DE102013103216A1

DE102013103216A1 - Strahlung emittierender Halbleiterchip

Info

Publication number: DE102013103216A1
Application number: DE102013103216.8A
Authority: DE
Inventors: Markus Maute
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2013-03-28
Filing date: 2013-03-28
Publication date: 2014-10-02
Also published as: US9627587B2; US20160049556A1; WO2014154566A1

Abstract

Es wird ein Strahlung emittierender Halbleiterchip (1) angegeben aufweisend – eine Halbleiterschichtenfolge (2) mit einer ersten Hauptfläche (3) und einer der ersten Hauptfläche (3) gegenüberliegenden zweiten Hauptfläche (4), wobei die Halbleiterschichtenfolge (2) eine zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung geeignete aktive Zone (5) aufweist, – eine strukturierte im Betrieb elektrisch nicht leitende Spiegelschicht (6), die auf der Seite der ersten Hauptfläche (3) der Halbleiterschichtenfolge (2) angeordnet ist, wobei die Spiegelschicht (6) mindestens einen Spiegelbereich (6A, 6B, 6C) aufweist, welcher die erste Hauptfläche (3) bereichsweise bedeckt, – mindestens einen Verkapselungsbereich (7A, 7B, 7C), welcher den mindestens einen Spiegelbereich (6A, 6B, 6C) allseitig umgibt und mit dem Spiegelbereich (6A, 6B, 6C) in direktem Kontakt steht, wobei der mindestens eine Verkapselungsbereich (7A, 7B, 7C) im Betrieb elektrisch nicht leitend ist.

Description

Es wird ein Strahlung emittierender Halbleiterchip angegeben, der eine Halbleiterschichtenfolge mit einer zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung geeigneten aktiven Zone aufweist.
Leuchtdiodenchips für lichtemittierende Dioden (LEDs) können eine reflektierende Schicht aufweisen, um Strahlungsverluste, die durch strahlungsabsorbierende Bereiche im Chip verursacht werden, zu verringern. Bei Verwendung eines reflektierenden Materials wie Silber besteht die Gefahr, dass bei feuchter Umgebung Silberionen entstehen, die bei einem anliegenden elektrischen Feld migrieren und insbesondere in Randbereichen der Leuchtdiodenchips zu Leckströmen führen können.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, einen Strahlung emittierenden Halbleiterchip anzugeben, der vergleichsweise feuchtestabil ist.
Diese Aufgabe wird durch einen Strahlung emittierenden Halbleiterchip mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs gelöst.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der Strahlung emittierende Halbleiterchip eine Halbleiterschichtenfolge, die eine erste Hauptfläche, eine der ersten Hauptfläche gegenüberliegende zweite Hauptfläche und eine zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung geeignete aktive Zone aufweist. Vorzugsweise wird die von der aktiven Zone erzeugte Strahlung zumindest teilweise an der zweiten Hauptfläche ausgekoppelt. Weiterhin kann zumindest ein Teil der Strahlung an Seitenflächen der Halbleiterschichtenfolge ausgekoppelt werden.
Weiterhin umfasst der Strahlung emittierende Halbleiterchip eine strukturierte im Betrieb elektrisch nicht leitende Spiegelschicht, die auf der Seite der ersten Hauptfläche der Halbleiterschichtenfolge angeordnet ist, wobei die Spiegelschicht mindestens einen Spiegelbereich aufweist, welcher die erste Hauptfläche bereichsweise bedeckt. Die strukturierte Spiegelschicht ist insbesondere keine homogene, sondern eine unterbrochene Schicht, die durch ihre Strukturierung einen oder mehrere Spiegelbereiche aufweist.
Ferner umfasst der Strahlung emittierende Halbleiterchip mindestens einen Verkapselungsbereich, welcher den mindestens einen Spiegelbereich allseitig umgibt und mit dem Spiegelbereich in direktem Kontakt steht, wobei der mindestens eine Verkapselungsbereich im Betrieb elektrisch nicht leitend ist. „In direktem Kontakt“ bedeutet hierbei, dass der Spiegelbereich und der Verkapselungsbereich eine gemeinsame Grenzfläche aufweisen. Vorteilhafterweise ist der mindestens eine Spiegelbereich durch die Einbettung in den im Betrieb elektrisch nicht leitenden Verkapselungsbereich potentialfrei, so dass keine Ionen entstehen und migrieren können.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform enthält die nicht leitende Spiegelschicht ein elektrisch leitfähiges Material. Vorzugsweise weist die nicht leitende Spiegelschicht ein oder mehrere Metalle auf oder ist aus einem Metall gebildet. Geeignete Metalle sind beispielsweise Silber oder Gold. Insbesondere besteht die nicht leitende Spiegelschicht aus Silber. Beispielsweise zeichnet sich Silber durch eine hohe Reflexion im sichtbaren Spektralbereich aus.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform bedeckt ein erster, in einen ersten nicht leitenden Verkapselungsbereich eingebetteter nicht leitender Spiegelbereich einen ersten Randbereich der Halbleiterschichtenfolge. Vorzugsweise bedeckt ein zweiter, in einen zweiten nicht leitenden Verkapselungsbereich eingebetteter nicht leitender Spiegelbereich einen zweiten von dem ersten verschiedenen Randbereich der Halbleiterschichtenfolge. Vorteilhafterweise können Leckströme im Randbereich durch die randseitigen, gekapselten Spiegelbereiche verringert oder sogar verhindert werden. Zugleich kann durch die randseitigen Spiegelbereiche die Absorption im Randbereich verringert werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform erstreckt sich der mindestens eine Spiegelbereich höchstens bis zu einer die erste Hauptfläche begrenzenden Chipkante. Durch Vermeidung eines Überstands des Spiegelbereichs kann die Gefahr von Leckströmen weiter verringert werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ragt der mindestens eine Spiegelbereich über eine Chipkante hinaus, welche die erste Hauptfläche begrenzt. Dies ermöglicht eine verbesserte Reflexion von Randstrahlung.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die im Betrieb elektrisch nicht leitende Spiegelschicht einen dritten, in einen dritten Verkapselungsbereich eingebetteten Spiegelbereich auf. Dieser ist vorzugsweise an der ersten Hauptfläche zwischen dem ersten und dem zweiten, gekapselten Spiegelbereich angeordnet und bedeckt einen zentralen Bereich der Halbleiterschichtenfolge. Insbesondere ist der dritte gekapselte Spiegelbereich unterhalb eines strahlungsabsorbierenden Oberseitenkontakts angeordnet. Der dritte Verkapselungsbereich kann mit Vorteil eine Stromeinprägung in die Halbleiterschichtenfolge vermindern, so dass unterhalb des Oberseitenkontakts keine nennenswerte Strahlung erzeugt wird. Zugleich reflektiert der dritte Spiegelbereich auftreffende Strahlung mit hoher Reflektivität.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform enthält der im Betrieb elektrisch nicht leitende Verkapselungsbereich ein elektrisch isolierendes Material. Mittels des so gebildeten Verkapselungsbereichs kann vorteilhafterweise erreicht werden, dass im Betrieb kein nennenswerter Strom durch den Spiegelbereich fließt.
Vorzugsweise ist der Verkapselungsbereich für die von der aktiven Zone emittierte Strahlung durchlässig. Dadurch entstehen im Verkapselungsbereich vorteilhafterweise nur geringfügige durch Absorption verursachte Strahlungsverluste.
Der Verkapselungsbereich kann beispielsweise ein Siliziumoxid, ein Siliziumnitrid, ein Siliziumoxinitrid oder ein Aluminiumoxid aufweisen. Besonders bevorzugt ist der Verkapselungsbereich aus SiO₂ gebildet.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung weist der Verkapselungsbereich eine im Betrieb elektrisch nicht leitende Verkapselungsschicht auf, die zwischen der Halbleiterschichtenfolge und dem Spiegelbereich angeordnet ist. Der Verkapselungsbereich kann eine weitere im Betrieb elektrisch nicht leitende Verkapselungsschicht aufweisen, welche den Spiegelbereich seitlich umschließt. Schließlich kann der Verkapselungsbereich eine im Betrieb elektrisch nicht leitende Verkapselungsschicht aufweisen, welche auf einer der ersten Hauptfläche abgewandten Oberfläche des Spiegelbereichs angeordnet ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die zwischen der Halbleiterschichtenfolge und dem Spiegelbereich angeordnete Verkapselungsschicht dicker als die der ersten Hauptfläche abgewandte Verkapselungsschicht, da die Gefahr von Leckströmen im Bereich der Chipkante größer ist als auf einer Unterseite des Halbleiterchips. Die dickere Verkapselungsschicht weist insbesondere eine Dicke zwischen 100nm und 200nm auf. Die dünnere Verkapselungsschicht weist insbesondere eine Dicke zwischen 5nm und 50nm auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Strahlung emittierende Halbleiterchip weiterhin eine strukturierte im Betrieb elektrisch leitende Spiegelschicht auf. Vorzugsweise ist die strukturierte im Betrieb elektrisch leitende Spiegelschicht auf der Seite der ersten Hauptfläche der Halbleiterschichtenfolge angeordnet. Insbesondere weist die Spiegelschicht mindestens einen Spiegelbereich auf, welcher die erste Hauptfläche bereichsweise bedeckt. Die elektrisch leitende Spiegelschicht ist insbesondere zur Stromeinprägung in die Halbleiterschichtenfolge vorgesehen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform enthält die elektrisch leitende Spiegelschicht ein elektrisch leitfähiges Material. Vorzugsweise weist die elektrisch leitende Spiegelschicht ein oder mehrere Metalle auf oder ist aus einem Metall gebildet. Insbesondere besteht die Spiegelschicht aus Silber. Die leitende Spiegelschicht kann aus dem gleichen Material gebildet sein wie die elektrisch nicht leitende Spiegelschicht.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Strahlung emittierende Halbleiterchip außerdem eine im Betrieb elektrisch leitende Verkapselungsschicht auf, die mit dem Spiegelbereich der elektrisch leitenden Spiegelschicht auf einer der ersten Hauptfläche abgewandten Seite des Spiegelbereichs in direktem Kontakt steht. Vorteilhafterweise kann mittels der elektrisch leitenden Spiegelschicht und mittels der elektrisch leitenden Verkapselungsschicht Strom in die Halbleiterschichtenfolge eingeprägt werden. Insbesondere kann die elektrisch leitende Verkapselungsschicht mehrschichtig aufgebaut sein. Beispielsweise kann die Verkapselungsschicht eine Diffusionsbarrierenschicht und eine Lotmetallschicht aufweisen. Die Diffusionsbarrierenschicht ist beispielsweise dafür vorgesehen, die Diffusion von Bestandteilen nachfolgender Schichten in die leitende Spiegelschicht und umgekehrt zu verhindern. Ein geeignetes Material für die Diffusionsbarrierenschicht ist zum Beispiel TiWN. Die Lotmetallschicht ist beispielsweise dafür vorgesehen, die Halbleiterschichtenfolge mit einem Trägerelement zu verbinden. Die Lotmetallschicht kann insbesondere aus AuSn gebildet sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Spiegelbereiche der im Betrieb elektrisch nicht leitenden und der elektrisch leitenden Spiegelschicht versetzt zueinander entlang der ersten Hauptfläche angeordnet. Insbesondere bedecken die Spiegelbereiche der im Betrieb elektrisch nicht leitenden und der elektrisch leitenden Spiegelschicht im Wesentlichen verschiedene Bereiche der ersten Hauptfläche. Um jedoch eine lückenlose Verspiegelung der ersten Hauptfläche zu gewährleisten, sind die Spiegelbereiche vorzugsweise überlappend angeordnet.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die beiden Spiegelschichten ausgehend von der Halbleiterschichtenfolge übereinander angeordnet. Insbesondere folgt auf die Halbleiterschichtenfolge die elektrisch leitende Spiegelschicht. Auf die elektrisch leitende Spiegelschicht folgt dann die elektrisch nicht leitende Spiegelschicht.
Insbesondere weist die elektrisch leitende Spiegelschicht in den Bereichen Unterbrechungen auf, wo sie von Spiegelbereichen der elektrisch nicht leitenden Spiegelschicht überdeckt wird. Weiterhin weist die elektrisch nicht leitende Spiegelschicht vorzugsweise in den Bereichen Unterbrechungen auf, wo sie von Spiegelbereichen der elektrisch leitenden Spiegelschicht überdeckt wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der Strahlung emittierende Halbleiterchip weiterhin ein Trägerelement, auf welchem die Halbleiterschichtenfolge angeordnet ist. Vorzugsweise ist das Trägerelement im Betrieb elektrisch leitend. Somit kann im Betrieb über das Trägerelement Strom in die Halbleiterschichtenfolge eingeprägt werden. Geeignete Materialien für das Trägerelement sind beispielsweise Ge und Si.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung ist die strukturierte, im Betrieb elektrisch nicht leitende Spiegelschicht zwischen der Halbleiterschichtenfolge und dem Trägerelement angeordnet. Strahlung, die von der aktiven Zone in Richtung des Trägerelements ausgesandt wird, kann vorteilhafterweise in Richtung der zweiten Hauptfläche und der Seitenflächen, die zur Strahlungsauskopplung vorgesehen sind, umgelenkt werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der Strahlung emittierende Halbleiterchip weiterhin einen Rückseitenkontakt, der auf einer der Halbleiterschichtenfolge abgewandten Oberfläche des Trägerelements angeordnet ist. Der Rückseitenkontakt kann eine diese Oberfläche des Trägerelements vollständig bedeckende Metallisierung sein. Insbesondere ist der Rückseitenkontakt ein p-Kontakt. In anderen Worten ist der Rückseitenkontakt insbesondere zum elektrischen Anschluss eines p-leitenden Bereichs der Halbleiterschichtenfolge vorgesehen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der Strahlung emittierende Halbleiterchip weiterhin einen Oberseitenkontakt, der auf der zweiten Hauptfläche der Halbleiterschichtenfolge angeordnet ist. Insbesondere ist der Oberseitenkontakt ein n-Kontakt. Dies bedeutet, dass der Oberseitenkontakt insbesondere zum elektrischen Anschluss eines n-leitenden Bereichs der Halbleiterschichtenfolge vorgesehen ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Strahlung emittierende Halbleiterchip ein Dünnfilm-Halbleiterchip. Dies bedeutet beispielsweise, dass das Trägerelement, auf welchem die Halbleiterschichtenfolge angeordnet ist, verschieden ist von einem für die Herstellung der Halbleiterschichtenfolge verwendeten Aufwachssubstrat, welches zumindest teilweise, insbesondere vollständig, von der Halbleiterschichtenfolge entfernt ist.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Halbleiterschichtenfolge mesaförmig ausgebildet und weist schräg verlaufende Seitenflanken auf. Beispielsweise kann die Halbleiterschichtenfolge die Form eines Pyramidenstumpfes aufweisen. Vorteilhafterweise kann durch diese Formgebung die Strahlungsauskopplung an den Seitenflächen im Vergleich zu senkrecht verlaufenden Seitenflächen verbessert werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung eines wie oben beschriebenen Strahlung emittierenden Halbleiterchips wird eine Halbleiterschichtenfolge auf einem Aufwachssubstrat aufgewachsen.
Ferner wird auf einer ersten Hauptfläche der Halbleiterschichtenfolge eine strukturierte elektrisch leitende Spiegelschicht erzeugt, die im Betrieb zur Einprägung von Strom in die Halbleiterschichtenfolge vorgesehen ist.
Dann wird auf der Spiegelschicht eine weitere strukturierte Spiegelschicht erzeugt, die im Betrieb nicht zur Einprägung von Strom in die Halbleiterschichtenfolge vorgesehen ist. Die weitere strukturierte Spiegelschicht wird verkapselt, so dass jeder Spiegelbereich vollständig in einen Verkapselungsbereich eingebettet ist. Insbesondere wird ein elektrisch isolierendes, strahlungsdurchlässiges Verkapselungsmaterial für den Verkapselungsbereich verwendet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird zumindest eine Verkapselungsschicht des nicht leitenden Verkapselungsbereichs mittels eines ALD-Verfahrens (Atomic Layer Deposition, Atom-Lagen-Abscheidung) gebildet. Mittels eines ALD-Verfahrens können sehr dünne Schichten erzeugt werden, die eine polykristalline oder amorphe Struktur aufweisen. Mittels des ALD-Verfahrens lassen sich außerdem besonders gleichmäßige Schichten, das heißt Schichten besonders gleichmäßiger Dicke herstellen. Bevorzugt wird die der ersten Hauptfläche abgewandte dünnere Verkapselungsschicht mittels eines ALD-Verfahrens hergestellt. Weiter bevorzugt wird die der ersten Hauptfläche zugewandte dickere Verkapselungsschicht mittels eines CVD (Chemical Vapor Deposition, chemische Dampfphasenabscheidung)-Verfahrens hergestellt.
Weiterhin kann auf den Spiegelschichten eine Verkapselungsschicht angeordnet werden, die im Betrieb elektrisch leitend ist. Die Verkapselungsschicht ist vorzugsweise mehrschichtig ausgebildet und kann verschiedene Metalle enthalten.
Die Halbleiterschichtenfolge kann mit den darauf aufgebrachten Schichten auf ein Trägerelement übertragen werden, so dass die Spiegelschicht zwischen dem Trägerelement und der Halbleiterschichtenfolge angeordnet ist.
Vorzugsweise wird das Aufwachssubstrat, auf welchem die Halbleiterschichtenfolge aufgewachsen wurde, gedünnt oder vollständig entfernt, so dass der fertige Halbleiterchip insbesondere frei ist von einem Aufwachssubstrat.
Die Seitenflächen der Halbleiterschichtenfolge können angeschrägt werden, so dass die Halbleiterschichtenfolge insbesondere die Form eines Pyramidenstumpfes aufweist.
Anschließend können die unbedeckten Oberflächen der Halbleiterschichtenfolge mit einer Passivierungsschicht bedeckt werden.
Die beschriebenen Merkmale und Ausführungsformen für den Strahlung emittierenden Halbleiterchip gelten gleichermaßen auch für das Verfahren zur Herstellung des Strahlung emittierenden Halbleiterchips und umgekehrt.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den 1 bis 3 beschriebenen Ausführungsformen.
Es zeigen:
1 bis 3 schematische Querschnittsansichten von Strahlung emittierenden Halbleiterchips gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen.
In 1 ist ein Strahlung emittierender Halbleiterchip 1 dargestellt, der eine Halbleiterschichtenfolge 2 mit einer ersten Hauptfläche 3 und einer der ersten Hauptfläche 3 gegenüberliegenden zweiten Hauptfläche 4 aufweist. Auf der zweiten Hauptfläche 4 ist ein Oberseitenkontakt 12 angeordnet.
Die beiden Hauptflächen 3, 4 werden durch schräg verlaufende Seitenflächen 13 miteinander verbunden. Die Seitenflächen 13 sind von einer schützenden Passivierungsschicht 14 bedeckt. Auch die zweite Hauptfläche 4 ist zumindest teilweise von der schützenden Passivierungsschicht 14 bedeckt. Die Passivierungsschicht 14 ist insbesondere elektrisch isolierend und strahlungsdurchlässig.
Die Halbleiterschichtenfolge 2 weist eine zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung geeignete aktive Zone 5 auf. Insbesondere ist die aktive Zone 5 zur Emission von elektromagnetischer Strahlung im sichtbaren Spektralbereich geeignet. Die Halbleiterschichtenfolge 2 oder zumindest eine Schicht davon kann ein III-Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial, vorzugsweise In_xAl_yGa_1-x-yN umfassen, wobei 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 und x + y ≤ 1.
Die aktive Zone 5 befindet sich zwischen einem an der ersten Hauptfläche 3 angeordneten ersten Halbleiterbereich 2A erster Leitfähigkeit und einem an der zweiten Hauptfläche 4 angeordneten zweiten Halbleiterbereich 2B zweiter Leitfähigkeit. Bevorzugt ist der erste Halbleiterbereich 2A p-leitend. Weiter bevorzugt ist der zweite Halbleiterbereich 2B n-leitend. In den zweiten Halbleiterbereich 2B kann mittels des Oberseitenkontakts 12 Strom eingeprägt werden.
Der Leuchtdiodenchip 1 emittiert elektromagnetische Strahlung 13 durch die zweite Hauptfläche 4 und die Seitenflächen 13. Zur Verbesserung der Strahlungsauskopplung können die zweite Hauptfläche 4 und/oder die Seitenflächen 13 mit einer Aufrauung oder einer Auskoppelstruktur versehen sein (nicht dargestellt).
Auf der Seite der ersten Hauptfläche 3 weist der Strahlung emittierende Halbleiterchip 1 eine strukturierte Spiegelschicht 6 auf. Die strukturierte Spiegelschicht 6 ist im Betrieb elektrisch nicht leitend. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Spiegelschicht 6 einen ersten Spiegelbereich 6A und einen zweiten Spiegelbereich 6B auf, welche die erste Hauptfläche 3 bereichsweise bedecken. Die Spiegelbereiche 6A, 6B können in Draufsicht auf den Halbleiterchip 1 zusammenhängend ausgebildet sein oder durch einen Zwischenraum unterbrochen sein. Insbesondere bildet die Spiegelschicht 6 in Draufsicht einen geschlossenen Ring.
Vorzugsweise ist die Spiegelschicht 6 elektrisch leitfähig und weist mit Vorteil eine Reflektivität von wenigstens 80%, bevorzugt von wenigstens 90%, auf. Insbesondere weist die Spiegelschicht 6 ein oder mehrere Metalle auf oder ist aus einem Metall gebildet. Geeignete Metalle sind beispielsweise Silber oder Gold. Vorteilhafterweise besteht die Spiegelschicht 6 aus Silber, das sich durch eine hohe Reflexion im sichtbaren Spektralbereich auszeichnet.
Die beiden Spiegelbereiche 6A, 6B sind jeweils vollständig in einen Verkapselungsbereich 7A, 7B eingebettet. Das heißt, die Spiegelbereiche 6A, 6B werden von den Verkapselungsbereichen 7A, 7B jeweils allseitig umschlossen und stehen mit diesen in direktem Kontakt, was bedeutet, dass die Spiegelbereiche 6A, 6B und die Verkapselungsbereiche 7A, 7B jeweils eine gemeinsame Grenzfläche aufweisen. Die Verkapselungsbereiche 7A, 7B sind im Betrieb elektrisch nicht leitend. Insbesondere enthalten die Verkapselungsbereiche 7A, 7B ein elektrisch isolierendes Material wie SiO₂. Somit sind die Spiegelbereiche 6A, 6B durch die Verkapselungsbereiche 7A, 7B elektrisch isoliert und damit im Betrieb elektrisch nicht leitend. Weiterhin ist das Verkapselungsmaterial mit Vorteil für die von der aktiven Zone 5 emittierte Strahlung durchlässig, so dass durch die Verkapselungsbereiche 7A, 7B vergleichsweise wenig Strahlung absorbiert wird.
Die nicht leitenden Verkapselungsbereiche 7A, 7B können sich aus mehreren Schichten zusammensetzen. Beispielsweise kann eine erste nicht leitende Verkapselungsschicht 70 zwischen der Halbleiterschichtenfolge 2 und der nicht leitenden Spiegelschicht 6 angeordnet sein. Eine zweite nicht leitende Verkapselungsschicht 71 kann die Spiegelbereiche 6A, 6B seitlich umschließen. Eine dritte nicht leitende Verkapselungsschicht 72 kann auf Oberflächen der Spiegelbereiche 6A, 6B angeordnet sein, die der ersten Hauptfläche 3 abgewandt sind.
Der erste gekapselte Spiegelbereich 6A bedeckt einen ersten Randbereich der Halbleiterschichtenfolge 2. Der zweite gekapselte Spiegelbereich 6B bedeckt einen zweiten, von dem ersten verschiedenen Randbereich der Halbleiterschichtenfolge 2. Vorteilhafterweise können in diesen Randbereichen Leckströme, die beispielsweise durch Migration von Metallionen der Spiegelschicht 6 entstehen, unterdrückt werden. Zugleich kann mittels der Spiegelschicht 6 in den Randbereichen eine hohe Reflektivität erzielt werden.
Die Spiegelbereiche 6A, 6B ragen nicht über eine die erste Hauptfläche 3 begrenzende Chipkante hinaus. Durch Vermeidung eines Überstands kann die Gefahr von Leckströmen weiter verringert werden.
Der Strahlung emittierende Halbleiterchip 1 weist weiterhin eine strukturierte im Betrieb elektrisch leitende Spiegelschicht 8 auf, die auf der Seite der ersten Hauptfläche 3 der Halbleiterschichtenfolge 2 angeordnet ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel weist die Spiegelschicht 8 zwei Spiegelbereiche 8A, 8B auf, welche die erste Hauptfläche 3 bereichsweise bedecken. Die Spiegelbereiche 8A, 8B können in Draufsicht auf den Halbleiterchip 1 zusammenhängend ausgebildet sein oder durch einen Zwischenraum unterbrochen sein. Insbesondere bildet die Spiegelschicht 8 in Draufsicht einen geschlossenen Ring. Für die elektrisch leitende Spiegelschicht 8 kommen insbesondere dieselben Materialien in Frage wie für die nicht leitende Spiegelschicht 6.
Die beiden Spiegelschichten 6, 8 sind aufeinander angeordnet, wobei sich die leitende Spiegelschicht 8 näher an der Halbleiterschichtenfolge 2 befindet als die nicht leitende Spiegelschicht 6.
Die Spiegelbereiche 6A, 6B, 8A, 8B der nicht leitenden und der leitenden Spiegelschichten 6, 8 sind entlang der ersten Hauptfläche 3 versetzt zueinander angeordnet. Um jedoch eine lückenlose Verspiegelung der ersten Hauptfläche 3 zu gewährleisten, sind die Spiegelbereiche 6A, 6B, 8A, 8B lateral überlappend angeordnet. In anderen Worten weist die elektrisch leitende Spiegelschicht 8 in den Bereichen Unterbrechungen auf, wo sie von Spiegelbereichen (6A, 6B, 6C) der elektrisch nicht leitenden Spiegelschicht 6 überdeckt wird. Weiterhin weist die elektrisch nicht leitende Spiegelschicht 6 in den Bereichen Unterbrechungen auf, wo sie von Spiegelbereichen 8A, 8B der elektrisch leitenden Spiegelschicht 8 überdeckt wird.
Auf einer der ersten Hauptfläche 3 abgewandten Seite stehen die Spiegelbereiche 8A, 8B in direktem Kontakt mit einer im Betrieb elektrisch leitenden Verkapselungsschicht 9. Bei diesem Ausführungsbeispiel füllt die Verkapselungsschicht 9 einen Zwischenraum zwischen den beiden leitenden Spiegelbereichen 8A, 8B aus und steht in direktem Kontakt mit der Halbleiterschichtenfolge 2. Weiterhin ist die Verkapselungsschicht 9 auf Seitenflächen und Rückseitenflächen der nicht leitenden Verkapselungsbereiche 7A, 7B angeordnet.
Mittels der leitenden Spiegelbereiche 8A, 8B und der leitenden Verkapselungsschicht 9 kann in den ersten Halbleiterbereich 2A Strom eingeprägt werden.
Die elektrisch leitende Verkapselungsschicht 9 kann mehrschichtig aufgebaut sein. Beispielsweise kann die Verkapselungsschicht 9 eine Diffusionsbarrierenschicht (nicht dargestellt) und eine Lotmetallschicht (nicht dargestellt) aufweisen. Die Diffusionsbarrierenschicht ist dafür vorgesehen, die Diffusion von Bestandteilen nachfolgender Schichten in die Verkapselungsbereiche 7A, 7B oder in die Spiegelschicht 8 und umgekehrt zu verhindern. Ein geeignetes Material für die Diffusionsbarrierenschicht ist zum Beispiel TiWN. Die Lotmetallschicht ist dafür vorgesehen, die Halbleiterschichtenfolge mit einem Trägerelement 10 zu verbinden. Die Lotmetallschicht kann insbesondere aus AuSn gebildet sein.
Der Kontaktwiderstand am Übergang zwischen der Verkapselungsschicht 9 und der Halbleiterschichtenfolge 2 kann größer sein als der Kontaktwiderstand am Übergang zwischen der Spiegelschicht 8 und der Halbleiterschichtenfolge 2, so dass in einem zentralen Bereich der ersten Halbleiterschichtenfolge 2, in welchem sich ein strahlungsabsorbierender Oberseitenkontakt 12 befindet, weniger Strom eingeprägt wird als in den Spiegelbereichen 8A, 8B.
Die Halbleiterschichtenfolge 2 ist auf einem Trägerelement 10 angeordnet, das insbesondere verschieden ist von einem Aufwachssubstrat und dem gegenüber verbesserte elektrische und/oder thermische Eigenschaften aufweist. Insbesondere kann das Trägerelement 10 aus Si oder Ge gebildet sein. Das Trägerelement 10 überragt die Halbleiterschichtenfolge 2 auf allen Seiten. Die Verkapselungsbereiche 7A, 7B erstrecken sich bis auf Bereiche des Trägerelements 10, die von der Halbleiterschichtenfolge 2 unbedeckt sind. Somit ist der Halbleiterchip 1 seitlich teilweise durch die Verkapselungsbereiche 7A, 7B und durch die Passivierungsschicht 14 geschützt.
Auf das Trägerelement 10 ist ein Rückseitenkontakt 11 aufgebracht. Mittels des Rückseitenkontakts 11 und des Oberseitenkontakts 12, die sich auf verschiedenen Seiten des Halbleiterchips 1 befinden, kann in den Halbleiterchip 1 Strom eingeprägt werden.
Der in 2 dargestellte Strahlung emittierende Halbleiterchip 1 weist einen ähnlichen Aufbau auf wie der in 1 dargestellte Strahlung emittierende Halbleiterchip 1. Allerdings weist die Spiegelschicht 6 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel einen dritten Spiegelbereich 6C auf, der im Betrieb elektrisch nicht leitend ist. Der dritte Spiegelbereich 6C ist an der ersten Hauptfläche 3 zwischen dem ersten und dem zweiten Spiegelbereich 6A, 6B angeordnet. Der Spiegelbereich 6C ist vollständig in einen Verkapselungsbereich 7C eingebettet, der im Betrieb nicht elektrisch leitend ist. Der dritte gekapselte Spiegelbereich 6C ist in einem zentralen Bereich der ersten Hauptfläche 3 angeordnet. Weiterhin ist der dritte gekapselte Spiegelbereich 6C unterhalb des Oberseitenkontakts 12 angeordnet. Der Verkapselungsbereich 7C verhindert in diesem zentralen Bereich die Stromeinprägung in die Halbleiterschichtenfolge 2, so dass unterhalb des Oberseitenkontakts 12 wenig Strahlung erzeugt wird. Zugleich weist der Halbleiterchip 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel im Vergleich zum ersten Ausführungsbeispiel aufgrund des dritten Spiegelbereichs 6C eine höhere Reflektivität in dem zentralen Bereich auf.
Der in 3 dargestellte Strahlung emittierende Halbleiterchip 1 weist einen ähnlichen Aufbau auf wie der in 2 dargestellte Strahlung emittierende Halbleiterchip 1. Allerdings weist die nicht leitende Spiegelschicht 6 bei diesem Ausführungsbeispiel einen ersten und zweiten Spiegelbereich 6A, 6B auf, die beide im Randbereich 15, 16 über die Chipkante der Halbleiterschichtenfolge 2 hinausragen. Dies ermöglicht eine verbesserte Reflexion von Randstrahlung.
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 Ausführungsbeispielen angegeben ist.

Claims

Strahlung emittierender Halbleiterchip (1) aufweisend – eine Halbleiterschichtenfolge (2) mit einer ersten Hauptfläche (3) und einer der ersten Hauptfläche (3) gegenüberliegenden zweiten Hauptfläche (4), wobei die Halbleiterschichtenfolge (2) eine zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung geeignete aktive Zone (5) aufweist, – eine strukturierte im Betrieb elektrisch nicht leitende Spiegelschicht (6), die auf der Seite der ersten Hauptfläche (3) der Halbleiterschichtenfolge (2) angeordnet ist, wobei die Spiegelschicht (6) mindestens einen Spiegelbereich (6A, 6B, 6C) aufweist, welcher die erste Hauptfläche (3) bereichsweise bedeckt, – mindestens einen Verkapselungsbereich (7A, 7B, 7C), welcher den mindestens einen Spiegelbereich (6A, 6B, 6C) allseitig umgibt und mit dem Spiegelbereich (6A, 6B, 6C) in direktem Kontakt steht, wobei der mindestens eine Verkapselungsbereich (7A, 7B, 7C) im Betrieb elektrisch nicht leitend ist.
Strahlung emittierender Halbleiterchip (1) nach Anspruch 1, wobei ein erster, in einen ersten Verkapselungsbereich (7A) eingebetteter Spiegelbereich (6A) einen ersten Randbereich (15) der Halbleiterschichtenfolge (2) und ein zweiter, in einen zweiten Verkapselungsbereich (7B) eingebetteter Spiegelbereich (6B) einen zweiten von dem ersten verschiedenen Randbereich (16) der Halbleiterschichtenfolge (2) bedeckt.
Strahlung emittierender Halbleiterchip (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich der mindestens eine Spiegelbereich (6A, 6B, 6C) höchstens bis zu einer die erste Hauptfläche (3) begrenzenden Chipkante erstreckt.
Strahlung emittierender Halbleiterchip (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der mindestens eine Spiegelbereich (6A, 6B, 6C) über eine die erste Hauptfläche (3) begrenzende Chipkante hinausragt.
Strahlung emittierender Halbleiterchip (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei ein dritter, in einen dritten Verkapselungsbereich (7C) eingebetteter Spiegelbereich (6C) an der ersten Hauptfläche (3) zwischen dem ersten und dem zweiten Spiegelbereich (6A, 6B) angeordnet ist und einen zentralen Bereich der Halbleiterschichtenfolge (2) bedeckt.
Strahlung emittierender Halbleiterchip (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der nicht leitende Verkapselungsbereich (7A, 7B, 7C) ein elektrisch isolierendes Material enthält und für die von der aktiven Zone (5) emittierte Strahlung durchlässig ist.
Strahlung emittierender Halbleiterchip (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der nicht leitende Verkapselungsbereich (7A, 7B, 7C) eine im Betrieb elektrisch nicht leitende Verkapselungsschicht (70) aufweist, die zwischen der Halbleiterschichtenfolge (2) und dem Spiegelbereich (6A, 6B, 6C) angeordnet ist.
Strahlung emittierender Halbleiterchip (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Verkapselungsbereich (7A, 7B, 7C) eine im Betrieb elektrisch nicht leitende Verkapselungsschicht (71) aufweist, welche den Spiegelbereich (6A, 6B, 6C) seitlich umschließt.
Strahlung emittierender Halbleiterchip (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Verkapselungsbereich (7A, 7B, 7C) eine im Betrieb elektrisch nicht leitende Verkapselungsschicht (72) aufweist, welche auf einer der ersten Hauptfläche (3) abgewandten Oberfläche des Spiegelbereichs (6A, 6B, 6C) angeordnet ist.
Strahlung emittierender Halbleiterchip (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der weiterhin aufweist – eine strukturierte im Betrieb elektrisch leitende Spiegelschicht (8), die auf der Seite der ersten Hauptfläche (3) der Halbleiterschichtenfolge (2) angeordnet ist und mindestens einen Spiegelbereich (8A, 8B) aufweist, welcher die erste Hauptfläche (3) bereichsweise bedeckt, und – eine im Betrieb elektrisch leitende Verkapselungsschicht (9), die mit dem Spiegelbereich (8A, 8B) auf einer der ersten Hauptfläche (3) abgewandten Seite des Spiegelbereichs (8A, 8B) in direktem Kontakt steht.
Strahlung emittierender Halbleiterchip (1) nach Anspruch 10, wobei die Spiegelbereiche (6A, 6B, 6C, 8A, 8B) der im Betrieb elektrisch nicht leitenden und der elektrisch leitenden Spiegelschicht (6, 8) versetzt zueinander entlang der ersten Hauptfläche (3) angeordnet sind.
Strahlung emittierender Halbleiterchip (1) nach Anspruch 10 oder 11, wobei die elektrisch leitende Spiegelschicht (8) in den Bereichen Unterbrechungen aufweist, wo sie von Spiegelbereichen (6A, 6B, 6C) der elektrisch nicht leitenden Spiegelschicht (6) überdeckt wird, und wobei die elektrisch nicht leitende Spiegelschicht (6) in den Bereichen Unterbrechungen aufweist, wo sie von Spiegelbereichen (8A, 8B) der elektrisch leitenden Spiegelschicht (8) überdeckt wird.
Strahlung emittierender Halbleiterchip (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens eine der Spiegelschichten (6, 8) aus einem Metall gebildet ist.
Strahlung emittierender Halbleiterchip (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der weiterhin aufweist – ein im Betrieb elektrisch leitendes Trägerelement (10), auf welchem die Halbleiterschichtenfolge (2) angeordnet ist, wobei die strukturierte im Betrieb elektrisch nicht leitende Spiegelschicht (6) zwischen der Halbleiterschichtenfolge (2) und dem Trägerelement (10) angeordnet ist, und – einen Rückseitenkontakt (11), der auf einer der Halbleiterschichtenfolge (2) abgewandten Oberfläche des Trägerelements (10) angeordnet ist.
Strahlung emittierender Halbleiterchip (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 14, wobei auf der zweiten Hauptfläche (4) der Halbleiterschichtenfolge (2) ein Oberseitenkontakt (2) angeordnet ist, der bei Projektion in eine Ebene des dritten Spiegelbereichs (6C) diesen an keiner Seite überragt.