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Es wird ein Bauelement mit verbesserten Auskoppeleigenschaften angegeben.
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Das in einem Halbleiterkörper eines Bauelements generierte Licht kann innerhalb des Halbleiterkörpers mehrfach reflektiert werden, bevor es aus dem Bauelement ausgekoppelt wird. Trifft das Licht bei der Mehrfachreflexion auf absorbierende Schichten, etwa Metallkontakte, wird es absorbiert und geht verloren.
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Druckschrift
DE 10 2011 111 919 A1 beschreibt einen optoelektronischen Halbleiterchip, der eine Halbleiterschichtenfolge mit mindestens einer aktiven Schicht umfasst. Weiterhin weist der Halbleiterchip eine Oberseitenkontaktstruktur an einer Strahlungshauptseite der Halbleiterschichtenfolge und eine Unterseitenkontaktstruktur an einer der Strahlungshauptseite gegenüberliegenden Unterseite auf. Ferner beinhaltet der Halbleiterchip mindestens zwei Gräben, die von der Strahlungshauptseite hin zur Unterseite reichen. In Draufsicht auf die Strahlungshauptseite gesehen sind die Oberseitenkontaktstruktur und die Unterseitenkontaktstruktur voneinander beabstandet angeordnet. In Draufsicht auf die Strahlungshauptseite gesehen befinden sich die Gräben zwischen der Oberseitenkontaktstruktur und der Unterseitenkontaktstruktur. Weitere Druckschriften
US 2011 / 0 062 487 A1 ,
WO 2007/ 008 047 A1 ,
US 2011 / 0 114 980 A1 ,
US 2003 / 0 222 269 A1 und
DE 10 2010 032 497 A1 beschreiben weitere Ausführungsformen eines optoelektronischen Halbleiterchips oder eines optoelektronischen Bauelements.
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Eine Aufgabe ist es, ein hocheffizientes Bauelement mit verbesserten Auskoppeleigenschaften anzugeben.
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Diese Aufgabe wird durch das Bauelement gemäß Anspruch 1 gelöst.
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Das Bauelement weist einen Träger und einen auf dem Träger angeordneten Halbleiterkörper auf. Der Halbleiterkörper weist eine dem Träger abgewandte erste Hauptfläche und eine dem Träger zugewandte zweite Hauptfläche auf. Der Halbleiterkörper kann auf Seiten der ersten Hauptfläche eine erste Halbleiterschicht eines ersten Leitungsträgertyps und auf Seiten der zweiten Hauptfläche eine zweite Halbleiterschicht eines zweiten Leitungsträgertyps aufweisen. Des Weiteren kann der Halbleiterkörper eine aktive Schicht umfassen, die etwa zwischen der ersten und der zweiten Halbleiterschicht angeordnet ist. Insbesondere ist die aktive Schicht eine pn-Übergangszone. Die aktive Schicht kann dabei als eine Schicht oder als eine Schichtenfolge mehrerer Schichten ausgebildet sein. Im Betrieb des Bauelements emittiert die aktive Schicht beispielsweise eine elektromagnetische Strahlung, etwa im sichtbaren, ultravioletten oder infraroten Spektralbereich. Das Bauelement ist insbesondere eine Licht emittierende Diode (LED) .
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Insbesondere ist die erste Hauptfläche des Halbleiterkörpers als Strahlungsdurchtrittsfläche des Bauelements ausgebildet. Das heißt, dass die emittierte Strahlung etwa durch die erste Hauptfläche hindurch tritt, bevor sie aus dem Bauelement ausgekoppelt wird. Die Strahlungsdurchtrittsfläche ist dabei bevorzugt strukturiert, wodurch die Effizienz des Bauelements hinsichtlich der Strahlungsauskopplung erhöht ist. Eine Strahlungsaustrittsfläche des Bauelements kann dabei die Strahlungsdurchtrittsfläche oder eine Oberfläche einer weiteren Schicht sein, die etwa auf der ersten Hauptfläche des Halbleiterkörpers angeordnet ist. Insbesondere ist die erste Hauptfläche des Halbleiterkörpers durch eine Oberfläche der ersten Halbleiterschicht gebildet. Die zweite Hauptfläche des Halbleiterkörpers kann durch eine Oberfläche der zweiten Halbleiterschicht gebildet sein. Insbesondere begrenzen die erste Hauptfläche und die zweite Hauptfläche den Halbleiterkörper in vertikaler Richtung.
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Unter einer vertikalen Richtung wird eine Richtung verstanden, die quer, insbesondere senkrecht zu einer Haupterstreckungsfläche der aktiven Schicht gerichtet ist. Zum Beispiel ist die vertikale Richtung senkrecht zu der ersten und/oder der zweiten Hauptfläche des Halbleiterkörpers. Die vertikale Richtung ist insbesondere parallel zu einer Wachstumsrichtung des Halbleiterkörpers gerichtet. Unter einer lateralen Richtung wird eine Richtung verstanden, die entlang, insbesondere parallel zu der Haupterstreckungsfläche der aktiven Schicht verläuft.
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Eine elektrische Kontaktschicht ist auf der ersten Hauptfläche des Halbleiterkörpers angeordnet, wobei die elektrische Kontaktschicht zur elektrischen Kontaktierung der ersten Halbleiterschicht des Halbleiterkörpers eingerichtet ist. Über die elektrische Kontaktschicht ist die erste Halbleiterschicht etwa mit einer externen Spannungsquelle elektrisch kontaktierbar. In Draufsicht auf den Träger bedeckt die elektrische Kontaktschicht die erste Hauptfläche und somit den Halbleiterkörper etwa bereichsweise. Die elektrische Kontaktschicht kann dabei als ein erster Kontakt oder als Teil eines ersten Kontakts des Bauelements zur elektrischen Kontaktierung des Halbleiterkörpers ausgebildet sein.
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Das Bauelement kann einen weiteren Kontakt zur elektrischen Kontaktierung des Halbleiterkörpers, etwa zur elektrischen Kontaktierung der zweiten Halbleiterschicht, aufweisen. Der weitere Kontakt kann eine weitere Kontaktschicht aufweisen, die zum Beispiel zwischen dem Halbleiterkörper und dem Träger angeordnet ist. Der Träger kann dabei elektrisch leitfähig ausgebildet sein. Es ist möglich, dass der Träger etwa einen elektrisch isolierenden Formkörper und zumindest eine elektrische Anschlussschicht aufweist, wobei die Anschlussschicht zum Beispiel seitlich des Halbleiterkörpers angeordnet und etwa über die weitere Kontaktschicht mit der zweiten Halbleiterschicht elektrisch leitend verbunden ist. Auch kann die Anschlussschicht als Durchkontaktierung oder als eine Mehrzahl von Durchkontaktierungen durch den Träger hindurch ausgebildet sein. Allgemein kann der Träger so ausgebildet sein, dass die zweite Halbleiterschicht des Halbleiterkörpers über den Träger extern elektrisch kontaktierbar ist.
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Das Bauelement weist in unmittelbarer Umgebung der elektrischen Kontaktschicht eine Abschirmungsstruktur auf. Die Abschirmungsstruktur ist dazu eingerichtet, ein Auftreffen der von der aktiven Schicht erzeugten elektromagnetischen Strahlung auf die Kontaktschicht zu verhindern. Insbesondere ist die Abschirmungsstruktur hinsichtlich deren Geometrie und/oder deren Material so ausgebildet, dass sie für die von der aktiven Schicht emittierte elektromagnetische Strahlung reflektierend oder streuend oder wellenleitend wirkt. Die Abschirmungsstruktur befindet sich in unmittelbarer Umgebung der Kontaktschicht, wenn etwa eine zusammenhängende Fläche insbesondere höchstens 30 %, etwa höchstens 20 %, zum Beispiel höchstens 10 % oder höchstens 5 % der ersten und/oder der zweiten Hauptfläche des Halbleiterkörpers beträgt, wobei die zusammenhängende Fläche in Draufsicht die Abschirmungsstruktur und gegebenenfalls einen in der lateralen Richtung zwischen der Abschirmungsstruktur und der Kontaktschicht angeordneten Bereich abdeckt, etwa vollständig bedeckt, oder die Abschirmungsstruktur an die Kontaktschicht angrenzt.
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Die Abschirmungsstruktur kann dabei in dem Halbleiterkörper ausgebildet sein, etwa in Form von Öffnungen oder Vertiefungen. Die Abschirmungsstruktur und die Kontaktschicht sind insbesondere derart relativ zueinander angeordnet, dass die von der aktiven Schicht emittierte Strahlung oder ein Hauptteil davon zunächst auf die Abschirmungsstruktur auftrifft, bevor sie zu der Kontaktschicht auf der ersten Hauptfläche des Halbleiterkörpers gelangen kann.
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Das Bauelements weist einen Träger und einen auf dem Träger angeordneten Halbleiterkörper auf. Der Halbleiterkörper weist eine dem Träger abgewandte erste Hauptfläche und eine dem Träger zugewandte zweite Hauptfläche auf. Auf Seiten der ersten Hauptfläche weist der Halbleiterkörper eine erste Halbleiterschicht und auf Seiten der zweiten Hauptfläche eine zweite Halbleiterschicht auf, wobei eine aktive Schicht des Halbleiterkörpers zwischen der ersten und der zweiten Halbleiterschicht angeordnet ist. Im Betrieb des Bauelements ist die aktive Schicht dazu eingerichtet, eine elektromagnetische Strahlung zu erzeugen, die durch die erste Hauptfläche des Halbleiterkörpers hindurch aus dem Bauelement auskoppelbar ist. Des Weiteren weist das Bauelement eine elektrische Kontaktschicht auf der ersten Hauptfläche auf, die zur elektrischen Kontaktierung der ersten Halbleiterschicht eingerichtet ist. In Draufsicht auf den Träger bedeckt die elektrische Kontaktschicht die erste Hauptfläche bereichsweise. Das Bauelement umfasst in unmittelbarer Umgebung der elektrischen Kontaktschicht eine Abschirmungsstruktur, die dazu eingerichtet ist, ein Auftreffen der von der aktiven Schicht erzeugten elektromagnetischen Strahlung auf die Kontaktschicht zu verhindern.
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Ein solches Bauelement weist auf der Strahlungsaustrittsseite eine Kontaktschicht auf, die oft aufgrund deren strahlungsabsorbierenden Materials hinsichtlich der Effizienz des Bauelements nachteilig wirkt. Bisher wurde dieser Nachteil dahingehend reduziert, dass in der Nähe der Kontaktschicht möglichst kein Licht erzeugt wird, oder dass die strahlungsabsorbierende Kontaktschicht möglichst klein oder reflektierend ausgestaltet ist. Hierzu gibt es allerdings Einschränkungen in der Wahl der Materialien und in der Wahl der Geometrien der Kontaktschicht. Zudem kann nicht vermieden werden, dass Licht etwa bis zu absorptiven Oberflächen der Kontaktschicht propagieren kann und von der Kontaktschicht absorbiert wird.
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Durch das Ausbilden einer Abschirmungsstruktur in unmittelbarer Umgebung zu der elektrischen Kontaktschicht auf der Strahlungsaustrittsfläche kann erzielt werden, dass die von der aktiven Schicht emittierte Strahlung nicht oder kaum zu der Kontaktschicht auf der Strahlungsaustrittsseite des Bauelements gelangen kann und daher nicht oder kaum von der Kontaktschicht absorbiert wird. Durch die Abschirmungsstruktur kann die zu der Kontaktschicht hin propagierende Strahlung verlustfrei zurückreflektiert oder durch erhöhte Streuung an der Abschirmungsstruktur etwa direkt aus dem Halbleiterkörper beziehungsweise aus dem Bauelement ausgekoppelt werden. Mit der Abschirmungsstruktur kann somit insgesamt eine erhöhte Lichtausbeute durch reduzierte Absorption erzielt werden.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Bauelements weist die Abschirmungsstruktur zumindest eine Öffnung auf. Die Öffnung kann sich in der vertikalen Richtung von der ersten Hauptfläche in die erste Halbleiterschicht hinein erstrecken. Insbesondere ist die Öffnung als ein Sackloch in dem Halbleiterkörper ausgebildet. Dabei kann sich die Öffnung von der ersten Hauptfläche durch die erste Halbleiterschicht und die aktive Schicht hindurch erstrecken. Es ist auch möglich, dass sich die Öffnung von der ersten Hauptfläche durch die aktive Schicht hindurch bis zu der zweiten Hauptfläche des Halbleiterkörpers erstreckt. Das heißt, die Öffnung kann in der vertikalen Richtung durch den Halbleiterkörper hindurch ausgebildet sein.
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Eine solche Öffnung weist einen lateralen Querschnitt auf, dessen laterale Ausdehnung insbesondere im Nanometerbereich, etwa im Bereich der Wellenlänge der emittierten elektromagnetischen Strahlung, zum Beispiel in einem Bereich zwischen einschließlich 300 nm und 800 nm ist. Es ist auch möglich, dass die Öffnung einen Querschnitt mit einer lateralen Ausdehnung zwischen etwa 1 µm und etwa 10 µm, bevorzugt zwischen einschließlich 1 µm und 7 µm, beispielsweise zwischen einschließlich 1 µm und 5 µm, aufweist. Die Öffnung kann dabei einen länglichen zum Beispiel streifenförmigen Querschnitt aufweisen, dessen laterale Breite etwa zwischen einschließlich 300 nm und 800 nm ist und dessen laterale Länge etwa zwischen 1 µm und 10 µm ist. Der laterale Querschnitt der Öffnung kann auch andere Formen, zum Beispiel kreisförmig, ellipsenartig oder mehreckig, aufweisen. Es ist auch möglich, dass die Öffnung entlang der vertikalen Richtung sich variierende Querschnitte, etwa hinsichtlich deren Form oder deren Größe, aufweist.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Bauelements weist die Abschirmungsstruktur eine Mehrzahl von Öffnungen auf, wobei sich die Öffnungen in den Halbleiterkörper hinein erstrecken und so angeordnet sind, dass die Kontaktschicht in Draufsicht auf den Träger von den Öffnungen zumindest bereichsweise oder vollständig umgeben ist. Die Öffnungen können dabei beliebige Formen aufweisen. Auch können die Öffnungen jeweils einen lateralen Querschnitt aufweisen, dessen laterale Ausdehnung im Bereich der Wellenlängen der emittierten Strahlung oder im Mikrometerbereich liegt. Die Kontaktschicht kann dabei randseitig oder mittig beziehungsweise zentral auf der Strahlungsaustrittsfläche oder auf der ersten Hauptfläche des Halbleiterkörpers angeordnet sein.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Bauelements sind die Öffnungen hinsichtlich ihrer Geometrie und/oder ihrer relativen Anordnung zueinander so ausgebildet, dass ein Durchtritt der emittierten elektromagnetischen Strahlung durch die Abschirmungsstruktur hindurch verhindert ist. Zum Beispiel weist die Abschirmungsstruktur zumindest bereichsweise ein periodisches insbesondere symmetrisches Muster auf. Bevorzugt ist die Abschirmungsstruktur in Form eines photonischen Gitters ausgebildet. In diesem Fall kann die Abschirmungsstruktur hinsichtlich der emittierten elektromagnetischen Strahlung ähnlich wie ein photonisches Krystal wirken, etwa wellenleitend und insbesondere zugleich reflektierend. Dabei können die Geometrie der Öffnungen und deren relative Anordnung zueinander so gewählt sein, dass die Abschirmungsstruktur eine energetisch verbotene Zone für Photonen in dem Halbleiterkörper bilden, sodass die Abschirmungsstruktur insgesamt als ein photonisches Gitter wirkt, das einen Durchtritt der von der aktiven Schicht emittierten elektromagnetischen Strahlung verhindert. Die Öffnungen können so zueinander angeordnet sein, dass Abstände zwischen den nächstliegenden benachbarten Öffnungen im Bereich der Wellenlänge der emittierten Strahlung, beispielsweise im Bereich zwischen etwa 300 nm und 800 nm, liegt. Insbesondere sind die Abstände kleiner als eine dominante Wellenlänge der von der aktiven Schicht emittierten elektromagnetischen Strahlung.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Bauelements weist die Öffnung mit größer werdendem Abstand von der ersten Hauptfläche einen abnehmenden lateralen Querschnitt auf. Insbesondere ist die Abschirmungsstruktur durch eine solche Öffnung und eine reflektierende Schicht ausgebildet, wobei die reflektierende Schicht etwa auf einer Seitenwand der Öffnung angeordnet ist. Die Öffnung kann dabei kegelförmig, stumpfkegelförmig, pyramidenförmig oder stumpfpyramidenförmig ausgebildet sein. An der ersten Hauptfläche kann die Öffnung einen lateralen Querschnitt mit einer lateralen Ausdehnung aufweisen, die einer lateralen Ausdehnung der Kontaktschicht vergleichbar ist. Zum Beispiel können sich die laterale Ausdehnung der Kontaktschicht und die laterale Ausdehnung der Öffnung an der ersten Hauptfläche höchstens 30 %, insbesondere höchstens 20 % oder 10 % voneinander unterscheiden. Insbesondere sind die lateralen Ausdehnungen der Kontaktschicht und der Öffnung so aufeinander abgestimmt, dass die zu der Kontaktschicht hin propagierende, von der aktiven Schicht emittierte Strahlung von der reflektierenden Schicht der Abschirmungsstruktur zurückreflektiert wird. Abweichend davon ist es auch möglich, dass die Öffnung mit größer werdendem Abstand von der ersten Hauptfläche einen gleich bleibenden oder zunehmenden lateralen Querschnitt aufweist.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Bauelements weist der Halbleiterkörper eine Seitenfläche mit einer Stufe auf, wobei die Stufe eine sich in lateraler Richtung erstreckende erste Oberfläche und eine sich in vertikaler Richtung erstreckende zweite Oberfläche umfasst. Die Kontaktschicht ist dabei insbesondere auf der ersten Oberfläche angeordnet, wobei die Abschirmungsstruktur eine reflektierende Schicht auf der zweiten Oberfläche aufweist. Insbesondere weist die erste Hauptfläche des Halbleiterkörpers in diesem Fall ebenfalls die Stufe auf, wobei die Kontaktschicht und die reflektierende Schicht der Abschirmungsstruktur auf verschiedenen Teiloberflächen der ersten Hauptfläche angeordnet sind. Insbesondere sind die erste Oberfläche und die zweite Oberfläche der Stufe jeweils durch eine Oberfläche der ersten Halbleiterschicht gebildet. Die reflektierende Schicht kann sich dabei in der vertikalen Richtung von der ersten Oberfläche der Stufe zu der Strahlungsaustrittsfläche des Bauelements erstrecken.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Bauelements ist die Abschirmungsstruktur durch einen in dem Halbleiterkörper tiefgelegten, zur elektrischen Kontaktierung der ersten Halbleiterschicht vorgesehenen Kontakt gebildet. Der tiefgelegte Kontakt kann einen Hauptkörper aufweisen, der an die Kontaktschicht auf der ersten Hauptfläche angrenzt. Der Hauptkörper kann dabei in der ersten Halbleiterschicht vollständig eingebettet sein. Bevorzugt sind die Seitenflächen des Hauptkörpers mit einer reflektierenden Schicht beschichtet. Der Hauptkörper kann einen in der ersten Halbleiterschicht eingebetteten Teilbereich aufweisen, der frei von der reflektierenden Schicht ist. Durch diesen Teilbereich, der frei von der reflektierenden Schicht ist, kann insbesondere eine optimale elektrische Verbindung zwischen der ersten Halbleiterschicht und dem Hauptkörper beziehungsweise der Kontaktschicht gebildet werden. Es ist auch möglich, dass die reflektierende Schicht elektrisch leitfähig ausgebildet ist, sodass der Hauptkörper an den Stellen der reflektierenden Schicht mit der ersten Halbleiterschicht ebenfalls elektrisch leitend verbunden ist.
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Das Bauelement weist eine elektrisch leitfähige Spiegelschicht auf, die in der vertikalen Richtung zwischen dem Halbleiterkörper und dem Träger angeordnet ist. In Draufsicht von der ersten Hauptfläche auf den Träger ist die Abschirmungsstruktur in der lateralen Richtung zwischen der Kontaktschicht und der Spiegelschicht angeordnet. Die Abschirmungsstruktur ist so ausgebildet, dass im Betrieb des Bauelements ein Durchtritt der von der aktiven Schicht erzeugten Strahlung durch die Abschirmungsstruktur hindurch zu der Kontaktschicht verhindert ist. Ein Stromfluss zwischen der Kontaktschicht und der Spiegelschicht, etwa durch die Abschirmungsstruktur hindurch, kann dabei ununterbrochen sein. Hierzu können die Öffnungen zumindest in der ersten Halbleiterschicht hinsichtlich deren Geometrie und/oder deren relativer Anordnung zueinander so ausgebildet sein, dass elektrische Ladungsträger durch die Mehrzahl von Öffnungen hindurch injiziert werden können, während Photonen insbesondere mit der Peakwellenlänge der von der aktiven Schicht emittierten Strahlung von der Abschirmungsstruktur reflektiert oder in Richtung der Strahlungsaustrittsfläche des Bauelements gestreut werden.
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Die Spiegelschicht ist bevorzugt elektrisch leitfähig ausgebildet und bildet etwa einen Hauptteil des zweiten Kontakts des Bauelements. Die Spiegelschicht kann dabei etwa mindestens 50 %, zum Beispiel mindestens 70 % oder mindestens 90 % einer Gesamtfläche der aktiven Schicht bedecken. Mit einer Anordnung der Abschirmungsstruktur in der lateralen Richtung zwischen der Spiegelschicht und der Kontaktschicht wird ein Hauptteil der elektromagnetischen Strahlung in einem Bereich der aktiven Schicht erzeugt, der etwa frei von einer Überdeckung durch die Kontaktschicht ist. Das bedeutet, dass vergleichsweise weniger elektromagnetische Strahlung in einem von der Kontaktschicht bedeckten Bereich der aktiven Schicht emittiert wird, wodurch insgesamt weniger emittierte Strahlung von der Kontaktschicht absorbiert wird, sodass die Effizienz des Bauelements insgesamt erhöht ist. Die Spiegelschicht und die Kontaktschicht sind dabei so relativ zueinander angeordnet, dass sie in Draufsicht auf den Träger frei von einer Überlappung sind.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Bauelements ist das Bauelement als Saphir-Halbleiterchip mit einem Halbleiterkörper, der auf einem Saphirsubstrat angeordnet und/oder etwa mittels eines Beschichtungsverfahrens auf ein Saphirsubstrat epitaktisch abgeschieden ist.
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Weitere Vorteile, bevorzugte Ausführungsformen und Weiterbildungen des Bauelements ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den 1A bis 5 erläuterten Ausführungsbeispielen.
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Es zeigen:
- 1A bis 5 verschiedene Ausführungsbeispiele für ein Bauelement in schematischen Schnittansichten.
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Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figuren sind jeweils schematische Darstellungen und daher nicht unbedingt maßstabsgetreu. Vielmehr können vergleichsweise kleine Elemente und insbesondere Schichtdicken zur Verdeutlichung übertrieben groß dargestellt werden.
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Es wird in der 1A ein Ausführungsbeispiel für ein Bauelement 100 schematisch dargestellt. Das Bauelement 100 weist einen Träger 1 und einen auf dem Träger angeordneten Halbleiterkörper 2 auf. Der Halbleiterkörper 2 weist eine dem Träger 1 abgewandte erste Halbleiterschicht 21 und eine dem Träger 1 zugewandte zweite Halbleiterschicht 22 auf. Zwischen der ersten Halbleiterschicht 21 und der zweiten Halbleiterschicht 22 ist eine aktive Schicht 23 zur Erzeugung einer elektromagnetischen Strahlung L angeordnet.
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Der Halbleiterkörper 2 kann aus einem III/V-Verbindungs-Halbleitermaterial gebildet sein. Ein III/V-Verbindungs-Halbleitermaterial weist ein Element aus der dritten Hauptgruppe, wie etwa B, Al, Ga, In, und ein Element aus der fünften Hauptgruppe, wie etwa N, P, As, auf. Insbesondere umfasst der Begriff „III/V-Verbindungs-Halbleitermaterial“ die Gruppe der binären, ternären oder quaternären Verbindungen, die wenigstens ein Element aus der dritten Hauptgruppe und wenigstens ein Element aus der fünften Hauptgruppe enthalten, beispielsweise Nitrid- und Phosphid-Verbindungshalbleiter. Eine solche binäre, ternäre oder quaternäre Verbindung kann zudem zum Beispiel ein oder mehrere Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen. Auch kann der Halbleiterkörper 2 aus einem II/VI-Verbindungs-Halbleitermaterial gebildet sein.
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Beispielsweise ist die erste Halbleiterschicht 21 n-leitend und die zweite Halbleiterschicht 22 p-leitend ausgebildet, oder umgekehrt. Der Halbleiterkörper 2 weist eine dem Träger 1 abgewandte erste Hauptfläche 201 und eine dem Träger 1 zugewandte zweite Hauptfläche 202 auf. Die erste Hauptfläche 201 kann durch eine Oberfläche der ersten Halbleiterschicht 21 und die zweite Hauptfläche 202 durch eine Oberfläche der zweiten Halbleiterschicht 22 gebildet sein. Es ist auch möglich, dass die erste und zweite Hauptfläche des Halbleiterkörpers 2 durch Oberflächen weiterer Halbleiterschichten des Halbleiterkörpers 2 gebildet sind. Insbesondere begrenzen die Hauptflächen den Halbleiterkörper 2 in der vertikalen Richtung. Das heißt, dass zwischen der ersten Hauptfläche 201 und der zweiten Hauptfläche 202 etwa ausschließlich Halbleiterschichten angeordnet sind.
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Insbesondere ist die erste Hauptfläche 201 als eine Strahlungsdurchtrittsfläche des Bauelements 100 gebildet. Das Bauelement 100 weist eine Vorderseite 101 auf, die insbesondere als Strahlungsaustrittsfläche des Bauelements 100 dient. Das bedeutet, dass die von der aktiven Schicht emittierte Strahlung L durch die erste Hauptfläche 201 hindurch tritt und an der Vorderseite 101 aus dem Bauelement 100 ausgekoppelt werden kann. Die erste Hauptfläche 201 und die Vorderseite 101 können dabei dieselbe Oberfläche sein. In der 1A sind die erste Hauptfläche 201 beziehungsweise die Vorderseite 101 eben ausgebildet. Abweichend davon ist es auch möglich, dass die erste Hauptfläche 201 oder die als Strahlungsaustrittsfläche gebildete Vorderseite 101 zur Erhöhung der Auskoppeleffizienz strukturiert ist.
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Das Bauelement 100 weist auf dessen Vorderseite 101 beziehungsweise auf der ersten Hauptfläche 201 des Halbleiterkörpers 2 eine Kontaktschicht 61 auf, die insbesondere zur elektrischen Kontaktierung der ersten Halbleiterschicht 21 eingerichtet ist. Insbesondere grenzt die Kontaktschicht 61 unmittelbar an die erste Halbleiterschicht 21 an. Über die Kontaktschicht 61 ist die erste Halbleiterschicht 21 etwa mit einer externen Spannungsquelle elektrisch kontaktierbar.
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Das Bauelement 100 weist zur elektrischen Kontaktierung der zweiten Halbleiterschicht 22 eine elektrisch leitfähige Schicht 72 auf Seiten der zweiten Hauptfläche 202 auf. Insbesondere ist die elektrisch leitfähige Schicht 72 als eine Spiegelschicht ausgebildet. Bevorzugt weist die Spiegelschicht 72 ein Metall, etwa Aluminium, Rhodium, Palladium, Silber oder Gold, auf. Zum Beispiel reflektiert die Spiegelschicht 72 mindestens 60 %, bevorzugt mindestens 80 %, besonders bevorzugt mindestens 90 % eines auf sie auftreffenden Anteils des Spektrums der von der aktiven Schicht 23 im Betrieb des Bauelements erzeugten Strahlung.
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Die Kontaktschicht 61 kann Teil eines ersten Kontakts 6 (hier nicht dargestellt) sein, wobei der erste Kontakt 6 etwa eine Stromaufweitungsschicht aufweisen kann, die elektrisch leitfähig und zugleich bevorzugt strahlungsdurchlässig, etwa aus einem elektrisch leitfähigen und strahlungsdurchlässigen Oxid ausgebildet ist. Die Stromaufweitungsschicht kann die erste Hauptfläche 201 etwa zu einem großen Teil oder vollständig bedecken. Die elektrisch leitfähige Schicht 72 kann als Teil eines zweiten Kontakts 7 (hier nicht dargestellt) gebildet sein, wobei der zweite Kontakt 7 eine Stromaufweitungsschicht aufweisen kann, die etwa einen Großteil der zweiten Hauptfläche 202 oder bevorzugt die gesamte zweite Hauptfläche 202 bedeckt. Die Stromaufweitungsschicht des zweiten Kontakts 7 kann dabei eine Metallschicht sein. Im Betrieb des Bauelements 100 sind der erste Kontakt 6 und der zweite Kontakt 7 zum Beispiel mit einer externen Spannungsquelle elektrisch verbunden. Der Träger 1 kann dabei elektrisch leitfähig ausgebildet sein.
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Alternativ ist es auch möglich, dass der Träger 1 aus einem elektrisch isolierenden Material ausgebildet ist. In diesem Fall kann der zweite Kontakt 7 einen Teilbereich aufweisen, der etwa auf dem Träger 1 freiliegt und somit extern elektrisch kontaktierbar ist. Der Teilbereich kann Teil der Spiegelschicht 72 oder der Stromaufweitungsschicht des zweiten Kontakts 7 sein, der etwa seitlich des Trägers 1 oder seitlich des Halbleiterkörpers 2 auf dem Träger 1 freiliegt. Dieser Teilbereich kann auch eine Durchkontaktierung sein, die sich etwa von einer Rückseite 101 des Bauelements durch den Träger 1 hindurch zu der Spiegelschicht 72 erstreckt. Der zweite Kontakt 7 kann auch eine Mehrzahl von solchen Durchkontaktierungen aufweisen. Das Bauelement 100 kann somit über die Vorderseite 101 und über die Rückseite 102 mit einer externen Spannungsquelle kontaktiert sein.
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Das Bauelement 100 weist in unmittelbarer Umgebung der Kontaktschicht 61 eine Abschirmungsstruktur 4 auf. Die Abschirmungsstruktur 4 ist insbesondere dazu eingerichtet, ein Auftreffen der von der aktiven Schicht 23 erzeugten elektromagnetischen Strahlung L auf die Kontaktschicht 61 zu verhindern, sodass möglichst wenig Strahlung von der Kontaktschicht 61 absorbiert wird. Die Abschirmungsstruktur 4 ist insbesondere so eingerichtet, dass die auf die Abschirmungsstruktur 4 auftreffende Strahlung insbesondere zu Bereichen der Strahlungsaustrittsfläche des Bauelements 101 hin reflektiert oder gestreut wird, die frei von der Kontaktschicht 61 sind. Auch ist es auch möglich, dass der Halbleiterkörper 2 etwa auf einem strahlungsdurchlässigen Substrat, zum Beispiel auf einem Saphirsubstrat, angeordnet ist. Insbesondere kann der Träger 1 ein Saphirsubstrat sein. Es ist auch denkbar, dass das Bauelement 100 neben dem Träger 1 ein Saphirsubstrat auf Seiten der ersten Hauptfläche 201 aufweist. Zur Ausbildung der Abschirmungsstruktur 4 kann das Saphirsubstrat teilweise entfernt oder strukturiert sein.
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In 1A weist die Abschirmungsstruktur 4 mindestens eine Öffnung 41 auf. In Draufsicht auf den Träger 1 ist die Öffnung 41 lateral zwischen der Kontaktschicht 61 und der Spiegelschicht 72 angeordnet. Die Abschirmungsstruktur 4 kann eine Mehrzahl von solchen Öffnungen 41 aufweisen. Die gesamte Abschirmungsstruktur 4 kann in Draufsicht auf den Träger 1 lateral zwischen der Kontaktschicht 61 und der Spiegelschicht 72 angeordnet sein. Die Spiegelschicht 72 kann dabei einen Großteil, etwa mindestens 60 %, bevorzugt mindestens 80 % oder mindestens 90 % der zweiten Hauptfläche 202 oder der aktiven Schicht 23 bedecken. Wird von der aktiven Schicht 23 eine elektromagnetische Strahlung emittiert, welche auf die Spiegelschicht 72 auftrifft und zu der Kontaktschicht 61 hin propagiert, kann diese von der Abschirmungsstruktur 4 umgeleitet, insbesondere verlustfrei zur Strahlungsaustrittsfläche des Bauelements 100 hin reflektiert und an der Strahlungsaustrittsfläche des Bauelements 100 ausgekoppelt werden.
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Gemäß 1A sind die Kontaktschicht 61 und die Spiegelschicht 72 in Draufsicht auf den Träger 1 frei von einer Überlappung. Bedeckt die Spiegelschicht 72 einen Großteil der aktiven Schicht 23 und ist die Spiegelschicht 72 elektrisch leitfähig ausgebildet, wird ein Großteil der Strahlung direkt oberhalb der Spiegelschicht 72 erzeugt. Die Strahlung L kann aufgrund der Abschirmungsstruktur 4 von der Kontaktschicht 61 ferngehalten und somit verlustfrei oder nahezu verlustfrei aus dem Bauelement 100 ausgekoppelt werden. Der Träger 1 kann dabei aus einem elektrisch isolierenden Material ausgebildet sein, sodass Bereiche der aktiven Schicht 23, die sich unmittelbar unterhalb der Kontaktschicht 61 befinden und somit keine Überlappung mit der Spiegelschicht 72 aufweisen, nicht zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung begünstigt werden.
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In 1A ist schematisch dargestellt, dass die Abschirmungsstruktur 4 derart eingerichtet ist, dass im Betrieb des Bauelements 100 ein Durchtritt der von der aktiven Schicht erzeugten Strahlung L durch die Abschirmungsstruktur 4 hindurch etwa zu der Kontaktschicht 61 verhindert wird, wogegen ein Stromfluss I von der Kontaktschicht 61 etwa durch die Abschirmungsstruktur 4 hindurch zu der Spiegelschicht 72 ununterbrochen sein kann. Dies kann etwa durch eine gezielte Strukturierung hinsichtlich der Geometrie oder der Dimension der Öffnungen 41 und/oder durch eine geeignete relative Anordnung der Öffnungen 41 zueinander erzielt werden. Der Halbleiterkörper 2 mit den Halbleiterschichten 21 und 22 sowie der aktiven Schicht 23 bleibt dabei insbesondere zusammenhängend, sodass ein ununterbrochener Stromfluss zwischen der Kontaktschicht 61 und der Spiegelschicht 72 erzielt ist.
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In der 1A erstreckt sich die Öffnung 41 beziehungsweise die Mehrzahl von Öffnungen 41 von der ersten Hauptfläche 201 durch die erste Halbleiterschicht 21, die aktive Schicht 23 und die zweite Halbleiterschicht 22 hindurch zu der zweiten Hauptfläche 202 des Halbleiterkörpers 2. Zur Erzeugung der Öffnung 41 beziehungsweise der Mehrzahl der Öffnungen 41 kann der Halbleiterkörper 2 mikrostrukturiert, etwa geätzt werden. In der 1A ist die Kontaktschicht 61 randseitig auf der Vorderseite 101 des Bauelements angeordnet. Abweichend davon ist es auch möglich, dass die Kontaktschicht 61 etwa mittig auf der Vorderseite 101 angeordnet ist. Auch bei einer mittig angeordneten Kontaktschicht 61 können die Spiegelschicht 72 und die Abschirmungsstruktur 4 so ausgebildet sein, dass in Draufsicht von der Vorderseite 101 auf den Träger 1 die Abschirmungsstruktur 4 in lateralen Richtungen zwischen der Kontaktschicht 61 und der Spiegelschicht 72 angeordnet ist, wobei die Kontaktschicht 61 und die Spiegelschicht 72 in Draufsicht frei von einer Überlappung sind.
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1B und 1C zeigen verschiedene Ausführungsbeispiele für ein Bauelement 100 mit einer Abschirmungsstruktur 4 in Draufsicht. Die Kontaktschicht 61 ist randseitig auf der Vorderseite 101 des Bauelements 100 angeordnet. Die Abschirmungsstruktur 4 weist eine Mehrzahl von Öffnungen 41 auf. Die Öffnungen 41 sind so angeordnet, dass die Kontaktschicht 61 von den Öffnungen 41 zumindest bereichsweise umgeben ist. Insbesondere bilden die Öffnungen 41 ein periodisches, etwa symmetrisches Muster, das insbesondere einen Durchtritt der emittierten Strahlung L durch die Abschirmungsstruktur 4 hindurch zu der Kontaktschicht 61 verhindert. Die Querschnitte der Öffnungen 41 sowie deren Abstand voneinander können so ausgewählt werden, dass die Abschirmungsstruktur 4 insgesamt als ein photonisches Gitter wirkt. In den 1B und 1C kann die Kontaktschicht 61 von einer Mehrzahl von Reihen periodisch angeordneter Öffnungen 41 bereichsweise umgeben sein. Ist die Kontaktschicht 61 nicht randseitig angeordnet, kann die Kontaktschicht 61 auch vollständig, das heißt in allen lateralen Richtungen, von der Abschirmungsstruktur 4, etwa von den Öffnungen 41, umgeben sein.
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In der 1B weisen die Öffnungen 41 jeweils einen im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt auf. Im Unterschied hierzu können die Öffnungen 41, wie in 1C dargestellt, jeweils einen länglichen Querschnitt aufweisen. Laterale Zwischenräume zwischen benachbarten Öffnungen 41 einer Reihe können vereinfacht durch Öffnungen einer benachbarten Reihe abgedeckt werden, sodass die Kontaktschicht 61 durch Öffnungen 41 mit länglichen Querschnitten von der im Betrieb des Bauelements erzeugten Strahlung effektiv abgeschirmt ist.
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2A und 2B zeigen jeweils ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein Bauelement in schematischer Schnittansicht. Diese Ausführungsbeispiele entsprechen im Wesentlichen dem Ausführungsbeispiel für ein Bauelement 100 in der 1A. Im Unterschied hierzu erstreckt sich die Öffnung 41 beziehungsweise die Mehrzahl von Öffnungen 41 in der 2A in der vertikalen Richtung von der ersten Hauptfläche 201 durch die aktive Schicht 23 hindurch in die zweite Halbleiterschicht 22. Die Öffnung 41 beziehungsweise die Öffnungen 41 weisen somit jeweils die Form eines Sacklochs in dem Halbleiterkörper 2 auf. Im Unterschied zur 2A erstrecken sich die in der 2B dargestellten Öffnungen 41 lediglich von der ersten Hauptfläche 201 in die erste Halbleiterschicht 21 hinein. Solche Öffnungen 41 erstrecken sich somit nicht durch die aktive Schicht 23 hindurch und können vergleichsweise vereinfacht erzeugt werden. Auch ein kontinuierlicher Stromfluss I zwischen der Kontaktschicht 61 und der Spiegelschicht 72 wird dadurch begünstigt.
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In 3A und 3B sind weitere Ausführungsbeispiele für ein Bauelement 100 in Schnittansicht dargestellt. Diese Ausführungsbeispiele entsprechen im Wesentlichen dem in der 1A dargestellten Ausführungsbeispiel für ein Bauelement. Im Unterschied hierzu ist die Öffnung 41 in dem Halbleiterkörper 2 so ausgebildet, dass die Öffnung 41 mit größer werdendem Abstand von der ersten Hauptfläche einen abnehmenden lateralen Querschnitt aufweist. In den 3A und 3B sind V-förmige Öffnungsquerschnitte dargestellt. Die Öffnung 41 weist eine Seitenwand auf, auf der eine reflektierende Schicht 43 angeordnet ist. Der Querschnitt der Öffnung 41 der Abschirmungsstruktur 4 wird etwa so groß ausgebildet, dass die zu der Kontaktschicht 61 hin propagierende Strahlung von der reflektierenden Schicht 43 auf der Seitenwand der Öffnung 41 zurückreflektiert wird. In der 3A ist die Öffnung 41 lediglich in der ersten Halbleiterschicht 21 gebildet. Im Unterschied hierzu kann sich die Öffnung 41 in der vertikalen Richtung durch die aktive Schicht 23 hindurch erstrecken. Gegebenenfalls kann eine elektrisch isolierende Schicht zwischen dem Halbleiterkörper 2 und der reflektierenden Schicht 43 angeordnet sein. In 3B wird dargestellt, dass sich die Öffnung 41 durch die aktive Schicht hindurch in die zweite Halbleiterschicht 22 erstrecken kann. Auch kann die Öffnung 41 so ausgebildet sein, dass dieser sich durch den gesamten Halbleiterkörper 2 hindurch erstreckt. Die Abschirmungsstruktur 4 kann eine einzige Öffnung 41 aufweisen. Dabei kann die Öffnung 41 so ausgebildet ein, dass die Kontaktschicht 61 in lateraler Richtung etwa zu einem Großteil oder vollständig von der Öffnung 41 umgeben ist. Alternativ kann die Abschirmungsstruktur eine Mehrzahl von solchen Öffnungen 41 aufweisen, die zusammen die Kontaktschicht 61 teilweise oder vollständig umgeben.
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4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein Bauelement in Schnittansicht, das im Wesentlichen dem in der 3A dargestellten Ausführungsbeispiel entspricht. Im Unterschied hierzu weist eine Seitenfläche des Halbleiterkörpers 2 eine Stufe auf. Die Stufe weist eine sich in der lateralen Richtung erstreckende erste Oberfläche 203 und eine sich in der vertikalen Richtung erstreckende zweite Oberfläche 204 auf. Die Kontaktschicht 61 ist dabei auf der ersten Oberfläche 203 angeordnet, wobei die erste Oberfläche 203 insbesondere durch eine Oberfläche der ersten Halbleiterschicht 21 gebildet ist. Die reflektierende Schicht 43 der Abschirmungsstruktur 4 ist auf der zweiten Oberfläche 204 angeordnet. Auch die zweite Oberfläche 204 kann durch eine Oberfläche der ersten Halbleiterschicht 21 gebildet sein. Mit anderen Worten kann die Stufe der Seitenfläche des Halbleiterkörpers 2 durch Oberflächen der ersten Halbleiterschicht 21 gebildet sein. Die zweite Oberfläche 204 ist dabei schräg zu der ersten Oberfläche 203 der Stufe ausgebildet. Die erste Oberfläche 203 der Stufe kann dabei parallel zu der zweiten Hauptfläche 202 verlaufen. Die reflektierende Schicht 43 kann sich in der vertikalen Richtung von der ersten Oberfläche 203 der Stufe zu der Vorderseite 201 beziehungsweise zu der Strahlungsaustrittsfläche des Bauelements erstrecken. Die Stufe kann so ausgebildet sein, dass die Kontaktschicht 61 in Richtung der Spiegelschicht 72 von der reflektierende Schicht 43 teilweise oder vollständig umgegeben ist.
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5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein Bauelement in Schnittansicht, das im Wesentlichen dem in der 3A dargestellten Ausführungsbeispiel entspricht. Im Unterschied hierzu ist die Abschirmungsstruktur 4 durch einen in dem Halbleiterkörper tiefgelegten ersten Kontakt 6 gebildet. Der tiefgelegte Kontakt 6 weist einen Hauptkörper 60 auf, der insbesondere an die Kontaktschicht 61 angrenzt. Der Hauptkörper 60 ist mit der reflektierenden Schicht 43 beschichtet. Der Hauptkörper kann aus einem Metall ausgebildet sein. Der erste Kontakt 6 weist eine tiefgelegte Kontaktschicht 63 auf, die vollständig in dem Halbleiterkörper 2, etwa in der ersten Halbleiterschicht 21, eingebettet ist. Die tiefgelegte Kontaktschicht 63 kann ein Bereich des Hauptkörpers 60 sein, der frei von der reflektierenden Schicht 43 ist. Insbesondere kann die Kontaktschicht 61 auch Teil des Hauptkörpers 60 sein, der über die erste Halbleiterschicht 21 hinausragt und frei von der reflektierenden Schicht 43 ist. Zum Beispiel ist die reflektierende Schicht 43 in allen lateralen Richtungen von dem Halbleiterkörper 2, insbesondere von der ersten Halbleiterschicht 21, umgeben.
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Die in den 3A bis 5 gezeigte strahlungsreflektierende Schicht 43 kann aus einem hoch reflektierenden Material ausgebildet sein. Bevorzugt weist strahlungsreflektierende Schicht 43 ein Metall wie Aluminium, Rhodium, Palladium, Silber oder Gold auf.
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Die in den 3A und 3B dargestellte Öffnung 41 und/oder die in der 4 dargestellte zweite Oberfläche 204 können jeweils so ausgebildet sein, dass die Kontaktschicht 61 in Draufsicht von der Öffnung 41 beziehungsweise von der zweiten Oberfläche 204 bereichsweise oder vollständig umgeben ist. Es ist auch möglich, dass die in den 3A und 3B dargestellte Abschirmungsstruktur 4 lediglich eine einzige Öffnung 41 und die in der 4 dargestellte Abschirmungsstruktur 4 eine einzige Stufe mit der zweiten Oberfläche 204 aufweist.
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In allen Ausführungsbeispielen ist es auch möglich, dass die Abschirmungsstruktur 4 nicht nur in der unmittelbaren Nähe der Kontaktschicht 61, sondern über die gesamte Strahlungsaustrittsfläche des Bauelements ausgebildet ist. Auch kann das Bauelement auf dessen Strahlungsaustrittsfläche eine Mehrzahl von Kontaktschichten 61 aufweisen. Solche Kontaktschichten 61 können jeweils von der Abschirmungsstruktur 4 bereichsweise oder vollständig umgeben sein, sodass die auf die Kontaktschichten 61 hin propagierende Strahlung in Richtung der Strahlungsaustrittsfläche reflektiert oder gestreut wird. Mittels einer Abschirmungsstruktur kann eine auf einer Strahlungsaustrittsfläche angeordnete Kontaktschicht eines Bauelements von einer im Betrieb des Bauelements erzeugten Strahlung abgeschirmt werden, wobei die Abschirmungsstruktur die auf sie auftreffende Strahlung etwa zu Bereichen der Strahlungsaustrittsfläche hin reflektiert oder streut, die frei von der Kontaktschicht sind, sodass die emittierte Strahlung verlustfrei oder nahezu verlustfrei aus dem Bauelement ausgekoppelt wird, wodurch die Lichtausbeute des Bauelements erhöht ist.
