DE102016104965A1

DE102016104965A1 - Lichtemittierender Halbleiterchip und Verfahren zur Herstellung eines lichtemittierenden Halbleiterchips

Info

Publication number: DE102016104965A1
Application number: DE102016104965.4A
Authority: DE
Inventors: Lutz Höppel
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2016-03-17
Filing date: 2016-03-17
Publication date: 2017-09-21
Also published as: US10573787B2; US20190019921A1; WO2017158046A1; DE112017001345A5

Abstract

Es wird ein lichtemittierender Halbleiterchip angegeben, bei dem – sich ein Halbleiterkörper (2) zu einer Lichtaustrittsseite (100a) hin aufweitet, – ein dielektrischer Spiegel (4) an einer der Lichtaustrittsseite (100a) abgewandten Seite des Halbleiterkörpers (2) angeordnet ist, – ein metallischer Spiegel (7) an der dem Halbleiterkörper (2) abgewandten Seite des dielektrischen Spiegels (4) angeordnet ist, – der metallische Spiegel (7) durch zumindest eine Öffnung (6) im dielektrischen Spiegel (4) den Halbleiterkörper (2) elektrisch kontaktiert, und – der dielektrische Spiegel (4) abgesehen von der zumindest einen Öffnung (6) den Halbleiterkörper (2) an seiner der Lichtaustrittsseite (100a) abgewandten Seite vollständig überdeckt.

Description

Die Druckschrift EP 1277240 B1 beschreibt einen lichtemittierenden Halbleiterchip sowie ein Verfahren zur Herstellung eines lichtemittierenden Halbleiterchips.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, einen lichtemittierenden Halbleiterchip anzugeben, der besonders korrosionsstabil ist. Eine weitere zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen lichtemittierenden Halbleiterchips anzugeben, das besonders kostengünstig durchgeführt werden kann.
Es wird ein lichtemittierender Halbleiterchip angegeben. Bei dem lichtemittierenden Halbleiterchip handelt es sich beispielsweise um eine Lumineszenzdiode, wie beispielsweise eine Laserdiode, oder eine Leuchtdiode. Der lichtemittierende Halbleiterchip emittiert im Betrieb Licht. Unter Licht wird dabei elektromagnetische Strahlung im Spektralbereich zwischen UV-Strahlung und Infrarotstrahlung verstanden. Insbesondere kann der lichtemittierende Halbleiterchip beispielsweise dazu ausgebildet sein, im Betrieb Licht mit einer Wellenlänge von wenigstens 450 nm, typisch von 470 nm und mehr, also insbesondere blaues oder grünes Licht, zu erzeugen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des lichtemittierenden Halbleiterchips umfasst der lichtemittierende Halbleiterchip einen Halbleiterkörper. Der Halbleiterkörper umfasst mehrere Bereiche, die beispielsweise epitaktisch aufeinander abgeschieden sein können. Der Halbleiterkörper umfasst insbesondere zumindest einen aktiven Bereich, der zur Erzeugung von Licht ausgebildet ist. Das heißt, im Betrieb des Halbleiterchips wird im aktiven Bereich das Licht erzeugt, welches den Halbleiterchip zumindest zum Teil verlässt und von diesem emittiert wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des lichtemittierenden Halbleiterchips umfasst der lichtemittierende Halbleiterchip einen dielektrischen Spiegel, der mit einem elektrisch isolierenden Material gebildet ist. Bei dem dielektrischen Spiegel kann es sich beispielsweise um einen sogenannten Bragg-Spiegel handeln. Der dielektrische Spiegel umfasst dann eine Mehrzahl von ersten Spiegelschichten und von zweiten Spiegelschichten, wobei sich die ersten Spiegelschichten und die zweiten Spiegelschichten hinsichtlich ihres Brechungsindex voneinander unterscheiden. Des Weiteren können sich die ersten und die zweiten Spiegelschichten hinsichtlich ihrer Dicke voneinander unterscheiden. Der dielektrische Spiegel ist insbesondere dazu ausgebildet, das im aktiven Bereich im Betrieb des Halbleiterchips erzeugte Licht zu reflektieren. Dazu ist der dielektrische Spiegel insbesondere dazu ausgebildet, im Wellenlängenbereich des Lichts, das im aktiven Bereich erzeugt wird, eine besonders hohe Reflektivität aufzuweisen. Dies kann beispielsweise durch geeignete Wahl der Anzahl, Dicke und des Brechungsindex der ersten und der zweiten Spiegelschichten erfolgen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des lichtemittierenden Halbleiterchips umfasst der lichtemittierende Halbleiterchip einen metallischen Spiegel, der mit einem elektrisch leitenden Material gebildet ist. Der metallische Spiegel enthält oder besteht aus zumindest einem Metall. Der metallische Spiegel zeichnet sich durch eine Reflektivität von wenigstens 50 % für das im aktiven Bereich im Betrieb des Halbleiterchips erzeugte Licht aus. Der metallische Spiegel zeichnet sich weiterhin durch seine elektrische Leitfähigkeit aus. Aufgrund der elektrischen Leitfähigkeit des metallischen Spiegels ist es möglich, den aktiven Bereich über den metallischen Spiegel zu bestromen. Das heißt, neben seinen optischen Eigenschaften nimmt der metallische Spiegel im Halbleiterchip auch die Funktion eines Kontakts wahr, über den der aktive Bereich des Halbleiterchips im Betrieb bestromt wird. Der metallische Spiegel kann dazu zumindest eines der folgenden Metalle enthalten oder aus zumindest einem der folgenden Metalle bestehen: Gold, Silber, Aluminium, Rhodium.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des lichtemittierenden Halbleiterchips weitet sich der Halbleiterkörper zu einer Lichtaustrittsseite hin auf. Bei der Lichtaustrittsseite kann es sich beispielsweise um die Lichtaustrittsseite des lichtemittierenden Halbleiterchips handeln. Die Lichtaustrittsseite des lichtemittierenden Halbleiterchips kann beispielsweise einer Montageseite des lichtemittierenden Halbleiterchips abgewandt sein. Insbesondere kann die Lichtaustrittsseite an einer einem Träger für den Halbleiterkörper abgewandten Seite des Halbleiterchips ausgebildet sein. Die Lichtaustrittsseite ist dann diejenige Seite des Halbleiterchips, an der ein Großteil des den Halbleiterchip verlassenden Lichts aus diesem austritt.
Der Halbleiterkörper weitet sich in der vorliegenden Ausführungsform zur Lichtaustrittsseite hin auf. Das heißt, in Querschnitten parallel zu in einer Haupterstreckungsebene des Halbleiterkörpers nimmt der Flächeninhalt des Halbleiterkörpers zur Lichtaustrittsseite hin zu. Beispielsweise ist der Halbleiterkörper im Querschnitt senkrecht zur Haupterstreckungsebene im Rahmen der Herstellungstoleranz trapezförmig ausgebildet, wobei die längste Seitenfläche des Trapezes der Lichtaustrittsseite zugewandt ist. Beispielsweise weist der Halbleiterkörper an seiner der Lichtaustrittsseite zugewandten Seite eine Deckfläche auf, die im Rahmen der Herstellungstoleranz parallel zu einer Bodenfläche des Halbleiterkörpers ausgebildet ist. Seitenflächen des Halbleiterkörpers verbinden die Bodenfläche mit der Deckfläche, wobei die Seitenflächen einen Winkel mit einem Betrag von größer 90° mit der Bodenfläche einschließen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des lichtemittierenden Halbleiterchips ist der dielektrische Spiegel an einer der Lichtaustrittsseite abgewandten Seite des Halbleiterkörpers angeordnet. Das heißt, der dielektrische Spiegel ist beispielsweise an der Bodenfläche des Halbleiterkörpers angeordnet, von der aus sich der Halbleiterkörper in Richtung der Lichtaustrittsseite aufweitet. Zwischen dem dielektrischen Spiegel und dem Halbleiterkörper kann zumindest eine weitere Schicht angeordnet sein, bei der es sich beispielsweise um eine Stromaufweitungsschicht handeln kann.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des lichtemittierenden Halbleiterchips kontaktiert der metallische Spiegel den Halbleiterkörper durch zumindest eine Öffnung im dielektrischen Spiegel. Das heißt, der dielektrische Spiegel weist zumindest eine Öffnung, vorzugsweise zwei oder mehr Öffnungen, auf. Die Öffnung durchdringt den dielektrischen Spiegel vollständig, sodass die Möglichkeit besteht, den Halbleiterkörper durch die Öffnung hindurch von der dem Halbleiterkörper abgewandten Seite des dielektrischen Spiegels her zu kontaktieren. In der zumindest einen Öffnung des dielektrischen Spiegels ist Material des metallischen Spiegels eingebracht, sodass der metallische Spiegel den Halbleiterkörper elektrisch kontaktiert. Der metallische Spiegel muss dabei nicht in direktem Kontakt mit dem Halbleiterkörper stehen, sondern es kann zumindest eine weitere Schicht zwischen dem metallischen Spiegel und dem Halbleiterkörper angeordnet sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des lichtemittierenden Halbleiterchips überdeckt der dielektrische Spiegel abgesehen von der zumindest einen Öffnung den Halbleiterkörper an seiner der Lichtaustrittsseite abgewandten Seite vollständig. Das heißt insbesondere, dass der dielektrische Spiegel an den Seitenflächen des Halbleiterkörpers bündig mit dem Halbleiterkörper oder einer zwischen dem Halbleiterkörper und dem dielektrischen Spiegel angeordneten Schicht abschließt oder der dielektrische Spiegel den Halbleiterkörper in lateralen Richtungen überragt.
Die lateralen Richtungen sind dabei diejenigen Richtungen, die zur Haupterstreckungsebene des Halbleiterkörpers parallel verlaufen. Der metallische Spiegel seinerseits kann den dielektrischen Spiegel an seiner dem Halbleiterkörper abgewandten Seite vollständig bedecken und sich dort mit dem dielektrischen Spiegel beispielsweise in direktem Kontakt befinden. Der Halbleiterkörper ist auf diese Weise vollständig von einer Schichtenfolge aus dielektrischem Spiegel und metallischem Spiegel bedeckt, wobei die Öffnungen des dielektrischen Spiegels mit Material des metallischen Spiegels befüllt sind, sodass auch im Bereich der Öffnungen eine Reflexion des im aktiven Bereichs erzeugten Lichts stattfindet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird ein lichtemittierender Halbleiterchip angegeben mit

– einem Halbleiterkörper umfassend einen aktiven Bereich, der zur Erzeugung von Licht ausgebildet ist,
– einem dielektrischen Spiegel, der mit einem elektrisch isolierenden Material gebildet ist, und
– einem metallischen Spiegel, der mit einem elektrisch leitenden Material gebildet ist, wobei
– sich der Halbleiterkörper zu einer Lichtaustrittsseite hin aufweitet,
– der dielektrische Spiegel an einer der Lichtaustrittsseite abgewandten Seite des Halbleiterkörpers angeordnet ist,
– der metallische Spiegel an der dem Halbleiterkörper abgewandten Seite des dielektrischen Spiegels angeordnet ist,
– der metallische Spiegel durch zumindest eine Öffnung im dielektrischen Spiegel den Halbleiterkörper elektrisch kontaktiert, und
– der dielektrische Spiegel abgesehen von der zumindest einen Öffnung den Halbleiterkörper an seiner der Lichtaustrittsseite abgewandten Seite vollständig überdeckt.

Einem hier beschriebenen lichtemittierenden Halbleiterchip liegen dabei unter anderem die folgenden Überlegungen zugrunde.
Für lichtemittierende Halbleiterchips ist es möglich, einen Spiegel zur Reflexion des im Betrieb erzeugten Lichts metallisch auszubilden und als Metall beispielsweise Silber zu verwenden. Ohne einen expliziten Schutz, das heißt einer ausreichenden Einkapselung eines solchen metallischen Spiegels, ist der Spiegel aber anfällig für Korrosion, insbesondere bei der Herstellung des Halbleiterchips, bei der beispielsweise ein Zertrennen in einzelne Halbleiterchips mittels Ätzen erfolgt. Solche Halbleiterchips können daher nur hergestellt werden, wenn die Ätztiefe so gewählt ist, dass der metallische Spiegel durch das Ätzen nicht angegriffen wird, das heißt wenn die Ätztiefe weniger als 1 µm tief ist.
Zum Schutz des metallischen Spiegels ist es möglich, den Spiegel hinter die Seitenfläche des Halbleiterkörpers zu ziehen, sodass der Halbleiterkörper den Spiegel in lateralen Richtungen überragt. Dadurch ergeben sich jedoch Verluste an bestromter Fläche und Bereiche, in denen der Spiegel nicht vorhanden ist, sodass insgesamt auch eine deutlich reduzierte Reflektivität resultiert. Dies wirkt sich insbesondere bei kleinen lichtemittierenden Halbleiterchips mit Kantenlängen von höchstens 300 µm als besonders negativ aus.
Weiter ist es möglich, den Spiegel beispielsweise dielektrisch zu kapseln, was jedoch ebenfalls zu einem Verlust an bestromter Fläche führt, da der Halbleiterkörper weiterhin den Spiegel in lateralen Richtungen überragen muss. Die Reflektivität der dielektrischen Kapselung ist zudem nicht vergleichbar mit der beispielsweise eines Spiegels, der aus Silber besteht, da sie aus Gründen der Alterung, insbesondere im Hinblick auf eine Feuchtemigration, und der Korrosion, insbesondere im Hinblick auf Salznebel weder aus Silber noch aus Aluminium gebildet sein kann.
Beim hier beschriebenen lichtemittierenden Halbleiterchip überdeckt der dielektrische Spiegel abgesehen von der zumindest einen Öffnung den Halbleiterkörper an seiner der Lichtaustrittsseite abgewandten Seite vollständig. Das heißt, aufgrund der Verwendung eines dielektrischen Spiegels ist es nicht notwendig, den Spiegel hinter die Seitenflächen des Halbleiterkörpers zurückzuziehen. Ferner weist der Halbleiterkörper eine sich in Richtung der Lichtaustrittsseite des Halbleiterchips aufweitende Form auf, wodurch der Halbleiterchip eine besonders große Lichtemissionsfläche aufweist. Ferner wird der Halbleiterkörper durch Öffnung im dielektrischen Spiegel bestromt, was es ermöglicht, den aktiven Bereich über seine gesamte laterale Erstreckung gleichmäßig zu bestromen.
Insgesamt kann es sich daher beim vorliegenden lichtemittierenden Halbleiterchip um einen kleinen lichtemittierenden Halbleiterchip handeln, der trotz seiner relativ kleinen Kantenlänge von beispielsweise höchstens 300 µm eine hohe Lichtausbeute aufweist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des lichtemittierenden Halbleiterchips ist eine erste Stromaufweitungsschicht zwischen dem Halbleiterkörper und dem dielektrischen Spiegel angeordnet. Die erste Stromaufweitungsschicht überdeckt dabei den Halbleiterkörper an seiner der Lichtaustrittsseite abgewandten Seite vollständig und schließt in lateralen Richtungen bündig mit diesem ab. Das heißt, unmittelbar an die erste Stromaufweitungsschicht grenzend überragt der Halbleiterkörper die erste Stromaufweitungsschicht nicht in lateralen Richtungen. Dies kann beispielsweise durch eine gemeinsame Strukturierung der Stromaufweitungsschicht und des Halbleiterkörpers bei der Herstellung des lichtemittierenden Halbleiterchips erreicht sein.
Die erste Stromaufweitungsschicht ist dabei insbesondere lichtdurchlässig ausgebildet. Insbesondere aufgrund ihrer geringen Dicke kann die erste Stromaufweitungsschicht eine hohe Transparenz von wenigstens 85 %, insbesondere von wenigstens 90 % für das durch sie tretende, im aktiven Bereich erzeugte Licht aufweisen.
Bei der ersten Stromaufweitungsschicht handelt es sich beispielsweise um eine Schicht, die mit einem transparenten leitfähigen Oxid wie ITO gebildet ist. Die erste Stromaufweitungsschicht weist dabei eine Dicke von höchstens 100 nm, insbesondere von höchstens 50 nm, zum Beispiel von 15 nm, auf. Die erste Stromaufweitungsschicht ist dazu ausgebildet, einen an ihrer dem dielektrischen Spiegel zugewandten Seite in sie eingeprägten elektrischen Strom möglichst gleichmäßig über die gesamte ihr zugewandte Außenfläche des Halbleiterkörpers zu verteilen. Dazu ist es insbesondere möglich, dass die erste Stromaufweitungsschicht direkt an den ersten Halbleiterkörper grenzt. Beispielsweise grenzt die erste Stromaufweitungsschicht direkt an einen p-leitenden Bereich des ersten Halbleiterkörpers.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des lichtemittierenden Halbleiterchips steht der dielektrische Spiegel in direktem Kontakt mit der ersten Stromaufweitungsschicht. Das heißt, in dieser Ausführungsform ist der dielektrische Spiegel direkt auf die erste Stromaufweitungsschicht aufgebracht und haftet über die erste Stromaufweitungsschicht am Halbleiterkörper des lichtemittierenden Halbleiterchips. Mit anderen Worten nimmt die Stromaufweitungsschicht neben ihren elektrischen und optischen Eigenschaften auch die Funktion eines Haftvermittlers zwischen dem Halbleiterkörper und dem dielektrischen Spiegel wahr. Dabei hat sich gezeigt, dass unter Verwendung einer Stromaufweitungsschicht, die insbesondere mit ITO gebildet sein kann, eine verbesserte Haftwirkung des dielektrischen Spiegels am Halbleiterkörper erreicht werden kann im Vergleich zu einem direkten Aufbringen des dielektrischen Spiegels auf den Halbleiterkörper.
In den Öffnungen des dielektrischen Spiegels steht dann der metallische Spiegel in direktem Kontakt mit der ersten Stromaufweitungsschicht und prägt den Strom zum Betreiben in die Stromaufweitungsschicht ein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des lichtemittierenden Halbleiterchips umgibt eine Planarisierung den Halbleiterkörper in lateralen Richtungen vollständig, wobei die Planarisierung entlang einer vertikalen Richtung eine Dicke aufweist, die größer ist als die Dicke des Halbleiterkörpers entlang der vertikalen Richtung. Die vertikale Richtung ist dabei diejenige Richtung, die zu den lateralen Richtungen senkrecht steht. Beispielsweise verläuft die vertikale Richtung im Rahmen der Herstellungstoleranz parallel zu einer Wachstumsrichtung des Halbleiterkörpers des Halbleiterchips.
Bei der Planarisierung handelt es sich beispielsweise um eine Schicht, die bei der Herstellung des optoelektronischen Halbleiterchips zwischen Gräben des strukturierten Halbleiterkörpers eingebracht wird, um eine ebene Fläche zur weiteren Prozessierung zu erhalten. Die Planarisierung kann dabei mit einem elektrisch isolierenden Material wie beispielsweise Siliziumdioxid oder Siliziumnitrid oder mit einem elektrisch leitenden Material wie beispielsweise Nickel gebildet sein. Die Planarisierung umgibt den Halbleiterkörper in lateralen Richtungen vollständig und bildet stellenweise den Rand des lichtemittierenden Halbleiterchips aus. Die Planarisierung wird dabei in einer Dicke aufgebracht, welche die Dicke des Halbleiterkörpers übersteigt. Dabei ist es jedoch möglich, dass der Halbleiterkörper die Planarisierung zur Lichtaustrittsseite hin in vertikaler Richtung überragt, die Dicke des Halbleiterkörpers ist jedoch geringer als die Gesamtdicke der Planarisierung.
Durch eine solche Planarisierung ist der Halbleiterkörper von seinen Seitenflächen her besonders gut gegen chemische und mechanische Beschädigung geschützt. Der Halbleiterkörper liegt beispielsweise an den Seitenflächen des lichtemittierenden Halbleiterchips an keiner Stelle frei. Bei der Herstellung des lichtemittierenden Halbleiterchips erfolgt eine Vereinzelung in einzelne Halbleiterchips durch die Planarisierung hindurch. Das heißt, beim schlussendlichen Vereinzeln in die lichtemittierenden Halbleiterchips wird der Halbleiterkörper nicht durchtrennt, sondern das Durchtrennen erfolgt lateral beabstandet zum Halbleiterkörper unter anderem durch die Planarisierung hindurch. Auf diese Weise ist die chemische oder mechanische Belastung des Halbleiterkörpers beim Zertrennen stark reduziert, was zu besonders langlebigen Halbleiterchips führt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des lichtemittierenden Halbleiterchips ist der Halbleiterkörper an der Lichtaustrittsseite in den lateralen Richtungen vollständig von einem elektrisch isolierenden Material umgeben und schließt bündig mit dem elektrisch isolierenden Material ab oder wird in der vertikalen Richtung von dem elektrisch isolierenden Material überragt, wobei das elektrisch isolierende Material durch einen Teil des dielektrischen Spiegels und/oder durch einen Teil einer Passivierung gebildet ist. Das elektrisch isolierende Material ist beispielsweise an der Lichtaustrittsseite des Halbleiterchips auf die Planarisierung aufgebracht. Das elektrisch isolierende Material kann an der Lichtaustrittsseite des Halbleiterchips mit dem Halbleiterkörper bündig abschließen und auf diese Weise eine ebene Fläche ausbilden. Ferner ist es möglich, dass das elektrisch isolierende Material den Halbleiterkörper in der vertikalen Richtung überragt. Beides führt zu einem besonders guten mechanischen und chemischen Schutz des Halbleiterkörpers während der Herstellung und im Betrieb des Halbleiterkörpers.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des lichtemittierenden Halbleiterchips ist ein Anschlusselement zur elektrischen Kontaktierung des aktiven Bereichs derart angeordnet, dass das Anschlusselement den Halbleiterkörper in lateralen Richtungen umgibt. Beispielsweise ist es möglich, dass das Anschlusselement den Halbleiterkörper in lateralen Richtung rahmenartig umgibt, sodass der Halbleiterkörper seitlich vollständig von dem Anschlusselement umschlossen ist. Dabei ist das Anschlusselement insbesondere lateral beabstandet zum Halbleiterkörper angeordnet. Das heißt, das Anschlusselement befindet sich mit dem Halbleiterkörper nicht in direktem Kontakt und überdeckt den Halbleiterkörper nicht in einer Draufsicht auf den Halbleiterkörper, sondern ist lateral beabstandet zumindest stellenweise um den Halbleiterkörper herum ausgebildet.
Das Anschlusselement kann dabei beispielsweise als drahtkontaktierbare Metallisierung ausgebildet sein. Über das Anschlusselement kann der lichtemittierende Halbleiterchip beispielsweise n-seitig kontaktierbar sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des lichtemittierenden Halbleiterchips ist das Anschlusselement an der einem Träger für den Halbleiterkörper abgewandten Seite des elektrisch isolierenden Materials angeordnet. Das Anschlusselement kann sich dabei beispielsweise mit einer zweiten Stromaufweitungsschicht in direktem Kontakt befinden, sodass das Anschlusselement über die zweite Stromaufweitungsschicht elektrisch leitend mit dem Halbleiterkörper verbunden ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des lichtemittierenden Halbleiterchips umfasst der lichtemittierende Halbleiterchip einen weiteren metallischen Spiegel, der stellenweise zwischen dem dielektrischen Spiegel und dem metallischen Spiegel angeordnet ist. Dabei kann sich der metallische Spiegel stellenweise durch den weiteren metallischen Spiegel zum Halbleiterkörper erstrecken. Das heißt, der weitere metallische Spiegel kann beispielsweise eine Öffnung aufweisen, die sich vom weiteren metallischen Spiegel durch den dielektrischen Spiegel hindurch bis zum Halbleiterkörper oder der zweiten Stromaufweitungsschicht erstreckt, wodurch eine Kontaktierung des Halbleiterkörpers, beispielsweise von seiner p-Seite her, erreicht ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des lichtemittierenden Halbleiterchips ist der weitere metallische Spiegel im Betrieb des lichtemittierenden Halbleiterchips potentialfrei. Das heißt, im Betrieb des lichtemittierenden Halbleiterchips liegt der weitere metallische Spiegel weder auf n-Potential noch auf p-Potential.
Vielmehr ist der weitere metallische Spiegel nicht angeschlossen, sondern von den Anschlüssen des lichtemittierenden Halbleiterchips elektrisch isoliert. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht sein, indem der weitere metallische Spiegel durch elektrisch isolierende Schichten des Halbleiterchips allseitig umgeben ist. Das heißt, der weitere metallische Spiegel liegt insbesondere auch nicht an einer Seitenfläche des Halbleiterchips frei, sondern ist vollständig in elektrisch isolierenden Schichten des Halbleiterchips eingebettet. Dadurch ist es möglich, für den weiteren metallischen Spiegel Materialien zu wählen, die im elektrischen Feld, beispielsweise beim Vorleigen von Feuchtigkeit, zur Migration neigen. Der weitere metallische Spiegel kann daher insbesondere durch Silber oder bevorzugt Aluminium gebildet sein oder aus einem dieser Materialien bestehen.
Es wird weiter ein Verfahren zur Herstellung eines lichtemittierenden Halbleiterchips angegeben. Bei dem Verfahren kann ein hier beschriebener lichtemittierender Halbleiterchip hergestellt werden. Das heißt, sämtliche für den hier beschriebenen lichtemittierenden Halbleiterchip offenbarten Merkmale sind auch für das Verfahren offenbart und umgekehrt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird zunächst ein Substrat bereitgestellt. Das Substrat ist dazu ausgebildet, dass ein Halbleiterkörper epitaktisch auf eine Aufwachsfläche des Substrats abgeschieden werden kann. Bei dem Substrat kann es sich insbesondere um einen Wafer handeln, der mit Saphir oder mit Silizium gebildet ist oder aus einem dieser Materialien besteht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird ein Halbleiterkörper umfassend einen ersten Bereich mit einer Anschlussschicht, einem aktiven Bereich an der dem Substrat abgewandten Seite des ersten Bereichs und einem zweiten Bereich an der dem ersten Bereich abgewandten Seite des aktiven Bereichs auf das Substrat aufgebracht. Beispielsweise wird der Halbleiterkörper epitaktisch auf dem Substrat abgeschieden.
Bei dem ersten Bereich des Halbleiterkörpers handelt es sich beispielsweise um einen n-leitenden Bereich des Halbleiterkörpers. Im n-leitenden Beriech des Halbleiterkörpers ist eine Anschlussschicht eingebettet. Das heißt, die Anschlussschicht ist in Richtung der Wachstumsrichtung beidseitig von weiteren Schichten des ersten Bereichs umgeben. Die Anschlussschicht zeichnet sich beispielsweise durch eine besonders gute elektrische Leitfähigkeit aus, die durch eine besonders hohe Dotierung erreicht werden kann. Beispielsweise ist die Dotierstoffkonzentration in der Anschlussschicht wenigstens 10-mal so hoch wie die Dotierstoffkonzentration im umgebenden ersten Bereich des Halbleiterkörpers, insbesondere wenigstens 100-mal oder 1000-mal so groß. Die Dotierstoffkonzentration in der Anschlussschicht kann beispielsweise wenigstens 10¹⁸ pro cm³, insbesondere wenigstens 10¹⁹ pro cm³ betragen.
Bei dem zweiten Bereich des Halbleiterkörpers kann es sich beispielsweise um einen p-leitenden Bereich handeln, der mit einem p-Dotierstoff dotiert ist. Bei dem Halbleiterkörper kann es sich beispielsweise um einen Halbleiterkörper handeln, der auf einem Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial basiert. Bei dem n-Dotierstoff kann es sich dann beispielsweise um Silizium handeln, bei dem p-Dotierstoff kann es sich um Magnesium handeln.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgt ein stellenweises Abtragen des Halbleiterkörpers von der dem Substrat abgewandten Seite bis unterhalb der Anschlussschicht. Das stellenweise Abtragen des Halbleiterkörpers erfolgt beispielsweise durch reaktives Ionenätzen. Bei dem stellenweisen Abtragen des Halbleiterkörpers handelt es sich um eine Mesaätzung, durch die die Halbleiterkörper der herzustellenden Halbleiterchips definiert werden. Bei dem stellenweisen Abtragen des Halbleiterkörpers werden beispielsweise entlang eines Gittermusters Gräben im Halbleiterkörper erzeugt. Im Bereich der Gräben werden der zweite Bereich, der aktive Bereich und der erste Bereich bis unterhalb der Anschlussschicht entfernt. Ein Teil des ersten Bereichs kann verbleiben und wird nicht abgetragen, sodass die Halbleiterkörper einzelne Halbleiterchips über dem verbleibenden Teil des ersten Bereichs und das Substrat miteinander verbunden sind. Durch das stellenweise Abtragen des Halbleiterkörpers von der dem Substrat abgewandten Seite her wird für jeden zu erzeugenden Halbleiterchip ein Halbleiterkörper erzeugt, der sich in Richtung der Lichtaustrittsseite des Halbleiterchips hin aufweitet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgt im nächsten Verfahrensschritt ein Ablösen des Substrats. Das Substrat kann beispielsweise mechanisch und/oder chemisch und/oder mittels Laserstrahlung abgelöst werden. Handelt es sich bei dem Substrat beispielsweise um ein Saphirsubstrat, so kann dieses durch ein Laserabhebeverfahren abgelöst werden.
Das heißt, die hier beschriebenen lichtemittierenden Halbleiterchips sind frei von einem Aufwachssubstrat.
Die verbleibenden einzelnen Halbleiterkörper der herzustellenden Halbleiterchips sind nach dem Ablösen beispielsweise über verbleibende Teile des ersten Bereichs miteinander verbunden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Verfahren einen Schritt, bei dem ein Freilegen der Anschlussschicht von der dem Substrat vor dem Ablösen des Substrats zugewandten Seite her durch Entfernen eines Teils des ersten Bereichs erfolgt. Das heißt, der erste Bereich wird beispielsweise durch chemisch-mechanisches Polieren so weit abgetragen, bis die Anschlussschicht freiliegt. Dabei ist es möglich, dass beim Freilegen der Anschlussschicht ein Zertrennen in einzelne Halbleiterkörper erfolgt, da die verbleibenden Teile des ersten Bereichs entfernt werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Verfahren die folgenden Schritte:

– Bereitstellen eines Substrats,
– Aufbringen eines Halbleiterkörpers umfassend einen ersten Bereich mit einer Anschlussschicht, einen aktiven Bereich an der dem Substrat abgewandten Seite des ersten Bereichs und einen zweiten Bereich an der dem ersten Bereich abgewandten Seite des aktiven Bereichs,
– stellenweises Abtragen des Halbleiterkörpers von der dem Substrat abgewandten Seite bis unterhalb der Anschlussschicht,
– Ablösen des Substrats, und
– Freilegen der Anschlussschicht von der dem Substrat vor dem Ablösen des Substrats zugewandten Seite her durch Entfernen eines Teils des ersten Bereichs.

Die Verfahrensschritte können dabei insbesondere in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird das Freilegen der Anschlussschicht anhand einer Änderung der Flächenbelegung durch Material des Halbleiterkörpers detektiert. Beim Freilegen der Anschlussschicht wird ein Teil des ersten Bereichs von der dem Substrat vor dem Ablösen des Substrats zugewandten Seite her entfernt. Beispielsweise wird der erste Bereich gleichmäßig in seiner Dicke reduziert, was zum Beispiel durch chemisch-mechanisches Polieren oder Ätzen erfolgen kann. Beim Erreichen der Anschlussschicht ist der erste Bereich zwischen einzelnen Halbleiterkörpern herzustellender lichtemittierender Halbleiterchips vollständig entfernt und es ist zwischen den Halbleiterkörpern beispielsweise eine Schicht aus elektrisch isolierendem Material freigelegt. Das heißt, vor dem Freilegen der Anschlussschicht ist die die im Substrat vor dem Ablösen des Substrats zugewandte Seite vollständig oder nahezu vollständig aus Material des ersten Bereichs des Halbleiterkörpers gebildet.
Nach dem Freilegen der Anschlussschicht ist lediglich im Bereich der Anschlussschicht Halbleitermaterial des Halbleiterkörpers vorhanden, wohingegen außerhalb der Anschlussschicht beispielsweise ein elektrisch isolierendes Material vorhanden ist. Es hat sich also durch das Freilegen die Flächenbelegung durch Material des Halbleiterkörpers von einem Zustand, bei dem 100 % der dem Substrat vor dem Ablösen zugewandten Außenfläche durch Halbleitermaterial gebildet sind, zu einem Zustand geändert, bei dem weniger als 100 %, zum Beispiel 90 % oder weniger, durch Halbleitermaterial des Halbleiterkörpers gebildet sind. Dies kann beispielsweise optisch detektiert werden, durch optisches Erkennen des isolierenden Materials oder durch eine Änderung, insbesondere eine Reduzierung der Abtragrate pro Zeiteinheit, wenn das Freilegen durch Ätzen erfolgt. Auf diese Weise ist es in einfacher Art möglich, die Anschlussschicht zielgenau freizulegen. Es wird also beispielsweise eine Schicht aus elektrisch isolierendem Material als Markerschicht verwendet, die auf andere Schichten übertragen wird. Bei dem elektrisch isolierenden Material kann es sich dann beispielsweise um den dielektrischen Spiegel oder die Passivierung handeln.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird vor dem stellenweisen Abtragen des Halbleiterkörpers eine erste Stromaufweitungsschicht an der dem aktiven Bereich abgewandten Seite des zweiten Bereichs auf den zweiten Bereich aufgebracht, wobei die erste Stromaufweitungsschicht beim stellenweisen Abtragen des Halbleiterkörpers ebenfalls stellenweise entfernt wird. Das heißt, die erste Stromaufweitungsschicht wird zusammen mit dem Halbleiterkörper strukturiert, wodurch sichergestellt ist, dass die gesamte der ersten Stromaufweitungsschicht zugewandte Außenfläche des Halbleiterkörpers von der ersten Stromaufweitungsschicht bedeckt ist und auf diese Weise im herzustellenden lichtemittierenden Halbleiterchip eine Bestromung über die gesamte Fläche erfolgen kann.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird vor dem Abtragen des Halbleiterkörpers ein dielektrischer Spiegel an der dem aktiven Bereich abgewandten Seite des zweiten Bereichs aufgebracht. In diesem Fall ist es möglich, den dielektrischen Spiegel beim stellenweisen Abtragen des Halbleiterkörpers ebenfalls stellenweise zu entfernen. Beispielsweise wird der dielektrische Spiegel direkt auf die erste Stromaufweitungsschicht aufgebracht und nachfolgend zusammen mit dem Halbleiterkörper und der ersten Stromaufweitungsschicht strukturiert. In diesem Fall ist es möglich, dass der dielektrische Spiegel seitlich bündig mit dem ersten Halbleiterkörper abschließt.
Im Folgenden werden der hier beschriebene lichtemittierende Halbleiterchip sowie das hier beschriebene Verfahren anhand von Ausführungsbeispielen und den dazugehörigen Figuren näher erläutert.
Die 1A bis 1R zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen Verfahrens anhand schematischer Schnittdarstellungen.
Die 1R zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen lichtemittierenden Halbleiterchips anhand einer schematischen Schnittdarstellung.
Die 2A bis 2P zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel eines hier Verfahrens anhand schematischer Schnittdarstellungen.
Die 2P zeigt anhand einer schematischen Schnittdarstellung ein zweites Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen lichtemittierenden Halbleiterchips.
Die 3A bis 3P zeigen ein drittes Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen Verfahrens anhand schematischer Schnittdarstellungen.
Die 3P zeigt anhand einer schematischen Schnittdarstellung ein drittes Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen lichtemittierenden Halbleiterchips.
Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder für eine bessere Verständlichkeit übertrieben groß dargestellt sein.
Die 1A bis 1R zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen Verfahrens anhand schematischer Schnittdarstellungen.
Zum Beginn des Verfahrens, 1A, wird ein Substrat 1 bereitgestellt, bei dem es sich beispielsweise um ein Aufwachssubstrat handelt, das aus Saphir besteht.
Auf das Substrat 1 wird der Halbleiterkörper 2 aufgebracht. Der Halbleiterkörper 2 umfasst einen ersten Bereich 21, bei dem es sich beispielsweise um einen n-leitenden Bereich handelt, einen aktiven Bereich 22, der im Betrieb des herzustellenden Halbleiterchips zur Erzeugung von Licht ausgebildet ist, und einen zweiten Bereich 23, der beispielsweise ein p-leitender Bereich sein kann. Beispielsweise weist der erste Bereich 21 eine Dicke von zirka 6 µm auf und der zweite Bereich 23 weist eine Dicke von zirka 130 nm auf.
Ferner ist in der 1A die Anschlussschicht 24 dargestellt, die in dem ersten Bereich 21 eingebettet ist. Das heißt, entlang der Wachstumsrichtung R, mit der der Halbleiterkörper 2 auf dem Substrat epitaktisch aufgewachsen wird und die parallel zur vertikalen Richtung V verläuft, ist weiteres Material des ersten Bereichs 21 unterhalb und oberhalb der Anschlussschicht 24 angeordnet. Die vertikale Richtung V verläuft dabei senkrecht zu den lateralen Richtungen L, die parallel zur Haupterstreckungsebene des Halbleiterkörpers 2 oder des Substrats 1 verlaufen.
Im nächsten Verfahrensschritt, 1B, wird die erste Stromaufweitungsschicht 3 auf die dem Substrat 1 abgewandte Oberseite des zweiten Bereichs 23 aufgebracht. Bei der Stromaufweitungsschicht kann es sich beispielsweise um eine dünne ITO-Schicht handeln, die eine Dicke von zirka 15 nm aufweisen kann. Nach dem Aufbringen der ITO-Schicht kann ein Annealing durchgeführt werden.
Im nächsten Verfahrensschritt, 1C, wird ein dielektrischer Spiegel 4 auf die freiliegende Außenfläche der ersten Stromaufweitungsschicht 3 aufgebracht. Der dielektrische Spiegel 4 umfasst beispielsweise erste Spiegelschichten 41 und zweite Spiegelschichten 42. Die ersten Spiegelschichten 41 weisen beispielsweise Siliziumdioxid auf, die zweiten Spiegelschichten 42 können beispielsweise Titandioxid oder Nb₂O₅ aufweisen. Beispielsweise weisen die ersten Spiegelschichten 41 eine Dicke von jeweils zirka 100 nm und die zweiten Spiegelschichten 42 eine Dicke von jeweils zirka 60 nm auf.
In Verbindung mit der 1D ist ein Verfahrensschritt dargestellt, bei dem ein stellenweises Abtragen des Halbleiterkörpers 2 von der dem Substrat 1 abgewandten Seite bis unterhalb der Anschlussschicht 24 erfolgt. Dabei werden auch der dielektrische Spiegel 4 und die erste Stromaufweitungsschicht 3 mit abgetragen. Das Abtragen erfolgt beispielsweise über ein plasmaunterstütztes Ätzen, wie beispielsweise ein reaktives Ionenätzen. Durch das Abtragen werden Gräben zwischen unstrukturierten Bereichen des Halbleiterkörpers 2 erzeugt, die beispielsweise eine Breite von weniger als 30 µm aufweisen. Der Abstand zwischen unstrukturierten Bereichen des Halbleiterkörpers 2 kann ≤ 150 µm sein, sodass mit dem Verfahren besonders kleine lichtemittierende Halbleiterchips hergestellt werden können.
Beim stellenweisen Abtragen des Halbleiterkörpers 2 bis unterhalb der Anschlussschicht 24 kann beispielsweise eine AlGaN-Schicht, die eine hohe Aluminiumkonzentration und eine geringe Galliumkonzentration aufweist, als Markerschicht verwendet werden, welche anzeigt, dass die Anschlussschicht 24 abgetragen wurde. Diese Markerschicht kann zwischen dem Substrat und der Anschlussschicht wenige 10 nm unterhalb der Anschlussschicht 24 angeordnet sein und wird beispielsweise durch einen Rückgang des Galliumsignals detektiert.
Im nächsten Verfahrensschritt, 1E, wird großflächig eine Passivierung 5 in Form einer Schicht auf den Halbleiterkörper 2, die erste Stromaufweitungsschicht 3 und den dielektrischen Spiegel 4 aufgebracht. Bei der Passivierung handelt es sich beispielsweise um eine SiO₂-Schicht. Die Passivierung 5 kann zum Beispiel mittels eines CVD-Verfahrens aufgebracht werden.
Im nächsten Verfahrensschritt, 1F, wird die im Bereich des dielektrischen Spiegels angeordnete Passivierung an ihrer dem dielektrischen Spiegel 4 abgewandten Oberseite behandelt, zum Beispiel poliert. Das Polieren kann dabei mittels chemisch-mechanischem Polierens erfolgen. Das Polieren verringert insbesondere die Rauigkeit der Passivierung 5 und reduziert die Dicke der Passivierung 5 oberhalb des dielektrischen Spiegels 4.
Im nachfolgenden Verfahrensschritt, 1G, werden Öffnungen 6 in den dielektrischen Spiegel 4 eingebracht, welche den dielektrischen Spiegel 4 vollständig durchdringen und an ihrer Bodenfläche die erste Stromaufweitungsschicht 3 freilegen. Dabei durchstrecken sich die Öffnungen auch durch die Passivierung 5. Die Öffnungen 6 werden beispielsweise durch reaktives Ionenätzen erzeugt.
Im nächsten Verfahrensschritt, 1H, erfolgt das Aufbringen eines metallischen Spiegels 7. Der metallische Spiegel überdeckt vorliegend den gesamten Halbleiterkörper 2 und füllt insbesondere die Öffnungen 6 aus und befindet sich damit in direktem Kontakt mit der ersten Stromaufweitungsschicht 3. Beim metallischen Spiegel handelt es sich vorliegend um einen Spiegel, der mit einem Metall gebildet ist, das wenig korrosionsanfällig ist und nicht zur Feuchtemigration neigt. Beispielsweise handelt es sich bei dem Metall um Rhodium. Mit einem solchen Metall ist es möglich, den metallischen Spiegel 7 großflächig auf den Halbleiterkörper 2 aufzubringen, ohne dass es notwendig ist, den metallischen Spiegel zwischen den unstrukturierten Bereichen des Halbleiterkörpers, dort wo sich später der Rand des herzustellenden lichtemittierenden Halbleiterchips befindet, zu entfernen.
Alternativ ist es jedoch möglich, den metallischen Spiegel 7 gezielt nur oberhalb des dielektrischen Spiegels 4 an seiner dem Halbleiterkörper 2 abgewandten Seite aufzubringen oder den metallischen Spiegel in den Randbereichen, also in den Gräben zwischen den unstrukturierten Bereichen der Halbleiterschichtenfolge, zu entfernen. In diesem Fall kann für den metallischen Spiegel auch ein Metall verwendet werden, das korrosionsanfällig ist und/oder zur Feuchtemigration neigt. Zum Beispiel kann der metallische Spiegel in diesem Fall mit Silber gebildet werden. Durch die Verwendung von Silber im metallischen Spiegel 7 ist die Effizienz des herzustellenden lichtemittierenden Halbleiterchips weiter erhöht, dies geht jedoch mit einem erhöhten Aufwand bei der Herstellung des lichtemittierenden Halbleiterchips einher.
Im nächsten Verfahrensschritt, 1I, wird eine Planarisierung 8 aufgebracht, die beispielsweise mit einem Metall wie Nickel oder einem elektrisch isolierenden Material wie SiO₂ erzeugt werden kann. Für den Fall, dass ein Metall als Planarisierung Verwendung findet, kann dies beispielsweise mittels galvanischen oder stromlosen Abscheidens aufgebracht werden. Weiter erfolgt ein Polierschritt, beispielsweise mittels chemisch-mechanischem Polierens, bei dem an der dem Substrat abgewandten Oberseite eine ebene Fläche erzeugt wird, bei der die Planarisierung 8 bündig mit dem metallischen Spiegel 7 an der dem dielektrischen Spiegel 4 abgewandten Oberseite der Passivierung 5 abschließt.
Im nächsten Verfahrensschritt, 1J, wird ein Träger 9 an der dem Substrat 1 abgewandten Seite befestigt. Der Träger 9 kann beispielsweise ein Hilfsträger sein, der nach Abschluss des Verfahrens wieder abgelöst wird. Ferner ist es möglich, dass es sich bei dem Träger 9 um einen permanenten Träger handelt, der im herzustellenden lichtemittierenden Halbleiterchip verbleibt. Bei dem Träger 9 handelt es sich dann beispielsweise um einen elektrisch leifähigen Träger, der mit Materialien wie Germanium oder Silizium gebildet sein kann. Ferner kann der Träger 9 mit einem Metall gebildet sein oder aus einem Metall bestehen. Der Träger 9 kann durch Löten, Kleben oder galvanisches Erzeugen befestigt werden.
Im nächsten Verfahrensschritt, 1K, wird das Substrat 1 beispielsweise durch ein Laserabhebeverfahren entfernt.
Im nachfolgenden Verfahrensschritt, 1L, erfolgt ein Freilegen der Anschlussschicht 24 von der dem Substrat 1 vor dem Ablösen des Substrats 1 zugewandten Seite her durch Entfernen eines Teils des ersten Bereichs 21. Das Freilegen kann beispielsweise durch chemisch-mechanisches Polieren oder durch Ätzen erfolgen. Die Tatsache, dass die Anschlussschicht 24 freigelegt ist, kann anhand einer Änderung der Flächenbelegung durch Material des Halbleiterkörpers 2 detektiert werden. So ist vor dem Freilegen der Anschlussschicht 24 die gesamte dem Träger 9 abgewandte Oberseite durch Material des Halbleiterkörpers 2, insbesondere den ersten Bereich 21, gebildet. Beim Abtragen des ersten Bereichs 21, zum Beispiel beim Dünnen durch Polieren oder Ätzen, wird die Passivierung 5 freigelegt, welche in vertikaler Richtung V die Anschlussschicht 24 überragt oder bündig mit dieser abschließt. Das heißt, die Flächenbelegung mit Halbleitermaterial ändert sich von einer vollständig durch Halbleitermaterial gebildeten Oberfläche zu einer Oberfläche, die teilweise mit Material der Passivierung 5 gebildet ist. Dies kann beispielsweise optisch oder durch Änderung der Ätzrate festgestellt werden.
Es resultiert eine Anordnung, bei der an der dem Träger 9 abgewandten Oberseite die Anschlussschicht 24 bündig mit der Passivierung 5 abschließt.
Im nächsten Verfahrensschritt, 1M, wird eine zweite Stromaufweitungsschicht 10 ganzflächig an der dem Träger 9 abgewandten Seite aufgebracht. Die zweite Stromaufweitungsschicht 10 überdeckt die Anschlussschicht 24 vollständig. Die zweite Stromaufweitungsschicht 10 ist beispielsweise mit ITO gebildet und weist eine Dicke von 30 nm auf.
Die zweite Stromaufweitungsschicht 10 steht dabei mit der Anschlussschicht 24 in direktem Kontakt.
Im nächsten Verfahrensschritt, 1N, wird eine Auskoppelschicht 11, die beispielsweise mit Titandioxid oder Nb₂O₅ gebildet sein kann, auf der dem Träger 9 abgewandten Oberseite der zweiten Stromaufweitungsschicht 10 aufgebracht. Die Auskoppelschicht 11 kann beispielsweise eine Dicke von 2 µm aufweisen und im nachfolgenden Verfahrensschritt, 1O, durch reaktives Ionenätzen zu Lichtauskoppelstrukturen strukturiert werden. Die Lichtauskoppelstrukturen der Auskoppelschicht 11 bilden beispielsweise Erhebungen auf der zweiten Stromaufweitungsschicht 10 aus, die einen Lichtaustritt aus dem Halbleiterkörper im Betrieb des Halbleiterchips wahrscheinlicher machen.
Im nächsten Verfahrensschritt, 1P, wird der Träger 9 optional gedünnt und es werden Sägegräben von der dem Träger 9 abgewandten Seite her erzeugt, die sich bis zum Träger 9 erstrecken. Dabei kann die Auskoppelschicht 11 mittels einer Schutzschicht 12, die beispielsweise durch einen wasserlöslichen Lack gebildet sein kann, abgedeckt werden. Ferner wird an der der Schutzschicht 12 abgewandten Seite des Trägers 9 eine Kontaktschicht 13 aufgebracht, über die der lichtemittierende Halbleiterchip im Betrieb beispielsweise p-seitig kontaktiert werden kann.
Im nachfolgenden Verfahrensschritt, 1Q, kann die zweite Stromaufweitungsschicht 10 an den Rändern des herzustellenden lichtemittierenden Halbleiterchips durch Ausbildung einer Hohlkehle 14 zurückgezogen werden. Auf diese Weise können Kurzschlüsse am Chiprand im Betrieb des Halbleiterchips verhindert werden.
Im abschließenden Verfahrensschritt, 1R, erfolgt ein Zerteilen in einzelne Halbleiterchips beispielsweise durch "Plasma Dicing" mittels reaktivem Ionenätzens, Entfernen der Schutzschicht 12 und Zertrennen der Kontaktschicht 13.
Es resultiert der in der 1R dargestellte lichtemittierende Halbleiterchip gemäß eines ersten Ausführungsbeispiels eines hier beschriebenen lichtemittierenden Halbleiterchips.
Der lichtemittierende Halbleiterchip umfasst den Halbleiterkörper 2, der einen aktiven Bereich 22 zur Erzeugung von Licht aufweist. Ferner umfasst der lichtemittierende Halbleiterchip den dielektrischen Spiegel 4, der an der der Lichtaustrittsseite 100a abgewandten Seite des Halbleiterkörpers 2 angeordnet ist. Der dielektrische Spiegel weist beispielsweise eine Vielzahl von ersten Spiegelschichten 41 und zweiten Spiegelschichten 42 auf, die sich hinsichtlich ihres Brechungsindex und ihrer Dicke voneinander unterscheiden.
Der lichtemittierende Halbleiterchip weist einen metallischen Spiegel 7 auf, der mit einem elektrisch leitenden Material, zum Beispiel Rhodium, gebildet ist. Der metallische Spiegel 7 ist an der dem Halbleiterkörper 2 abgewandten Seite des dielektrischen Spiegels 4 angeordnet. Der metallische Spiegel 7 kontaktiert den Halbleiterkörper 2 über die erste Stromaufweitungsschicht 3 durch Öffnungen 6 im dielektrischen Spiegel 4. Abgesehen von den Öffnungen 6 überdeckt der dielektrische Spiegel 4 den Halbleiterkörper 2 an seiner der Lichtaustrittsseite 100a abgewandten Seite vollständig. Sämtliche Seitenflächen des Halbleiterkörpers 4 sind frei vom dielektrischen Spiegel 4.
An der dem Träger 9 abgewandten Seite erstreckt sich die zweite Stromaufweitungsschicht 10 vollständig über den Halbleiterkörper 2 und befindet sich in direktem Kontakt mit der Anschlussschicht 24. Auf diese Weise kann der lichtemittierende Halbleiterchip sowohl p-seitig, über die erste Stromaufweitungsschicht 3, als auch n-seitig, über die zweite Stromaufweitungsschicht 10, ganzflächig kontaktiert werden, ohne dass Anschlussstellen den Halbleiterkörper 2 an seiner dem Träger 9 abgewandten Seite überdecken. Ein elektrischer Anschluss an der dem Träger 9 abgewandten Oberseite des Halbleiterchips kann beispielsweise im Randbereich an der zweiten Stromaufweitungsschicht 10 oberhalb der Planarisierung 8 erfolgen. Hierzu kann ein Anschlusselement 15 beispielsweise rahmenartig um den Halbleiterkörper 2 herum ausgebildet sein. Das Anschlusselement 15 kann beispielsweise drahtkontaktierbar ausgebildet sein.
Der beschriebene lichtemittierende Halbleiterchip zeichnet sich beispielsweise dadurch aus, dass der p-seitige Spiegel ein dielektrischer Spiegel 4 ist, welcher vor Aufbringen des metallischen Spiegels 7 zusammen mit dem Halbleiterkörper 2 measastrukturiert werden kann. Die Mesastrukturierung, also das stellenweise Abtragen des Halbleiterkörpers 2, erfolgt mit einer definierten Ätztiefe über die Anschlussschicht 24 hinaus unter Nutzung einer beispielsweise aluminiumhaltigen Markerschicht, die mit der Anschlussschicht 24 im Hinblick auf ihre Lage in vertikaler Richtung im Halbleiterkörper 2 verknüpft ist.
Die Anschlussschicht 24 wird durch Detektion der Änderung in der Flächenbelegung mit Halbleitermaterial freigelegt. Der Halbleiterkörper ist n-seitig mittels einer dünnen zweiten Stromaufweitungsschicht ganzflächig kontaktiert, die auf einer weitgehenden ebenen Außenfläche des Halbleiterkörpers 2 angeordnet ist.
Dadurch, dass vorliegend der dielektrische Spiegel 4 Verwendung findet, ist keine Kapselung des Spiegels gegen das korrosive Gas Cl nötig, das beim stellenweisen Abtragen des Halbleiterkörpers Verwendung finden kann. Auf diese Weise ist eine echte selbstjustierende Strukturierung des dielektrischen Spiegels 4 zusammen mit dem Halbleiterkörper möglich.
Ferner wird beim hier beschriebenen lichtemittierenden Halbleiterchip der aktive Bereich 22 sowohl von der p-Seite als auch von der n-Seite durch die jeweiligen Stromaufweitungsschichten 3, 10 ganzflächig bestromt.
Insbesondere für den Fall, dass der metallische Spiegel 7 mit einem nichtkorrosionsanfälligen Metall wie Rhodium gebildet ist, umfasst der lichtemittierende Halbleiterchip keine alterungsanfälligen Bestandteile, sodass eine explizite Kapselung beispielsweise gegen Feuchtigkeit nicht mehr notwendig ist.
Ferner kann der hier beschriebene lichtemittierende Halbleiterchip mittels einer geringen Anzahl von Fototechniken hergestellt werden, was zu einem besonders kostengünstigen lichtemittierenden Halbleiterchip führt.
Die Tatsache, dass sich der Halbleiterkörper 2 in Richtung der Lichtaustrittsseite aufweitet, der Halbleiterchip also eine inverse Mesa aufweist, erlaubt eine bessere Lichtauskopplung, was sich gerade bei kleinen lichtemittierenden Halbleiterchips mit Kantenlängen von ≤ 300 µm als positiv erweist. Zudem sind die Seitenflächen des Halbleiterkörpers im lichtemittierenden Halbleiterchip durch die Passivierung 5 und die metallische Spiegelschicht 7 verspiegelt, sodass eine seitliche Emission unterdrückt ist, was die Leuchtdichte an der Lichtaustrittsseite 100a des Halbleiterchips weiter erhöht.
In Verbindung mit den 2A bis 2P ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen lichtemittierenden Halbleiterchips näher erläutert.
Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel der 1A bis 1R erfolgt im zweiten Ausführungsbeispiel des Herstellungsverfahrens die Strukturierung des Halbleiterkörpers durch stellenweises Abtragen des Halbleiterkörpers von der dem Substrat abgewandten Seite bis unterhalb der Anschlussschicht 24 vor dem Aufbringen des dielektrischen Spiegels 4.
Zum Beginn des Verfahrens, 2A, wird ein Substrat 1 bereitgestellt, bei dem es sich beispielsweise um ein Aufwachssubstrat handelt, das aus Saphir besteht. Auf das Substrat 1 wird der Halbleiterkörper 2 aufgebracht. Der Halbleiterkörper 2 umfasst einen ersten Bereich 21, bei dem es sich beispielsweise um einen n-leitenden Bereich handelt, einen aktiven Bereich 22, der im Betrieb des herzustellenden Halbleiterchips zur Erzeugung von Licht ausgebildet ist, und einen zweiten Bereich 23, der beispielsweise ein p-leitender Bereich sein kann. Beispielweise weist der erste Bereich 21 eine Dicke von zirka 6 µm auf und der zweite Bereich 23 weist eine Dicke von zirka 130 nm auf. Ferner ist in der 2A die Anschlussschicht 24 dargestellt, die in dem ersten Bereich 21 eingebettet ist. Das heißt, entlang der Wachstumsrichtung R, mit der der Halbleiterkörper 2 auf dem Substrat epitaktisch aufgewachsen wird, und die parallel zur vertikalen Richtung V verläuft, ist weiteres Material des ersten Bereichs 21 unterhalb und oberhalb der Anschlussschicht 24 angeordnet. Die vertikale Richtung V verläuft dabei senkrecht zu den lateralen Richtungen L, die parallel zur Haupterstreckungsebene des Halbleiterkörpers 2 oder des Substrats 1 verlaufen.
Im nächsten Verfahrensschritt, 2B, wird die erste Stromaufweitungsschicht 3 auf die dem Substrat 1 abgewandte Oberseite des zweiten Bereichs 23 aufgebracht. Bei der ersten Stromaufweitungsschicht 3 kann es sich beispielsweise um eine dünne ITO-Schicht handeln, die eine Dicke von zirka 15 nm aufweisen kann. Nach dem Aufbringen der ITO-Schicht kann ein Annealing durchgeführt werden.
Anschließend, 2C, erfolgt ein stellenweises Abtragen des Halbleiterkörpers 2 von der dem Substrat 1 abgewandten Seite bis unterhalb der Anschlussschicht 24. Dabei wird auch die erste Stromaufweitungsschicht 3 mit abgetragen. Das Abtragen erfolgt beispielsweise über ein plasmaunterstütztes Ätzen, wie beispielsweise ein reaktives Ionenätzen. Durch das Abtragen werden Gräben zwischen unstrukturierten Bereichen des Halbleiterkörpers 2 erzeugt, die beispielsweise eine Breite von weniger als 30 µm aufweisen. Der Abstand zwischen unstrukturierten Bereichen des Halbleiterkörpers 2 kann ≤ 150 µm sein, sodass mit dem Verfahren besonders kleine lichtemittierende Halbleiterchips hergestellt werden können.
Beim stellenweisen Abtragen des Halbleiterkörpers 2 bis unterhalb der Anschlussschicht 24 kann beispielsweise eine AlGaN-Schicht, die eine hohe Aluminiumkonzentration und eine geringe Galliumkonzentration aufweist, als Markerschicht verwendet werden, welche anzeigt, dass die Anschlussschicht 24 abgetragen wurde. Diese Markerschicht kann zwischen dem Substrat und der Anschlussschicht wenige 10 nm unterhalb der Anschlussschicht 24 angeordnet sein und wird beispielsweise durch einen Rückgang des Galliumsignals detektiert.
Wie in der 2C dargestellt ist, wird nachfolgend der dielektrische Spiegel 4 ganzflächig auf dem bereits strukturierten Halbleiterkörper 2 aufgebracht, sodass der dielektrische Spiegel 4 die dem Substrat 1 abgewandte Seite des Halbleiterkörpers 2 als Schicht konform überdeckt.
Im nächsten Verfahrensschritt, 2D, wird der dielektrische Spiegel an seiner Oberseite behandelt, zum Beispiel poliert. Das Polieren kann dabei mittels chemisch-mechanischem Polierens erfolgen. Das Polieren verringert insbesondere die Rauigkeit und reduziert die Dicke des dielektrischen Spiegels 4.
Im nachfolgenden Verfahrensschritt, 2E, werden Öffnungen 6 in den dielektrischen Spiegel 4 eingebracht, welche den dielektrischen Spiegel 4 vollständig durchdringen und an ihrer Bodenfläche die erste Stromaufweitungsschicht 3 freilegen. Die Öffnungen 6 werden beispielsweise durch reaktives Ionenätzen erzeugt.
Im nächsten Verfahrensschritt, 2F, erfolgt das Aufbringen eines metallischen Spiegels 7. Der metallische Spiegel überdeckt vorliegend den gesamten Halbleiterkörper 2 und füllt insbesondere die Öffnungen 6 aus und befindet sich damit in direktem Kontakt mit der ersten Stromaufweitungsschicht 3. Beim metallischen Spiegel 7 handelt es sich vorliegend um einen Spiegel, der mit einem Metall gebildet ist, das wenig korrosionsanfällig ist und nicht zur Feuchtemigration neigt. Beispielsweise handelt es sich bei dem Metall um Rhodium. Mit einem solchen Metall ist es möglich, den metallischen Spiegel 7 großflächig auf den Halbleiterkörper 2 aufzubringen, ohne dass es notwendig ist, den metallischen Spiegel 7 zwischen den unstrukturierten Bereichen des Halbleiterkörpers 2, dort wo sich später der Rand des herzustellenden lichtemittierenden Halbleiterchips befindet, zu entfernen.
Alternativ ist es jedoch möglich, den metallischen Spiegel 7 gezielt nur oberhalb des dielektrischen Spiegels 4 an seiner dem Halbleiterkörper 2 abgewandten Seite aufzubringen oder den metallischen Spiegel in den Randbereichen, also in den Gräben zwischen den unstrukturierten Bereichen der Halbleiterschichtenfolge, zu entfernen. In diesem Fall kann für den metallischen Spiegel auch ein Metall verwendet werden, das korrosionsanfällig ist und/oder zur Feuchtemigration neigt. Zum Beispiel kann der metallische Spiegel 7 in diesem Fall mit Silber gebildet werden. Durch die Verwendung von Silber im metallischen Spiegel 7 ist die Effizienz des herzustellenden lichtemittierenden Halbleiterchips weiter erhöht, dies geht jedoch mit einem erhöhten Aufwand bei der Herstellung des lichtemittierenden Halbleiterchips einher.
Im nächsten Verfahrensschritt, 2G, wird eine Planarisierung 8 aufgebracht, die beispielsweise mit einem Metall wie Nickel oder einem elektrisch isolierenden Material wie SiO₂ erzeugt werden kann. Für den Fall, dass Nickel als Planarisierung Verwendung findet, kann dies beispielsweise mittels galvanischem oder stromlosem Abscheidens aufgebracht werden. Weiter erfolgt ein Polierschritt, beispielsweise mittels chemisch-mechanischem Polierens, bei dem an der dem Substrat abgewandten Oberseite eine ebene Fläche erzeugt wird, bei der die Planarisierung 8 bündig mit dem metallischen Spiegel 7 abschließt.
Im nächsten Verfahrensschritt, 2H, wird ein Träger 9 an der dem Substrat 1 abgewandten Seite befestigt. Der Träger 9 kann beispielsweise ein Hilfsträger sein, der nach Abschluss des Verfahrens wieder abgelöst wird. Ferner ist es möglich, dass es sich bei dem Träger 9 um einen permanenten Träger handelt, der im herzustellenden lichtemittierenden Halbleiterchip verbleibt. Bei dem Träger 9 handelt es sich dann beispielsweise um einen elektrisch leifähigen Träger, der mit Materialien wie Germanium oder Silizium gebildet sein kann. Ferner kann der Träger 9 mit einem Metall gebildet sein oder aus einem Metall bestehen. Der Träger 9 kann durch Löten, Kleben oder galvanisches Erzeugen befestigt werden.
Im nächsten Verfahrensschritt, 2I, wird das Substrat 1 beispielsweise durch ein Laserabhebeverfahren entfernt.
Im nachfolgenden Verfahrensschritt, 2J, erfolgt ein Freilegen der Anschlussschicht 24 von der dem Substrat 1 vor dem Ablösen des Substrat 1 zugewandten Seite her durch Entfernen eines Teils des ersten Bereichs 21. Das Freilegen kann beispielsweise durch chemisch-mechanisches Polieren oder durch Ätzen erfolgen. Die Tatsache, dass die Anschlussschicht 24 freigelegt ist, kann anhand einer Änderung der Flächenbelegung durch Material des Halbleiterkörpers 2 detektiert werden. So ist vor dem Freilegen der Anschlussschicht 24 die gesamte dem Träger 9 abgewandte Oberseite durch Material des Halbleiterkörpers 2, insbesondere den ersten Bereich 21, gebildet. Beim Abtragen des ersten Bereichs 21, zum Beispiel beim Dünnen durch Polieren oder Ätzen, wird der dielektrische Spiegel 4 freigelegt, welcher in vertikaler Richtung V die Anschlussschicht 24 überragt oder bündig mit dieser abschließt. Das heißt, die Flächenbelegung mit Halbleitermaterial ändert sich von einer vollständig durch Halbleitermaterial gebildeten Oberfläche zu einer Oberfläche, die teilweise mit Material des dielektrischen Spiegels 4 gebildet ist. Dies kann beispielsweise optisch oder durch Änderung der Abtragrate pro Zeiteinheit festgestellt werden.
Im Verfahrensschritt der 2J dient der dielektrische Spiegel 4 also als Markerschicht für das Erreichen der Anschlussschicht 24. Das stellenweise Abtragen des Halbleiterkörpers, also die Mesaätzung, erfolgt hier tiefer als im ersten Ausführungsbeispiel des hier beschriebenen Verfahrens, damit der dielektrische Spiegel 4 weitgehend unterhalb der Anschlussschicht 24 angeordnet wird, sodass er durch das nachfolgende Freilegen der Anschlussschicht 24 weitgehend entfernt wird. Auf diese Weise können nicht gewünschte Seitenemissionen im Betrieb des lichtemittierenden Halbleiterchips effizient unterbunden werden.
Es resultiert eine Anordnung, bei der an der dem Träger 9 abgewandten Oberseite die Anschlussschicht 24 bündig mit dem dielektrischen Spiegel 4 abschließt.
Im nächsten Verfahrensschritt, 2K, wird eine zweite Stromaufweitungsschicht ganzflächig an der dem Träger 9 abgewandten Seite aufgebracht. Die zweite Stromaufweitungsschicht 10 überdeckt die Anschlussschicht 24 vollständig. Die zweite Stromaufweitungsschicht 10 ist beispielsweise mit ITO gebildet und weist eine Dicke von 30 nm auf.
Die zweite Stromaufweitungsschicht 10 steht dabei mit der Anschlussschicht 24 in direktem Kontakt.
Im nächsten Verfahrensschritt, 2L, wird eine Auskoppelschicht 11, die beispielsweise mit Titandioxid oder Nb₂O₅ gebildet sein kann, auf der dem Träger 9 abgewandten Oberseite der zweiten Stromaufweitungsschicht 10 aufgebracht. Die Auskoppelschicht 11 kann beispielsweise eine Dicke von 2 µm aufweisen und im nachfolgenden Verfahrensschritt, 2M, durch reaktives Ionenätzen zu Lichtauskoppelstrukturen strukturiert werden. Die Lichtauskoppelstrukturen der Auskoppelschicht 11 bilden beispielsweise Erhebungen auf der zweiten Stromaufweitungsschicht 10 aus, die einen Lichtaustritt aus dem Halbleiterkörper 2 im Betrieb des Halbleiterchips wahrscheinlicher machen.
Im nächsten Verfahrensschritt, 2N, wird der Träger 9 optional gedünnt, und es werden Sägegräben von der dem Träger 9 abgewandten Seite her erzeugt, die sich bis zum Träger 9 erstrecken. Dabei kann die Auskoppelschicht 11 mittels einer Schutzschicht 12, die beispielsweise durch einen wasserlöslichen Lack gebildet sein kann, geschützt werden. Ferner wird an der der Schutzschicht 12 abgewandten Seite des Trägers 9 eine Kontaktschicht 13 aufgebracht, über die der lichtemittierende Halbleiterchip im Betrieb beispielsweise p-seitig kontaktiert werden kann.
Im nachfolgenden Verfahrensschritt, 2O, kann die zweite Stromaufweitungsschicht 10 an den Rändern des herzustellenden lichtemittierenden Halbleiterchips durch Ausbildung einer Hohlkehle 14 zurückgezogen werden. Auf diese Weise können Kurzschlüsse am Chiprand im Betrieb des Halbleiterchips verhindert werden.
Die 2P zeigt den resultierenden optoelektronischen Halbleiterchip gemäß des zweiten Ausführungsbeispiels. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel schließt der Halbleiterkörper 2 an seiner der Lichtaustrittsseite 100a zugewandten Seite bündig mit dem dielektrischen Spiegel 4 ab oder wird vom dielektrischen Spiegel 4 in vertikaler Richtung überragt.
In Verbindung mit den 3A bis 3P ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen Herstellungserfahrens erläutert. Das Herstellungsverfahren verläuft zunächst wie in Verbindung mit den 1A bis 1R beschrieben.
Zunächst wird, wie in der 3A dargestellt, ein Substrat 1 bereitgestellt, bei dem es sich beispielsweise um ein Aufwachssubstrat handelt, das mit Saphir gebildet ist oder aus Saphir besteht.
Auf das Substrat 1 wird der Halbleiterkörper 2 beispielsweise epitaktisch abgeschieden. Der Halbleiterkörper 2 umfasst einen ersten Bereich 21, bei dem es sich beispielsweise um einen n-leitenden Bereich handelt, einen aktiven Bereich 22, der im Betrieb des fertiggestellten Halbleiterchips zur Erzeugung von Licht eingerichtet ist, und einen zweiten Bereich 23, der beispielsweise ein p-leitender Bereich sein kann.
Im ersten Bereich 21 des Halbleiterkörpers 2 ist die Anschlussschicht 24 angeordnet, die in Wachstumsrichtung R beidseitig von weiterem Material des ersten Bereichs 21 umgeben ist. Die Anschlussschicht 24 erstreckt sich dabei beispielsweise parallel zu einer Haupterstreckungsebene des Halbleiterkörpers 2 über dessen gesamten Querschnitt. Die Anschlussschicht 24 zeichnet sich durch eine besonders hohe n-Dotierung mit einer Dotierstoffkonzentration von wenigstens 10¹⁸ pro cm³ aus.
Im nachfolgenden Verfahrensschritt, 3B, wird die ersten Stromaufweitungsschicht 3 auf die dem Substrat 1 abgewandte Oberseite des zweiten Bereichs 23 aufgebracht, bei der es sich beispielsweise um eine dünne ITO-Schicht handelt. Die Dicke der ersten Stromaufweitungsschicht 3 beträgt beispielsweise höchstens 50 nm, insbesondere zum Beispiel zirka 15 nm.
Im in Verbindung mit der 3C dargestellten Verfahrensschritt wird ein dielektrischer Spiegel 4 auf die freiliegende Außenfläche der ersten Stromaufweitungsschicht 3 aufgebracht, der beispielsweise eine Vielzahl erster Spiegelschichten 41 und zweiter Spiegelschichten 42 umfasst, die sich im Hinblick auf ihren Brechungsindex und ihre Dicke voneinander unterscheiden können.
Nachfolgend, 3D, erfolgt ein stellenweises Abtragen des Halbleiterkörpers 2 von der dem Substrat 1 abgewandten Seite bis unterhalb der Anschlussschicht 24. Wie beispielsweise in Verbindung mit den 1A bis 1R beschrieben, kann das stellenweise Abtragen des Halbleiterkörpers 2 an einer AlGaN-Schicht stoppen, die eine hohe Aluminiumkonzentration und eine geringe Galliumkonzentration aufweist.
Im nachfolgenden Verfahrensschritt, 3E, wird eine Passivierung 5 als Schicht auf die dem Substrat 1 abgewandte und freiliegende Anordnung aus Halbleiterkörper 2, erster Stromaufweitungsschicht 3 und dielektrischem Spiegel 4 aufgebracht.
Im Unterschied zum in Verbindung mit den 1A bis 1R beschriebenen Ausführungsbeispiel des hier beschriebenen Verfahrens folgt im nachfolgenden Verfahrensschritt, siehe 3F, das Aufbringen eines weiteren metallischen Spiegels 16 an der dem Substrat 1 abgewandten Seite der Passivierung 5. Der weitere metallischen Spiegel 16 wird beispielsweise durch Sputtern abgeschieden und nachfolgend strukturiert. Ferner ist eine strukturierte Abscheidung des weiteren metallischen Spiegels 16 mittels einer Maskenschicht möglich.
Der weitere metallische Spiegel 16 weist an der dem dielektrischen Spiegel 4 abgewandten Oberseite der Passivierung Öffnungen 16a auf, durch die hindurch später eine Kontaktierung zum Halbleiterkörper 2 hin erfolgt. Ferner ist der weitere metallische Spiegel 16 an den Rändern eines jeden herzustellenden Halbleiterchips derart strukturiert, dass er sich nicht bis zum Rand erstreckt, sondern beispielsweise wenigstens 10 µm vom Rand zurückgezogen ist. Das heißt, die Gräben zwischen den unstrukturierten Bereichen des Halbleiterkörpers 2 sind nicht vollständig vom Material des weiteren metallischen Spiegels 16 bedeckt, sondern der weitere metallische Spiegel 16 ist dort zum Beispiel stellenweise entfernt.
Im nächsten Verfahrensschritt, 3G, wird eine Planarisierung 8 aufgebracht, die beispielsweise mit einem Metall wie Nickel oder einem elektrisch isolierenden Material wie SiO₂ erzeugt werden kann. Die Planarisierung 8 überdeckt zunächst auch den weiteren metallischen Spiegel 16 und wird beispielsweise mittels chemisch-mechanischem Polierens gedünnt, bis der weitere metallische Spiegel 16 freigelegt ist.
Der weitere metallische Spiegel 16 ist beispielsweise mit Aluminium gebildet oder besteht aus Aluminium, sodass das Freilegen des weiteren metallischen Spiegels 16 durch das Auftreten von Aluminium detektiert werden kann.
Die Öffnungen im weiteren metallischen Spiegel 16 an der dem dielektrischen Spiegel 4 abgewandten Seite der Passivierung sind mit dem Material der Planarisierung 8 gefüllt, wobei das Material der Planarisierung 8 in den Öffnungen bündig mit dem weiteren metallischen Spiegel 16 abschließt. Das heißt, die Öffnungen 16a im weiteren metallischen Spiegel 16 sind zum Beispiel vollständig mit dem Material der Planarisierung 8 befüllt.
Im nachfolgenden Verfahrensschritt, 3H, wird eine weitere Passivierung 17, die beispielsweise mit SiO₂ gebildet sein kann, auf die dem Substrat 1 abgewandte freiliegende Oberfläche der Anordnung aufgebracht. Die weitere Passivierung 17 überdeckt die Planarisierung 8 sowie den weiteren metallischen Spiegel 16 und befindet sich mit diesen stellenweise in direktem Kontakt.
Im nachfolgenden Verfahrensschritt, 3I, erfolgt das Einbringen von Öffnungen 6, welche sich durch das Gebiet der Öffnungen 16a in der weiteren metallischen Schicht 16 erstrecken. Die Öffnungen 6 erstrecken sich von der dem Substrat 1 abgewandten Oberseite bis hin zur ersten Stromaufweitungsschicht 3. Die Öffnungen 6 werden beispielsweise durch reaktives Ionenätzen erzeugt, welches selektiv auf dem Material der ersten Stromaufweitungsschicht 3, zum Beispiel ITO, stoppt.
Im nächsten Verfahrensschritt, 3J, erfolgt das Aufbringen eines metallischen Spiegels 7 an der dem weiteren metallischen Spiegel 16 abgewandten Oberseite der weiteren Passivierung 17. Der metallische Spiegel 7 kann beispielsweise mit Rhodium oder mit TiRh gebildet sein.
Der metallische Spiegel 7 erstreckt sich durch die Öffnung hindurch bis zur ersten Stromaufweitungsschicht 3, wo er diese elektrisch kontaktiert. Für den Fall, dass die Planarisierung mit einem elektrisch leitenden Material wie Nickel gebildet ist, ist es möglich, dass die Seitenflächen der Öffnung 6 vor dem Aufbringen des metallischen Spiegels 7 durch eine Isolationsschicht passiviert werden, um einen elektrischen Kontakt zwischen dem metallischen Spiegel 7 und dem weiteren metallischen Spiegel 16 zu verhindern.
Insgesamt ist der metallische Spiegel 7 also vorzugswiese derart angeordnet, dass er den weiteren metallischen Spiegel 16 nicht berührt und sich nicht in elektrisch leitendem Kontakt mit diesem befindet.
In den nächsten Verfahrensschritten, siehe 3K und 3L, wird ein Träger 9, der beispielsweise mit Silizium gebildet sein kann, an der dem Substrat abgewandten Seite aufgebracht und das Substrat 1 wird entfernt.
Im nachfolgenden Verfahrensschritt, 3M, erfolgt ein Freilegen der Anschlussschicht 24 von der dem Substrat 1 vor dem Ablösen des Substrats 1 zugewandten Seite her durch Entfernen eines Teils des ersten Bereichs 21. Das Freilegen kann beispielsweise wie in Verbindung mit der 1L beschrieben erfolgen.
In Verbindung mit der 3N ist ein Verfahrensschritt beschrieben, bei dem eine Isolierung 18, beispielsweise mittels eines ALD(Atomic Layer Deposition)-Verfahren auf die dem Träger 9 abgewandte freiliegende Oberseite aufgebracht wird.
In Verbindung mit der 3O ist gezeigt, dass die Isolierung 18 strukturiert werden kann, um ein beispielsweise metallisches Anschlusselement 15 abzuscheiden, das mit der Anschlussschicht 24 in direktem Kontakt stehen kann und beispielsweise zur n-Seite hin Kontaktierung des Halbleiterchips dient. Bei dem Anschlusselement 15 kann es sich beispielsweise um ein zur Drahtkontaktierung ausgebildetes Bondpad handeln.
Im nachfolgenden Verfahrensschritt, 3P, wird eine Auskoppelschicht 11 wie beispielsweise in Verbindung mit den 1N und 1P beschrieben ausgebildet.
Insgesamt resultiert der lichtemittierende Halbleiterchip der 3P, der neben dem dielektrischen Spiegel 4 und dem metallischen Spiegel 7 einen weiteren metallischen Spiegel 16 aufweist, der potentialfrei ist und im Betrieb des lichtemittierenden Halbleiterchips nicht kontaktiert wird. Vielmehr ist der weitere metallische Spiegel 16 von elektrisch isolierendem Material der Schichten 8, 17 und 5 komplett umschlossen. Mit Vorteil kann daher ein hochreflektierendes Material wie beispielsweise Aluminium zur Bildung des weiteren metallischen Spiegels 16 Verwendung finden, ohne dass die Migration von Ionen des Metalls im Betrieb des lichtemittierenden Halbleiterchips auftritt.
Der lichtemittierende Halbleiterchip, wie er in der 3P dargestellt ist, ist über das zentral angeordnete Anschlusselement 15 elektrisch kontaktierbar. Mit Vorteil kann daher auf die in Verbindung mit den 1 und 2 dargestellte zweite Stromaufweitungsschicht 10 verzichtet werden, was den Herstellungsaufwand reduzieren kann. Nachteilig ist, dass das zentral angeordnete Anschlusselement 15 an der Lichtaustrittsseite 100a des Halbleiterchips angeordnet ist und daher zur Abschattung und Reflexion von durchtretendem Licht führen kann.
Es ist jedoch möglich, die n-seitige Kontaktierung des lichtemittierenden Halbleiterchips des Ausführungsbeispiels der 3P als randseitiges Anschlusselement 15, wie es beispielsweise in der 1R dargestellt ist, auszuführen. Darüber hinaus ist es möglich, das zentrale Anschlusselement 15 der 3P bei den in Verbindung mit den 1R und 2P beschriebenen lichtemittierenden Halbleiterchips alternativ zur randseitigen Kontaktierung anzuwenden. Darüber hinaus ist es auch möglich, den weiteren metallischen Spiegel 16 beim Ausführungsbeispiel der 2 anzuwenden, bei dem die Passivierung 5 durch den dielektrischen Spiegel 4 ersetzt ist.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Bezugszeichenliste

1: Substrat
2: Halbleiterkörper
21: erster Bereich
22: aktiver Bereich
23: zweiter Bereich
24: Anschlussschicht
3: erste Stromaufweitungsschicht
4: dielektrische Spiegel
41: erste Spiegelschicht
42: zweite Spiegelschicht
5: Passivierung
6: Öffnung
7: metallische Spiegel
8: Planarisierung
9: Träger
10: zweite Stromaufweitungsschicht
11: Auskoppelschicht
12: Schutzschicht
13: Kontaktschicht
14: Hohlkehle
15: Anschlusselement
16: weiterer metallischer Spiegel
16a: Öffnung
17: weitere Passivierung
18: Isolierung
100: Halbleiterchip
100a: Lichtaustrittsseite

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 1277240 B1 [0001]

Claims

Lichtemittierender Halbleiterchip (100) mit – einem Halbleiterkörper (2) umfassend einen aktiven Bereich (22), der zur Erzeugung von Licht ausgebildet ist, – einem dielektrischen Spiegel (4), der mit einem elektrisch isolierenden Material gebildet ist, und – einem metallischen Spiegel (7), der mit einem elektrisch leitenden Material gebildet ist, wobei – sich der Halbleiterkörper (2) zu einer Lichtaustrittsseite (100a) hin aufweitet, – der dielektrische Spiegel (4) an einer der Lichtaustrittsseite (100a) abgewandten Seite des Halbleiterkörpers (2) angeordnet ist, – der metallische Spiegel (7) an der dem Halbleiterkörper (2) abgewandten Seite des dielektrischen Spiegels (4) angeordnet ist, – der metallische Spiegel (7) durch zumindest eine Öffnung (6) im dielektrischen Spiegel (4) den Halbleiterkörper (2) elektrisch kontaktiert, und – der dielektrische Spiegel (4) abgesehen von der zumindest einen Öffnung (6) den Halbleiterkörper (2) an seiner der Lichtaustrittsseite (100a) abgewandten Seite vollständig überdeckt.
Lichtemittierender Halbleiterchip (100) nach dem vorherigen Anspruch, bei dem eine erste Stromaufweitungsschicht zwischen dem Halbleiterkörper (2) und dem dielektrischen Spiegel (4) angeordnet ist, wobei die erste Stromaufweitungsschicht (3) den Halbleiterkörper (2) an seiner der Lichtaustrittsseite (100a) abgewandten Seite vollständig überdeckt und in lateralen Richtungen bündig mit diesem abschließt.
Lichtemittierender Halbleiterchip (100) nach dem vorherigen Anspruch, bei dem der dielektrische Spiegel (4) in direktem Kontakt mit der ersten Stromaufweitungsschicht (3) steht.
Lichtemittierender Halbleiterchip (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem eine Planarisierung (8) den Halbleiterkörper (2) in lateralen Richtungen vollständig umgibt, wobei die Planarisierung (8) entlang einer vertikalen Richtung eine Dicke aufweist, die größer ist als die Dicke des Halbleiterkörpers (2) entlang der vertikalen Richtung.
Lichtemittierender Halbleiterchip (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem der Halbleiterkörper (2) an der Lichtaustrittsseite (100a) in den lateralen Richtungen vollständig von einem elektrisch isolierenden Material (4, 5) umgeben ist und bündig mit dem elektrisch isolierenden Material (4, 5) abschließt oder von dem elektrisch isolierenden Material (4, 5) in der vertikalen Richtung überragt wird, wobei das elektrisch isolierende Material durch einen Teil des dielektrischen Spiegels (4) und/oder durch einen Teil einer Passivierung (5) gebildet ist.
Lichtemittierender Halbleiterchip (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem ein Anschlusselement (15) zur elektrischen Kontaktierung des aktiven Bereichs (22) den Halbleiterkörper (2) in lateralen Richtungen umgibt, wobei das Anschlusselement (15) lateral beabstandet zum Halbleiterkörper (2) angeordnet ist.
Lichtemittierender Halbleiterchip (100) nach dem vorherigen Anspruch, bei dem das Anschlusselement (15) an der einem Träger (9) für den Halbleiterkörper (2) abgewandten Seite des elektrisch isolierenden Materials (4, 5) angeordnet ist.
Lichtemittierender Halbleiterchip (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem ein weiterer metallischer Spiegel (16) stellenweise zwischen dem dielektrischen Spiegel (4) und dem metallische Spiegel (7) angeordnet ist, wobei sich der metallische Spiegel (7) stellenweise durch den weiteren metallischen Spiegel (16) zum Halbleiterkörper (2) erstreckt.
Lichtemittierender Halbleiterchip (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem der weitere metallische Spiegel (16) im Betrieb des lichtemittierende Halbleiterchips (100) potentialfrei ist.
Verfahren zur Herstellung eines lichtemittierenden Halbleiterchips (100) mit den folgenden Schritten: – Bereitstellen eines Substrats (1), – Aufbringen eines Halbleiterkörpers (2) umfassend einen ersten Bereich (21) mit einer Anschlussschicht (24), einen aktiven Bereich (22) an der dem Substrat (1) abgewandten Seite des ersten Bereichs (21) und einen zweiten Bereich (23) an der dem ersten Bereich (21) abgewandten Seite des aktiven Bereichs (52), – stellenweises Abtragen des Halbleiterkörpers (2) von der dem Substrat (1) abgewandten Seite bis unterhalb der Anschlussschicht (24), – Ablösen des Substrats (1), und – Freilegen der Anschlussschicht (24) von der dem Substrat (1) vor dem Ablösen des Substrats (1) zugewandten Seite her durch Entfernen eines Teils des ersten Bereichs (21).
Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, wobei das Freilegen der Anschlussschicht (24) anhand einer Änderung der Flächenbelegung durch Material des Halbleiterkörpers (2) detektiert wird.
Verfahren nach einem der beiden vorherigen Ansprüche, wobei vor dem stellenweisen Abtragen des Halbleiterkörpers (2) eine erste Stromaufweitungsschicht (3) an der dem aktiven Bereich (23) abgewandten Seite des zweiten Bereichs (22) auf den zweiten Bereich (22) aufgebracht wird, wobei die erste Stromaufweitungsschicht (3) beim stellenweisen Abtragen des Halbleiterkörpers (2) ebenfalls stellenweise entfernt wird.
Verfahren nach einem der drei vorherigen Ansprüche, wobei vor dem stellenweisen Abtragen des Halbleiterkörpers (2) ein dielektrischer Spiegel (2) an der dem aktiven Bereich (23) abgewandten Seite des zweiten Bereichs (22) aufgebracht wird.
Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, wobei der dielektrische Spiegel (2) beim stellenweisen Abtragen des Halbleiterkörpers (2) ebenfalls stellenweise entfernt wird.
Verfahren nach einem der fünf vorherigen Ansprüche, wobei ein lichtemittierender Halbleiterchip (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 hergestellt wird.