Material in einer um den gesamten Halbleiterkörper umlaufenden Hohlkehle angeordnet. Diese Hohlkehle lässt sich auf besonders einfache Weise mittels der isolierenden Schicht erzeugen. Da Silber insbesondere unter dem Einfluss von Feuchtigkeit zur Migration im elektrischen Feld neigt und Feuchtigkeit zu einer Korrosion der Spiegelschicht führen kann, erweist sich ein hier beschriebener Leuchtdiodenchip als besonders alterungsstabil.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtdiodenchips ist an der dem p-leitenden Bereich abgewandten Außenfläche der Spiegelschicht eine elektrisch leitende Schicht angeordnet, welche die Spiegelschicht, den n-leitenden Bereich, den p-leitenden Bereich und den aktiven Bereich in lateraler Richtung überragt, wobei die elektrisch leitende Schicht an ihrer der Spiegelschicht zugewandten Seite stellenweise frei zugänglich ist. Mit anderen Worten ist die elektrisch leitende Schicht unterhalb der Spiegelschicht nach außen in lateraler Richtung, vom Halbleiterkörper mit dem p-leitenden Bereich, dem n-leitenden Bereich und dem aktiven Bereich weggezogen. Die elektrisch leitende Schicht ist dabei von außerhalb des Leuchtdiodenchips an ihrer der Spiegelschicht zugewandten Seite stellenweise frei zugänglich. Die elektrisch leitende Schicht bildet in ihrem stellenweise frei zugänglichen Bereich den p-seitigen Anschlussbereich des Leuchtdiodenchips. Der p-seitige Anschlussbereich des Leuchtdiodenchips ist auf diese Weise vom Halbleiterkörper des Leuchtdiodenchips in lateraler Richtung beabstandet angeordnet. Dies erweist sich als besonders vorteilhaft, wenn an der Strahlungsdurchtrittsfläche des Leuchtdiodenchips ein Konversionselement zur vollständigen oder teilweise Konversion der im aktiven Bereich erzeugten elektromagnetischen Strahlung zu elektromagnetischer Strahlung mit größeren Wellenlängen angeordnet werden soll. Aufgrund der Tatsache, dass der p-seitige Anschlussbereich entfernt vom Halbleiterkörper angeordnet ist, muss das Konversionselement beispielsweise keine Aussparung für einen Kontaktdraht aufweisen. Ferner stört der Kontaktdraht das Aufbringen des Konversionselements nicht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtdiodenchips ist das elektrisch leitende Material von der elektrisch leitenden Schicht mittels einer Passivierungsschicht elektrisch isolierend abgetrennt, wobei die Passivierungsschicht eine Öffnung aufweist, die mit dem elektrisch leitenden Material gefüllt ist. Das elektrisch leitende Material in der Öffnung umgibt den Halbleiterkörper des Leuchtdiodenchips in lateraler Richtung umlaufend. Durch die Öffnung in der Passivierungsschicht ist die Beständigkeit des Leuchtdiodenchips gegen Feuchtigkeit erhöht.
Es wird darüber hinaus ein Verfahren zur Herstellung eines Leuchtdiodenchips angegeben. Mittels des Verfahrens kann beispielsweise ein hier beschriebener Leuchtdiodenchip gemäß einer, mehrerer oder aller hier beschriebener Ausführungsformen hergestellt werden. Mit anderen Worten sind sämtliche für den Leuchtdiodenchip beschriebenen Merkmale auch für das Verfahren zur Herstellung des Leuchtdiodenchips offenbart und umgekehrt.
Das Verfahren umfasst gemäß zumindest einer Ausführungsform die folgenden Schritte:
Zunächst wird eine p-dotierte Schicht bereitgestellt. Die p-dotierte Schicht kann beispielsweise epitaktisch aufgewachsen sein. Dazu kann eine n-dotierte Schicht auf einem Aufwachssubstrat epitaktisch abgeschieden werden. Auf der dem Aufwachssubstrat abgewandten Seite der n-dotierten Schicht kann ein aktiver Bereich epitaktisch abgeschieden werden. Dem aktiven Bereich folgt dann beispielsweise die p-dotierte Schicht nach, die ebenfalls epitaktisch abgeschieden ist.
In einem weiteren Verfahrensschritt wird eine Spiegelschicht auf eine Außenfläche des p-dotierten Bereichs aufgebracht. Bei der Außenfläche handelt es sich dabei vorzugsweise um die dem aktiven Bereich abgewandten Außenfläche der p-dotierten Schicht.
Anschließend erfolgt ein stellenweises Freilegen der p-dotierten Schicht durch zumindest stellenweises Entfernen der Spiegelschicht. Das heißt, die Spiegelschicht wird in vorgegebenen Bereichen abgetragen, so dass unterhalb der Spiegelschicht die p-dotierte Schicht freigelegt wird.
Anschließend erfolgt ein Aufbringen einer Isolationsschicht in die von der Spiegelschicht befreiten Bereiche, wobei die Spiegelschicht an ihrer der p-dotierten Schicht abgewandten Seite bündig mit der Isolationsschicht abschließt und Seitenflächen der p-dotierten Schicht direkt an die Isolationsschicht grenzen. Mit anderen Worten werden die Bereiche, in denen die Spiegelschicht entfernt wurde, mit der Isolationsschicht aufgefüllt. Die Dicke der Isolationsschicht wird dabei so gewählt, dass sie der Dicke der Spiegelschicht entspricht. Dabei umfasst „bündig abschließend” auch Ausführungsformen, bei denen die Spiegelschicht +/–10% der Dicke der Isolationsschicht dicker oder dünner als die Isolationsschicht ist. Das heißt, beispielsweise herstellungsbedingt, kann die Isolationsschicht die Spiegelschicht leicht überragen oder leicht von der Spiegelschicht überragt werden.
Die Isolationsschicht wird dabei derart aufgebracht, dass sie sich an den Seitenflächen der Spiegelschicht, die beim Freilegen der p-dotierten Schicht erzeugt werden, anschmiegt und sich in direktem Kontakt mit diesen Seitenflächen befindet.
In einem weiteren Verfahrensschritt wird ein Träger an der der p-dotierten Schicht abgewandten Seite der Spiegelschicht aufgebracht. Dabei können sich zwischen Spiegelschicht und Träger weitere Schichten wie Sperrschichten zur Unterdrückung von Diffusion von Atomen und/oder Molekülen aus oder in die Spiegelschicht und Verbindungsschichten zum mechanischen Verbinden des Trägers an der Spiegelschicht befinden.
Schließlich wird die Isolationsschicht stellenweise entfernt, wobei zwischen dem Träger der p-dotierten Schichte eine Hohlkehle erzeugt wird. Diese Hohlkehle läuft vorzugsweise in lateraler Richtung vollständig um die p-dotierte Schicht um.
Die Hohlkehle kann anschließend mit einem Passivierungsmaterial zur Bildung einer Passivierungsschicht gefüllt werden. Dieses Passivierungsmaterial dient dann dazu, den Halbleiterkörper gegen Feuchtigkeit zu schützen.
Im Folgenden werden der hier beschriebene Leuchtdiodenchip sowie das hier beschriebene Verfahren zur Herstellung eines Leuchtdiodenchips anhand von Ausführungsbeispielen und den dazugehörigen Figuren näher erläutert.
Die 1P und 1Q zeigen dabei schematische Ansichten von Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen Leuchtdiodenchips.
In Verbindung mit den 1A und 1Q sind Ausführungsbeispiele von hier beschriebenen Verfahren zur Herstellung eines Leuchtdiodenchips näher erläutert.
Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
Die 1P zeigt anhand einer schematischen Schnittansicht ein erstes Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen Leuchtdiodenchips. Der Leuchtdiodenchip umfasst einen n-leitenden Bereich 1 und einen p-leitenden Bereich 2. Zwischen dem n-leitenden Bereich 1 und dem p-leitenden Bereich 2 ist ein zur Strahlungserzeugung vorgesehener aktiver Bereich 3 angeordnet. Die leitenden Bereiche 1, 2 und der aktive Bereich 3 bilden dabei den Halbleiterkörper des Leuchtdiodenchips. An der dem n-leitenden Bereich 1 abgewandten Seite des p-leitenden Bereichs 2 ist eine Spiegelschicht 4 angeordnet, die beispielsweise Silber enthält oder aus Silber besteht. Die Spiegelschicht 4 weist einen Durchbruch 41 auf, in dem die Spiegelschicht beispielsweise in einem zylinderförmigen Bereich entfernt ist. An den Seitenflächen 4a der Spiegelschicht 4, die dem Durchbruch 41 zugewandt sind, ist die Isolierschicht 5 angeordnet, die vorliegend zum Beispiel aus amorphen Aluminiumoxid besteht.
An den Durchbruch 41 der Spiegelschicht 4 schließt sich zentriert die Öffnung 8 an, die sich durch den p-leitenden Bereich und die aktive Zone 3 hindurch bis zum n-leitenden Bereich 1 erstreckt. An der Öffnung 8 zugewandten Seitenflächen des p-leitenden Bereichs 2 ist ein neutralisierter Bereich 2'' angeordnet, der durch Neutralisierung einer p-dotierten Schicht 2' erzeugt ist. Der neutralisierte Bereich 2'' kapselt dabei den p-leitenden Bereich 2 an dessen Seitenflächen umlaufend. Der neutralisierte Bereich 2'' bildet zusammen mit dem p-leitenden Bereich 2 die p-dotierte Schicht 2'.
Durchbruch 41 und Öffnung 8 sind mit einem elektrisch leitenden Material 6 gefüllt, das beispielsweise Silber und Titan enthält. Das elektrisch leitende Material 6 ist dabei ebenfalls reflektierend für die im aktiven Bereich 3 erzeugte elektromagnetische Strahlung ausgebildet, so dass es einen Spiegel für die elektromagnetische Strahlung bildet.
Zwischen der Spiegelschicht 4 und dem elektrisch leitenden Material 6 ist an der dem p-leitenden Bereich abgewandten Außenfläche der Spiegelschicht 4, eine elektrisch leitende Schicht 7 angeordnet, die beispielsweise Gold enthält und zum Beispiel durch die Schichtenfolge Titan/Gold/Titan gebildet ist. Die elektrisch leitende Schicht 7 dient zur elektrischen Kontaktierung des p-leitenden Bereichs durch die Spiegelschicht 4 hindurch. Die elektrisch leitende Schicht 7 erstreckt sich in lateraler Richtung 1 weg von der Spiegelschicht 4, dem p-leitenden Bereich 2, dem n-leitenden Bereich 1 und dem aktiven Bereich 3. Außerhalb des Halbleiterkörpers des Leuchtdiodenchips ist die elektrisch leitende Schicht 7 stellenweise frei zugänglich. Die elektrisch leitende Schicht 7 dient dort beispielsweise als p-seitige Anschlussstelle, mit einem p-seitigen Anschlussbereich 16. Eine Kontaktierung kann dort beispielsweise mittels eines Kontaktdrahtes erfolgen.
Zum elektrisch leitenden Material 6 hin ist die elektrisch leitende Schicht 7 mittels der Passivierungsschicht 12 elektrisch isolierend abgetrennt. Die elektrisch isolierende Schicht 12 besteht beispielsweise aus Siliziumdioxid und weist eine Dicke von beispielsweise zwischen 400 nm und 600 nm, zum Beispiel 450 nm auf.
Das elektrisch leitende Material 6 dient vorliegend zur elektrischen Kontaktierung des n-leitenden Bereichs 1. Eine Bestromung des Leuchtdiodenchips n-seitig erfolgt dabei vorliegend durch einen Träger 9 hindurch, der mittels einer Verbindungsschicht 14, die beispielsweise Gold enthält, elektrisch leitend und mechanisch fest mit dem elektrisch leitenden Material 6 verbunden ist. Zwischen dem elektrisch leitenden Material 6 und der Verbindungsschicht 14 kann dabei eine Sperrschicht 13 angeordnet sein, die beispielsweise Titan enthält. Die Sperrschicht 13 verhindert Diffusionsprozesse in das oder aus dem elektrisch leitenden Material 6.
Der Träger 9 besteht vorzugsweise aus einem elektrisch leitenden Material wie Germanium oder Kupfer. Im Ausführungsbeispiel der 1P ist der Träger 9 vorzugsweise galvanisch hergestellt, das heißt der Träger 9 ist nicht mittels eines Bondprozesses mit den übrigen Bereichen des Leuchtdiodenchips verbunden. Auf diese Weise ist die Passivierungsschicht 12 keiner zu hohen Temperaturbelastung ausgesetzt. Die Passivierungsschicht 12, die beispielsweise aus Siliziumdioxid besteht, bleibt auf diese Weise dicht gegen Feuchtigkeit.
An seiner dem Träger 9 abgewandten Seite ist der Leuchtdiodenchip mit einer weiteren Passivierungsschicht 15 versehen, die insbesondere eine Hohlkehle 10 zwischen der p-dotierten Schicht 2'' und dem Träger 9 ausfüllt. Die Passivierungsschicht 15 ist dabei beispielsweise mittels ALD (Atomic Layer Deposition) aufgebracht. Mit diesem Verfahren lässt sich die Hohlkehle 10 besonders gut mit dem Material der weiteren Passivierungsschicht 15 befüllen. Die Passivierungsschicht 15 kann dabei eines der folgenden Materialien enthalten oder aus einem der folgenden Materialien bestehen: Al₂O₃, ZrO₂, TiO₂, HfO₂.
Die weitere Passivierungsschicht 15 ist vorzugsweise strahlungsdurchlässig, insbesondere klarsichtig ausgebildet. Die weitere Passivierungsschicht 15 überdeckt eine Aufrauung 101 an der der p-leitenden Schicht abgewandten Seite der n-leitenden Schicht 1, die zur Verminderung von Totalreflexion beim Austritt von elektromagnetischer Strahlung vorgesehen ist. Die der weiteren Passivierungsschicht 15 zugewandte Außenfläche der n-leitenden Schicht 1, welche dem p-leitenden Bereich 2 abgewandt ist, bildet die Strahlungsdurchtrittsfläche 102.
Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel der 1P ist in Verbindung mit dem Ausführungsbeispiel der 1Q ein weiteres Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen Leuchtdiodenchips beschrieben, bei dem die Passivierungsschicht 12 eine Öffnung 12' aufweist, die mit dem leitenden Material 6 befüllt ist. Auf diese Weise umläuft das leitende Material 6 sämtliche Halbleiterbereiche des Leuchtdiodenchips seitlich vollständig.
Mit anderen Worten ist in die Passivierungsschicht 12 eine um den gesamten Leuchtdiodenchip umlaufende Unterbrechung in Form der Öffnung 12' eingefügt, welche mit dem elektrisch leitenden Material 6 befüllt ist. Der Leuchtdiodenchip ist auf diese Weise seitlich umlaufend mit dem elektrisch leitenden Material 6 metallisch gekapselt. Im Ausführungsbeispiel der 1Q kann der Träger 9 mittels eines Bondprozesses mit den übrigen Bereichen des Leuchtdiodenchips verbunden werden. Als Material für den Träger kommt dann auch ein leitendes Halbleitermaterial wie Silizium oder Germanium in Frage. Aufgrund der Unterbrechung der Passivierungsschicht 12 durch die umlaufende Öffnung 12' erweist sich die durch das Bonden auftretende Temperaturbelastung als nicht schädlich. Ohne diese Temperaturbelastung wäre die Passivierungsschicht 12 an sich schon dicht gegen Feuchtigkeit. Die Temperaturbelastung des Bonden öffnet jedoch Pfade für die Feuchtigkeit, die durch die Öffnung 12' unterbrochen werden.
In Verbindung mit den schematischen Schnittdarstellungen der 1A und 1Q sind Ausführungsbeispiele eines hier beschriebenen Verfahrens zur Herstellung eines Leuchtdiodenchips näher erläutert.
Zunächst wird auf einem Aufwachssubstrat 11, das beispielsweise durch Saphir gebildet sein kann, ein Halbleiterschichtenstapel epitaktisch aufgewachsen. Der Halbleiterschichtenstapel umfasst einen n-leitenden Bereich 1 und eine p-dotierte Schicht 2'. Zwischen dem n-leitenden Bereich 1 und der p-dotierten Schicht 2' ist der aktive Bereich 3 angeordnet, 1A.
In einem weiteren Verfahrensschritt, 1B, wird auf die dem Aufwachssubstrat abgewandte Seite der p-dotierten Schicht 2' die Spiegelschicht 4 aufgebracht, die beispielsweise durch Bedampfen abgeschieden wird. Die Spiegelschicht 4 kann eine Silberschicht umfassen, die an ihrer der p-dotierten Schicht 2' abgewandten Seite mit einer Abdeckschicht aus Titan versehen sein kann.
Im nachfolgenden Verfahrensschritt, 1C, wird mittels einer nicht dargestellten Fotomaske eine Strukturierung der Spiegelschicht 4 durch stellenweises Entfernen der Spiegelschicht 4 und Freilegen der p-dotierten Schicht 2' durchgeführt.
Die nicht dargestellte Fotomaske verbleibt auch für den nächsten Verfahrensschritt, 1D, zur Neutralisierung von Bereichen der p-dotierten Schicht 2' zu neutralisierten Bereich 2''. Dies kann beispielsweise durch Ar-Sputtern erfolgen. Auf diese Weise entsteht unterhalb der vorhandenen Spiegelschicht 4 der p-leitende Bereich 2, der seitlich, das heißt in lateraler Richtung, umlaufend vom neutralisierten Bereich 2' gekapselt ist.
In einem nächsten Verfahrensschritt, 1E, wird die Isolationsschicht 5, vorliegend aus amorphen Al2O3 mittels Sputtern auf die freigelegten Bereiche der p-dotierten Schicht 2' aufgebracht. Die Isolierschicht 4 bedeckt dabei Seitenflächen 4a der Spiegelschicht 4, insbesondere im Durchbruch 41. Die Dicke der Isolationsschicht 5 ist gleich der Dicke der Spiegelschicht 4 gewählt. Auch dieser Verfahrensschritt erfolgt mit Hilfe der für den Verfahrensschritt der 1C aufgebrachten Fotomaske. Anschließend kann die Fotomaske entfernt werden.
In einem nächsten Verfahrensschritt, 1F, wird die elektrisch leitende Schicht 7, die später zum Teil den p-Anschlussbereich des Leuchtdiodenchips bildet, aufgebracht. Beispielsweise handelt es sich bei der elektrisch leitenden Schicht 7 um eine Abfolge folgender Schichten: Titan/Gold/Titan.
In einem weiteren Verfahrensschritt 1G wird beispielsweise mittels CVD die Passivierungsschicht 12 an die dem Aufwachssubstrat 11 abgewandte Außenfläche aufgebracht.
In der 1H ist ein optionaler Verfahrensschritt dargestellt, in dem eine umlaufende Öffnung 12', die die Spiegelschicht 4 seitlich umschließt, in die Passivierungsschicht 12 eingebracht wird. Dafür ist eine Fototechnik notwendig. Diese Öffnung führt zum Ausführungsbeispiel der 1Q. Mittels der Öffnung ist sichergestellt, dass die Passivierungsschicht, welche beispielsweise aus Siliziumdioxid besteht, nicht bis zum Rand des Leuchtdiodenchips verläuft und dort einen möglichen Feuchtekanal eröffnet, der sich bis zur Spiegelschicht 4 erstreckt.
In einem weiteren Verfahrensschritt, 1I, wird der Durchbruch 41 in der Spiegelschicht 4 durch Entfernen der Passivierungsschicht 12 und der Isolierschicht 5 freigelegt und eine Öffnung 8 wird durch den p-leitenden Bereich 2 und den aktiven Bereich 3 hindurch bis zur oder in den n-leitenden Bereich 1 hinein erzeugt. Dazu ist eine weitere Fototechnik notwendig.
Im nächsten Verfahrensschritt, 1J, wird das elektrisch leitende Material 6 auf die dem Aufwachssubstrat 11 abgewandten freiliegenden Außenflächen aufgebracht, das elektrisch leitende Material 6 ist beispielsweise durch folgende Schichten gebildet: Titan/Silber/Titan.
Im Verfahrensschritt der 1K erfolgt das Aufbringen des Trägers 9 mittels der Verbindungsschicht 14 und der Sperrschicht 13 durch Bonden oder galvanisches Abscheiden.
Im Verfahrensschritt der 1L wird das Aufwachssubstrat beispielsweise durch ein Laser-Lift-off-Verfahren entfernt.
Anschließend erfolgt die Herstellung der Aufrauungen 101 an der dem Träger 9 abgewandten Außenfläche des n-leitenden Bereichs 1 beispielsweise mittels KOH-Ätzen.
In einem nächsten Verfahrensschritt, 1H, erfolgt mittels einer vierten Fototechnik eine Mesa-Ätzung beispielsweise mit Hilfe von H3PO4. Das Ätzmittel stoppt dabei beispielsweise auf Silber, entfernt jedoch Halbleitermaterial der Bereiche 1, 2, 2'' sowie die Isolierschicht 5. Das heißt, die Isolierschicht 5 wird unterhalb des neutralisierten Bereichs 2' entfernt, so dass eine Hohlkehle entsteht, in der Seitenflächen der Spiegelschicht 4 freiliegen. Mit anderen Worten überragt der Halbleiterkörper nach der Strukturierung die Spiegelschicht 4 seitlich in lateralen Richtungen. Die Passivierungsschicht 12 bleibt von dem Ätzmittel unangegriffen.
In einem nächsten Verfahrensschritt, 1O, wird die weitere Passivierungsschicht 15 aufgebracht, welche insbesondere die Hohlkehle 10 vollständig ausführt. Ein Aufbringen der Passivierungsschicht 15 erfolgt dabei vorzugsweise mittels ALD.
In einem weiteren Verfahrensschritt, 1P, 1Q wird die weitere Passivierungsschicht 15 im Bereich des p-Anschlussbereichs 16 entfernt.
Alternativ zu den gezeigten Ausführungsbeispielen ist es auch möglich, dass der Leuchtdiodenchip n-seitig nicht durch den Träger 9 hindurch, sondern mittels eines weiteren Anschlussbereichs an der dem Träger 9 abgewandten Seite des elektrisch leitenden Materials 6 kontaktiert wird. In diesem Fall kann für den Träger auch ein elektrisch isolierendes Material Verwendung finden.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung 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.

Claims

Leuchtdiodenchip mit – einem n-leitenden Bereich (1), – einem p-leitenden Bereich (2), – einem aktiven Bereich (3) zwischen dem n-leitenden Bereich (1) und dem p-leitenden Bereich (2), – einer Spiegelschicht (4) an der dem aktiven Bereich (3) abgewandten Seite des p-leitenden Bereichs (2), und – einer Isolationsschicht (5), die mit einem elektrisch isolierendem Material gebildet ist, wobei – die Spiegelschicht (4) zur Reflexion von im aktiven Bereich (3) erzeugter elektromagnetischer Strahlung eingerichtet ist, und – die Spiegelschicht (4) einen Durchbruch (41) aufweist, wobei eine Seitenfläche (4a) der Spiegelschicht (4) im Bereich des Durchbruchs (41) vollständig von der Isolationsschicht (5) bedeckt ist.
Leuchtdiodenchip nach dem vorherigen Anspruch, bei dem die verbleibende Außenfläche der Spiegelschicht (4) frei von der Isolationsschicht (5) ist.
Leuchtdiodenchip nach dem vorherigen Anspruch, bei dem die Isolationsschicht (5) mittels einer Orthophosphorsäure ätzbar ist.
Leuchtdiodenchip nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die Isolationsschicht (5) aus einem amorphen keramischen Material besteht.
Leuchtdiodenchip nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die Isolationsschicht (5) mit amorphem Al2O3 gebildet ist oder aus amorphem Al2O3 besteht.
Leuchtdiodenchip nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem der Durchbruch (41) an eine Öffnung (8) grenzt, die sich durch den p-leitenden Bereich (2) und den aktiven Bereich (3) hindurch bis in den oder zum n-leitenden Bereich (1) erstreckt.
Leuchtdiodenchip nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem der Durchbruch (41) und die Öffnung (8) mit einem elektrisch leitenden Material (6) gefüllt sind, wobei die Isolationsschicht (5) zwischen dem elektrisch leitenden Material (6) und der Spiegelschicht (4) angeordnet ist.
Leuchtdiodenchip nach einem der vorherigen Ansprüche mit – einer Strahlungsdurchtrittsfläche (102), die stellenweise durch eine dem p-leitenden Bereich (2) abgewandte Außenfläche des n-leitenden Bereichs (1) gebildet ist, wobei – eine Stromverteilung zur Bestromung des aktiven Bereichs (3) im Betrieb des Leuchtdiodenchips unterhalb der Strahlungsdurchtrittsfläche (102) erfolgt.
Leuchtdiodenchip nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die Spiegelschicht (4) Silber enthält oder aus Silber besteht.
Leuchtdiodenchip nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem an der dem p-leitenden Bereich (2) abgewandte Außenfläche der Spiegelschicht (4) eine elektrisch leitende Schicht (7) angeordnet ist, die die Spiegelschicht (4), den n-leitenden Bereich (1), den p-leitenden Bereich (2) und den aktiven Bereich (3) in lateraler Richtung überragt, wobei die elektrisch leitende Schicht (7) an ihrer der Spiegelschicht (4) zugewandten Seite stellenweise frei zugänglich ist.
Leuchtdiodenchip nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem das elektrisch leitenden Material (6) von der elektrisch leitende Schicht (7) mittels einer Passivierungsschicht (12) elektrisch isolierend abgetrennt ist, wobei die Passivierungsschicht (12) eine Öffnung (12') aufweist, die mit dem elektrisch leitenden Material (6) gefüllt ist.
Verfahren zur Herstellung eines Leuchtdiodenchips mit den folgenden Schritten: – Bereitstellen einer p-dotierten Schicht (2'), – Aufbringen einer Spiegelschicht (4) auf eine Außenfläche (21) der p-dotierten Schicht (2'), – stellenweises Freilegen der p-dotierten Schicht (2') durch stellenweises Entfernen der Spielschicht (4), – Aufbringen einer Isolationsschicht (5) in die von der Spiegelschicht (4) befreiten Bereiche, wobei die Spiegelschicht (4) an ihrer der p-dotierten Schicht (2') abgewandten Seite bündig mit der Isolationsschicht (5) abschließt und Seitenflächen (2'a) der p-dotierten Schicht (2') direkt an die Isolationsschicht (5) grenzen, – Aufbringen eines Träger (9) an der der p-dotierten Schicht (2') abgewandten Seiten der Spiegelschicht (4), und – stellenweises Entfernen der Isolationsschicht (5) zur Erzeugung einer Hohlkehle (10) zwischen dem Träger (8) und der p-dotierten Schicht (2').
Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, wobei ein Leuchtdiodenchip nach einem der Ansprüche 1 bis 11 hergestellt wird.