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Die vorliegende Anmeldung betrifft ein Halbleiterbauelement und ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements.
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Bei Lichtquellen auf der Basis von Leuchtdioden (LEDs) ist die Abstrahlcharakteristik in der Regel durch die Ausgestaltung der Halbleiterchips der LEDs gegebenenfalls in Verbindung mit einer den LEDs zugeordneten Primäroptik, vorgegeben. Für Anwendungsfälle, in denen die Abstrahlcharakteristik variiert werden soll, beispielsweise für ein adaptives Frontscheinwerfersystem (Adaptive Frontlighting System, AFS), kann dies durch eine mechanische Verstellung einer Sekundäroptik und/oder durch ein An- und Ausschalten einzelner Halbleiterchips erzielt werden. Dies ist jedoch vergleichsweise aufwändig und kostenintensiv.
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Eine Aufgabe ist es, ein Halbleiterbauelement anzugeben, bei dem eine räumliche Abstrahlcharakteristik im Betrieb auf einfache Weise variierbar ist. Weiterhin soll ein Verfahren angegeben werden mit dem ein solches Halbleiterbauelement kostengünstig und zuverlässig hergestellt werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch ein Halbleiterbauelement beziehungsweise ein verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
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Ein Halbleiterbauelement weist gemäß einer Ausführungsform eine Mehrzahl von Emissionsbereichen auf, die vorzugsweise in einer lateralen Richtung voneinander beabstandet und weiterhin bevorzugt nebeneinander angeordnet sind. Zumindest ein Emissionsbereich weist einen Halbleiterkörper mit einem zur Erzeugung von Strahlung vorgesehenen aktiven Bereich auf. Das Halbleiterbauelement weist einen Träger mit einer Montagefläche auf, wobei der Halbleiterkörper auf einer der Montagefläche abgewandten Seite des Trägers angeordnet ist und zwischen dem aktiven Bereich und der Montagefläche eine Auslenkungseinrichtung ausgebildet ist. Die Auslenkungseinrichtung ist dafür vorgesehen, den aktiven Bereich im Betrieb des Halbleiterbauelements relativ zur Montagefläche auszulenken, insbesondere zu verkippen.
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Mittels der in das Halbleiterbauelement, insbesondere in den Träger als Teil des Halbleiterbauelements, integrierten Auslenkungseinrichtung ist eine räumliche Abstrahlcharakteristik des Halbleiterbauelements in dessen Betrieb variierbar. Auf eine mechanische Versteilbarkeit einer dem Halbleiterbauelement in einer Abstrahlrichtung nachgeordneten Sekundäroptik zur Variation der Abstrahlcharakteristik kann verzichtet werden.
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Vorzugsweise weist eine Mehrzahl der Emissionsbereiche, besonders bevorzugt jeder der Emissionsbereiche, einen Halbleiterkörper mit einem zur Erzeugung von Strahlung vorgesehenen aktiven Bereich und eine dem jeweiligen Halbleiterkörper zugeordnete Auslenkungseinrichtung auf.
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Mittels der Auslenkungseinrichtung ist eine vorzugsweise senkrecht zu einer Haupterstreckungsebene des aktiven Bereichs verlaufende Hauptabstrahlungsachse des jeweiligen Emissionsbereichs relativ zur Montageebene auslenkbar.
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Weiterhin bevorzugt ist eine Mehrzahl der Halbleiterkörper, besonders bevorzugt sind alle Halbleiterkörper, auf einem gemeinsamen Träger angeordnet. Die Halbleiterkörper gehen weiterhin bevorzugt aus einer gemeinsamen, insbesondere epitaktischen, Halbleiterschichtenfolge mit dem aktiven Bereich hervor.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Auslenkungseinrichtung mittels eines säulenförmigen Bereichs des Trägers gebildet. Der säulenförmige Bereich weist zumindest einer lateral verlaufenden Richtung, vorzugsweise entlang zweier lateral und zueinander senkrecht verlaufenden Richtungen eine geringere Ausdehnung auf als der aktive Bereich.
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Vorzugsweise beträgt eine Ausdehnung des säulenförmigen Bereichs entlang einer lateralen Richtung zwischen einschließlich 10% und einschließlich 90%, besonders bevorzugt zwischen einschließlich 10% und einschließlich 60%, der Ausdehnung des Halbleiterkörpers entlang dieser Richtung. Je größer der Querschnitt des säulenförmigen Bereichs in Aufsicht auf das Halbleiterbauelement ist, desto geringer ist der Wärmewiderstand für im Betrieb in den aktiven Bereichen erzeugte Verlustwärme. Gleichzeitig nimmt jedoch die reversible Verbiegbarkeit mit zunehmender lateraler Ausdehnung ab.
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Der Träger weist vorzugsweise einen Sockelbereich auf. Der Sockelbereich erstreckt sich vorzugsweise in Aufsicht in lateraler Richtung durchgängig über die Halbleiterkörper.
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Auf der dem Sockelbereich abgewandten Seite des säulenförmigen Bereichs weist der Träger vorzugsweise einen Auslenkungsbereich auf, an dem der jeweilige Halbleiterkörper angeordnet und vorzugsweise befestigt ist. Auslenkungsbereich überragt den säulenförmigen Bereich vorzugsweise zumindest entlang einer Richtung, besonders bevorzugt allseitig.
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Weiterhin bevorzugt weist der Träger einen Trägerkörper auf, der bevorzugt einstückig ausgebildet ist. Insbesondere kann der Trägerkörper den Sockelbereich, den säulenförmigen Bereich und den Auslenkungsbereich bilden. Der Trägerkörper kann weiterhin für zumindest zwei Emissionsbereiche, insbesondere für alle Emissionsbereiche, den Sockelbereich, den jeweiligen säulenförmigen Bereich und bevorzugt auch den jeweiligen Auslenkungsbereich bilden.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung enthält der Träger, insbesondere der Trägerkörper, ein Halbleitermaterial. Insbesondere kann der Trägerkörper aus einem Halbleitermaterial bestehen. Silizium eignet sich besonders aufgrund seiner guten Mikrostrukturierbarkeit, seiner großflächigen und kostengünstigen Verfügbarkeit und seiner hohen Wärmeleitfähigkeit. Davon abweichend kann aber auch ein anderes Halbleitermaterial, beispielsweise Galliumarsenid oder Germanium, Anwendung finden.
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Weiterhin bevorzugt ist der säulenförmige Bereich zwischen dem Sockelbereich des Trägers und dem aktiven Bereich angeordnet. Der säulenförmige Bereich ist vorzugsweise mittig zu dem zugeordneten Halbleiterkörper angeordnet. Das heißt, in Aufsicht auf das Halbleiterbauelement liegt ein Schwerpunkt des Halbleiterkörpers innerhalb des säulenförmigen Bereichs. Vorzugsweise liegen ein Schwerpunkt des säulenförmigen Bereichs und ein Schwerpunkt des zugeordneten Halbleiterkörpers aufeinander oder im Wesentlichen aufeinander, beispielsweise mit einer Abweichung von höchstens 10% der maximalen lateralen Ausdehnung des Halbleiterkörpers.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung weist die Auslenkungseinrichtung auf einer dem Halbleiterkörper zugewandten Seite des Sockelbereichs eine Elektrodenanordnung und eine zwischen der Elektrodenanordnung und dem aktiven Bereich, insbesondere an dem Auslenkungsbereich des Trägers, angeordnete Gegenelektrodenanordnung auf.
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Vorzugsweise umfassen die Elektrodenanordnung und die Gegenelektrodenanordnung jeweils ein Elektrodenpaar, wobei die Elektroden des Elektrodenpaars jeweils auf gegenüberliegenden Seiten des säulenförmigen Bereichs angeordnet sind.
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Durch Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen der Elektrodenanordnung und der Gegenelektrodenanordnung ist der zugehörige aktive Bereich relativ zur Montagefläche auslenkbar, insbesondere verkippbar. Ein Auslenkungswinkel relativ zur Montageebene ist über die angelegte Spannung vorzugsweise kontinuierlich einstellbar. Bezogen auf die Montagefläche beträgt ein Auslenkungswinkel betragsmäßig vorzugsweise zwischen einschließlich 0° und einschließlich 45°.
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Für eine Auslenkung des Halbleiterkörpers in zwei schräg oder senkrecht verlaufenden Richtungen kann die Auslenkungseinrichtung eine weitere Elektrodenanordnung und eine weitere Gegenelektrodenanordnung aufweisen.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung weist der Träger eine Durchkontaktierung auf, mit der der aktive Bereich seitens der Montagefläche elektrisch kontaktierbar ist. Eine vorderseitige, also abstrahlungsseitige, elektrische Kontaktierung des Halbleiterkörpers ist somit nicht erforderlich.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist der Halbleiterkörper stoffschlüssig mit dem Träger verbunden. Bei einer stoffschlüssigen Verbindung werden die, bevorzugt vorgefertigten, Verbindungspartner mittels atomarer und/oder molekularer Kräfte zusammengehalten. Eine stoffschlüssige Verbindung kann beispielsweise mittels einer Verbindungsschicht, etwa einer Klebeschicht oder einer Lotschicht, erzielt werden.
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Der Träger dient der mechanischen Stabilisierung des Halbleiterkörpers. Ein Aufwachssubstrat für die Halbleiterschichtenfolge des Halbleiterkörpers ist hierfür nicht mehr erforderlich und kann somit entfernt werden. Alternativ ist auch denkbar, dass das Aufwachssubstrat selbst den Träger bildet.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist der Halbleiterkörper auf einer vom Träger abgewandten Seite ein Strahlformungselement auf. Das Strahlformungselement kann in den Halbleiterkörper integriert sein oder in Form eines insbesondere vorgefertigten optischen Elements auf den Halbleiterkörper aufgebracht sein. Insbesondere kann das Strahlformungselement als ein photonischer Kristall ausgebildet sein. Eine gerichtete Abstrahlung der im aktiven Bereich erzeugten Strahlung wird so vereinfacht.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist eine räumliche Abstrahlcharakteristik des Halbleiterbauelements mittels eines elektrisch induzierten Auslenkens des zumindest einen aktiven Bereichs einstellbar, insbesondere durch Anlegen einer elektrischen Spannung. Mechanische Elemente sind für das Einstellen der Abstrahlcharakteristik also nicht erforderlich.
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Eine Strahlungsquelle, die für eine im Betrieb räumlich variable Abstrahlung vorgesehen ist, weist bevorzugt zumindest ein vorstehend beschriebenes Halbleiterbauelement auf. Die Strahlungsquelle kann insbesondere als ein adaptiver Scheinwerfer, ein intelligenter Blitz, also ein Blitz, dessen Abstrahlcharakteristik abhängig von der zu beleuchtenden Szene einstellbar ist, oder als eine Anzeigevorrichtung, insbesondere eine 3D-Anzeigevorrichtung zur Darstellung eines dreidimensional erscheinenden Bildes, ausgebildet sein.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der aktive Bereich zwischen einer vom Träger abgewandten ersten Halbleiterschicht und einer zweiten Halbleiterschicht angeordnet. Der Halbleiterkörper weist weiterhin bevorzugt zumindest eine Ausnehmung auf, die sich durch die zweite Halbleiterschicht und den aktiven Bereich hindurch erstreckt. Die erste Halbleiterschicht ist vorzugsweise mit einer ersten Anschlussschicht elektrisch leitend verbunden, die sich durch die Ausnehmung hindurch erstreckt. Zwischen dem Träger und der zweiten Halbleiterschicht ist vorzugsweise eine zweite Anschlussschicht angeordnet, mit der die zweite Halbleiterschicht elektrisch leitend verbunden ist. Die zweite Anschlussschicht verläuft bereichsweise zwischen der ersten Anschlussschicht und dem Träger. Ein derartiger Halbleiterkörper ist auf einfache Weise mit zwei elektrischen Kontakten trägerseitig kontaktierbar.
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Bei einem Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements mit einer Mehrzahl von Emissionsbereichen, die auf einem Träger mit einer Montagefläche angeordnet sind, wird gemäß einer Ausführungsform eine Halbleiterschichtenfolge mit einem zur Erzeugung von Strahlung vorgesehenen aktiven Bereich auf einer der Montagefläche abgewandten Seite des Trägers angeordnet. Eine Mehrzahl von Halbleiterkörpern wird aus der Halbleiterschichtenfolge ausgebildet. Zumindest eine Auslenkungseinrichtung wird ausgebildet, die einem Emissionsbereich zugeordnet und dafür vorgesehen ist, den aktiven Bereich des Emissionsbereichs relativ zur Montagefläche auszulenken.
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Der Träger ist vorzugsweise vor dem Anordnen der Halbleiterschichtenfolge bereits vorstrukturiert und weist vorzugsweise Kontaktflächen auf, die jeweils den Halbleiterkörpern zugeordnet sind.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung wird die Auslenkungseinrichtung nach dem Anordnen der Halbleiterschichtenfolge mittels selektiven Entfernens einer Opferschicht des Trägers hergestellt. Während der Befestigung der Halbleiterschichtenfolge kann die Opferschicht also der mechanischen Stabilisierung dienen. Nachfolgend kann durch das Entfernen der Opferschicht ein säulenförmiger Bereich des Trägers ausgebildet werden.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung wird die Halbleiterschichtenfolge auf einem Aufwachssubstrat abgeschieden und das Aufwachssubstrat, insbesondere nach dem Befestigen an dem Träger, entfernt.
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Das beschriebene Verfahren ist zur Herstellung eines weiter oben beschriebenen Halbleiterbauelements besonders geeignet. Im Zusammenhang mit dem Halbleiterbauelement ausgeführte Merkmale können daher auch für das Verfahren herangezogen werden und umgekehrt.
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Weitere Merkmale, Ausgestaltungen und Zweckmäßigkeiten ergeben sich aus der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Figuren.
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Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
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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.
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Es zeigen:
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1A ein Ausführungsbeispiel für ein Halbleiterbauelement im Ruhezustand (1A) und in einem ausgelenkten Zustand (1B), jeweils in schematischer Schnittansicht;
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2 ein zweites Ausführungsbeispiel für ein Halbleiterbauelement in schematischer Schnittansicht;
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3A bis 3D ein drittes Ausführungsbeispiel für ein Halbleiterbauelement in schematischer Seitenansicht für verschiedene Betriebszustände (3A bis 3C) und in Aufsicht (3D);
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4A und 4B ein viertes Ausführungsbeispiel für zwei verschiedene Betriebszustände in schematischer Seitenansicht; und
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5A bis 5E ein Ausführungsbeispiel für ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements anhand von schematisch in Schnittansicht dargestellten Zwischenschritten.
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Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
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Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente, insbesondere Schichtdicken, zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
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In den 1A und 1B ist jeweils ein Emissionsbereich 10 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel für ein Halbleiterbauelement gezeigt. Das Halbleiterbauelement weist eine Mehrzahl solcher in lateraler Richtung nebeneinander angeordneter Emissionsbereiche auf, die beispielsweise zeilenartig, matrixartig oder wabenartig angeordnet sein können.
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Der Emissionsbereich 10 weist einen Halbleiterkörper 2 mit einem zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung aktiven Bereich 20 auf. Der Halbleiterkörper 2 ist auf einem Träger 3 angeordnet und mittels einer Verbindungsschicht, etwa einer Lotschicht oder einer Klebeschicht mit diesem mechanisch stabil verbunden (nicht explizit dargestellt). Der Halbleiterkörper, insbesondere der aktive Bereich, enthält vorzugsweise ein III–V-Verbindungshalbleitermaterial.
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Der Träger 3 weist einen einstückig ausgebildeten Trägerkörper 30 mit einem säulenförmigen Bereich 31, einem Sockelbereich 32 und einem Auslenkungsbereich 33 auf. Der säulenförmige Bereich ist zwischen dem Sockelbereich 32 und dem Auslenkungsbereich 33 des Trägers angeordnet.
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Auf einer dem Halbleiterkörper 2 abgewandten Seite weist der Träger 3 eine Montagefläche 34 auf, die zur Befestigung des Halbleiterbauelements und vorzugsweise auch für dessen elektrische Kontaktierung vorgesehen ist.
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In einer lateralen Richtung, also in einer parallel zur Montagefläche 34 verlaufenden Richtung weist der säulenförmige Bereich 31 eine geringere Ausdehnung auf als der Halbleiterkörper 2. Der Halbleiterkörper 2 ist mittig zum säulenförmigen Bereich angeordnet.
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Zweckmäßigerweise ist die laterale Ausdehnung des säulenförmigen Bereichs 31 derart ausgebildet, dass der Träger 3 einen hinreichend niedrigen Wärmewiderstand für die im Betrieb im Halbleiterkörper 2 erzeugte Abwärme aufweist und gleichzeitig eine hinreichend hohe Flexibilität für die spannungsinduzierte Auslenkung aufweist. Vorzugsweise beträgt die Ausdehnung des säulenförmigen Bereichs zwischen einschließlich 10% und einschließlich 90%, besonders bevorzugt zwischen einschließlich 10% und einschließlich 60%, der Ausdehnung des Halbleiterkörpers entlang dieser Richtung.
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Im Träger 3 ist weiterhin eine Durchkontaktierung 37 ausgebildet, über die der Halbleiterkörper 2 von der Montagefläche 34 her extern elektrisch kontaktierbar ist. Die elektrische Kontaktierung des Halbleiterkörpers 2 wird im Zusammenhang mit 2 näher erläutert.
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Auf dem Sockelbereich 32 ist eine Elektrodenanordnung 35 ausgebildet. Die Elektrodenanordnung weist eine erste Elektrode 351 und eine auf der der ersten Elektrode 351 gegenüberliegenden Seite des säulenförmigen Bereichs 31 angeordnete zweite Elektrode 352 auf.
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Der Elektrodenanordnung 35 ist eine Gegenelektrodenanordnung 36 zugeordnet. Die Gegenelektrodenanordnung weist eine erste Gegenelektrode 361 und eine zweiten Gegenelektrode 362 auf und ist an dem Auslenkungsbereich 33 des Trägerkörpers 30 ausgebildet. In Aufsicht auf den Emissionsbereich 10 überlappen die erste Elektrode 351 und die erste Gegenelektrode sowie die zweite Elektrode 352 und die zweite Gegenelektrode.
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Mittels des säulenförmigen Bereichs 31, der Elektrodenanordnung und der Gegenelektrodenanordnung ist eine Auslenkungseinrichtung 6 gebildet. Durch Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen der Elektrodenanordnung 35 und der Gegenelektrodenanordnung 36 kann, wie in 1B dargestellt, der Halbleiterkörper 2, insbesondere der aktive Bereich 20, relativ zur Montagefläche 34 um einen Winkel α ausgelenkt werden. Durch die Auslenkung wird eine senkrecht zu einer Haupterstreckungsebene des aktiven Bereichs 20 verlaufende Hauptabstrahlrichtung bezüglich einer zur Montagefläche 34 senkrecht verlaufenden vertikalen Richtung verkippt, sodass die räumliche Abstrahlcharakteristik des Halbleiterbauelements durch Variation der Hauptabstrahlrichtungen der Emissionsbereiche 10 im Betrieb einstellbar ist.
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Eine vom Träger 3 abgewandte Strahlungsaustrittsfläche 201 des Halbleiterkörpers 2 weist ein Strahlformungselement 29 auf, das in dem gezeigten Ausführungsbeispiel als ein im Halbleiterkörper 2 ausgebildetes photonisches Gitter ausgeführt ist. Mittels des Strahlformungselements kann eine gerichtete Abstrahlung der im Betrieb erzeugten Strahlung in Richtung der Hauptabstrahlrichtung gefördert werden. Von dem beschriebenen Ausführungsbeispiel abweichend kann das Strahlformungselement auch als ein auf dem Halbleiterkörper 2 angeordnetes optisches Element, beispielsweise als eine strahlbündelnde Linse, ausgebildet sein. Auf das Strahlformungselement kann aber auch verzichtet werden.
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Der Trägerkörper 30 basiert vorzugsweise auf einem Halbleitermaterial oder besteht aus einem solchen. Insbesondere eignet sich Silizium. Auch Galliumarsenid oder Germanium kann für den Träger Anwendung finden.
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Der Halbleiterkörper 2 mit dem aktiven Bereich 20 kann auch in zwei schräg oder senkrecht zueinander verlaufenden Richtungen relativ zur Montagefläche auslenkbar sein. Insbesondere kann die Auslenkungseinrichtung auf einer dem Halbleiterkörper zugewandten Seite des Sockelbereichs eine weitere Elektrodenanordnung und eine zwischen der weiteren Elektrodenanordnung und dem aktiven Bereich angeordnete weitere Gegenelektrodenanordnung aufweisen, wobei die Elektrodenanordnungen und die Gegenelektrodenanordnungen derart angeordnet sind, dass der Halbleiterkörper in zwei schräg oder senkrecht zueinander verlaufenden Richtungen auslenkbar ist.
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Bezogen auf die Montagefläche 34 des Halbleiterbauelements 1 sind die Emissionsbereiche bevorzugt in einem Winkelbereich zwischen 0° und 45° verkippbar.
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Ein zweites Ausführungsbeispiel für ein Halbleiterbauelement 1 ist in 2 schematisch in Schnittansicht dargestellt, wobei wiederum nur ein Emissionsbereich 10 gezeigt ist. Bereits im Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel beschriebene Elemente können gleichartig ausgebildet sein, sofern nicht explizit abweichend beschrieben.
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Der Halbleiterkörper 2 weist einen aktiven Bereich 20 auf, der zwischen einer vom Träger 3 abgewandten ersten Halbleiterschicht 21 und einer dem Träger 3 zugewandten zweiten Halbleiterschicht 22 angeordnet ist.
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Der Halbleiterkörper 2 weist Ausnehmungen 25 auf, die sich vom Träger 3 her durch die zweite Halbleiterschicht 22 und den aktiven Bereich 20 hindurch in die erste Halbleiterschicht 21 hinein erstrecken.
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Zwischen dem Halbleiterkörper 2 und dem Träger 3 ist eine erste Anschlussschicht 23 angeordnet, die sich durch die Ausnehmung 25 hindurch erstreckt und mit der ersten Halbleiterschicht 21 elektrisch leitend verbunden ist, Weiterhin ist zwischen dem Träger 3 und dem Halbleiterkörper 2 eine zweite Anschlussschicht 24 angeordnet, die elektrisch leitend mit der zweiten Halbleiterschicht 22 verbunden ist. Die zweite Anschlussschicht 24 verläuft bereichsweise zwischen dem Halbleiterkörper 2 und der ersten Anschlussschicht 23. Die zweite Anschlussschicht 24 grenzt unmittelbar an die zweite Halbleiterschicht 22 an und ist vorzugsweise für die im aktiven Bereich 20 erzeugte Strahlung spiegelnd ausgebildet. Beispielsweise kann die zweite Anschlussschicht 24 oder eine Teilschicht davon Silber, Aluminium oder Palladium enthalten oder aus einem solchen Material bestehen.
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Zwischen der ersten Anschlussschicht 23 und der zweiten Anschlussschicht 24 ist zur Vermeidung eines elektrischen Kurzschlusses eine Isolationsschicht 26 angeordnet.
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Der Halbleiterkörper 2 ist mittels einer Verbindungsschicht 27, beispielsweise einem Lot oder einer elektrisch leitenden Klebeschicht, stoffschlüssig mit dem Träger 3 verbunden. Der Träger 3 dient der mechanischen Stabilisierung des Halbleiterkörpers 2. Ein Aufwachssubstrat für den epitaktischen Halbleiterkörper 2 ist hierfür nicht mehr erforderlich und daher entfernt.
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Der Träger weist zwei Durchkontaktierungen 37 auf, die sich in vertikaler Richtung durch den Trägerkörper 30 hindurch erstrecken. Mittels der Verbindungsschicht 27 ist die erste Anschlussschicht 23 mit einer ersten Kontaktschicht 41 und die zweite Anschlussschicht 24 über eine Teilschicht 241 mit einer zweiten Kontaktschicht 42 elektrisch leitend verbunden. Durch Anlegen einer externen elektrischen Spannung zwischen der ersten Kontaktschicht 41 und der zweiten Kontaktschicht 42 können durch Anlegen einer externen elektrischen Spannung seitens der Montagefläche 34 Ladungsträger von verschiedenen Seiten in den aktiven Bereich 20 injiziert werden und dort unter Emission von Strahlung rekombinieren. Auf der vom Träger 3 abgewandten Seite des Halbleiterkörpers 2 sind also keine externen elektrischen Kontakte erforderlich, welche die Auslenkung des Halbleiterkörpers erschweren und die für die Strahlungsemission nutzbare Fläche verringern würden.
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Der Sockelbereich 32 ist vorzugsweise einstückig für alle Emissionsbereiche 10 des Halbleiterbauelements 1 ausgebildet.
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Die Kontaktschichten 41, 42 sind mittels einer weiteren Isolationsschicht 39 elektrisch vom Trägerkörper 30 isoliert.
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Für die Isolationsschichten 26, 39 eignet sich beispielsweise ein Oxid, etwa Siliziumoxid, ein Nitrid, etwa Siliziumnitrid, oder ein Oxinitrid, etwa Siliziumoxinitrid.
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Selbstverständlich können von dem beschriebenen Ausführungsbeispiel abweichend auch andere Kontaktierungsgeometrien, mit denen die erste Halbleiterschicht 21 und die zweite Halbleiterschicht 22 von der der Strahlungsaustrittsfläche 201 abgewandten Seite her elektrisch kontaktierbar ist, Anwendung finden.
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Ein erstes Ausführungsbeispiel für eine Strahlungsquelle 100 ist anhand der 3A bis 3D gezeigt, wobei die Strahlungsquelle als eine Anzeigevorrichtung für die Darstellung dreidimensional erscheinender Bilder (3D-Display) ausgebildet ist.
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Die Strahlungsquelle weist ein Halbleiterbauelement 1 auf, das vorzugsweise wie im Zusammenhang mit den 1A, 1B und 2 beschrieben ausgeführt ist. Zur vereinfachten Darstellung ist für jeden Emissionsbereich 10 jeweils nur vereinfacht der Halbleiterkörper und der säulenförmige Bereich gezeigt, wobei für jeden Emissionsbereich jeweils ein Pfeil die zugehörige Hauptabstrahlrichtung des aktiven Bereichs veranschaulicht. Das Halbleiterbauelement ist auf einem Anschlussträger 5 angeordnet. Über Ansteuerpunkte 51 sind die einzelnen Emissionsbereiche unabhängig voneinander ansteuerbar, sodass im Betrieb sowohl die Strahlungsleistung als auch die Hauptabstrahlrichtung mittels der Auslenkungseinrichtung für die Emissionsbereiche individuell einstellbar ist.
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Wie in 3D dargestellt, sind die einzelnen Emissionsbereiche 10 wabenförmig ausgebildet und in lateraler Richtung nebeneinander angeordnet. Davon abweichend kann aber auch eine andere, insbesondere mehreckige, beispielsweise rechteckige oder quadratische Form für die Emissionsbereiche Anwendung finden.
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Vorzugsweise ist die Auslenkungseinrichtung derart ausgebildet, dass die Bewegungsachsen, um die die Auslenkung erfolgt, radial symmetrisch angeordnet sind, sodass eine radialsymmetrische Ablenkung der Halbleiterkörper der Emissionsbereiche 10 erfolgt.
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wie in 3A dargestellt, verlaufen die Hauptabstrahlrichtungen der einzelnen Emissionsbereiche 10 in Ruhestellung der Auslenkungseinrichtung parallel zueinander und senkrecht zur Montagefläche des Halbleiterbauelements.
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Durch eine Auslenkung der Halbleiterkörper der äußeren Emissionsbereiche kann im Betrieb der Anzeigevorrichtung eine adaptive und dynamische Verstellung des Fokuspunkts erfolgen. Dies ist in den 3B, in der die äußeren Emissionsbereiche zur Mitte der Anzeigevorrichtung hin ausgelenkt werden, und in der 3C, bei der eine Auslenkung von der Mitte der Anzeigevorrichtung weg erfolgt, schematisch gezeigt.
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In Abstrahlungsrichtung kann der Anzeigevorrichtung eine Sekundäroptik nachgeordnet sein (nicht explizit dargestellt).
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Ein zweites Ausführungsbeispiel für eine Strahlungsquelle ist in den 4A und 4A schematisch dargestellt. Dieses zweite Ausführungsbeispiel eignet sich beispielsweise als ein intelligenter Blitz oder als ein adaptiver Scheinwerfer, wobei wiederum dem Halbleiterbauelement 1 in Abstrahlrichtung eine Sekundäroptik nachgeordnet sein kann (nicht explizit dargestellt).
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Wie im Zusammenhang mit den 3A bis 3C beschrieben, kann durch Anlegen einer elektrischen Spannung an den Auslenkungseinrichtungen der Emissionsbereiche 10 die räumliche Abstrahlcharakteristik beispielsweise für einen Blitz so im Betrieb eingestellt werden, dass die insgesamt erzeugte Strahlungsleistung des Halbleiterbauelements im Vergleich zu einer gleichmäßigen Abstrahlung verstärkt in Richtung eines zu beleuchtenden Objekts 7 vor einem Hintergrund 71 erfolgt, so dass die insgesamt auf das Objekt 7 auftreffende Strahlungsleistung bei gleicher erzeugter Strahlungsleistung des Halbleiterbauelements erhöht wird.
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Bei einem Scheinwerfer kann mittels der Auslenkungseinrichtungen die räumliche Abstrahlung des Scheinwerfers beispielsweise beim Durchfahren von Kurven und/oder zur Regulierung der Leuchtweite geeignet variiert werden.
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Mit der in das Halbleiterbauelement integrierten Auslenkungseinrichtung kann im Betrieb eine Anpassung der Abstrahlcharakteristik ohne eine mechanische Bewegung nachgeordneter Elemente, beispielsweise ohne nachgeordnete mechanisch bewegliche Sekundäroptiken, erfolgen. Der mechanische Aufbau der Strahlungsquellen wird dadurch vereinfacht, Weiterhin können die Strahlungsquellen kompakter ausgestaltet werden.
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Ein Ausführungsbeispiel für ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements ist in den 5A bis 5E schematisch dargestellt, Eine Halbleiterschicht 200 mit einem zur Erzeugung von Strahlung vorgesehenen aktiven Bereich 20 wird auf einem Aufwachssubstrat 28, beispielsweise einem Silizium-Substrat oder einem Saphir-Substrat, epitaktisch abgeschieden, beispielsweise mittels MOCVD oder MBE (5A). Das Verfahren wurde zur verbesserten Darstellung lediglich für die Herstellung eines einzelnen Emissionsbereichs 10 gezeigt, bei dem aus der Halbleiterschichtenfolge 200 ein Halbleiterkörper 2 hervorgeht.
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Die Halbleiterschichtenfolge 200 wird mit der vom Aufwachssubstrat 28 abgewandten Seite an einem Träger 3 mit einem Trägerkörper 30 befestigt, vorzugsweise an zumindest einer auf dem Träger angeordneten Kontaktschicht (nicht explizit dargestellt). Als Aufwachssubstrat eignet sich beispielsweise ein Silizium-Substrat.
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Bei der in 5B dargestellten Herstellung eines Verbunds mit dem Aufwachssubstrat 28 und dem Träger 3 weist der Träger eine Opferschicht 38 auf, die den Träger mechanisch stabilisiert. Beispielsweise eignet sich eine dielektrische Schicht als Opferschicht, etwa Siliziumoxid oder Siliziumnitrid. Der Träger weist beim Herstellen des Verbunds vorzugsweise bereits Durchkontaktierungen 37 auf.
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Nach der mechanisch stabilen Verbindung mit dem Träger 3 wird das Aufwachssubstrat 28 entfernt (5C). Dies kann mechanisch, etwa mittels Schleifens, Läppens oder Polierens, chemisch, etwa mittels nasschemischen oder trockenchemischen Ätzens, oder mittels kohärenter Strahlung, etwa Laserstrahlung, erfolgen. Davon abweichend kann das Aufwachssubstrat auch bereits vor dem Herstellen des Verbunds entfernt werden.
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Wie in 5D dargestellt, kann nach dem Entfernen des Aufwachssubstrats 28 die Opferschicht zur Ausbildung der säulenförmigen Bereiche 31 entfernt werden. Dies erfolgt beispielsweise mittels nasschemischen Ätzens. Die Gefahr einer mechanischen Schädigung des Trägers 3, insbesondere der vergleichsweise dünnen säulenförmigen Bereiche 31, während des Entfernens des Aufwachssubstrats kann so weitestgehend verringert werden.
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Nachfolgend wird auf einem Sockelbereich 32 des Trägerkörpers 30 eine Elektrodenanordnung 35 und auf einem dem Sockelbereich 32 gegenüberliegenden Auslenkungsbereich 33 eine der Elektrodenanordnung gegenüberliegende Gegenelektrodenanordnung 36 ausgebildet, beispielsweise mittels Aufdampfens oder Sputterns. Das fertig gestellte Halbleiterbauelement ist in 5E gezeigt.
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Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder den Ausführungsbeispielen angegeben ist.
