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Die vorliegende Anmeldung betrifft einen strahlungsemittierenden Halbleiterchip und ein Verfahren zum Betreiben eines Halbleiterchips.
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An Lichtquellen wie LEDs werden oftmals hohe Anforderungen an die Dimmbarkeit gestellt, um beispielsweise zwischen einem Tagbetrieb und einem Nachbetrieb in einem Head-Up-Display oder einem Blitzbetrieb und einem blendfreien Dauerbetrieb in einem Fotolicht eines Mobiltelefons schalten zu können. Verschiedene Effekte begrenzen jedoch die Dimmbarkeit von LEDS, beispielsweise Leckströme und eine relativ starke Streuung in den Eigenschaften der LEDs bei kleinen Betriebsströmen.
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Eine Aufgabe ist es, die Dimmbarkeit auf einfache und zuverlässige Weise zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird unter anderem durch einen Halbleiterchip beziehungsweise ein Verfahren gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterchips weist der Halbleiterchip einen Halbleiterkörper mit einer Halbleiterschichtenfolge auf, die einen zum Erzeugen von Strahlung vorgesehenen aktiven Bereich aufweist. Insbesondere bildet die Halbleiterschichtenfolge den Halbleiterkörper. Der aktive Bereich erzeugt im Betrieb beispielsweise elektromagnetische Strahlung im infraroten, sichtbaren oder ultravioletten Spektralbereich.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterchips ist der Halbleiterkörper, insbesondere der aktive Bereich, in einen ersten Emissionsbereich und einen insbesondere lateral beabstandeten zweiten Emissionsbereich unterteilt.
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„Lateral beabstandet“ bedeutet in diesem Zusammenhang insbesondere, dass die Emissionsbereiche in einer entlang einer Haupterstreckungsebene des aktiven Bereichs verlaufenden lateralen Richtung nebeneinander angeordnet sind. Mit anderen Worten sind der erste Emissionsbereich und der zweite Emissionsbereich in Aufsicht auf den Halbleiterchip überlappungsfrei nebeneinander angeordnet. Bei der Herstellung des Halbleiterchips gehen der erste Emissionsbereich und der zweite Emissionsbereich insbesondere aus einer gemeinsamen Halbleiterschichtenfolge hervor. Die Halbleiterschichten des ersten Emissionsbereichs und des zweiten Emissionsbereichs sind also bezüglich ihrer Zusammensetzung abgesehen von fertigungsbedingten lateralen Schwankungen bei der Abscheidung der Halbleiterschichten identisch. Beispielsweise trennt ein Graben im Halbleiterkörper den ersten Emissionsbereich vom zweiten Emissionsbereich, wobei sich der Graben in vertikaler Richtung, also in einer senkrecht zur Haupterstreckungsebene des aktiven Bereichs verlaufenden Richtung, zumindest durch den aktiven Bereich, bevorzugt durch den gesamten Halbleiterkörper hindurch erstreckt.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterchips ist der Halbleiterchip über einen ersten Kontakt und einen zweiten Kontakt extern elektrisch kontaktierbar. Insbesondere weist der Halbleiterchip genau zwei elektrische Kontakte auf. Durch Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen diesen Kontakten können Ladungsträger in den Halbleiterkörper injiziert werden und im ersten Emissionsbereich oder im zweiten Emissionsbereich unter Emission von Strahlung rekombinieren. Insbesondere sind sowohl der erste Emissionsbereich als auch der zweite Emissionsbereich über den ersten Kontakt und den zweiten Kontakt elektrisch kontaktierbar.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterchips sind der erste Emissionsbereich und der zweite Emissionsbereich bezüglich ihrer Durchlassrichtungen antiparallel zueinander verschaltet. Beim Betrieb des ersten Emissionsbereichs in Durchlassrichtung ist der zweite Emissionsbereich in Sperrrichtung orientiert und umgekehrt.
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In mindestens einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterchips weist der Halbleiterchip einen Halbleiterkörper mit einer Halbleiterschichtenfolge auf, wobei die Halbleiterschichtenfolge einen zum Erzeugen von Strahlung vorgesehenen aktiven Bereich aufweist. Der Halbleiterkörper mit der Halbleiterschichtenfolge, insbesondere der aktive Bereich, ist in einen ersten Emissionsbereich und einen lateral beabstandeten zweiten Emissionsbereich unterteilt. Der Halbleiterchip ist über einen ersten Kontakt und einen zweiten Kontakt extern elektrisch kontaktierbar. Der erste Emissionsbereich und der zweite Emissionsbereich sind bezüglich ihrer Durchlassrichtungen antiparallel zueinander verschaltet.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterchips umläuft der erste Emissionsbereich den zweiten Emissionsbereich in lateraler Richtung, insbesondere vollumfänglich. Der erste Emissionsbereich ist beispielsweise rahmenförmig oder ringförmig ausgebildet. Beispielsweise liegt ein Flächenschwerpunkt des ersten Emissionsbereichs in Aufsicht auf den Halbleiterchip innerhalb des zweiten Emissionsbereichs.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterchips weist der erste Emissionsbereich eine mindestens doppelt so große, bevorzugt eine mindestens dreimal so große, besonders bevorzugt eine mindestens fünfmal so große Grundfläche auf wie der zweite Emissionsbereich. Je stärker sich die Emissionsbereiche in ihrer Größe voneinander unterscheiden, desto stärker können sich auch die von den Emissionsbereichen abgestrahlten optischen Leistungen voneinander unterscheiden.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterchips bedeckt der zweite Emissionsbereich mindestens 5%, bevorzugt mindestens 12% der Grundfläche des Halbleiterchips. Der zweite Emissionsbereich kann weitergehend auch einen größeren Anteil der Grundfläche bedecken, beispielsweise mindestens 20%. Je größer der Anteil des zweiten Emissionsbereichs an der Grundfläche ist, desto größer kann die von diesem Emissionsbereich maximal abstrahlbare optische Leistung sein.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterchips weist der Halbleiterkörper eine erste Halbleiterschicht und eine zweite Halbleiterschicht auf, wobei der aktive Bereich zwischen der ersten Halbleiterschicht und der zweiten Halbleiterschicht angeordnet ist. Die erste Halbleiterschicht und die zweite Halbleiterschicht sind zweckmäßigerweise bezüglich des Leitungstyps voneinander verschieden. Beispielsweise kann die erste Halbleiterschicht p-leitend und die zweite Halbleiterschicht n-leitend sein oder umgekehrt. Die erste Halbleiterschicht und/oder die zweite Halbleiterschicht können jeweils mehrschichtig ausgebildet sein.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterchips ist der Halbleiterkörper auf einem Träger angeordnet. Der Träger dient insbesondere der mechanischen Stabilisierung des Halbleiterkörpers. Ein Aufwachssubstrat für die vorzugsweise epitaktische Abscheidung der Halbleiterschichten des Halbleiterkörpers ist hierfür nicht mehr erforderlich und kann vollständig oder zumindest teilweise entfernt sein. Der Träger kann elektrisch leitend oder elektrisch isolierend sein. Beispielsweise kann der Träger ein Halbleitermaterial enthalten, etwa Silizium oder Germanium. Ein Halbleiterchip, bei dem das Aufwachssubstrat entfernt ist, wird auch als Dünnfilm-Halbleiterchip bezeichnet.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterchips weist der Halbleiterchip eine erste Anschlussschicht auf. Insbesondere ist die erste Anschlussschicht mit der ersten Halbleiterschicht des ersten Emissionsbereichs und mit der zweiten Halbleiterschicht des zweiten Emissionsbereichs elektrisch leitend verbunden. Beispielsweise grenzt die die erste Anschlussschicht im ersten Emissionsbereich unmittelbar an die erste Halbleiterschicht an. Weiterhin ist die erste Anschlussschicht insbesondere mit dem ersten Kontakt verbunden oder bildet den ersten Kontakt. Die erste Anschlussschicht kann als Spiegelschicht für die im aktiven Bereich erzeugte Strahlung ausgebildet sein.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterchips verläuft die erste Anschlussschicht bereichsweise zwischen dem Träger und dem Halbleiterkörper. Beispielsweise ist die erste Anschlussschicht an jeder Stelle zwischen dem ersten Emissionsbereich und dem Träger angeordnet.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterchips weist der erste Halbleiterkörper zumindest eine Ausnehmung auf, die sich vom Träger durch die erste Halbleiterschicht und den aktiven Bereich in die zweite Halbleiterschicht erstreckt.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterchips weist der Halbleiterchip eine zweite Anschlussschicht auf. Die zweite Anschlussschicht ist insbesondere in der Ausnehmung mit der zweiten Halbleiterschicht elektrisch leitend verbunden. Weiterhin ist die zweite Anschlussschicht insbesondere mit dem zweiten Kontakt verbunden oder bildet den zweiten Kontakt. Beispielsweise bedeckt die zweite Anschlussschicht den Träger vollflächig oder im Wesentlichen vollflächig, etwa zu mindestens 90% der Fläche.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterchips verläuft die erste Anschlussschicht bereichsweise zwischen dem Halbleiterkörper und der zweiten Anschlussschicht.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterchips ist die erste Anschlussschicht über eine Seitenflanke des zweiten Emissionsbereichs geführt. Insbesondere kann die erste Anschlussschicht vollumfänglich über die Seitenflanke geführt sein. Die erste Anschlussschicht grenzt beispielsweise im zweiten Emissionsbereich auf einer Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterkörpers an die zweite Halbleiterschicht an.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterchips weist der zweite Emissionsbereich zumindest eine weitere Ausnehmung auf, in der die erste Anschlussschicht mit der zweiten Halbleiterschicht verbunden ist. Die weitere Ausnehmung erstreckt sich insbesondere durch die erste Halbleiterschicht und den aktiven Bereich hindurch. Ein Führen der ersten Anschlussschicht über die Seitenflanke des zweiten Emissionsbereichs ist in diesem Fall nicht erforderlich, kann aber zusätzlich vorgesehen sein.
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Bei einem Verfahren zum Betreiben eines strahlungsemittierenden Halbleiterchips, der zwei elektrische Kontakte und einen Halbleiterkörper mit einem zur Erzeugung von Strahlung vorgesehenen aktiven Bereich aufweist, wird gemäß zumindest einer Ausführungsform zum Schalten zwischen einem ersten optischen Leistungsbereich des Halbleiterchips und einem zweiten optischen Leistungsbereich des Halbleiterchips die Polarität der an den Kontakten anliegenden elektrischen Spannung invertiert.
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Zum Schalten zwischen zwei optischen Leistungsbereichen wird also nicht oder nicht nur die dem Halbleiterchip zugeführte elektrische Energie, sondern die Polarität der an dem Halbleiterchip anliegenden Spannung geändert. Eine maximale optische Leistung des ersten optischen Leistungsbereichs ist vorzugsweise mindestens doppelt so groß, besonders bevorzugt mindestens dreimal so groß wie eine maximale optische Leistung des zweiten optischen Leistungsbereichs.
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Insbesondere ist der Halbleiterkörper in einen ersten Emissionsbereich und einen zweiten Emissionsbereich unterteilt, wobei der erste Emissionsbereich und der zweite Emissionsbereich bezüglich ihrer Durchlassrichtung antiparallel zueinander verschaltet sind.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird parallel zu dem Halbleiterchip ein ESD(electrostatic discharge)-Schutzelement geschaltet. Das Schutzelement ist dafür vorgesehen, den Halbleiterchip im Falle einer elektrostatischen Entladung zu schützen. Als Schutzelement eignet sich beispielsweise ein Varistor.
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Das beschriebene Verfahren ist zum Betreiben eines weiter oben beschriebenen strahlungsemittierenden Halbleiterchips besonders geeignet. Im Zusammenhang mit dem Halbleiterchip 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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Es zeigen:
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die 1A und 1B ein erstes Ausführungsbeispiel für einen Halbleiterchip in schematischer Aufsicht in 1B und in zugehöriger schematischer Schnittansicht in 1A,
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1C eine schematische Darstellung eines Strompfads in einem Halbleiterchip gemäß 1A;
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die 1D und 1E Ersatzschaltbilder für den Betrieb des Halbleiterchips für verschiedene Polaritäten der anliegenden Spannung;
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2 ein zweites Ausführungsbeispiel für einen Halbleiterchip in schematischer Aufsicht;
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die 3A und 3B ein drittes Ausführungsbeispiel für einen Halbleiterchip in schematischer Aufsicht in 3B und in zugehöriger schematischer Schnittansicht in 3A; und
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3C eine schematische Darstellung eines Strompfads in einem Halbleiterchip gemäß 3A.
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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 und insbesondere Schichtdicken zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
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In 1A ist eine schematische Schnittansicht eines strahlungsemittierenden Halbleiterchips 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel entlang der in 1B eingetragenen Linie AA' gezeigt. Der Halbleiterchip 1 umfasst einen Halbleiterkörper mit einer Halbleiterschichtenfolge 2. Die Halbleiterschichtenfolge bildet den Halbleiterkörper. Die Halbleiterschichtenfolge umfasst einen zur Strahlungserzeugung vorgesehenen aktiven Bereich 20, der zwischen einer ersten Halbleiterschicht 21 und einer zweiten Halbleiterschicht 22 angeordnet ist. Die erste Halbleiterschicht und die zweite Halbleiterschicht sind bezüglich ihres Leitungstyps voneinander verschieden. Beispielsweise kann die erste Halbleiterschicht p-leitend und die zweite Halbleiterschicht n-leitend sein oder umgekehrt.
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Der Halbleiterkörper 2 mit dem aktiven Bereich 20 ist in einen ersten Emissionsbereich 25 und einen zweiten Emissionsbereich 26 getrennt. Bei der Herstellung gehen der erste Emissionsbereich und der zweite Emissionsbereich aus derselben Halbleiterschichtenfolge hervor, sodass sich die Bereiche hinsichtlich ihres Schichtaufbaus abgesehen von fertigungsbedingten Schwankungen nicht voneinander unterscheiden.
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Zwischen dem ersten Emissionsbereich 25 und dem zweiten Emissionsbereich 26 ist ein Graben 29 ausgebildet, der die Halbleiterschichtenfolge des Halbleiterkörpers 2 in vertikaler Richtung, also senkrecht zur Haupterstreckungsebene der Halbleiterschichten der Halbleiterschichtenfolge des Halbleiterkörpers 2, vollständig durchtrennt.
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Der Halbleiterchip 1 umfasst weiterhin einen ersten Kontakt 71 und einen zweiten Kontakt 72 für die externe elektrische Kontaktierung.
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Der erste Kontakt 71 ist über eine erste Anschlussschicht 31 im ersten Emissionsbereich 25 mit der ersten Halbleiterschicht 21 und im zweiten Emissionsbereich 26 mit der zweiten Halbleiterschicht 22 elektrisch leitend verbunden.
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Entsprechend ist der zweite Kontakt 72 über eine zweite Anschlussschicht 32 im ersten Emissionsbereich 25 mit der zweiten Halbleiterschicht 22 und im zweiten Emissionsbereich 26 mit der ersten Halbleiterschicht 21 elektrisch leitend verbunden.
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Über die Anschlussschichten sind die Emissionsbereiche also derart bezüglich ihrer Durchlassrichtung antiparallel zueinander verschaltet, so dass beim Anliegen einer externen elektrischen Spannung an den Kontakten 71, 72 abhängig von der Polarität der anliegenden Spannung entweder der erste Emissionsbereich 25 oder der zweite Emissionsbereich 26 Strahlung emittiert. Der jeweils andere Emissionsbereich ist dagegen in Sperrrichtung geschaltet und leistet in dieser Polarität keinen Beitrag zur Strahlungserzeugung. Diese antiparallele Verschaltung erfolgt noch im Waferverbund, so dass die Halbleiterchips bereits vor dem Vereinzeln aus dem Verbund jeweils einen ersten Emissionsbereich und einen zweiten Emissionsbereich aufweisen. Auf externe Kontaktelemente zur Verschaltung der Emissionsbereiche kann verzichtet werden.
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Der erste Emissionsbereich 25 weist vorzugsweise eine mindestens doppelt so große, besonders bevorzugt eine mindestens drei Mal so große, am meisten bevorzugt eine mindestens fünf Mal so große Grundfläche auf wie der zweite Emissionsbereich 26. Je größer der Unterschied zwischen den Grundflächen des ersten Emissionsbereichs und des zweiten Emissionsbereichs ist, desto stärker können sich die jeweils im Betrieb erzeugten optischen Strahlungsleistungen voneinander unterscheiden.
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Bezogen auf die Grundfläche des Halbleiterchips bedeckt der zweite Emissionsbereich vorzugsweise mindestens 5 %, besonders bevorzugt mindestens 12 %, am meisten bevorzugt mindestens 20 %. So ist gewährleistet, dass im zweiten Emissionsbereich eine hinreichend große optische Strahlungsleistung erzielt werden kann.
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Durch Betrieb des ersten Emissionsbereichs 25 in Durchlassrichtung kann, wie anhand des Ersatzschaltbilds in 1D dargestellt, im ersten Emissionsbereich Strahlung in einem ersten optischen Leistungsbereich des Halbleiterchips emittiert werden, dargestellt durch die Pfeile 91. Wenn dagegen eine optische Leistung in einem kleineren zweiten optischen Leistungsbereich emittiert werden soll, so kann der zweite Emissionsbereich 26 wie in 1E dargestellt in Durchlassrichtung betrieben werden. Aufgrund der kleineren Grundfläche emittiert der zweite Emissionsbereich 26 Strahlung mit einer geringeren optischen Leistung, dargestellt durch Pfeile 92. Allein durch das Umpolen der elektrischen Spannung kann also die abgestrahlte optische Leistung variiert werden. Zusätzlich kann eine weitere Einstellung der emittierten optischen Leistung durch ein Einstellen der zugeführten elektrischen Energie erfolgen.
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Mit der beschriebenen Unterteilung des Halbleiterkörpers mit dem aktiven Bereich 20 in zwei Emissionsbereiche, von denen im Betrieb nur einer Strahlung emittiert, wird entgegen dem üblichen Bestreben nach einer Maximierung der maximalen optischen Leistung die insgesamt maximal abstrahlbare optische Leistung des Halbleiterchips reduziert. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass sich ein solcher Halbleiterchip insgesamt durch verbesserte Eigenschaften auszeichnet, insbesondere wenn besonders hohe Anforderungen an die Dimmbarkeit des Halbleiterchips gestellt werden. Zudem zeichnet sich der Halbleiterchip 1 durch eine besonders einfache elektrische Kontaktierbarkeit aus, da der Halbleiterchip trotz der voneinander getrennten Emissionsbereiche nur zwei externe elektrische Kontakte aufweist.
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Insbesondere können der erste Emissionsbereich und der zweite Emissionsbereich für voneinander verschiedene Betriebsmodi des Halbleiterchips vorgesehen sein. Beispielsweise kann der erste Emissionsbereich bei einer Verwendung des Halbleiterchips als Lichtquelle in einem Head-Up-Display für den Tagbetrieb und der zweite Emissionsbereich für den Nachtbetrieb Anwendung finden. Bei Verwendung des Halbleiterchips in einem Fotolicht eines Mobilfunkgeräts kann der erste Emissionsbereich als Blitzlicht und der zweite Emissionsbereich als blendfreie Dauerlichtquelle dienen. Für die verschiedenen Betriebsmodi ist also jeweils nur ein Halbleiterchip erforderlich. Weiterhin kann die Strahlformung der abgestrahlten Strahlung aufgrund des geringen Abstands der in vertikaler Richtung durch die jeweiligen optischen Zentren verlaufenden Hauptabstrahlungsachsen des ersten Emissionsbereichs 25 und des zweiten Emissionsbereichs 26 mit einem gemeinsamen dem Halbleiterchip in Abstrahlrichtung nachgeordneten optischen Element erfolgen.
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Wie in den 1D und 1E dargestellt, kann zu dem Halbleiterchip 1 ein ESD-Schutzelement 8, beispielsweise ein Varistor, parallel geschaltet sein. Abhängig von den Anforderungen an die ESD-Stabilität kann auf ein solches ESD-Schutzelement aber auch verzichtet werden, da der erste Emissionsbereich 25 und der zweite Emissionsbereich 26 jeweils gegenseitig als in den Halbleiterchip integrierter ESD-Schutzdiodenbereich für den jeweils anderen Emissionsbereich dienen können. Bei der Herstellung der Halbleiterchips sind diese also noch vor deren Vereinzelung aus dem Waferverbund durch den integrierten ESD-Schutzdiodenbereich in Form eines Emissionsbereichs vor einer Schädigung durch elektrostatische Entladung geschützt.
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Bei dem in den 1A und 1B dargestellten ersten Ausführungsbeispiel ist der Halbleiterkörper mit der Halbleiterschichtenfolge 2 mittels einer Verbindungsschicht 6, beispielsweise einem Lot oder einer insbesondere elektrisch leitfähigen Klebeschicht, an einem Träger 5 befestigt. Der Träger 5 dient der mechanischen Stabilisierung des Halbleiterkörpers. Das Aufwachssubstrat für die vorzugsweise epitaktische Abscheidung der Halbleiterschichtenfolge des Halbleiterkörpers 2 ist hierfür nicht mehr erforderlich und kann deswegen vollständig oder zumindest teilweise entfernt sein. Ein Halbleiterchip, bei dem das Aufwachssubstrat entfernt ist, wird auch als Dünnfilm-Halbleiterchip bezeichnet. Für den Träger eignet sich beispielsweise ein Halbleitermaterial, etwa Silizium, Germanium oder Galliumarsenid.
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Die erste Anschlussschicht 31 verläuft in vertikaler Richtung zwischen dem Halbleiterkörper 2 und dem Träger 5, insbesondere zwischen dem ersten Emissionsbereich 25 und dem Träger 5. Zur elektrischen Kontaktierung der zweiten Halbleiterschicht 22 des zweiten Emissionsbereichs 26 verläuft die erste Anschlussschicht 31 zumindest bereichsweise über eine Seitenflanke 260 des zweiten Emissionsbereichs 26. Auf einer dem Träger 5 abgewandten Strahlungsaustrittsfläche 23 des Halbleiterkörpers 2 grenzt die erste Anschlussschicht 31 an die zweite Halbleiterschicht 22 an. Zur Vermeidung eines elektrischen Kurzschlusses des aktiven Bereichs 20 ist zwischen der ersten Anschlussschicht 31 und der Seitenflanke 260 eine Isolationsschicht 4 ausgebildet. Die Isolationsschicht kann beispielsweise ein Oxid, etwa Siliziumoxid oder Titanoxid oder ein Nitrid, etwa Siliziumnitrid, enthalten oder aus einem solchen Material bestehen.
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Im ersten Emissionsbereich 25 weist der Halbleiterkörper 2 eine Mehrzahl von Ausnehmungen 27 auf, die sich vom Träger aus durch die erste Halbleiterschicht 21 und den aktiven Bereich 20 hindurch in die zweite Halbleiterschicht 22 hinein erstrecken. In den Ausnehmungen ist die zweite Halbleiterschicht 22 mit der zweiten Anschlussschicht 32 elektrisch leitend verbunden. Mittels der Mehrzahl von Ausnehmungen 27 ist eine in lateraler Richtung gleichmäßige Ladungsträgerinjektion in den aktiven Bereich 20 gewährleistet. Es kann aber auch eine einzelne Ausnehmung ausreichend sein, beispielsweise bei einer hinreichend hohen Querleitfähigkeit der zweiten Halbleiterschicht 22.
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Im zweiten Emissionsbereich 26 ist die zweite Anschlussschicht 32 weiterhin elektrisch leitend mit der ersten Halbleiterschicht 21 verbunden. Die zweite Anschlussschicht verläuft zwischen dem zweiten Emissionsbereich und dem Träger 5.
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Der erste Kontakt 71 ist in lateraler Richtung neben dem ersten Emissionsbereich 25 und dem zweiten Emissionsbereich 26 angeordnet. Eine Abschattung des aktiven Bereichs 20 in einem der Emissionsbereiche kann so vermieden werden. Der zweite Kontakt 72 ist auf einer dem Halbleiterkörper 2 abgewandten Rückseite des Trägers 5 ausgebildet. Die Strahlungsaustrittsfläche 23 des Halbleiterkörpers ist also frei von einem externen elektrischen Kontakt.
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Die Position der Kontakte 71, 72 kann auch von dem beschriebenen Ausführungsbeispiel abweichend gewählt sein. Beispielsweise können die Kontakte 71, 72 beide auf der Vorderseite oder beide auf der Rückseite des Halbleiterchips angeordnet sein. Bei der Anordnung beider Kontakte auf der Vorderseite kann der Träger 5 auch elektrisch isolierend ausgebildet sein.
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Auch die Positionierung des ersten Emissionsbereichs 25 und des zweiten Emissionsbereichs 26 in Aufsicht auf den Halbleiterchip kann in weiten Grenzen variiert werden. In 1B ist der zweite Emissionsbereich 26 in einem Eckbereich des Halbleiterchips 1 ausgebildet.
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Auch die Ausgestaltungen der ersten Anschlussschicht 31 und der zweiten Anschlussschicht 32 sind frei wählbar, solange der erste aktive Bereich 25 und der zweite aktive Bereich 26 wie in 1C veranschaulicht, bezüglich ihrer Durchlassrichtung antiparallel zueinander verschaltet sind.
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Die Begriffe erste Anschlussschicht, zweite Anschlussschicht und Isolationsschicht bedeuten im Rahmen der Anmeldung nicht notwendigerweise, dass die Schichten jeweils in einem einzigen Herstellungsschritt hergestellt werden. Vielmehr kann es sich um insbesondere zumindest bereichsweise aneinander angrenzende Teilbereiche handeln, die in unterschiedlichen Verfahrensschritten ausgebildet werden.
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Die erste Anschlussschicht 31, die zweite Anschlussschicht 32, der erste Kontakt 71 und/oder der zweite Kontakt 72 oder zumindest jeweils eine Teilschicht der genannten Elemente enthält vorzugsweise ein Metall, etwa Silber, Aluminium, Titan, Platin, Gold, Rhodium oder Palladium oder eine metallische Legierung mit zumindest einem der genannten Materialien. Insbesondere Silber, Aluminium und Palladium zeichnen sich im sichtbaren Spektralbereich durch eine hohe Reflektivität aus, so dass eine Schicht aus einem solchen Material die Funktion einer Spiegelschicht erfüllen kann. Für den infraroten Spektralbereich weist beispielsweise Gold eine hohe Reflektivität auf.
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Der Halbleiterkörper 2, insbesondere der aktive Bereich 20 enthält vorzugsweise ein III-V-Verbindungshalbleitermaterial. III-V-Verbindungs-Halbleitermaterialien sind zur Strahlungserzeugung im ultravioletten (AlxInyGa1-x-yN) über den sichtbaren (AlxInyGa1-x-y N, insbesondere für blaue bis grüne Strahlung, oder Alx Iny Ga1-x-y P, insbesondere für gelbe bis rote Strahlung) bis in den infraroten (Alx Iny Ga1-x-y As) Spektralbereich besonders geeignet. Hierbei gilt jeweils 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 und x + y ≤ 1, insbesondere mit x ≠ 1, y ≠ 1, x ≠ 0 und/oder y ≠ 0. Mit III-V-Verbindungs-Halbleitermaterialien, insbesondere aus den genannten Materialsystemen, können weiterhin bei der Strahlungserzeugung hohe interne Quanteneffizienzen erzielt werden.
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Das in 2 dargestellte Ausführungsbeispiel für einen Halbleiterchip 1 entspricht im Wesentlichen dem im Zusammenhang mit 1 beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel. Im Unterschied hierzu umläuft der erste Emissionsbereich 25 den zweiten Emissionsbereich 26 in lateraler Richtung vollständig. Der erste Emissionsbereich ist also rahmenartig ausgebildet. Eine solche Anordnung der Emissionsbereiche hat sich als besonders günstig herausgestellt, da die in vertikaler Richtung verlaufenden Hauptabstrahlungsachsen des ersten Emissionsbereichs 25 und des zweiten Emissionsbereichs 26 so deckungsgleich oder im Wesentlichen deckungsgleich zueinander verlaufen. Eine Strahlformung durch eine gemeinsame nachgeordnete Optik für die Emissionsbereiche des Halbleiterchips wird dadurch vereinfacht.
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Das in den 3A bis 3C dargestellte dritte Ausführungsbeispiel für einen Halbleiterchip entspricht im Wesentlichen dem im Zusammenhang mit den 1A bis 1E beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel. Im Wesentlichen unterscheiden sich die Ausführungsbeispiele in der Art der Kontaktierung des zweiten Emissionsbereichs 26.
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Im zweiten Emissionsbereich 26 weist der Halbleiterkörper 2 eine Mehrzahl von weiteren Ausnehmungen 28 auf, die sich vom Träger 5 durch die erste Halbleiterschicht 21 und den aktiven Bereich 20 hindurch in die zweite Halbleiterschicht 22 hinein erstrecken. Im Bereich der weiteren Ausnehmungen 28 ist die erste Anschlussschicht 31 mit der zweiten Halbleiterschicht 22 elektrisch leitend verbunden. Zur elektrischen Isolation zwischen der ersten Anschlussschicht 31 und der ersten Halbleiterschicht 21 im zweiten Emissionsbereich 26 ist eine weitere Isolationsschicht 41 angeordnet. Die weitere Isolationsschicht 41 weist eine Öffnung 42 auf. In der Öffnung ist die zweite Anschlussschicht 32 im zweiten Emissionsbereich 26 mit der ersten Halbleiterschicht 21 elektrisch leitend verbunden. Auf eine Führung der ersten Anschlussschicht 31 über Seitenflanken 260 des zweiten Emissionsbereichs 26 kann also verzichtet werden. Die Anschlussschichten sind in vertikaler Richtung also ausschließlich zwischen dem Halbleiterkörper 2 und dem Träger 5 angeordnet.
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Anstelle einer Anordnung des zweiten Emissionsbereichs 26 in einem Eckbereich des Halbleiterchips 1 kann der zweite Emissionsbereich wie im Zusammenhang mit 2 beschrieben auch mittig angeordnet sein.
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Wie in 3C veranschaulicht, sind der erste Emissionsbereich 25 und der zweite Emissionsbereich 26 über die erste Anschlussschicht 31 und die zweite Anschlussschicht 32 bezüglich ihrer Durchlassrichtung antiparallel zueinander verschaltet. Die vom Träger 5 abgewandte Strahlungsaustrittsseite des Halbleiterkörpers 2 ist in diesem Ausführungsbeispiel völlig frei von metallischen Schichten.
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Selbstverständlich kann die beschriebene Unterteilung des Halbleiterkörpers mit der Halbleiterschichtenfolge in zwei voneinander getrennte aktive Bereiche, die durch Anschlussschichten innerhalb des Halbleiterchips antiparallel zueinander verschaltet sind, auch bei einem Halbleiterchip Anwendung finden, bei dem das Aufwachssubstrat vollständig oder zumindest teilweise im fertig gestellten Halbleiterchip verbleibt. Durch eine Ausgestaltung des Halbleiterchips als Dünnfilm-Halbleiterchip können jedoch besonders hohe optische Strahlungsleistungen erzielt werden. Zudem können die für die Kontaktierung vorgesehenen Anschlussschichten 31, 32 gleichzeitig die Funktion einer Spiegelschicht für die im aktiven Bereich erzeugte Strahlung ausfüllen. Insbesondere kann in Richtung des Trägers 5 abgestrahlte Strahlung an der ersten Anschlussschicht oder an der zweiten Anschlussschicht reflektiert werden und nachfolgend durch die Strahlungsaustrittsfläche 23 austreten.
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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.
