DE102016124860A1

DE102016124860A1 - Optoelektronischer Halbleiterchip und Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips

Info

Publication number: DE102016124860A1
Application number: DE102016124860.6A
Authority: DE
Inventors: Fabian Kopp; Attila Molnar
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2016-12-19
Filing date: 2016-12-19
Publication date: 2018-06-21
Also published as: US10777708B2; WO2018114483A1; CN110114891B; US20190341526A1; TW201841389A; CN110114891A

Abstract

In einer Ausführungsform umfasst der optoelektronische Halbleiterchip (1) eine Halbleiterschichtenfolge (2) mit einer aktiven Schicht (22) zwischen einem ersten (21) und einem zweiten Halbleiterbereich (23) auf einem lichtdurchlässigen Substrat (3). Eine elektrisch isolierende Spiegelschicht (5) ist zur Reflexion von in der aktiven Schicht (22) erzeugter Strahlung eingerichtet. Die Spiegelschicht (5) befindet sich zumindest in einem Isoliergraben (42). Ein metallischer Stromsteg (6) ist in einem Kontaktgraben (41) angebracht und ist zu einer Stromführung entlang des Kontaktgrabens (41) und zu einer Bestromung des ersten Halbleiterbereichs (21) eingerichtet. Eine metallische Stromschiene (8) befindet sich in einem Stromverteilungsgraben (43), ist zu einer Stromführung entlang des Stromverteilungsgrabens (43) eingerichtet sowie zur Bestromung des zweiten Halbleiterbereichs (23). Der Kontaktgraben (41), der Isoliergraben (42) sowie der Stromverteilungsgraben (43) erstrecken sich durch die aktive Schicht (22) bis in den ersten Halbleiterbereich (21). Der Kontaktgraben (41) ist vollständig von dem Isoliergraben (42) umrandet und der Stromverteilungsgraben (43) liegt nur außerhalb des Isoliergrabens (42).

Description

Es wird ein optoelektronischer Halbleiterchip angegeben.
Darüber hinaus wird ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips angegeben.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, einen optoelektronischen Halbleiterchip anzugeben, der effizient herstellbar ist und der eine hohe Lichtausbeute bietet.
Diese Aufgabe wird unter anderem durch einen optoelektronischen Halbleiterchip und durch ein Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der optoelektronische Halbleiterchip eine Halbleiterschichtenfolge auf. Die Halbleiterschichtenfolge umfasst eine oder mehrere aktive Schichten zur Strahlungserzeugung, insbesondere zur Erzeugung von sichtbarem Licht wie blauem Licht. Die aktive Schicht befindet sich zwischen einem ersten Halbleiterbereich und einem zweiten Halbleiterbereich. Bei dem ersten Halbleiterbereich handelt es sich bevorzugt um eine n-leitende n-Seite und bei dem zweite Halbleiterbereich insbesondere um eine p-leitende p-Seite. Im Folgenden werden der erste und der zweite Halbleiterbereich jeweils mit dieser Ladungsträgerleitfähigkeit erläutert. Genauso können der erste und der zweite Halbleiterbereich die umgekehrten Ladungsträgerleitfähigkeiten aufweisen.
Bei dem optoelektronischen Halbleiterchip handelt es sich bevorzugt um eine Leuchtdiode, kurz LED.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform basiert die Halbleiterschichtenfolge auf einem III-V-Verbindungshalbleitermaterial. Bei dem Halbleitermaterial handelt es sich zum Beispiel um ein Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial wie Al_nIn_1-n-mGa_mN oder um ein Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial wie Al_nIn_1-n-mGa_mP oder auch um ein Arsenid-Verbindungshalbleitermaterial wie Al_nIn_1-n-mGa_mAs oder wie Al_nGa_mIn_1-n-mAs_kP_1-k, wobei jeweils 0 ≤ n ≤ 1, 0 ≤ m ≤ 1 und n + m ≤ 1 sowie 0 ≤ k < 1 ist. Bevorzugt gilt dabei für zumindest eine Schicht oder für alle Schichten der Halbleiterschichtenfolge 0 < n ≤ 0,8, 0,4 ≤ m < 1 und n + m ≤ 0,95 sowie 0 < k ≤ 0,5. Dabei kann die Halbleiterschichtenfolge Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen. Der Einfachheit halber sind jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters der Halbleiterschichtenfolge, also Al, As, Ga, In, N oder P, angegeben, auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt und/oder ergänzt sein können. Besonders bevorzugt basiert die Halbleiterschichtenfolge auf dem Materialsystem AlInGaN.
Die mindestens eine aktive Schicht beinhaltet insbesondere wenigstens einen pn-Übergang und/oder mindestens eine Quantentopfstruktur. Eine von der aktiven Schicht im Betrieb erzeugte Strahlung weist zum Beispiel eine Wellenlänge maximaler Intensität von mindestens 400 nm oder 425 nm und/oder von höchstens 480 nm oder 800 nm auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform befindet sich die Halbleiterschichtenfolge auf einem lichtdurchlässigen Substrat. Das Substrat ist insbesondere für in der aktiven Schicht erzeugte Strahlung durchlässig, bevorzugt transparent. Die Halbleiterschichtenfolge ist ferner bevorzugt direkt auf dem Substrat aufgewachsen, sodass es sich bei dem Substrat um ein Aufwachssubstrat handelt. Beispielsweise ist das Substrat ein Siliziumkarbidsubstrat, ein Galliumnitridsubstrat, ein Siliziumsubstrat oder bevorzugt ein Saphirsubstrat.
Hierbei befindet sich der erste Halbleiterbereich näher an dem Substrat als der zweite Halbleiterbereich. Die aktive Schicht ist bevorzugt senkrecht zu einer Wachstumsrichtung der Halbleiterschichtenfolge und senkrecht zu einer Hauptseite des Substrats, auf der die Halbleiterschichtenfolge aufgebracht ist, orientiert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der Halbleiterchip einen oder mehrere Isoliergräben. Der mindestens eine Isoliergraben reicht von der dem Substrat abgewandten Seite des zweiten Halbleiterbereichs her durch die aktive Schicht bis in den ersten Halbleiterbereich hinein. Insbesondere zerteilt der Isoliergraben die aktive Schicht, in Draufsicht gesehen. Der Isoliergraben ist dazu eingerichtet, elektrische Kurzschlüsse zwischen sich innerhalb eines durch den Isoliergraben gebildeten Rahmens befindlichen Gebieten und außerhalb dieses Rahmens befindlichen Gebieten des zweiten Halbleiterbereich zu verhindern. Unter dem Isoliergraben hinweg ist eine durchgehende Verbindung innerhalb des ersten Halbleiterbereichs gegeben. Das heißt, der Isoliergraben reicht nicht bis zu dem Substrat.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Halbleiterchip einen oder mehrere Kontaktgräben auf. Der mindestens eine Kontaktgraben erstreckt sich von einer dem Substrat abgewandten Seite des zweiten Halbleiterbereichs her durch die aktive Schicht hindurch bis in den ersten Halbleiterbereich. Über den Kontaktgraben ist der erste Halbleiterbereich von einer dem Substrat abgewandten Seite des zweiten Halbleiterbereichs her elektrisch kontaktierbar.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der optoelektronische Halbleiterchip einen oder mehrere Stromverteilungsgräben. Der mindestens eine Stromverteilungsgraben ist dazu eingerichtet, eine laterale Stromverteilung über den zweiten Halbleiterbereich hinweg zu ermöglichen. Auch der Stromverteilungsgraben reicht von der dem Substrat abgewandten Seite des zweiten Halbleiterbereichs durch die aktive Schicht hindurch bis in den ersten Halbleiterbereich.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der Halbleiterchip einen oder mehrere metallische Stromstege. Der mindestens eine Stromsteg ist in dem Kontaktgraben angebracht. Der Stromsteg ist zu einer Stromführung entlang des Kontaktgrabens und zu einer Bestromung des ersten Halbleiterbereichs eingerichtet. Es ist möglich, dass der Stromsteg stellenweise in direktem Kontakt mit dem ersten Halbleiterbereich steht oder dass der Stromsteg durchgehend von dem ersten Halbleiterbereich beabstandet ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Halbleiterchip eine Spiegelschicht auf. Die Spiegelschicht ist bevorzugt elektrisch isolierend. Ferner ist die Spiegelschicht zur Reflexion von im Betrieb in der aktiven Schicht erzeugter Strahlung eingerichtet. Die Spiegelschicht kann aus einer einzigen Schicht gebildet sein oder aus mehreren Teilschichten zusammengesetzt sein. Solche Teilschichten folgen bevorzugt entlang der Wachstumsrichtung der Halbleiterschichtenfolge direkt aufeinander. Insbesondere ist die Spiegelschicht als dielektrischer Spiegel oder Distributed Bragg Reflector, kurz DBR, gestaltet. Die Spiegelschicht ist beispielsweise aufgebaut, wie in der Druckschrift WO 2016/180779 A1 angegeben. Der Offenbarungsgehalt dieser Druckschrift hinsichtlich der Spiegelschicht wird durch Rückbezug mit aufgenommen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der Halbleiterchip einen oder mehrere Stromstege. Bei dem mindestens einen Stromsteg handelt es sich bevorzugt um einen metallischen Steg, das heißt insbesondere, dass der Stromsteg aus einem oder mehreren Metallen besteht und ohmsch leitend ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform befindet sich der Stromsteg teilweise oder vollständig in dem Kontaktgraben. In Draufsicht gesehen liegt der Stromsteg bevorzugt vollständig innerhalb des Kontaktgrabens. In Richtung parallel zur Wachstumsrichtung der Halbleiterschichtenfolge kann der Stromsteg vollständig in dem Kontaktgraben liegen, bevorzugt überragt der Stromsteg den Kontaktgraben und die Halbleiterschichtenfolge in Richtung weg von dem Substrat.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Stromsteg zu einer Stromführung entlang des Kontaktgrabens eingerichtet. Über den Stromsteg ist der erste Halbleiterbereich mit elektrischem Strom versorgbar. Dabei weist der Stromsteg entlang einer Längsrichtung bevorzugt eine Länge auf, die eine mittlere Breite des Stromstegs um mindestens einen Faktor 10 oder 20 oder 30 und/oder um höchstens einen Faktor 200 oder 100 oder 50 übersteigt. Mit anderen Worten ist der Stromsteg langgestreckt geformt. Beispielsweise weist der Stromsteg Abmessungen von etwa 3 µm × 500 µm auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der Halbleiterchip eine oder mehrere Stromschienen. Die mindestens eine Stromschiene ist bevorzugt eine metallische Schiene. Metallisch bedeutet insbesondere, dass die Stromschiene aus einem oder mehreren Metallen besteht und ohmsch leitend ist. Die Stromschiene ist, ebenso wie der Stromsteg, undurchlässig für die im Betrieb des Halbleiterchips erzeugte Strahlung. Die metallische Stromschiene ist in dem Stromverteilungsgraben angebracht und ist zur Bestromung des zweiten Halbleiterbereichs eingerichtet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Kontaktgraben vollständig von dem Isoliergraben umrandet. Dies bedeutet insbesondere, dass es keine durchgehende Verbindung über den zweiten Halbleiterbereich und/oder über die aktive Schicht von einem von dem Isoliergraben umschlossenen Bereich hin zu einem Außenbereich außerhalb des durch den Isoliergraben gebildeten Rahmens gibt. Dabei befindet sich der Kontaktgraben innerhalb dieses umschlossenen Bereichs.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt der Stromverteilungsgraben außerhalb des Isoliergrabens, insbesondere ausschließlich außerhalb des Isoliergrabens. Mit anderen Worten sind der Kontaktgraben und der Stromverteilungsgraben durch den Isoliergraben voneinander separiert. Durch den Isoliergraben ist erreicht, dass keine unmittelbare elektrische Verbindung zwischen dem Kontaktgraben und dem Stromverteilungsgraben besteht. Elektrisch unmittelbar bezieht sich bevorzugt auf eine ohmsch leitende Verbindung, sodass vorliegend eine elektrisch leitende Verbindung über die Halbleiterschichtenfolge nicht als direkte elektrische Verbindung anzusehen ist.
In mindestens einer Ausführungsform umfasst der optoelektronische Halbleiterchip eine Halbleiterschichtenfolge mit einer aktiven Schicht zur Strahlungserzeugung zwischen einem ersten und einem zweiten Halbleiterbereich. Die Halbleiterschichtenfolge befindet sich auf einem lichtdurchlässigen Substrat. Weiter umfasst der Halbleiterchip mindestens einen Kontaktgraben, mindestens einen Isoliergraben sowie mindestens einen Stromverteilungsgraben. Eine elektrisch isolierende Spiegelschicht ist zur Reflexion von in der aktiven Schicht erzeugter Strahlung eingerichtet. Die Spiegelschicht befindet sich zumindest in dem Isoliergraben. Mindestens ein metallischer Stromsteg ist in dem Kontaktgraben angebracht und ist zu einer Stromführung entlang des Kontaktgrabens und zu einer Bestromung des ersten Halbleiterbereichs eingerichtet. Mindestens eine metallische Stromschiene befindet sich in dem Stromverteilungsgraben, ist zu einer Stromführung entlang des Stromverteilungsgrabens eingerichtet sowie zur Bestromung des zweiten Halbleiterbereichs. Der Kontaktgraben, der Isoliergraben sowie der Stromverteilungsgraben erstrecken sich je von einer dem Substrat abgewandten Seite des zweiten Halbleiterbereichs her durch die aktive Schicht bis in den ersten Halbleiterbereich in Richtung des Substrats. Der Kontaktgraben ist vollständig von dem Isoliergraben umrandet und der Stromverteilungsgraben liegt nur außerhalb des Isoliergrabens.
Eine der meistproduzierten Arten von Leuchtdioden sind so genannte Saphir-Volumenemitter. Bei diesen ist eine auf AlInGaN basierende Halbleiterschichtenfolge auf einem Saphirsubstrat aufgewachsen. Diese Leuchtdioden erzeugen blaues Licht, das über Seitenflächen des Substrats sowie über eine der Halbleiterschichtenfolge abgewandte Oberseite des Substrats emittiert wird. An der Halbleiterschichtenfolge befinden sich Metallkontakte zur Strominjektion. Zwischen einer der Halbleiterschichtenfolge zugewandten Unterseite der Metallkontakte und der Halbleiterschichtenfolge befinden sich bevorzugt weitere Schichten, zum Beispiel Spiegelschichten oder Stromaufweitungsschichten. Solche Leuchtdioden werden etwa zur Erzeugung von weißem Licht in Kombination mit einem Leuchtstoff wie YAG:Ce verwendet.
Bei solchen Leuchtdioden gilt, dass je höher ein Reflexionskoeffizient an den elektrischen Metallkontakten ist, desto geringer sine eine Absorption an den Kontakten und damit Helligkeitsverluste. Weiterhin gilt, je mehr Fotoebenen im Herstellungsprozess des optoelektronischen Halbleiterchips verwendet werden, insbesondere um die Reflexionskoeffizienten an den Kontakten zu erhöhen, desto höhere Herstellungskosten entstehen.
Mit dem hier beschriebenen Halbleiterchip und dem hier beschriebenen Verfahren lässt sich einerseits eine hohe Reflexion an den elektrischen Kontakten erzielen, andererseits sind nur drei Fotoebene erforderlich, um den Halbleiterchip herzustellen. Hieraus ergibt sich ein Halbleiterchip mit einer hohen Lichtauskoppeleffizienz bei vergleichsweise niedrigen Herstellungskosten.
Dies wird insbesondere dadurch erreicht, dass der Halbleiterchip einen ersten Graben mit der Spiegelschicht aufweist, wobei der erste Graben in Form des Isoliergrabens einen geschlossenen Rahmen um den Kontaktgraben herum bildet. Der Kontaktgraben umfasst eine elektrische Kontaktierung für den ersten Halbleiterbereich. Ein Abstand zwischen dem Kontaktgraben und dem Isoliergraben ist möglichst klein gewählt, um eine möglichst große zur Strahlungserzeugung zur Verfügung stehende Fläche der aktive Schicht außerhalb des Rahmens zu gewährleisten.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform befindet sich die Spiegelschicht in dem Isoliergraben. Insbesondere bedeckt die Spiegelschicht den Isoliergraben überwiegend oder vollständig, in Draufsicht gesehen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Spiegelschicht direkt auf dem ersten Halbleiterbereich aufgebracht. Über die Spiegelschicht ist der erste Halbleiterbereich in Richtung weg von dem Substrat elektrisch isoliert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform erstreckt sich die Spiegelschicht stellenweise oder ganzflächig aus dem Isoliergraben heraus. Dabei bedeckt die Spiegelschicht Seitenwände des Isoliergrabens bevorzugt überwiegend oder vollständig. Insbesondere reicht die Spiegelschicht aus dem Isoliergraben heraus bis auf die dem Substrat abgewandte Seite des zweiten Halbleiterbereichs. Dabei ist diese Seite des zweiten Halbleiterbereichs nur geringfügig von der Spiegelschicht bedeckt, beispielsweise zu höchstens 10 % oder 5 % oder 2 % und/oder zu mindestens 0,1 % oder 0,5 %.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der Halbleiterchip eine oder mehrere elektrische Kontaktschichten. Die elektrische Kontaktschicht steht zumindest stellenweise in direktem Kontakt mit dem ersten Halbleiterbereich sowie in direktem Kontakt mit dem Stromsteg. Die Kontaktschicht ist zur Stromeinprägung in den ersten Halbleiterbereich eingerichtet. Die Kontaktschicht kann durch eine einzige Schicht gebildet sein oder aus mehreren Teilschichten zusammengesetzt sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Kontaktschicht aus genau zwei oder genau drei oder genau vier Teilschichten zusammengesetzt. Insbesondere ist eine Halbleiterkontaktschicht vorhanden, die sich direkt an dem ersten Halbleiterbereich befindet und die bevorzugt durch genau eine Schicht gebildet ist. Die Halbleiterkontaktschicht umfasst bevorzugt eines oder mehrere der nachfolgenden Materialien oder besteht aus einem oder mehreren dieser Materialien: Cr, Ag, Mo, Ni, Ti, ZnO, ITO. Weiterhin beträgt eine Dicke der Halbleiterkontaktschicht bevorzugt mindestens 0,1 nm oder 0,5 nm oder 1 nm und/oder höchstens 5 nm oder 30 nm oder 100 nm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die Kontaktschicht eine Reflexionsschicht. Die Reflexionsschicht folgt bevorzugt der Halbleiterkontaktschicht direkt nach und ist bevorzugt durch genau eine Schicht gebildet. Insbesondere besteht die Kontaktschicht aus der Reflexionsschicht zusammen mit der Halbleiterkontaktschicht. Weiterhin sind die Reflexionsschicht und die Halbleiterkontaktschicht bevorzugt deckungsgleich übereinander angeordnet. Bevorzugt umfasst die Reflexionsschicht eines oder mehrere der nachfolgenden Materialien oder besteht aus einem oder mehreren dieser Materialien: Ag, Al, Al:Cu, Rh, Pd, Pt, TCO-Schicht wie ITO. Eine Dicke der Reflexionsschicht beträgt bevorzugt mindestens 10 nm oder 20 nm oder 30 nm und/oder höchstens 100 nm oder 200 nm oder 500 nm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform enthält die Kontaktschicht eine Barriereschicht. Die Barriereschicht ist bevorzugt unmittelbar auf der Reflexionsschicht angebracht, an einer der Halbleiterschichtenfolge abgewandten Seite. Die optionale Barriereschicht ist bevorzugt eine Metallschicht. Insbesondere umfasst die Barriereschicht eines oder mehrere der nachfolgenden Materialien oder besteht aus einem oder mehreren dieser Materialien: Ti, Pt, Au, Ni, Rh, Ru. Die Dicke der Barriereschicht liegt bevorzugt bei mindestens 1 nm oder 4 nm oder 20 nm und/oder bei höchstens 200 nm oder 100 nm. Die Barriereschicht ist bevorzugt aus zwei Teilschichten zusammengesetzt, etwa aus einer Ti-Teilschicht und einer Pt-Teilschicht, kann aber auch mehr als zwei Teilschichten aufweisen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform erstreckt sich die Kontaktschicht ausgehend von einer Grundfläche des Kontaktgrabens über Seitenflächen des Kontaktgrabens hinweg bis zum zweiten Halbleiterbereich. Das heißt, die Seitenflächen des Kontaktgrabens sind teilweise oder vollständig direkt von der Kontaktschicht bedeckt. Die Kontaktschicht steht insbesondere in direktem Kontakt zur aktiven Schicht und/oder zum zweiten Halbleiterbereich.
Hierbei handelt es sich bei der Kontaktschicht bevorzugt um eine metallische, insbesondere um eine reflektierende Schicht. Ferner befindet sich die Kontaktschicht bevorzugt direkt auf der Grundfläche des Kontaktgrabens, wobei die Grundfläche insbesondere nur zum Teil von der Kontaktschicht bedeckt ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Kontaktschicht zumindest entlang des Stromstegs auf den Kontaktgraben beschränkt. Das heißt, entlang des Stromstegs befindet sich die Kontaktschicht nur innerhalb des Kontaktgrabens.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Stromsteg entlang der Längsrichtung mehrere Kontaktfelder und mehrere Isolatorfelder auf, die abwechselnd aufeinanderfolgend angeordnet sind. In den Isolatorfeldern erfolgt keine Stromeinprägung aus dem Stromsteg heraus in die Halbleiterschichtenfolge. Demgegenüber sind die Kontaktfelder dazu eingerichtet, die Halbleiterschichtenfolge, also den ersten Halbleiterbereich, mit Strom zu versorgen. Es erfolgt also nicht entlang der gesamten Länge des Stromstegs eine Stromeinprägung in den zweiten Halbleiterbereich.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Kontaktschicht direkt an dem Stromsteg angebracht. Das heißt, ein Stromfluss erfolgt über den Stromsteg hin zu der Kontaktschicht und von dieser aus in den ersten Halbleiterbereich. Die Kontaktschicht ist bevorzugt auf das jeweilige Kontaktfeld begrenzt, eine Verbindung zwischen benachbarten Kontaktfeldern erfolgt somit nicht durch ein Material der Kontaktschicht selbst, sondern elektrisch unmittelbar bevorzugt ausschließlich über den Stromsteg. Elektrisch unmittelbar bezieht sich bevorzugt auf eine ohmsch leitende Verbindung, sodass vorliegend eine elektrisch leitende Verbindung über die Halbleiterschichtenfolge nicht als direkte elektrische Verbindung anzusehen ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Isolatorfelder frei von der Kontaktschicht. Insbesondere ist die Kontaktschicht auf die Kontaktfelder begrenzt. In den Isolatorfeldern befindet sich die Spiegelschicht zwischen dem Stromsteg und dem ersten Halbleiterbereich. Mit anderen Worten erfolgt in den Isolatorfeldern eine elektrische Isolierung des Stromstegs von dem ersten Halbleiterbereich durch die Spiegelschicht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt ein Anteil der Kontaktfelder an dem Stromsteg entlang der Längsrichtung bei mindestens 20 % oder 25 % oder 30 % oder 40 %. Alternativ oder zusätzlich liegt dieser Anteil bei höchstens 70 % oder 60 % oder 55 % oder 45 % oder 35 %. Insbesondere ist dieser Anteil der Kontaktfelder kleiner als der entsprechende Anteil der Isolatorfelder.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Stromsteg über die Kontaktfelder und die Isolatorfelder hinweg entlang der Längsrichtung eine gleich bleibende Breite auf. Das heißt, der Stromsteg kann sich insbesondere als gerade Linie ohne Breitenvariation entlang des Kontaktgrabens erstrecken. Gleichermaßen kann der Kontaktgraben für den Stromsteg eine gleich bleibende, konstante Breite und/oder Querschnittsform aufweisen. Auch der Kontaktgraben verläuft bevorzugt entlang einer geraden Linie.
Alternativ ist es möglich, dass der Stromsteg und/oder der Kontaktgraben eine variierende Breite aufweisen. Die Breite nimmt dann zum Beispiel in Richtung weg von dem Bondbereich stetig oder stufenförmig ab oder es variiert die Breite periodisch, beispielsweise sinusförmig.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind der Kontaktgraben in den Isolatorfeldern, der Isoliergraben und der Stromverteilungsgraben gleich tief. Dies wird dadurch erreicht, dass der Isoliergraben, der Stromverteilungsgraben und die Abschnitte des Kontaktgrabens in den Isolatorfeldern im gleichen Verfahrensschritt erzeugt werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Kontaktgraben in den Kontaktfeldern eine andere Tiefe auf als in den Isolatorfeldern und/oder eine andere Tiefe als der Isoliergraben und der Stromverteilungsgraben. Dabei ist der Kontaktgraben in den Kontaktfeldern bevorzugt weniger tief als in den Isolatorfeldern. Alternativ kann der Kontaktgraben in den Kontaktfeldern auch tiefer sein als in den Isolatorfeldern oder auch gleich tief.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Isoliergraben schmaler als der Kontaktgraben, in Draufsicht gesehen. Alternativ oder zusätzlich ist der Isoliergraben schmaler als der Stromverteilungsgraben, ebenso in Draufsicht gesehen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform befindet sich der Isoliergraben, der den geschlossenen Rahmen um den Kontaktgraben herum bildet, nahe an dem Kontaktgraben und/oder vergleichsweise weit von dem Stromverteilungsgraben entfernt. Insbesondere liegt ein mittlerer und/oder ein maximaler Abstand zwischen dem Isoliergraben und dem Kontaktgraben bei höchstens 50 µm oder 30 µm oder 20 µm oder 10 µm. Alternativ oder zusätzlich liegt ein mittlerer und/oder ein minimaler Abstand zwischen dem Isoliergraben und dem Kontaktgraben bei mindestens 0,5 µm oder 1 µm oder 4 µm. Hinsichtlich des mittleren und/oder minimalen Abstands zwischen dem Isoliergraben und dem Stromverteilungsgraben gilt alternativ oder zusätzlich, dass dieser Abstand mindestens 30 µm oder 50 µm oder 75 µm oder 100 µm beträgt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Stromschiene in Draufsicht gesehen U-förmig gestaltet. Das heißt, durch die Stromschiene ist in Draufsicht gesehen bevorzugt ein Bogen mit einer Winkelüberdeckung von 180° gebildet, wobei die Stromschiene in einem Mittelteil stärker gebogen ist als an Endbereichen, wobei die Stromschiene in den Endbereichen gerade auslaufen kann. Alternativ kann die Stromschiene auch andere Formen aufweisen und zum Beispiel L-förmig, Π-förmig sowie m-förmig oder gabelförmig mit zwei oder mehr als zwei Fingern gestaltet sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform befindet sich der Stromsteg zwischen den Schenkeln des U's der Stromschiene. Insbesondere kann der Stromsteg vollständig innerhalb des U's der Stromschiene liegen. Weist die Stromschiene andere Formen auf, so kann sich der Stromsteg ebenso innerhalb der Stromschiene befinden. Außerdem ist es alternativ möglich, dass die Stromschiene und der Stromsteg jeweils L-förmig gestaltet sind und nebeneinander liegen oder dass die Stromschiene und der Stromsteg in Draufsicht gesehen gabelförmig oder m-förmig mit ineinander greifenden Fingern oder Zinken geformt sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Halbleiterchip insbesondere hinsichtlich der elektrischen Kontaktierung in Draufsicht gesehen symmetrisch zu einer Längsachse, entlang derer der Stromsteg verläuft, gestaltet. Bei der Längsachse handelt es sich insbesondere um diejenige Symmetrieachse oder Achse des Halbleiterchips, die am längsten ist. Es ist möglich, dass es sich bei der Längsachse in Draufsicht gesehen um die einzige Symmetrieachse des Halbleiterchips handelt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform überragt der Stromsteg den Kontaktgraben stellenweise oder insgesamt seitlich. Dies gilt in Draufsicht gesehen und in Richtung senkrecht zur Längsrichtung des Stromstegs. Bevorzugt gilt dies entlang der Längsrichtung durchgehend in allen Kontaktfeldern.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt der Stromsteg stellenweise oder in Gänze vollständig in dem Kontaktgraben, in Draufsicht gesehen. In Richtung weg von dem Substrat überragt der Stromsteg bevorzugt den Kontaktgraben, kann alternativ aber auch in Richtung weg von dem Substrat vollständig in dem Kontaktgraben liegen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der Halbleiterchip eine Passivierungsschicht. Die Passivierungsschicht kann aus einer einzigen Schicht oder aus mehreren Teilschichten gebildet sein. Bevorzugt ist die Spiegelschicht teilweise von der Passivierungsschicht überdeckt. In der Passivierungsschicht sind bevorzugt Ausnehmungen für den Stromsteg und die Stromschiene vorhanden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Isoliergraben teilweise oder, bevorzugt, vollständig von der Passivierungsschicht überdeckt. Weiterhin sind bevorzugt der Kontaktgraben und der Stromverteilungsgraben vollständig von der Passivierungsschicht zusammen mit dem Stromsteg und zusammen mit der Stromschiene überdeckt. Dabei ist die Stromschiene bevorzugt auf den Stromverteilungsgraben beschränkt, in Draufsicht gesehen.
Darüber hinaus wird ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips angegeben. Mit dem Verfahren wird bevorzugt ein optoelektronischer Halbleiterchip hergestellt, wie in Verbindung mit einer oder mehrerer der oben genannten Ausführungsformen angegeben. Merkmale des Verfahrens sind daher auch für den optoelektronischen Halbleiterchip offenbart und umgekehrt.
In mindestens einer Ausführungsform ist das Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips eingerichtet und umfasst die folgenden Schritte, besonders bevorzugt in der angegebenen Reihenfolge:

A) Bereitstellen eines lichtdurchlässigen Substrats und Wachsen einer Halbleiterschichtenfolge auf dem Substrat, wobei die Halbleiterschichtenfolge eine aktive Schicht zur Strahlungserzeugung zwischen einem ersten und einem zweiten Halbleiterbereich aufweist,
B) Erzeugen einer ersten Maskenschicht auf der Halbleiterschichtenfolge und Ätzen eines Isoliergrabens sowie eines Stromverteilungsgrabens,
C) Aufbringen einer elektrisch isolierenden Spiegelschicht zur Reflexion von im Betrieb in der aktiven Schicht erzeugter Strahlung in dem Isoliergraben sowie in dem Stromverteilungsgraben,
D) Entfernen der ersten Maskenschicht und ganzflächiges Aufbringen einer Stromaufweitungsschicht für den zweiten Halbleiterbereich,
E) Erzeugen einer zweiten Maskenschicht und Ätzen eines Kontaktgrabens, der sich wie der Isoliergraben und der Stromverteilungsgraben von einer dem Substrat abgewandten Seite des zweiten Halbleiterbereichs her durch die aktive Schicht bis in den ersten Halbleiterbereich erstreckt, sodass der Kontaktgraben vollständig von dem Isoliergraben umrandet ist und der Stromverteilungsgraben nur außerhalb des Isoliergrabens liegt,
F) Entfernen der Stromaufweitungsschicht aus einem Gebiet direkt an dem Kontaktgraben,
G) Entfernen der zweiten Maskenschicht sowie Erzeugen einer Passivierungsschicht, und
H) Erzeugen einer dritten Maskenschicht und stellenweises Entfernen der Passivierungsschicht sowie Aufbringen eines metallischen Stromstegs in dem Kontaktgraben zu einer Stromführung entlang des Kontaktgrabens und zu einer Bestromung des ersten Halbleiterbereichs und gleichzeitig Aufbringen einer metallischen Stromschiene in dem Stromverteilungsgraben zu einer Stromführung entlang des Stromverteilungsgrabens und zu einer Bestromung des zweiten Halbleiterbereichs.

Mit dem hier beschriebenen Verfahren ist es möglich, mit lediglich drei Fotoebenen eine hohe Reflektivität an beiden elektrischen Kontaktflächen für den ersten sowie für den zweiten Halbleiterbereich zu erzielen. Damit ergibt sich eine hohe Lichtauskoppeleffizienz bei gleichzeitig vergleichsweise geringen Herstellungskosten.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren zwischen den Schritten F) und G) einen Schritt F1). In diesem Schritt wird die elektrische Kontaktschicht in dem Kontaktgraben direkt auf den ersten Halbleiterbereich aufgebracht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird die Stromaufweitungsschicht im Schritt F) geätzt, bevorzugt nasschemisch geätzt. Dabei werden der zweite Halbleiterbereich und bevorzugt auch die Spiegelschicht teilweise von der Stromaufweitungsschicht befreit. Hierbei wird die zweite Maskenschicht unterätzt, sodass sich ein Ätzbereich der Stromaufweitungsschicht bis unterhalb der zweiten Maskenschicht erstreckt. Ein Überstand der Spiegelschicht über die Stromaufweitungsschicht, in Richtung hin zum Kontaktgraben, liegt nach dem Ätzen bevorzugt bei mindestens 0,3 µm oder 0,7 µm und/oder bei höchstens 10 µm oder 5 µm.
Nachfolgend werden ein hier beschriebener optoelektronischer Halbleiterchip und ein hier beschriebenes Verfahren unter Bezugnahme auf die Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen geben dabei gleiche Elemente in den einzelnen Figuren an. Es sind dabei jedoch keine maßstäblichen Bezüge dargestellt, vielmehr können einzelne Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
Es zeigen:

1 eine schematische Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterchips,
2 bis 10 schematische Schnittdarstellungen von Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterchips, und
11 schematische Schnittdarstellungen von Verfahrensschritten eines hier beschriebenen Herstellungsverfahrens für einen hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterchip.

In 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines optoelektronischen Halbleiterchips 1 gezeigt. In 1 sind vier Bereiche A, B, C, D, E markiert. In den 2 bis 6 sind Schnittdarstellungen zu diesen Bereichen A, B, C, D, E dargestellt. Der Halbleiterchip 1, insbesondere ein Leuchtdiodenchip, umfasst eine Halbleiterschichtenfolge 2 auf einem lichtdurchlässigen Substrat 3. Die Halbleiterschichtenfolge 2 basiert bevorzugt auf AlInGaN. Bei dem Substrat 3 handelt es sich bevorzugt um ein Saphir-Aufwachssubstrat. Der Halbleiterchip 1 erzeugt im Betrieb bevorzugt blaues Licht.
Zu einer Bestromung des Halbleiterchips 1 ist ein Stromsteg 6 mit einem Bondbereich 66 vorhanden sowie eine Stromschiene 8 mit einem Bondbereich 88. Der Stromsteg 6 befindet sich in einem Kontaktgraben 41, in Draufsicht gesehen. Entlang einer Längsrichtung weist der Stromsteg 6 abwechselnd direkt aufeinanderfolgende Kontaktfelder 61 und Isolatorfelder 62 auf. Eine Stromeinprägung in die Halbleiterschichtenfolge 2 erfolgt über den Stromsteg 6 lediglich in den Kontaktfeldern 61. In Draufsicht gesehen ist die Stromschiene 8 U-förmig gestaltet und der Stromsteg 6 mit dem Bondbereich 66 befindet sich vollständig innerhalb dieses U's.
In 2 ist ein Schnitt aus dem Bereich A der 1 gezeigt. Somit ist in 2 ein Randbereich des optoelektronischen Halbleiterchips 1 illustriert.
Die Halbleiterschichtenfolge 2 umfasst eine aktive Schicht 22, beispielsweise eine Multiquantentopfstruktur, die sich zwischen einem ersten Halbleiterbereich 21 und einem zweiten Halbleiterbereich 23 befindet. Bei dem ersten Halbleiterbereich 21 handelt es sich bevorzugt um eine n-Seite und bei dem zweiten Halbleiterbereich 23 um eine p-Seite der Halbleiterschichtenfolge 2.
Am Rand des Halbleiterchips 1 ist ein Randgraben 44 gebildet. In dem Randgraben 44 sind der zweite Halbleiterbereich 23 sowie die aktive Schicht 22 entfernt, der erste Halbleiterbereich 21 ist lediglich teilweise vorhanden. Das Substrat 3 ist in dem Randgraben 44 nicht freigelegt. Ferner befindet sich an dem Rand eine elektrisch isolierende Spiegelschicht 5, die eine Flanke der Halbleiterschichtenfolge 2, an der der zweite Halbleiterbereich 23 sowie die aktive Schicht 22 frei liegen, vollständig.
Eine Stromaufweitungsschicht 83 etwa aus ITO, Dicke zum Beispiel ungefähr 80 nm, sowie eine Passivierungsschicht 9 erstrecken sich vollständig über den Randbereich hinweg. Da in dem Randbereich die Spiegelschicht 5 zwischen dem ersten Halbleiterbereich 21 und der Stromaufweitungsschicht 83 liegt, erfolgt im Randbereich kein Stromfluss. Im Randbereich folgen das Substrat 3, der erste Halbleiterbereich 21, die Spiegelschicht 5, die Stromaufweitungsschicht 83 sowie die Passivierungsschicht 9 entlang einer Wachstumsrichtung G der Halbleiterschichtenfolge 2 jeweils unmittelbar aufeinander.
Die Passivierungsschicht 9 ist, wie bevorzugt auch in allen anderen Ausführungsbeispielen, aus einem elektrisch isolierenden Material gebildet und ist dicht für Feuchtigkeit und/oder Sauerstoff. Insbesondere ist die Passivierungsschicht 9 eine Kombination aus einer inneren Schicht aus Aluminiumoxid, etwa über Atomlagenabscheidung erzeugt, und einer äußeren, sich weiter vom Substrat 3 entfernt befindlichen Schicht aus Siliziumdioxid, etwa über chemische Gasphasenabscheidung hergestellt.
In 3 ist der Bereich B aus 1 näher gezeigt. In 3 ist der Bondbereich 88 für den zweiten Halbleiterbereich 23 illustriert. Ein dementsprechender Aufbau mit lediglich reduzierter Breite kann auch entlang der U-förmigen Arme Stromschiene 8 vorliegen.
In dem Bondbereich 88 sowie bevorzugt auch entlang der U-förmigen Arme der Stromschiene 8 ist ein Stromverteilungsgraben 43 gebildet. Der Stromverteilungsgraben 43 weist bevorzugt die gleiche Tiefe auf wie der Randgraben 44 aus 2. In dem Stromverteilungsgraben 43 befindet sich die elektrisch isolierende Spiegelschicht 5, die eine Grundfläche sowie Seitenflächen des Stromverteilungsgrabens 43 vollständig bedeckt. Die Stromaufweitungsschicht 83 erstreckt sich vollständig über den Stromverteilungsgraben 43 hinweg. Über die Stromaufweitungsschicht 83 erfolgt eine laterale Stromaufweitung und Stromversorgung des zweiten Halbleiterbereichs 23.
Die Stromaufweitungsschicht 83 ist vollständig von dem Bondbereich 88 oder der Stromschiene 8 zusammen mit der Passivierungsschicht 9 bedeckt. Die Passivierungsschicht 9 sowie die Stromschiene 8 oder der Bondbereich 88 schließen bündig miteinander ab. Die Stromschiene 8 sowie der Bondbereich 88 können die Halbleiterschichtenfolge 2 in Richtung weg von dem Substrat 3 entlang der Wachstumsrichtung G überragen. Die Stromaufweitungsschicht 83 sowie die Passivierungsschicht 9 überformen Kanten des Stromverteilungsgrabens 43 mit der Spiegelschicht 5 formtreu, wie dies bevorzugt auch in allen anderen Ausführungsbeispielen der Fall ist.
In 4 ist der Bereich C des Stromstegs 6 gezeigt. Somit stellt 4 eine Schnittdarstellung durch den Stromsteg 6 in dem Kontaktfeld 61 dar.
Der Stromsteg 6 befindet sich in einem Kontaktgraben 41. Der Kontaktgraben 41 reicht durch die aktive Schicht 22 hindurch in den ersten Halbleiterbereich 21. Optional befindet sich zwischen dem ersten Halbleiterbereich 21 und dem Stromsteg 6 eine Kontaktschicht 7. Die Kontaktschicht 7 bedeckt eine Grundfläche sowie Seitenflächen des Kontaktgrabens 41 vollständig. Somit sind an dem Kontaktgraben 41 die beiden Halbleiterbereiche 21, 23 über die bevorzugt metallische, reflektierende Kontaktschicht 7 kurzgeschlossen.
Um diesen Kurzschluss über die Kontaktschicht 7 lokal zu begrenzen, befindet sich der Kontaktgraben 41 innerhalb eines geschlossenen Rahmens, gebildet durch den Isoliergraben 42. Der Isoliergraben 42 grenzt gemäß 4 nicht direkt an den Kontaktgraben 41, sodass zwischen dem Isoliergraben 42 und dem Kontaktgraben 41 die Halbleiterschichtenfolge 2 noch vollständig erhalten ist. Der Isoliergraben 42 kann tiefer in den ersten Halbleiterbereich 21 hineinreichen, in Richtung hin zu dem Substrat 3.
In dem Isoliergraben 42 befindet sich die Spiegelschicht 5. Auf der Spiegelschicht 5 ist, von außerhalb des durch den Isoliergraben 42 gebildeten Rahmens, die Stromaufweitungsschicht 83 vorhanden. Von außerhalb dieses Rahmens kommend bedeckt die Stromaufweitungsschicht 83 die Spiegelschicht 5 lediglich teilweise, sodass über die Stromaufweitungsschicht 83 kein elektrischer Kontakt von innerhalb des durch den Isoliergraben 42 gebildeten Rahmens nach außerhalb dieses Rahmens erfolgt. Die Stromaufweitungsschicht 83 erstreckt sich über die tiefste Stelle des Isoliergrabens 42 hinweg.
Der Stromsteg 6 befindet sich direkt auf der Kontaktschicht 7 und weist eine geringere Breite auf als die Kontaktschicht 7. Zusammen mit der Passivierungsschicht 9 bedeckt der Stromsteg 6 den Bereich um den Kontaktgraben 41 sowie um die Isoliergräben 42 vollständig.
Optional ist es wie auch in allen anderen Ausführungsbeispielen möglich, dass die Kontaktschicht 7 aus einer Halbleiterkontaktschicht 7a, einer Reflexionsschicht 7b und einer Barriereschicht 7c zusammengesetzt ist. Die dünne Halbleiterkontaktschicht 7a ist beispielsweise aus Titan oder Chrom gebildet. Bei der Reflexionsschicht 7b handelt es sich etwa um eine vergleichsweise dicke Schicht aus Ag, Al oder Rh. Die Barriereschicht 7c enthält oder besteht insbesondere aus Titan oder Platin.
Der Stromsteg 6 ist beispielsweise aus Silber, Kupfer, Gold, Zinn und/oder Nickel gebildet. Bei der Spiegelschicht 5 handelt es sich bevorzugt um eine mehrschichtige Spiegelschicht, die als DBR (Distributed Bragg Reflector) ausgebildet ist. Die Spiegelschicht 5 weist bevorzugt eine vergleichsweise niedrige Anzahl von Schichten auf, insbesondere mindestens zwei oder drei oder vier Teilschichten. Alternativ oder zusätzlich beinhaltet die Spiegelschicht 5 höchstens 20 oder 12 oder sechs Teilschichten. Somit weist die Spiegelschicht 5 bevorzugt eine Abfolge aus dielektrischen Schichten mit einem niedrigen und einem hohen Brechungsindex auf. Niedriger Brechungsindex bedeutet insbesondere < 1,7, hoher Brechungsindex bedeutet insbesondere > 1,7, bezogen auf eine Wellenlänge maximaler Intensität der in der Halbleiterschichtenfolge 2 im Betrieb erzeugten Strahlung. Bezogen auf diese Wellenlänge liegt eine Dicke der einzelnen Schichten bevorzugt bei λ/4, wobei eine unterste dieser Schichten, am nächsten zum Substrat 3, eine Dicke von 3 λ/4 aufweisen kann.
Es ist möglich, dass der Isoliergraben 42, anders als in 4 dargestellt, nicht nur zum Teil, sondern vollständig durch die Spiegelschicht 5 zusammen mit der Stromaufweitungsschicht 83 und/oder der Passivierungsschicht 9 aufgefüllt ist.
In 5 ist die Schnittdarstellung des Bereichs D aus 1 zu sehen. Damit stellt 5 einen Schnitt entlang des Stromstegs im Bereich der Isolatorfelder 62 dar.
In dem gezeigten Isolatorfeld 62 weist der Kontaktgraben 41 dieselbe Tiefe auf wie der Isoliergraben 42. Insbesondere sind der Kontaktgraben 41 im Isolatorfeld 62 sowie der Isoliergraben 42 im selben Verfahrensschritt hergestellt und gleichermaßen mit der Spiegelschicht 5 versehen. Somit ist, abweichend von 4, der Kontaktgraben 41 gemäß 5 gleich tief wie der Isoliergraben 42 und zudem mit der Spiegelschicht 5 gefüllt. Die Spiegelschicht 5 bedeckt wiederum eine Grundfläche und Seitenflächen des Kontaktgrabens 41 in dem Isolatorfeld 62 vollständig. Die dem Substrat 3 abgewandte Seite des zweiten Halbleiterbereichs 23 ist nur geringfügig von der Spiegelschicht 5 bedeckt, wie dies bevorzugt auch in allen anderen Ausführungsbeispielen der Fall ist.
Optional befindet sich die Kontaktschicht 7 zwischen der Spiegelschicht 5 und dem Stromsteg 6. Die Kontaktschicht 7 kann aus dem Isolatorfeld 62 auch weggelassen werden. Die Kontaktschicht 7 ist in dem Isolatorfeld 62 vollständig von der Spiegelschicht 5 zusammen mit der Passivierungsschicht 9 und dem Stromsteg 6 eingeschlossen.
In 6 ist der Bereich E um den Bondbereich 66 für den ersten Halbleiterbereich 21 gezeigt. Der Bondbereich 66 ist in Draufsicht gesehen kreisförmig. Unter dem Bondbereich 66 befindet sich optional die Kontaktschicht 7, die eine größere Breite aufweisen kann als der Bondbereich 66. Die Spiegelschicht 5 weist einen in Draufsicht gesehen kreisförmigen Ausschnitt auf, sodass die Spiegelschicht 5 im Querschnitt gesehen in drei Teile unterteilt erscheint. Der erste Halbleiterbereich 21 umschließt einen in Draufsicht kreisförmigen Bereich der Spiegelschicht 5.
In 7 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des Halbleiterchips 1 illustriert. Gezeigt ist der Bereich E aus 1 und somit der Bondbereich 66 für den ersten Halbleiterbereich 21. Im Unterschied zu 6 sind an dem ringförmigen Ausschnitt in der Spiegelschicht 5 unterhalb des Bondbereichs 66 im Querschnitt gesehen dreieckige Ausbuchtungen des ersten Halbleiterbereichs 31 in die Kontaktschicht 7 hinein zu erkennen. Diese dreieckförmigen Ausbuchtungen können sich über die Kontaktschicht 7 bis an eine dem Substrat 3 abgewandte Oberseite des Bondbereichs 66 fortsetzen.
Diese im Querschnitt gesehen dreieckförmigen Ausbuchtungen resultieren aus zwei Ätzschritten, einerseits für den Kontaktgraben 41 in den Kontaktfeldern 61 und andererseits von einem Ätzschritt für den Kontaktgraben 41 sowie den Isoliergraben 42 in den Isolatorfeldern 62. Mit anderen Worten können sich gemäß 7 der Isoliergraben 42 und der Kontaktgraben 41 berühren, sodass zwischen diesen Gräben 41, 42 an keiner Stelle die Halbleiterschichtenfolge 2 noch vollständig erhalten ist, anders als in der Darstellung der 4 und 5.
Beim Ausführungsbeispiel der 8 ist in dem Bondbereich 66 keine Kontaktschicht vorhanden. Im Übrigen entspricht das Ausführungsbeispiel der 8 dem der 6.
Abweichend von der Darstellung in 8 ist es möglich, dass auch im Querschnitt gesehen dreieckförmige Ausbuchtungen des ersten Halbleiterbereichs 21 in Richtung weg von dem Substrat 3 vorhanden sind, wie in Verbindung mit 7 gezeigt, wobei die Kontaktschicht 7 dann abweichend von 7 fehlt.
9 betrifft ein weiteres Ausführungsbeispiel des Halbleiterchips 1, gezeigt ist eine Schnittdarstellung im Bereich C an den Kontaktfeldern 61. Im Unterschied zu 4 weist der Stromsteg 6 eine größere Breite auf als die Kontaktschicht 7. Somit ist die Kontaktschicht 7 im Kontaktfeld 61 vollständig von der Halbleiterschichtenfolge 2 zusammen mit dem Stromsteg 6 umschlossen und steht nicht in direktem Kontakt mit der Passivierungsschicht 9. Die dem Substrat 3 abgewandte Oberseite des Kontaktstegs 6 kann entsprechend einer dem Substrat 3 abgewandten Oberseite der Kontaktschicht 7 geformt sein und somit an der Oberseite eine im Querschnitt gesehen mittige, trapezförmige und sich in Richtung weg vom Substrat 3 verbreiternde Ausnehmung aufweisen. Im Übrigen entspricht das Ausführungsbeispiel der 9 dem der 4.
In 10 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des Kontaktfelds 61 gezeigt. Zwischen der Kontaktschicht 7 und der Halbleiterschichtenfolge 2 befindet sich an den Seitenflächen des Kontaktgrabens 41 eine weitere Passivierungsschicht 91. Die weitere Passivierungsschicht 91 wird bevorzugt mit derselben Ätzmaske erzeugt wie der Kontaktgraben 41 in dem Kontaktfeld 61. Die weitere Passivierungsschicht 91 wird beispielsweise mit einem isotropen Aufbringverfahren hergestellt und nachfolgend anisotrop geätzt, sodass die Grundfläche des Kontaktgrabens 41 frei von der weiteren Passivierungsschicht 91 ist. Im Übrigen entspricht das Ausführungsbeispiel der 10 dem der 9.
Eine solche weitere Passivierungsschicht 91 kann auch vorhanden sein, wenn keine Kontaktschicht 7 vorhanden ist und der Stromsteg 6 direkt bis an die Grundfläche des Kontaktgrabens 41 reicht.
In 11 ist schematisch ein Herstellungsverfahren für einen solchen Halbleiterchip 1 dargestellt, insbesondere wie in Verbindung mit den 1 bis 6 erläutert. Mit diesem Verfahren ist der Halbleiterchip 1 mit nur drei Fotoebenen, entsprechend dreier Maskenschichten 11, 12, 13, herstellbar.
In 11A sind eines der Kontaktfelder 61 und eines der Isolatorfelder 62 dargestellt. Auf der Halbleiterschichtenfolge 2 wird eine erste Maskenschicht 11 aufgebracht. Nachfolgend werden die Isoliergräben 42 erzeugt sowie nur in dem Isolatorfeld 62 der Kontaktgraben 41. Im gleichen Verfahrensschritt werden der in 11A nicht gezeichnete Stromverteilungsgraben 43 und der Randgraben 44 erstellt, vergleiche die 2 und 3.
Gemäß 11B wird die Spiegelschicht 5 mit Hilfe derselben ersten Maskenschicht 11 aufgebracht. In 11B ist dies nur für das Kontaktfeld 61 gezeigt, für das Isolatorfeld 62 geschieht dies in gleicher Weise.
In 11C ist zu sehen, dass ganzflächig die Stromaufweitungsschicht 83 aufgebracht wird, nachdem die erste Maskenschicht 11 entfernt wurde.
Gemäß 11D wird eine zweite Maskenschicht 12 aufgebracht. Mit Hilfe der zweiten Maskenschicht 12 wird der Kontaktgraben 41 in dem Kontaktfeld 61 erzeugt. Die übrigen Bereiche der Halbleiterschichtenfolge sind von der zweiten Maskenschicht 12 bedeckt.
Nach dem Ätzen des Kontaktgrabens 41 kann eine nasschemische Behandlung erfolgen, sodass die dem Substrat 3 abgewandte Oberseite der Halbleiterschichtenfolge 2 nahe dem Kontaktgraben 41 bereichsweise von der Stromaufweitungsschicht 83 zur Vermeidung von Kurzschlüssen befreit wird. Bei diesem nasschemischen Ätzen kann die zweite Maskenschicht 12 intakt bleiben. Die Stromaufweitungsschicht 83 wird bis auf die Spiegelschicht 5 zurückgeätzt, sodass die Spiegelschicht 5 die Stromaufweitungsschicht 83 um ungefähr 1 µm überragt, in Richtung hin zum Kontaktgraben 41.
Nachfolgend wird mit Hilfe derselben zweiten Maskenschicht 12 die Kontaktschicht 7 aufgebracht. Der Verfahrensschritt der 11E, also das Aufbringen der Kontaktschicht 7, ist optional.
Im Verfahrensschritt der 11F wird ganzflächig die Passivierungsschicht 9 aufgebracht, nachdem die zweite Maskenschicht 12 entfernt wurde.
Daraufhin, siehe 11G, wird eine dritte Maskenschicht 13 erzeugt. Mit Hilfe der dritten Maskenschicht 13 wird die Passivierungsschicht 9 oberhalb der Kontaktschicht 7 geöffnet und der Stromsteg 6 wird lokal abgeschieden.
Zum Öffnen der Passivierungsschicht 9 kann ein nasschemisches oder ein trockenchemisches Ätzen verwendet werden. Ist die Passivierungsschicht 9 mehrschichtig aufgebaut, so wird vorteilhafterweise trockenchemisch geätzt, um glatte Seitenflanken zu erzeugen, da sich nasschemische Ätzraten verschiedener Dielektrika üblicherweise voneinander unterscheiden. Schließlich wird, nicht dargestellt, die dritte Maskenschicht 13 entfernt.
In 11 sind lediglich die Bereiche C sowie D aus 1 näher beschrieben. In den übrigen Bereichen A, B, E der 1 erfolgt das Herstellungsverfahren des Halbleiterchips 1 in analoger Weise.
Die in den Figuren gezeigten Komponenten folgen, sofern nicht anders kenntlich gemacht, bevorzugt in der angegebenen Reihenfolge jeweils unmittelbar aufeinander. Sich in den Figuren nicht berührende Schichten sind voneinander beabstandet. Soweit Linien parallel zueinander gezeichnet sind, sind die entsprechenden Flächen ebenso parallel zueinander ausgerichtet. Ebenfalls soweit nicht anders kenntlich gemacht, sind die relativen Dickenverhältnisse, Längenverhältnisse und Positionen der gezeichneten Komponenten zueinander in den Figuren korrekt wiedergegeben.
Die hier beschriebene Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Bezugszeichenliste

1: optoelektronischer Halbleiterchip
2: Halbleiterschichtenfolge
21: erster Halbleiterbereich/n-Seite
22: aktive Schicht
23: zweier Halbleiterbereich/p-Seite
3: lichtdurchlässiges Substrat/Saphir
41: Kontaktgraben
42: Isoliergraben
43: Stromverteilungsgraben
44: Randgraben
5: Spiegelschicht
6: Stromsteg für die n-Seite
61: Kontaktfeld
62: Isolatorfeld
66: Bondbereich für die n-Seite
7: Kontaktschicht
8: Stromschiene für die p-Seite
83: Stromaufweitungsschicht für die p-Seite
88: Bondbereich für die p-Seite
9: Passivierungsschicht
91: weitere Passivierungsschicht
11: erste Maskenschicht für die zweite Spiegelschicht
12: zweite Maskenschicht für den Kontaktgraben
13: dritte Maskenschicht für die Kontaktschicht
G: Wachstumsrichtung der Halbleiterschichtenfolge

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

WO 2016/180779 A1 [0015]

Claims

Optoelektronischer Halbleiterchip (1) mit - einer Halbleiterschichtenfolge (2) mit einer aktiven Schicht (22) zur Strahlungserzeugung zwischen einem ersten (21) und einem zweiten Halbleiterbereich (23), - einem lichtdurchlässigen Substrat (3), auf dem sich die Halbleiterschichtenfolge (2) befindet, - mindestens einem Kontaktgraben (41), - mindestens einem Isoliergraben (42), - mindestens einem Stromverteilungsgraben (43), - einer elektrisch isolierenden Spiegelschicht (5) zur Reflexion von in der aktiven Schicht (22) erzeugter Strahlung zumindest in dem Isoliergraben (42), - mindestens einem metallischen Stromsteg (6) in dem Kontaktgraben (41) zu einer Stromführung entlang des Kontaktgrabens (41) und zu einer Bestromung des ersten Halbleiterbereichs (21), und - mindestens einer metallische Stromschiene (8) in dem Stromverteilungsgraben (43) zur Bestromung des zweiten Halbleiterbereichs (23), wobei - sich der Kontaktgraben (41), der Isoliergraben (42) und der Stromverteilungsgraben (43) je von einer dem Substrat (3) abgewandten Seite des zweiten Halbleiterbereichs (23) her durch die aktive Schicht (22) bis in den ersten Halbleiterbereich (21) erstrecken, und - der Kontaktgraben (41) vollständig von dem Isoliergraben (42) umrandet ist und der Stromverteilungsgraben (43) nur außerhalb des Isoliergrabens (42) liegt.
Optoelektronischer Halbleiterchip (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem der erste Halbleiterbereich (21) eine n-Seite und der zweite Halbleiterbereich (23) eine p-Seite der Halbleiterschichtenfolge (2) bildet und die Spiegelschicht (5) direkt auf den ersten Halbleiterbereich (21) aufgebracht ist und sich stellenweise zumindest aus dem Isoliergraben (42) heraus bis auf die dem Substrat (3) abgewandte Seite des zweiten Halbleiterbereichs (23) erstreckt, wobei diese Seite zu höchstens 5 % von der Spiegelschicht (5) bedeckt ist.
Optoelektronischer Halbleiterchip (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend eine elektrische Kontaktschicht (7), wobei die Kontaktschicht (7) in direktem Kontakt mit dem Stromsteg (6) und mit dem ersten Halbleiterbereich (21) steht und zur Stromeinprägung in den ersten Halbleiterbereich (21) eingerichtet ist.
Optoelektronischer Halbleiterchip (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem die Kontaktschicht (7) eine metallische Schicht ist und von einer Grundfläche des Kontaktgrabens (41) ausgehend Seitenflächen des Kontaktgrabens (41) mindestens teilweise bedeckt und über die aktive Schicht (22) hinweg bis zum zweiten Halbleiterbereich (23) reicht, wobei die Kontaktschicht (7) direkt auf die Grundfläche und die Seitenflächen aufgebracht ist.
Optoelektronischer Halbleiterchip (1) nach dem vorhergehenden oder dem vorvorhergehenden Anspruch, bei dem die Kontaktschicht (7) zumindest entlang des Stromstegs (6) auf den Kontaktgraben (4) beschränkt ist.
Optoelektronischer Halbleiterchip (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem entlang einer Längsrichtung des Stromstegs (6) abwechselnd mehrere Kontaktfelder (61) und Isolatorfelder (62) angeordnet sind, wobei in den Kontaktfeldern (61) eine Stromeinprägung direkt in den ersten Halbleiterbereich (21) erfolgt, und wobei in den Isolatorfeldern (62) der erste Halbleiterbereich (21) aufgrund der Spiegelschicht (5) keinen direkten elektrischen Kontakt zu dem Stromsteg (6) aufweist.
Optoelektronischer Halbleiterchip (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem ein Anteil der Kontaktfelder (61) an dem Stromsteg (6) entlang der Längsrichtung zwischen einschließlich 20 % und 70 % liegt, wobei der Stromsteg (6) über die Kontaktfelder (61) und die Isolatorfelder (62) hinweg entlang der Längsrichtung eine gleichbleibende Breite aufweist.
Optoelektronischer Halbleiterchip (1) nach dem vorhergehenden oder dem vorvorhergehenden Anspruch, bei dem der Kontaktgraben (41) in den Isolatorfeldern (62), der Isoliergraben (42) und der Stromverteilungsgraben (43) gleich tief sind, wobei der Kontaktgraben (41) in den Kontaktfeldern (61) weniger tief ist.
Optoelektronischer Halbleiterchip (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Isoliergraben (42) schmäler ist als der Kontaktgraben (41) und als der Stromverteilungsgraben (43), wobei ein mittlerer Abstand zwischen dem Isoliergraben (42) und dem Kontaktgraben (41) höchstens 20 µm beträgt und ein mittlerer Abstand zwischen dem Isoliergraben (42) und dem Stromverteilungsgraben (43) mindestens 30 µm beträgt.
Optoelektronischer Halbleiterchip (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Stromschiene (8) in Draufsicht gesehen U-förmig ist und sich der Stromsteg (6) zwischen Schenkeln dieses U's liegt, wobei der Halbleiterchip (1) in Draufsicht gesehen symmetrisch zu einer Längsachse, entlang derer der Stromsteg (6) verläuft, gestaltet ist.
Optoelektronischer Halbleiterchip (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Stromsteg (6) zumindest stellenweise den Kontaktgraben (4) seitlich überragt, in Draufsicht gesehen und in Richtung senkrecht zur Längsrichtung des Stromstegs (6) .
Optoelektronischer Halbleiterchip (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Stromsteg (6) zumindest stellenweise vollständig in dem Kontaktgraben (41) liegt, in Draufsicht gesehen.
Optoelektronischer Halbleiterchip (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Isoliergraben (42) vollständig von einer Passivierungsschicht (9) überdeckt ist, wobei der Kontaktgraben (41) und der Stromverteilungsgraben (43) vollständig von dieser Passivierungsschicht (9) zusammen mit dem Stromsteg (6) und zusammen mit der Stromschiene (8) überdeckt sind.
Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips (1) mit den folgenden Schritten in der angegebenen Reihenfolge: A) Bereitstellen eines lichtdurchlässigen Substrats (3) und Wachsen einer Halbleiterschichtenfolge (2) auf dem Substrat (3), wobei die Halbleiterschichtenfolge (2) eine aktive Schicht (22) zur Strahlungserzeugung zwischen einem ersten (21) und einem zweiten Halbleiterbereich (23) aufweist, B) Erzeugen einer ersten Maskenschicht (11) auf der Halbleiterschichtenfolge (2) und Ätzen eines Isoliergrabens (42) sowie eines Stromverteilungsgrabens (43), C) Aufbringen einer elektrisch isolierenden Spiegelschicht (5) zur Reflexion von im Betrieb in der aktiven Schicht (22) erzeugter Strahlung in dem Isoliergraben (42) sowie in dem Stromverteilungsgraben (43), D) Entfernen der ersten Maskenschicht (11) und ganzflächiges Aufbringen einer Stromaufweitungsschicht (83) für den zweiten Halbleiterbereich (23), E) Erzeugen einer zweiten Maskenschicht (12) und Ätzen eines Kontaktgrabens (41), der sich wie der Isoliergraben (42) und der Stromverteilungsgraben (43) von einer dem Substrat (3) abgewandten Seite des zweiten Halbleiterbereichs (23) her durch die aktive Schicht (22) bis in den ersten Halbleiterbereich (21) erstreckt, sodass der Kontaktgraben (41) vollständig von dem Isoliergraben (42) umrandet ist und der Stromverteilungsgraben (43) nur außerhalb des Isoliergrabens (42) liegt, F) Entfernen der Stromaufweitungsschicht (83) aus einem Gebiet direkt an dem Kontaktgraben (41), G) Entfernen der zweiten Maskenschicht (12) sowie Erzeugen einer Passivierungsschicht (9), H) Erzeugen einer dritten Maskenschicht (13) und stellenweises Entfernen der Passivierungsschicht (9) sowie Aufbringen eines metallischen Stromstegs (6) in dem Kontaktgraben (41) zu einer Stromführung entlang des Kontaktgrabens (41) und zu einer Bestromung des ersten Halbleiterbereichs (21) und gleichzeitig Aufbringen einer metallischen Stromschiene (8) in dem Stromverteilungsgraben (43) zu einer Stromführung entlang des Stromverteilungsgrabens (43) und zu einer Bestromung des zweiten Halbleiterbereichs (23).
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem zwischen den Schritten F) und G) in einem Schritt F1) eine elektrische Kontaktschicht (7) zur Stromeinprägung in den ersten Halbleiterbereich (21) in dem Kontaktgraben (41) direkt auf den ersten Halbleiterbereich (21) aufgebracht wird, wobei im Schritt H) der Stromsteg (6) in direktem Kontakt mit der Kontaktschicht (7) erzeugt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 oder 15, bei dem im Schritt F) die Stromaufweitungsschicht (83) nasschemisch geätzt wird, sodass der zweite Halbleiterbereich (23) und die Spiegelschicht (5) teilweise von der Stromaufweitungsschicht (83) befreit werden und die zweite Maskenschicht (12) unterätzt wird, sodass sich ein Ätzbereich der Stromaufweitungsschicht (83) bis unterhalb der zweiten Maskenschicht (12) erstreckt.