DE102017102247A1

DE102017102247A1 - Optoelektronisches Halbleiterbauteil und Herstellungsverfahren hierfür

Info

Publication number: DE102017102247A1
Application number: DE102017102247.3A
Authority: DE
Inventors: Siegfried Herrmann
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2017-02-06
Filing date: 2017-02-06
Publication date: 2018-08-09
Also published as: WO2018141834A1

Abstract

Es umfasst das optoelektronische Halbleiterbauteil (1) eine von einem Aufwachssubstrat (66) abgelöste Halbleiterschichtenfolge (2) mit einer aktiven Zone (23) zur Erzeugung von Licht zwischen einem ersten Schichtbereich (21) und einem zweiten Schichtbereich (22). Ferner sind eine erste (31) und eine zweite elektrische Kontaktstruktur (32) vorhanden, über die die Schichtbereiche (31, 32) elektrisch kontaktiert sind. Ein Trägersubstrat (6) befindet sich an einer der Halbleiterschichtenfolge (2) abgewandten Seite der ersten und der zweiten Kontaktstruktur (31, 32). Die erste Kontaktstruktur (31) umfasst Flächenkontakte (41) direkt an der Halbleiterschichtenfolge (2) und über die Halbleiterschichtenfolge (2) durchgehend hinweg. Die zweite Kontaktstruktur (32) umfasst elektrisch bevorzugt unabhängig ansteuerbare Kontaktzapfen (42), die sich durch die Flächenkontakte (41), den ersten Schichtbereich (21) und die aktive Zone (23) hindurch in den zweiten Schichtbereich (22) erstrecken.

Description

Es wird ein optoelektronisches Halbleiterbauteil und ein Herstellungsverfahren hierfür angegeben.
In der Druckschrift US 2011/0241031 A1 ist eine optische Projektionsvorrichtung angegeben.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein optoelektronisches Halbleiterbauteil anzugeben, das effizient herstellbar ist und das ein variables Beleuchtungsmuster erzeugen kann.
Diese Aufgabe wird unter anderem durch ein optoelektronisches Halbleiterbauteil und durch ein Herstellungsverfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das optoelektronische Halbleiterbauteil eine Halbleiterschichtenfolge. In der Halbleiterschichtenfolge befindet sich eine aktive Zone zur Erzeugung von Strahlung, insbesondere zur Erzeugung von sichtbarem Licht wie blauem Licht. Dabei ist die aktive Zone, die beispielsweise eine Multiquantentopfstruktur, kurz MQW, aufweist, zwischen einem ersten Schichtbereich und einem zweiten Schichtbereich der Halbleiterschichtenfolge angeordnet. Der erste und/oder der zweite Schichtbereich können je aus einer oder aus mehreren Teilschichten zusammengesetzt sein. Beispielsweise handelt es sich bei dem ersten Schichtbereich um einen p-dotierten Bereich und bei dem zweiten Schichtbereich demgemäß um einen n-dotierten Bereich. Insbesondere handelt es sich bei dem Halbleiterbauteil um eine Leuchtdiode, kurz LED.
Die Halbleiterschichtenfolge basiert bevorzugt 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 AlInGaN.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Halbleiterschichtenfolge von einem Aufwachssubstrat abgelöst. Das heißt, das Halbleiterbauteil ist frei von einem Aufwachssubstrat wie einem Saphirsubstrat. Es ist möglich, dass der zweite Schichtbereich etwa beim Ablösen vom Aufwachssubstrat mit einer Aufrauung zur Verbesserung einer Lichtauskoppeleffizienz versehen wurde. Eine mittlere Rauheit der Aufrauung liegt zum Beispiel zwischen einschließlich 0,2 µm und 2 µm.
An einer der aktiven Zone abgewandten Seite des zweiten Schichtbereichs, insbesondere in der Aufrauung, befindet sich bevorzugt ein Material mit einem Brechungsindex von höchstens 1,7 oder 1,6, bezogen auf eine Wellenlänge maximaler Intensität der im Betrieb in der aktiven Zone erzeugten Strahlung. Zum Beispiel ist dieses Material durch eine Passivierungsschicht etwa aus SiO₂ und/oder durch einen Verguss oder Kleber etwa aus einem Silikon gebildet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Halbleiterbauteil eine erste elektrische Kontaktstruktur auf. Über die erste Kontaktstruktur ist der erste Schichtbereich elektrisch kontaktiert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Halbleiterbauteil eine zweite elektrische Kontaktstruktur auf. Der zweite Schichtbereich ist elektrisch über die zweite Kontaktstruktur elektrisch kontaktiert. Beispielsweise handelt es sich bei der zweiten Kontaktstruktur um eine n-Kontaktierung und entsprechend bei der ersten Kontaktstruktur um eine p-Kontaktierung.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Halbleiterbauteil ein Trägersubstrat. Das Trägersubstrat befindet sich an einer der Halbleiterschichtenfolge abgewandten Seite der ersten und der zweiten Kontaktstruktur. Bei dem Trägersubstrat handelt es sich bevorzugt um die das Halbleiterbauteil mechanisch tragende und stützende Komponente. Das Trägersubstrat kann elektrisch leitend oder, bevorzugt, elektrisch isolierend sein oder zumindest von einer elektrisch isolierenden Beschichtung umgeben sein. Ferner kann das Trägersubstrat lichtdurchlässig oder auch lichtundurchlässig sein. Bevorzugt gelangt kein oder nur ein vernachlässigbarer Anteil, etwa höchstens 5 % oder 1 %, der in der aktiven Zone im Betrieb erzeugten Strahlung zu dem Trägersubstrat. Beispielsweise umfasst das Trägersubstrat eines oder mehrere der nachfolgenden Materialien oder besteht aus einem oder mehrerer dieser Materialien: einer Keramik wie Aluminiumnitrid, einem Metall wie Kupfer oder Aluminium oder Molybdän, einem Glas, einem Kunststoff, einer Halbleiterplatte etwa basierend auf Silizium oder Germanium.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die erste Kontaktstruktur einen oder mehrere Flächenkontakte. Der mindestens eine Flächenkontakt befindet sich direkt an der Halbleiterschichtenfolge, insbesondere direkt an dem ersten Schichtbereich. Über den Flächenkontakt wird Strom in die Halbleiterschichtenfolge eingeprägt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform erstreckt sich die Halbleiterschichtenfolge durchgehend über den mindestens einen Flächenkontakt hinweg. Das heißt, in Draufsicht gesehen ist der erste Flächenkontakt vollständig von der Halbleiterschichtenfolge bedeckt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die zweite Kontaktstruktur mehrere Kontaktzapfen, auch als Vias bezeichnet, insbesondere pro Flächenkontakt. Die Kontaktzapfen können elektrisch unabhängig voneinander ansteuerbar sein, auch innerhalb eines Flächenkontakts. Die mindestens zwei oder mindestens drei Kontaktzapfen erstrecken sich von einer Seite der Halbleiterschichtenfolge her, an der sich die erste Kontaktstruktur befindet, durch den zugehörigen Flächenkontakt, den ersten Schichtbereich und die aktive Zone hindurch in den zweiten Schichtbereich.
Mit anderen Worten handelt es sich bei den Kontaktzapfen um elektrische Durchkontaktierungen durch die aktive Zone hindurch. In lateraler Richtung, also senkrecht zu einer Wachstumsrichtung der Halbleiterschichtenfolge, sind die Kontaktzapfen von der Halbleiterschichtenfolge bevorzugt elektrisch isoliert. Damit ist es möglich, dass die Kontaktzapfen ausschließlich in Richtung parallel zur Wachstumsrichtung der Halbleiterschichtenfolge und/oder lediglich in direktem Kontakt mit dem zweiten Schichtbereich stehen. Dabei durchdringen die Kontaktzapfen den zweiten Schichtbereich nicht vollständig, sodass die Kontaktzapfen innerhalb des zweiten Schichtbereichs enden.
In mindestens einer Ausführungsform umfasst das optoelektronische Halbleiterbauteil eine von einem Aufwachssubstrat abgelöste Halbleiterschichtenfolge mit einer aktiven Zone zur Erzeugung von Licht zwischen einem ersten Schichtbereich und einem zweiten Schichtbereich. Ferner sind eine erste und eine zweite elektrische Kontaktstruktur vorhanden, über die der erste Schichtbereich und der zweite Schichtbereich elektrisch kontaktiert sind. Ein Trägersubstrat befindet sich an einer der Halbleiterschichtenfolge abgewandten Seite der ersten und der zweiten Kontaktstruktur. Die erste Kontaktstruktur umfasst mindestens einen Flächenkontakt, der sich direkt an der Halbleiterschichtenfolge befindet und über den sich die Halbleiterschichtenfolge durchgehend hinweg erstreckt. Die zweite Kontaktstruktur umfasst mindestens zwei Kontaktzapfen, die bevorzugt elektrisch unabhängig voneinander ansteuerbar sind. Die Kontaktzapfen erstrecken sich von einer Seite der Halbleiterschichtenfolge, an der sich die erste Kontaktstruktur befindet, durch den Flächenkontakt, den ersten Schichtbereich und die aktive Zone hindurch in den zweiten Schichtbereich.
Mit dem hier beschriebenen Halbleiterbauteil ist eine kompakte Bauform gegeben. Dabei ist es auf kostengünstige und effiziente Weise möglich, insbesondere mit einem einzelnen Leuchtdiodenchip verschiedene Raumsegmente kontrolliert auszuleuchten. Dabei können ein lokaler Farbeindruck und/oder eine räumliche Abstrahlcharakteristik verändert werden.
Insbesondere handelt es sich bei dem Halbleiterbauteil um einen oberflächenmontierbaren Chip ohne Aufwachssubstrat, wobei die Flächenkontakte, optional zusammen mit Komponenten aus der zweiten Kontaktstruktur, einen segmentierten Spiegel bilden. Dabei sind bevorzugt sowohl eine erste Spiegelebene, gebildet durch die erste Kontaktstruktur, als auch eine zweite Spiegelebene, weiter von der Halbleiterschichtenfolge entfernt liegend und gebildet durch die zweite Kontaktstruktur, segmentiert. Eine Segmentierung der Halbleiterschichtenfolge kann in gleicher Weise geometrisch gestaltet sein wie eine Segmentierung in die Flächenkontakte, beispielsweise mittels Ätzen. Mit anderen Worten handelt es sich bei dem hier beschriebenen Halbleiterbauteil bevorzugt um eine Grobsegmentierung eines LED-Chips, beispielsweise in neun Segmente.
Das heißt, das hier beschriebene Halbleiterbauteil stellt einen vergleichsweise einfach aufgebauten LED-Chip dar, der aufgrund der beschriebenen Segmentierung einen Strahlungskörper mit räumlich ansteuerbarer Abstrahlcharakteristik ergibt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Halbleiterbauteil mehrere der Flächenkontakte. Die Flächenkontakte sind bevorzugt in Draufsicht gesehen nebeneinander angeordnet und überlappen bevorzugt einander nicht. Die Flächenkontakte können in einer gemeinsamen Ebene senkrecht zur Wachstumsrichtung der Halbleiterschichtenfolge liegen. Dabei sind zumindest manche oder alle der Flächenkontakte elektrisch unabhängig voneinander ansteuerbar. Es ist möglich, dass einzelne der Flächenkontakte nur gemeinsam elektrisch ansteuerbar sind, wobei jedoch mindestens zwei Gruppen von unabhängig voneinander ansteuerbaren Flächenkontakten vorhanden sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind durch die Kontaktzapfen und/oder durch die Flächenkontakte mehrere Leuchtbereiche gebildet, in Draufsicht gesehen. Die Leuchtbereiche lassen sich über die Kontaktzapfen und/oder die Flächenkontakte einzeln und unabhängig voneinander ansteuern. Mit anderen Worden sind die Kontaktzapfen oder auch Gruppen von Kontaktzapfen elektrisch unabhängig ansteuerbar, entsprechendes gilt bevorzugt für die Flächenkontakte.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform gehen die Leuchtbereiche, sichtbar in eingeschaltetem Zustand des Halbleiterbauteils, fließend ineinander über. Mit anderen Worten bilden die Leuchtbereiche insbesondere benachbarter Kontaktzapfen keine scharfe Hell-Dunkel-Grenze aus. Dies gilt insbesondere an einer der ersten Kontaktstruktur abgewandten Seite der Halbleiterschichtenfolge, etwa direkt an dieser Seite. Das heißt, die entsprechenden Kontaktzapfen innerhalb eines Flächenkontakts sind elektrisch über den zweiten Schichtbereich miteinander verbunden. Innerhalb eines Flächenkontakts liegt in diesem Fall weder eine Strukturierung des Flächenkontakts noch der Halbleiterschichtenfolge in separate, elektrisch unabhängig ansteuerbare oder voneinander elektrisch isolierte Bereiche vor. Insbesondere erstrecken sich die Kontaktzapfen in den durchgehenden, zusammenhängenden und bis auf die Kontaktzapfen innerhalb der Flächenkontakte bevorzugt nicht weiter strukturierten zweiten Schichtbereich.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind manchen, den meisten oder jedem der Flächenkontakte mehrere der Kontaktzapfen zugeordnet, insbesondere eindeutig zugeordnet. Hierdurch ist es möglich, dass jeder der Flächenkontakte mehreren Leuchtbereichen zugeordnet ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Flächenkontakte in Form von Spaltenkontakten und die Kontaktzapfen in Form von Zeilenkontakten gestaltet und funktionalisiert. Damit ist es möglich, dass durch die Flächenkontakte entlang von Spalten und durch die Kontaktzapfen entlang von Zeilen eine matrixförmige Ansteuerung der Leuchtbereiche ermöglicht ist. Besonders bevorzugt sind mehrere Zeilen vorhanden, entlang der sich Kontaktzapfen befinden. Diesen Zeilen von Kontaktzapfen können eine oder mehrere Zeilen mit Flächenkontakten zugeordnet sein. Insbesondere gibt es nur eine einzige Zeile mit Flächenkontakten, die mehreren Zeilen von Kontaktzapfen zugeordnet ist. Weiterhin sind bevorzugt mehrere Spalten der Flächenkontakte vorhanden. Mit anderen Worten können entlang der Zeilenkontakte in der jeweiligen Zeile alle Kontaktzapfen und entlang der jeweiligen Spalte alle Flächenkontakte elektrisch kurzgeschlossen sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Halbleiterbauteil mehrere elektrische Anschlussflächen zur externen elektrischen Kontaktierung auf. Die Anschlussflächen sind beispielsweise für eine Oberflächenmontage, kurz SMT, eingerichtet oder auch für ein elektrisch leitfähiges Kleben. Ferner ist es möglich, dass die elektrischen Anschlussflächen zur Verbindung mit Bonddrähten und somit als Bond-Pads gestaltet sind. Insbesondere sind die Anschlussflächen durch eine oder mehrere Metallschichten realisiert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform befinden sich die meisten oder alle elektrischen Anschlussflächen an einer der Halbleiterschichtenfolge abgewandten Seite der Flächenkontakte. Mit anderen Worten befinden sich die Flächenkontakte in diesem Fall zwischen der Halbleiterschichtenfolge und den Anschlussflächen. Werden die Anschlussflächen oder ein Teil der Anschlussflächen über Bonddrähte kontaktiert, so weisen diese Anschlussflächen bevorzugt in Richtung weg von dem Trägersubstrat. Anschlussflächen für Bonddrähte können sich an einer der Halbleiterschichtenfolge zugewandten Seite des Trägersubstrats befinden, alternativ oder zusätzlich könnten Anschlussflächen zur Oberflächenmontage an einer der Halbleiterschichtenfolge abgewandten Seite des Trägersubstrats vorhanden sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Trägersubstrat mehrere elektrische Durchführungen. Die Durchführungen reichen bevorzugt von den Anschlussflächen an einer der Halbleiterschichtenfolge abgewandten Seite des Trägersubstrats zu dem mindestens einen Flächenkontakt und/oder zu den Kontaktzapfen oder den Kontaktstegen. Die Durchführungen können das Trägersubstrat vollständig durchlaufen. In Draufsicht gesehen können die Durchführungen vollständig innerhalb des Trägersubstrats oder auch an einem Rand des Trägersubstrats liegen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die zweite Kontaktstruktur mehrere Kontaktstege. Die Kontaktstege sind zu einer lateralen Stromverteilung, also zu einer Stromverteilung in Richtung senkrecht zur Wachstumsrichtung der Halbleiterschichtenfolge, eingerichtet. Insbesondere sind durch die Kontaktstege die Zeilenkontakte für die Kontaktzapfen gebildet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform befinden sich die Kontaktstege, gesehen entlang der Wachstumsrichtung der Halbleiterschichtenfolge, zwischen dem mindestens einen Flächenkontakt und den Anschlussflächen. Damit können die Kontaktstege die zweite Spiegelebene bilden, die sich weiter von der Halbleiterschichtenfolge entfernt befindet als die Flächenkontakte.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind je mehrere der Kontaktzapfen über die Kontaktstege der zweiten Kontaktstruktur elektrisch miteinander verbunden. Hieraus lassen sich die Zeilen aufbauen. Entlang einer der Zeilen liegt bevorzugt nur genau ein Kontaktsteg vor, alternativ können auch mehrere separate und nicht elektrisch unmittelbar miteinander verbundene Kontaktstege entlang der Zeilen der Kontaktzapfen aufeinanderfolgen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform bilden die Kontaktstege zusammen mit dem mindestens einen Flächenkontakt einen Spiegel für das im Betrieb des Halbleiterbauteils erzeugte Licht. Dazu sind bevorzugt die Flächenkontakte als auch die Kontaktstege aus einem für die erzeugte Strahlung reflektierenden Material, insbesondere einem Metall wie Aluminium oder Silber, gestaltet, zumindest an einer der Halbleiterschichtenfolge zugewandten Seite.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform bedeckt der Spiegel, gebildet durch die Kontaktstege und den mindestens einen Flächenkontakt, in Draufsicht gesehen einen Anteil von mindestens 90 % oder 95 % oder 98 % einer Grundfläche der Halbleiterschichtenfolge. Mit anderen Worten ist durch die Kontaktstege und den mindestens einen Flächenkontakt zusammengenommen ein nahezu durchgehender Spiegel für das erzeugte Licht gebildet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der erste Schichtbereich eine vernachlässigbare laterale Leitfähigkeit auf. Das heißt, im ersten Schichtbereich erfolgt im Wesentlichen nur ein Stromfluss in Richtung parallel zur Wachstumsrichtung der Halbleiterschichtenfolge.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der zweite Schichtbereich zu einer lateralen Stromverteilung eingerichtet. Das heißt, in den zweiten Schichtbereich erfolgt eine signifikante Stromaufweitung in lateraler Richtung. Hierdurch sind die ineinander fließend übergehenden Leuchtbereiche über die Flächenkontakte hinweg zwischen benachbarten Kontaktzapfen gegeben.
Beispielsweise liegt eine Ladungsträgerbeweglichkeit, insbesondere eine Elektronenbeweglichkeit, des zweiten Schichtbereichs bei mindestens 100 cm²V^-1s^-1 und/oder bei höchstens 600 cm²V^-1s^-1. Zum Beispiel für Silizium dotiertes n-GaN werden Elektronenbeweglichkeiten im Bereich von 440 cm²V^-1s^-1 oder 200 cm²V^-1s^-1 berichtet. Die Ladungsträgerbeweglichkeit, insbesondere eine Löcherbeweglichkeit, des ersten Schichtbereichs liegt dagegen bevorzugt nur bei höchstens 30 cm²V^-1s^-1 oder 10 cm²V^-1s^-1. Etwa für Mg-dotiertes GaN ergeben sich Löcherbeweglichkeiten um 5 cm²V^-1s^-1.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die laterale Leitfähigkeit des zweiten Schichtbereichs um mindestens einen Faktor 10 oder 30 oder 100 größer als die laterale Leitfähigkeit des ersten Schichtbereichs. Die laterale Leitfähigkeit des ersten Schichtbereichs kann gegenüber der lateralen Leitfähigkeit des zweiten Schichtbereichs vernachlässigbar sein.
Eine vernachlässigbare laterale Leitfähigkeit bedeutet beispielsweise, dass eine Stromrichtung oder mittlere Stromrichtung in dem ersten Schichtbereich um höchstens 10° oder 15° oder 25° von der Wachstumsrichtung der Halbleiterschichtenfolge abweicht. Beispielsweise erfolgt in dem zweiten Schichtbereich stellenweise ein Stromfluss in eine Richtung mit einem Winkel von mindestens 70° oder 80° oder 85° zur Wachstumsrichtung der Halbleiterschichtenfolge.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform erstreckt sich die Halbleiterschichtenfolge durchgehend und zusammenhängend und bevorzugt auch ununterbrochen über alle Flächenkontakte und/oder Leuchtbereiche hinweg. Dies gilt, insbesondere unter Vernachlässigung von Aussparungen für die Kontaktzapfen, bevorzugt auch mit einer gleichbleibenden Dicke. Mit anderen Worten ist die Halbleiterschichtenfolge in diesem Fall nicht wie die Flächenkontakte strukturiert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Halbleiterschichtenfolge in Draufsicht gesehen strukturiert, etwa genauso wie die Flächenkontakte und/oder die Kontaktstege, wobei eine solche Strukturierung durch die aktive Zone bis in den zweiten Schichtbereich gehen kann und der zweite Schichtbereich noch zum Teil erhalten bleibt oder die Strukturierung erfolgt bis hin zum Trägersubstrat. Durch die Strukturierung der Halbleiterschichtenfolge können zwischen benachbarten Leuchtbereichen somit Zwischenräume entstehen. Die Zwischenräume sind in Draufsicht gesehen beispielsweise linienförmig oder gitternetzförmig gestaltet. Es ist möglich, dass jeder der Leuchtbereiche von einem Zwischenbereich in einer geschlossenen Bahn umgeben ist, sodass sich innerhalb dieser Bahn dann genau ein Leuchtbereich befindet. Ebenso können mehrere Leuchtbereiche gemeinsam, insbesondere alle Leuchtbereiche eines Flächenkontakts, durch einen Zwischenbereich von übrigen Leuchtbereichen separiert sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform erstreckt sich das Trägersubstrat durchgehend, zusammenhängend und vollständig über die Halbleiterschichtenfolge hinweg. Dabei kann das Trägersubstrat eine gleichbleibende, konstante Dicke aufweisen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Halbleiterbauteil einen Gitterrahmen. Der Gitterrahmen befindet sich an einer den Flächenkontakten abgewandten Seite der Halbleiterschichtenfolge, etwa direkt an der Halbleiterschichtenfolge oder direkt an einer Passivierungsschicht der Halbleiterschichtenfolge. Beispielsweise ist der Gitterrahmen mittels Galvanisierung erzeugt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Gitterrahmen strahlungsundurchlässig für die im Betrieb erzeugte Strahlung. Insbesondere ist der Gitterrahmen reflektierend gestaltet, kann aber auch absorbierend für die erzeugte Strahlung wirken. Beispielsweise handelt es sich bei dem Gitterrahmen um eine strukturierte Metallisierung an der Halbleiterschichtenfolge. Alternativ kann der Gitterrahmen aus einem Kunststoff sein und etwa aufgedruckt werden oder kann aus einer Keramik hergestellt sein und etwa als vorgefertigtes Bauteil aufgesetzt und/oder angeklebt werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind durch den Gitterrahmen mehrere Maschen gebildet. Die einzelnen Maschen können überwiegend oder vollständig von dem Gitterrahmen ringsum umgeben sein, in Draufsicht gesehen. An einem äußeren Rand des Halbleiterbauteils können die Maschen offen sein, sodass sich der Gitterrahmen nicht ringsum um das Halbleiterbauteil herum erstreckt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Maschen je einem oder mehrerer der Leuchtbereiche zugeordnet. Es kann eine eineindeutige Zuordnung zwischen den Maschen und den Leuchtbereichen und/oder den Kontaktzapfen bestehen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist eine der Maschen oder sind manche der Maschen oder sind alle Maschen teilweise oder vollständig von einem Optikmedium ausgefüllt. Das Optikmedium kann in Richtung weg von der Halbleiterschichtenfolge bündig mit dem Gitterrahmen abschließen oder auch von dem Gitterrahmen überragt werden oder selbst den Gitterrahmen überragen. Bevorzugt umfasst das Optikmedium einen oder mehrere Leuchtstoffe zur teilweisen oder vollständigen Umwandlung von in der Halbleiterschichtenfolge erzeugtem Licht in langwelligeres Licht, einen oder mehrere Filterstoffe zum Filtern von einem oder mehreren Spektralbereichen aus der erzeugten Strahlung heraus und/oder ein oder mehrere Streumittel zur Streuung der erzeugten Strahlung. In den Maschen können auch mehrere Optikmedien, beispielsweise in Form von übereinander gestapelten Teilschichten, vorhanden sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Halbleiterbauteil einen oder mehrere Außenreflektoren. Der mindestens eine Außenreflektor erstreckt sich in Draufsicht gesehen bevorzugt ringsum um die Halbleiterschichtenfolge und/oder das Trägersubstrat und/oder den Gitterrahmen herum. Der Außenreflektor ist beispielsweise durch eine reflektierende Metallbeschichtung oder durch einen reflektierenden Verguss, etwa einem Silikon mit Titandioxidpartikeln, gebildet. In Richtung weg von der Halbleiterschichtenfolge schließt der Außenreflektor bevorzugt bündig mit dem Trägersubstrat oder, falls vorhanden, bündig mit dem Gitterrahmen ab. Durch den Außenreflektor ist es möglich, dass das Halbleiterbauteil im Betrieb nur an einer den Kontaktstrukturen abgewandten Seite der Halbleiterschichtenfolge das erzeugte Licht abstrahlt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Halbleiterbauteil ein oder, bevorzugt, mehrere Optikelemente. Das mindestens eine Optikelement ist zu einer Strahllenkung und/oder Strahlformung des erzeugten Lichts gestaltet. Beispielsweise handelt es sich bei dem zumindest einen Optikelement um eine Linse, einen Reflektor und/oder um ein Prisma.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind mehrere der Optikelemente vorhanden. Bevorzugt besteht eine eineindeutige Zuordnung zwischen den Optikelementen und den Flächenkontakten oder zwischen den Optikelementen und den Leuchtbereichen. Dies schließt nicht aus, dass die Optikelemente aus einer einzigen Basisschicht heraus geformt sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist eines oder sind manche oder sind alle der Optikelemente so auf den zugeordneten Leuchtbereichen angebracht, sodass optische Achsen der Optikelemente schräg zur Halbleiterschichtenfolge orientiert sind. Damit ist es möglich, eine Fläche selektiv zu beleuchten, indem durch die Verkippung der Hauptstrahlrichtungen definierte Raumwinkelbereiche ausgeleuchtet werden. Zu benachbarten Raumwinkelbereichen gehörende Ausleuchtungen können überlappen. Die zu beleuchtende Fläche liegt zum Beispiel ungefähr 1 m von dem Halbleiterbauteil entfernt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Halbleiterbauteil mindestens zwei oder drei oder fünf der Flächenkontakte. Alternativ oder zusätzlich sind höchstens 50 oder 25 oder 15 oder zehn Flächenkontakte vorhanden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt eine Zahl der Kontaktzapfen des Halbleiterbauteils bei mindestens drei oder sechs oder neun und/oder bei höchstens 200 oder 150 oder 100 oder 30.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind pro Flächenkontakt mindestens zwei, drei oder vier und/oder höchstens zehn oder acht oder sechs Kontaktzapfen vorhanden. Mit anderen Worten findet innerhalb der Flächenkontakte keine feine Pixelierung statt, sondern es liegt pro Flächenkontakt nur eine vergleichsweise geringe Anzahl von Kontaktzapfen vor.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der mindestens eine Flächenkontakt eine laterale Abmessung, in Richtung parallel zur Wachstumsrichtung der Halbleiterschichtenfolge, von mindestens 15 µm × 50 µm oder 25 µm × 100 µm oder 50 µm × 150 µm auf. Alternativ oder zusätzlich liegt diese laterale Abmessung bei höchstens 300 µm × 900 µm oder 500 µm × 1,5 mm oder 1 mm × 3 mm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Halbleiterbauteil für ein Blitzlicht vorgesehen. Insbesondere handelt es sich um ein Blitzlicht in einem mobilen Bildaufnahmegerät wie einem Fotoapparat oder einem Mobiltelefon oder einem Smartphone. Entsprechend umfasst das mobile Bildaufnahmegerät eines oder mehrere der hier beschriebenen Halbleiterbauteile.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die reflektiven, etwa verspiegelten Kontaktstrukturen wie die Flächenkontakte und/oder die Kontaktstege eine galvanische Verstärkung auf. Die glavanische Verstärkung ermöglicht eine Verbesserung der Stromtragfähigkeit. Zum Beispiel dient ein Metall wie Kupfer als Verstärkungsmaterial, etwa mit einer Dicke von mindestens 0,5 µm und/oder von höchstens 1 µm oder 5 µm oder 15 µm. Das Verstärkungsmaterial wird bevorzugt auf eine Diffusionssperre aufgebracht, die an einer Spiegelschicht der betreffenden Kontaktstruktur, etwa mit oder aus Silber und/oder einem transparenten leitfähigen Oxid, kurz TCO, wie ITO, angebracht ist. Hierdurch lässt sich eine Kombination aus hoher Reflektivität bei gleichzeitig hoher Stromtragfähigkeit erreichen. Beispielsweise bei einer Halbleiterschichtenfolge mit einer Kantenlänge von 1 mm können drei Bahnen mit je 1 A Stromtragfähigkeit vorhanden sein, wobei die Bahnen durch die Flächenkontakte und/oder die Kontaktstege gebildet sind. Eine Dicke der betreffenden Kontaktstruktur insgesamt liegt bevorzugt bei mindestens 0,1 µm oder 0,5 µm und/oder bei höchstens 2 µm oder 10 µm oder 20 µm.
Die vorliegende Erfindung kann auch auf ein mobiles Bildaufnahmegerät oder auf einen Scheinwerfer etwa für ein Kraftfahrzeug wie einem Auto mit mindestens einem solchen optoelektronischen Halbleiterbauteil gerichtet sein.
Darüber hinaus wird ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauteils, wie in Verbindung mit einer oder mehrerer der oben genannten Ausführungsformen beschrieben, angegeben. Merkmale des Halbleiterbauteils sind daher auch für das Verfahren offenbart und umgekehrt.
In mindestens einer Ausführungsform ist das Verfahren zur Herstellung eines oder mehrerer Halbleiterbauteile eingerichtet und umfasst zumindest die folgenden Schritte, bevorzugt in der angegebenen Reihenfolge:

A) Wachsen der Halbleiterschichtenfolge auf einem Aufwachssubstrat,
B) Erzeugen der ersten und der zweiten elektrischen Kontaktstruktur an einer dem Aufwachssubstrat abgewandten Seite der Halbleiterschichtenfolge,
C) Anbringen des Trägersubstrats an einer der Halbleiterschichtenfolge abgewandten Seite der ersten und der zweiten elektrischen Kontaktstruktur,
D) Ablösen der Halbleiterschichtenfolge von dem Aufwachssubstrat, und
E) Vereinzeln zu den Halbleiterbauteilen.

Mit dem hier beschriebenen Halbleiterbauteil lässt sich ein Blitzlicht oder ein Scheinwerfer auf LED-Basis realisieren, welches im Wesentlichen nur die Größe des zugrundeliegenden LED-Chips aufweist und eine integrierte Strahlformungsoptik beinhalten kann. Somit lässt sich ein Höchstmaß an Kompaktheit realisieren und es ist keine separate Strahlformungsoptik notwendig, die ansonsten noch angebracht werden müsste. Außerdem ist eine selektive Ausleuchtung eines Zielbereichs hinsichtlich Ort und Farbe ermöglicht. Damit kann eine kostengünstige adaptiv abstrahlende Lichtquelle realisiert werden.
Mit dem hier beschriebenen Halbleiterbauteil lässt sich ebenso eine bewegliche Objektbeleuchtung realisieren. Hierzu wird das hier beschriebene Halbleiterbauteil in einer Beleuchtungseinheit mit einem Bewegungssensor mit Ortsaufösung kombiniert. Damit kann ein von dem Halbleiterbauteil erzeugter Lichtkegel das zu beleuchtende Objekt gesteuert verfolgen und gezielt anleuchten.
Aufgrund der geringen Toleranzsensitivität bei der Platzierung der Optik sind geringe Schwankungen in einer Abstrahlcharakteristik über eine Bauteilreihe hinweg realisierbar. Weiterhin ist das Halbleiterbauteil als SMD-Bauteil der Oberflächenmontage zugänglich, etwa über ein Reflow-Löten, so dass eine Standardkontaktierung und Standardkontaktierungsverfahren verwendbar sind.
Ein Leuchtstoff kann in dem Bauteil integriert werden, sodass der Leuchtstoff etwa vor mechanischem Abrieb und anderen Umwelteinflüssen etwa beim Verbauen geschützt ist. Zudem bietet der integrierte Leuchtstoff Designvorteile in der Endanwendung, da der Leuchtstoff weniger sichtbar ist. Schließlich kann ein Großteil des Herstellungsprozesses wirtschaftlich im Waferverbund als Waferlevelprozess erfolgen. Insbesondere der Gitterrahmen und der Leuchtstoff sowie die Optik können im Waferverbund aufgebracht werden, etwa mittels Löten, Galvanisierung und/oder Kleben.
Speziell kann mit dem hier beschriebenen Halbleiterbauteil das Anwendungsgebiet zwischen einfachen LED-Chips und Mikropixel-Arrays auf LED-Basis effizient und kostengünstig erschlossen werden, also insbesondere Anwendungen, die eine räumliche, farbliche und/oder zeitliche Variabilität erfordern, jedoch nur eine vergleichsweise geringe Anzahl einzeln ansteuerbarer Bildpunkte oder Beleuchtungsmuster erfordert.
Nachfolgend werden ein hier beschriebenes optoelektronisches Halbleiterbauteil sowie ein hier beschriebenes mobiles Bildaufnahmegerät 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 bis 8 schematische Darstellungen von Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteilen,
9 eine schematische Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines hier beschriebenen mobilen Bildaufnahmegeräts mit einem hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteil, und
10 schematische Schnittdarstellungen von Verfahrensschritten eines Ausführungsbeispiels eines Herstellungsverfahrens für ein hier beschriebenes optoelektronisches Halbleiterbauteil.

In 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines optoelektronischen Halbleiterbauteils 1 illustriert, siehe die perspektivischen Explosionszeichnungen in den 1A, 1C, 1D und 1F sowie die Detaildarstellung in Figur 1E und außerdem die Draufsicht in 1B.
Das Halbleiterbauteil 1 weist eine Halbleiterschichtenfolge 2 auf. Eine aktive Zone 23 zur Erzeugung von Licht, etwa von blauem Licht, befindet sich zwischen einem ersten Schichtbereich 21, der zum Beispiel p-leitend ist, und einem zweiten Schichtbereich 22, der zum Beispiel n-leitend ist. Die Halbleiterschichtenfolge 2 basiert bevorzugt auf dem Materialsystem AlInGaN.
An einer einer Lichtaustrittsfläche abgewandten Seite der Halbleiterschichtenfolge 2 befinden sich eine erste elektrische Kontaktstruktur 31 und eine zweite elektrische Kontaktstruktur 32. Die erste elektrische Kontaktstruktur 31 ist zur elektrischen Kontaktierung des ersten Schichtbereichs 21 vorgesehen und die zweite Kontaktstruktur 32 zur elektrischen Kontaktierung des zweiten Schichtbereichs 22.
Die erste Kontaktstruktur 31 weist drei Flächenkontakte 41 auf, die entlang einer y-Richtung aufeinander folgen und sich entlang einer Wachstumsrichtung G der Halbleiterschichtenfolge 2 in einer gemeinsamen Ebene befinden. Die als Spiegel wirkenden, metallischen Flächenkontakte 41 stehen in direktem Kontakt zur Halbleiterschichtenfolge 2 und sind entlang der y-Richtung voneinander beabstandet. Die Flächenkontakte 41 sind unabhängig voneinander elektrisch ansteuerbar. Jeder der Flächenkontakte 41 ist mit einer elektrischen Anschlussfläche 33 verbunden, die in die gleiche Richtung weist wie die Lichtaustrittsfläche. Die Anschlussflächen 33 sind zur Kontaktierung mit Bonddrähten 69 vorgesehen.
An einer der Halbleiterschichtenfolge 2 abgewandten Seite 8 der Kontaktstrukturen 31, 32 befindet sich ein Trägersubstrat 6. Über das Trägersubstrat 6 ist das Halbleiterbauteil 1 an einer externen, nicht gezeichneten Montageplattform wie einer Leiterplatte befestigbar, etwa mittels Löten oder Kleben. Das Trägersubstrat 6 kann lichtundurchlässig sein und aus mehreren Teilschichten zusammengesetzt sein, zum Beispiel aus einer elektrisch isolierenden Trägerschicht 61, insbesondere direkt an den Kontaktstrukturen 31, 32, und aus einer weiteren Trägerschicht 62. Die weitere Trägerschicht 62 kann als Metallisierung gestaltet sein und als Befestigungsschicht für das Halbleiterbauteil 1 dienen.
Die zweite Kontaktstruktur 32 umfasst drei Kontaktstege 34. Die Kontaktstege 34 erstrecken sich entlang der y-Richtung durchgehend über die Halbleiterschichtenfolge 2 hinweg. Die Kontaktstege 34 sind über die Anschlussflächen 33 der zweiten Kontaktstruktur 32 elektrisch unabhängig voneinander ansteuerbar, wobei pro Kontaktsteg 34 bevorzugt genau eine Anschlussfläche 33 vorgesehen ist. Ausgehend von den Kontaktstegen 34 erstrecken sich Kontaktzapfen 42 durch die Flächenkontakte 41, durch den ersten Schichtbereich 21 und durch die aktive Zone 23 hindurch bis in den zweiten Schichtbereich 22 und enden in diesem. Dabei sind pro Flächenkontakt 41 mehrere, bevorzugt drei, Kontaktzapfen 42 vorhanden.
Durch die drei Flächenkontakte 41 mit je drei Kontaktzapfen 42 ergeben sich insgesamt neun Leuchtbereiche 5, in 1B schematisch durch eine Strichlinie angedeutet. Zwischen benachbarten Flächenkontakten 41 sind die Leuchtbereiche 5 scharf gegeneinander abgegrenzt, da der erste Schichtbereich 21 eine nur vernachlässigbare elektrische Querleitfähigkeit aufzeigt, so dass in Draufsicht gesehen neben den Flächenkontakten 41 kein signifikanter Stromfluss erzeugt.
Da der zweite Schichtbereich 22 eine gute laterale Stromleitfähigkeit aufweist und da die Halbleiterschichtenfolge 2 gemäß 1 durchgehend und zusammenhängend gestaltet ist, gehen die Leuchtbereiche 5 entlang der x-Richtung, entlang der sich die Flächenkontakte 41 durchgehend erstrecken, fließend ineinander über. Dies ist in 1B durch eine Schraffur zwischen den ineinander übergehenden Leuchtbereichen 5 veranschaulicht.
Mit anderen Worten sind die Flächenkontakte 41 als Spaltenkontakte entlang der x-Richtung und die Kontaktstege 34 als Zeilenkontakte entlang der y-Richtung ausgeführt. Über eine entsprechende Kontaktierung und Gestaltung der Anschlussflächen 33 lassen sich die einzelnen Leuchtbereiche 5 individuell oder in Gruppen ansteuern. Dabei ist es möglich, wie auch in allen anderen Ausführungsbeispielen, dass eine lediglich vereinfachte elektrische Verschaltung erfolgt, so dass nur bestimmte Segmentbilder und damit bestimmte Kombinationen von im Betrieb leuchtenden Leuchtbereichen möglich sind. Durch die vergleichsweise geringe Anzahl an Anschlussflächen, beispielsweise sechs Anschlussflächen 33, ist eine einfache anwendungsorientierte Verschaltung möglich.
Zur Vereinfachung der Darstellung sind in 1 elektrische Isolationsschichten zwischen den Kontaktstrukturen 31, 32 nicht dargestellt. Über solche elektrischen Isolierungen sind Kurzschlüsse verhindert. In 1 ist lediglich die elektrisch isolierende Trägerschicht 61 illustriert, an der sich die Anschlussflächen 33 befinden können. Die Anschlussflächen 33 für die erste und die zweite Kontaktstruktur 31, 32 befinden sich je entlang einer geraden Linie am Rand der Halbleiterschichtenfolge 2, in Draufsicht gesehen.
An einer den Kontaktstrukturen 31, 32 abgewandten Seite der Halbleiterschichtenfolge 2 befindet sich bevorzugt eine elektrische Isolationsschicht 66, die als Passivierungsschicht dient. Bevorzugt ist die Isolationsschicht 66 dünn gestaltet, zum Beispiel mit einer Dicke von höchstens 1 µm oder 0,5 µm, insbesondere ist die Isolationsschicht 66 dünner als die Halbleiterschichtenfolge 2. Abweichend von der Darstellung der 1 ist es möglich, dass an der Lichtaustrittsfläche, die direkt von der Isolationsschicht 66 bedeckt ist, eine Aufrauung zur Verbesserung einer Lichtauskoppeleffizienz erzeugt ist.
Beim Ausführungsbeispiel der 2, siehe die Draufsicht in Figur 2A, die perspektivische Detailansicht in Figur 2B und die Unteransicht in Figur 2C, ist die erste Kontaktstruktur 31 gestaltet, wie in Verbindung mit 1 erläutert.
Die Anschlussflächen 33 für die zweite Kontaktstruktur 32 befinden sich an einer Unterseite des Halbleiterbauteils 1 und sind über elektrische Durchkontaktierungen mit den Kontaktstegen 34 elektrisch verbunden. Zwischen den Anschlussflächen 33 und den Kontaktstegen 34 besteht bevorzugt eine eineindeutige Zuordnung.
Beim Ausführungsbeispiel der 3, siehe die Draufsicht in Figur 3A und die perspektivische Detailansicht in Figur 3B, ist das Trägersubstrat 6 abweichend von 1 elektrisch leitend. Somit sind die in diesem Fall lediglich optional vorhandenen Kontaktstege 34 und die Kontaktzapfen 42 über das Trägersubstrat 6 elektrisch kurzgeschlossen. Das Trägersubstrat 6 ist in diesem Fall zum Beispiel aus einem Metall wie Molybdän oder aus einem Halbleitermaterial wie Silizium.
In einer weiteren Variante wird auch ein elektrisch leitendes Trägersubstrat 6 verwendet, etwa aus Silizium, siehe die Schnittdarstellung in 3C. Jedoch sind in dem Trägersubstrat 6 mehrere Isoliergräben 68 geformt, durch die das Trägersubstrat 6 in mehrere elektrisch voneinander getrennte Bereiche unterteilt ist. Beispielsweise ist jeder dieser Bereiche einer der Anschlussflächen 33 für die erste und/oder die zweite Kontaktstruktur 31, 32 zugeordnet.
Im Ausführungsbeispiel der perspektivischen Explosionszeichnung der 4 befinden sich alle Anschlussflächen 33 an einer der Halbleiterschichtenfolge 2 abgewandten Seite der Kontaktstrukturen 31, 32. Die beispielsweise insgesamt sechs Anschlussflächen 33 sind über die Durchkontaktierungen 44 durch das Trägersubstrat 6 hindurch mit den Kontaktstegen 34 sowie den Flächenkontakten 41 elektrisch verbunden. Damit ist es möglich, dass alle Anschlussflächen 33 in Draufsicht gesehen unterhalb der Halbleiterschichtenfolge 2 liegen.
Ausgehend von der Halbleiterschichtenfolge 2 sind optional mehrere Optikelemente 75 jeweils in Form einer Sammellinse ausgebildet. Die Optikelemente 75 sind bevorzugt eineindeutig den Leuchtbereichen 5 zugeordnet. Eine zusammenhängende Schicht, aus der die Optikelemente 75 hervorgehen, befindet sich zum Beispiel direkt an der Halbleiterschichtenfolge 2.
Gemäß der Schnittdarstellung des weiteren Ausführungsbeispiels in 5 befinden sich zwischen den Optikelementen 75 und der Halbleiterschichtenfolge 2 ein Gitterrahmen 7, siehe auch die perspektivische Darstellung in 6. Der Gitterrahmen 7 ist beispielsweise durch ein Galvanisieren auf einer Saatschicht und/oder mit einem Maskenverfahren und/oder durch ein Druckverfahren erzeugt.
Durch den Gitterrahmen 7 sind Maschen 71 definiert. Die Maschen 71 sind den Leuchtbereichen 5 bevorzugt eineindeutig zugeordnet. Insbesondere ist der Gitterrahmen 7 direkt an der Halbleiterschichtenfolge 2 oder an der in den 5 und 6 nicht gezeichneten Isolationsschicht 66 aufgebracht. Eine Dicke des Gitterrahmens 7 in Richtung weg von der Halbleiterschichtenfolge 2 liegt zum Beispiel bei mindestens 100 µm und/oder bei höchstens 300 µm. Eine Stegbreite von Stegen des Gitterrahmens 7 liegt etwa bei mindestens 5 µm oder 10 µm und/oder bei höchstens 50 % einer Periode der Maschen 71 in x-Richtung und/oder in y-Richtung. Die quadratischen oder rechteckigen Maschen 71 besitzen ein Seitenverhältnis, das dem des auszuleuchtenden Zielbereichs entspricht, bevorzugt ein Seitenverhältnis von 4:3 oder 16:9 oder dem Seitenverhältnis des auszuleuchtenden Segments. Bei 3 × 3 Leuchtbereichen 5 in der Halbleiterschichtenfolge 2 entspricht somit der Gitterrahmen 7 einer Segmentierung ebenfalls von 3 × 3.
Abweichend von der Darstellung in 6 und wie auch in allen anderen Ausführungsbeispielen möglich, können die einzelnen Maschen 71, auch als Segmente bezeichnet, unterschiedliche Größen besitzen, um etwa eine höhere Homogenität eines Leuchtbilds zu erreichen. Die Maschen 71 sowie die Leuchtbereiche 5 weisen bevorzugt die gleichen Seitenverhältnisse auf wie das zu erzeugende Leuchtmuster im Fernfeld.
Der etwa metallische Gitterrahmen 7 zeigt bevorzugt eine hohe Reflektivität für das erzeugte Licht auf, beispielsweise eine Reflektivität von mindestens 85 % oder 90 %, gemittelt über die erzeugten Wellenlängen. Oberflächen des Gitterrahmens 7 können spekular reflektierend oder diffus reflektierend gestaltet sein.
In 5 ist illustriert, dass die Maschen 71 optional mit einem Optikmedium 72 ausgefüllt sind. Das Optikmedium 72 umfasst zum Beispiel einen Leuchtstoff etwa zur Erzeugung von weißem Licht. Die Maschen 71 können auch mit verschiedenen Optikmedien 72 gefüllt sein. Das Optikmedium 72 kann anorganische Leuchtstoffe wie YAG:Ce und/oder Quantenpunkte enthalten. Das Optikmedium 72 wird beispielsweise über eine Rakeltechnik eingebracht. Durch den Gitterrahmen 7 ist ein optisches Übersprechen zwischen benachbarten Optikmedien 72 und/oder zwischen benachbarten Leuchtbereichen reduziert.
Durch die Optikelemente 75 lässt sich das Optikmedium 72 versiegeln und vor Umwelteinflüssen schützen. Dabei wird, wie auch in allen anderen Ausführungsbeispielen, ein Abstand der Optikelemente zur Halbleiterschichtenfolge 2 bevorzugt durch den Gitterrahmen 7 definiert.
In den Schnittdarstellungen der 7 und 8 ist illustriert, dass die Optikelemente 75 ausmittig aufgebracht sind. Hierdurch werden die Hauptabstrahlrichtungen der emittierten Lichts L, symbolisiert durch Pfeile, gegenüber der Wachstumsrichtung G verkippt. Die ist gemäß 7 durch ausmittig aufgebrachte Sammellinsen und gemäß 8 durch Prismen realisiert. Die Oberflächen der Optikelemente 75 können, wie auch in allen anderen Ausführungsbeispielen, sphärisch, asphärisch, toroidisch oder quadrantensymmetrischpolynomisch ausgebildet sein.
Die Optikelemente 75 können größer als die Maschen 71 sein. Ebenso können zwischen den Optikelementen 75 planare Bereiche vorhanden sein, sodass nur ein Teil des abgestrahlten Lichtes das zugehörige Optikelement 75 durchläuft und somit eine diffuse Hintergrundstrahlung einer durch die Optikelemente 75 geformten, zum Beispiel kollimierten, Strahlung überlagert wird. Eine mit den Optikelementen 75 bedeckte Fläche beträgt bevorzugt mindestens 30 % oder 50 % und/oder höchstens 90 % oder 80 % der Gesamtfläche.
Gemäß der 1 bis 6 erstreckt sich die Halbleiterschichtenfolge 2 jeweils durchgehend über alle Leuchtbereiche hinweg. Dies ist aber nicht zwingend erforderlich. So kann die Halbleiterschichtenfolge 2 zwischen benachbarten Leuchtbereichen vollständig entfernt sein, wobei optional eine optische Isolationsschicht 67, etwa aus einem absorbierenden oder reflektierenden Material, eingebracht wird. Dies ist in 7 veranschaulicht.
Zudem ist es möglich, dass die Halbleiterschichtenfolge 2 zwischen benachbarten Leuchtbereichen nur zum Teil entfernt wird, siehe 8. Beispielsweise sind der erste Schichtbereich 21 und die aktive Zone 23 vollständig entfernt, sodass der zweite Schichtbereich 22 noch zum Teil erhalten ist. Alternativ ist der zweite Schichtbereich 22 vollständig oder überwiegend entfernt und optional auch die aktive Zone 23, sodass zumindest der erste Schichtbereich 21 noch zum Teil vorhanden ist.
Eine solche teilweise oder vollständige Unterbrechung der Halbleiterschichtenfolge 2 zwischen benachbarten Leuchtbereichen, die auch in allen anderen Ausführungsbeispielen möglich ist, kann entlang der Flächenkontakte 41 und/oder entlang der Kontaktstege 34, also entlang der x-Richtung und/oder entlang der y-Richtung, erfolgen.
In 9 ist ein Ausführungsbeispiel eines mobilen Bildaufnahmegeräts 10 gezeigt. Bei dem Bildaufnahmegerät 10 handelt es sich beispielsweise um ein Mobiltelefon. Neben dem hier beschriebenen Halbleiterbauteil 1 weist das Bildaufnahmegerät 10 bevorzugt zusätzlich zumindest einen Sensor 11 auf, beispielsweise ein CCD-Feld. Ferner ist optional ein Display 12 vorhanden.
Ferner ist in 10 schematisch ein Herstellungsverfahren gezeigt. Gemäß 10A wird die Halbleiterschichtenfolge 2 auf einem Aufwachssubstrat 9 aufgewachsen. Anschließend erfolgt, siehe Figur 10B, das Erzeugen der Kontaktstrukturen 31, 32. Daraufhin wird das Trägersubstrat 6 angebracht und nachfolgend wird das Aufwachssubstrat 9 entfernt, vergleiche 10C. Abschließend erfolgt ein Vereinzeln zu den Halbleiterbauteilen 1, siehe 10D.
Abweichend von der Darstellung in 10 ist es möglich, dass die Kontaktstrukturen 31, 32 nur zum Teil vor dem Anbringen des Trägersubstrats 6 erzeugt werden, etwa lediglich die Kontaktzapfen 42, die Flächenkontakte 41 und die Kontaktstege 34. Insbesondere die Anschlussflächen 33 werden bevorzugt erst nach dem Anbringen des Trägersubstrats 6 und nach dem Ablösen des Aufwachssubstrats 9 hergestellt.
In den Ausführungsbeispielen ist die Segmentierung der Spiegelebenen der Schichtbereiche 21, 22 je um 90° zueinander gedreht. Die untere Spiegelebene für den zweiten Schichtbereich 22 kann dadurch effektiv das Licht, welches durch die Segmentzwischenräume der Flächenkontakte 41 zum Trägersubstrat 6 hin nach unten durchtritt, wieder nach oben zur Halbleiterschichtenfolge 2 reflektiert werden. Jedoch können auch jeweils andere Winkel gewählt werden. Ein Abstand zwischen den Flächenkontakten 41 und/oder den Leuchtbereichen 5 beträgt in den Ausführungsbeispielen beispielsweise mindestens 1 µm und/oder höchstens 10 µm. Die Spiegelsegmente, insbesondere die Flächenkontakte 41, können jeweils als Freiformflächen ausgestaltet sein, sodass ein Beleuchtungsmuster erzeugt werden kann.
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: optoelektronisches Halbleiterbauteil
2: Halbleiterschichtenfolge
21: erster Schichtbereich (p-leitendend)
22: zweiter Schichtbereich (n-leitendend)
23: aktive Zone
31: erste elektrische Kontaktstruktur für die p-Seite
32: zweite elektrische Kontaktstruktur für die n-Seite
33: elektrische Anschlussfläche
34: Kontaktsteg der zweiten elektrischen Kontaktstruktur
41: Flächenkontakt
42: Kontaktzapfen
44: Durchkontaktierung
5: Leuchtbereich
6: Trägersubstrat
61: elektrisch isolierende Trägerschicht
62: weitere Trägerschicht
63: elektrische Durchführung
66: elektrische Isolationsschicht
67: optische Isolationsschicht
68: Isoliergraben
69: Bonddraht
7: Gitterrahmen
71: Masche des Gitterrahmens
72: Optikmedium
75: Optikelement
9: Aufwachssubstrat
10: mobiles Bildaufnahmegerät
11: Sensor
12: Display
G: Wachstumsrichtung der Halbleiterschichtenfolge
L: Licht

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

US 2011/0241031 A1 [0002]

Claims

Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) mit - einer von einem Aufwachssubstrat (9) abgelösten Halbleiterschichtenfolge (2) mit einer aktiven Zone (23) zur Erzeugung von Licht zwischen einem ersten Schichtbereich (21) und einem zweiten Schichtbereich (22), - einer ersten elektrischen Kontaktstruktur (31), über die der erste Schichtbereich (21) elektrisch kontaktiert ist, - einer zweiten elektrischen Kontaktstruktur (32), über die der zweite Schichtbereich (22) elektrisch kontaktiert ist, und - einem Trägersubstrat (6), das sich an einer der Halbleiterschichtenfolge (2) abgewandten Seite der ersten und der zweiten Kontaktstruktur (31, 32) befindet, wobei - die erste Kontaktstruktur (31) mindestens einen Flächenkontakt (41) umfasst, der sich direkt an der Halbleiterschichtenfolge (2) befindet und über den sich die Halbleiterschichtenfolge (2) durchgehend hinweg erstreckt, und - die zweite Kontaktstruktur (32) mindestens zwei Kontaktzapfen (42) umfasst, die sich von einer Seite der Halbleiterschichtenfolge (2), an der sich die erste Kontaktstruktur (31) befindet, durch den Flächenkontakt (41), den ersten Schichtbereich (21) und die aktive Zone (23) hindurch in den zweiten Schichtbereich (22) erstrecken.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, das mehrere der Flächenkontakte (41) umfasst, sodass die Flächenkontakte (41) nebeneinander angeordnet sind, wobei zumindest manche der Flächenkontakte (41) elektrisch unabhängig voneinander ansteuerbar sind.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem jedem Flächenkontakt (41) mehrere der Kontaktzapfen (42) zugeordnet sind und diese Kontaktzapfen (42) elektrisch unabhängig voneinander ansteuerbar sind, sodass jeder Flächenkontakt (41) mehrere Leuchtbereiche (5) aufweist, wobei die Flächenkontakte (41) in Form von Spaltenkontakten und die Kontaktzapfen (42) in Form von Zeilenkontakten gestaltet sind, und wobei durch die elektrisch unabhängig ansteuerbaren Kontaktzapfen (42) über den zugehörigen Flächenkontakt (41) hinweg im Betrieb in Draufsicht gesehen die Leuchtbereiche (5) fließend ineinander übergehend.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem die Flächenkontakte (41) in Form von Spaltenkontakten und die Kontaktzapfen (42) in Form von Zeilenkontakten gestaltet sind, wobei die zweite Kontaktstruktur (32) mehrere Kontaktstege (34) zur lateralen Stromverteilung umfasst.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend elektrische Anschlussflächen (33) zur externen elektrischen Kontaktierung des Halbleiterbauteils (1) , wobei die Anschlussflächen (33) zu einer Oberflächenmontage und/oder als Bonddraht-Kontaktflächen gestaltet sind und sich an einer der Halbleiterschichtenfolge (2) abgewandten und/oder zugewandten Seite des Trägersubstrats (6) befinden.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem das Trägersubstrat (6) mehrere elektrische Durchführungen (63) umfasst, die von den Anschlussflächen (33) an einer der Halbleiterschichtenfolge (2) abgewandten Seite des Trägersubstrats (6) zu dem mindestens einen Flächenkontakt (41) und/oder zu den Kontaktzapfen (42) oder den Kontaktstegen (33) reichen.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Kontaktstege (34) zusammen mit dem mindestens einen Flächenkontakt (41) einen Spiegel für das im Betrieb erzeugte Licht bilden und dieser Spiegel in Draufsicht gesehen einen Anteil von mindestens 95 % einer Grundfläche der Halbleiterschichtenfolge (2) bedeckt und zwischen dem Trägersubstrat (6) und der Halbleiterschichtenfolge (2) liegt.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der erste Schichtbereich (21) p-leitend und der zweite Schichtbereich (22) n-leitend ist und die Halbleiterschichtenfolge (2) auf dem Materialsystem AlInGaN basiert, sodass eine laterale Leitfähigkeit des ersten Schichtbereichs (21) vernachlässigbar ist, wobei über den zweiten Schichtbereich (22) eine laterale Stromverteilung erfolgt.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem sich die Halbleiterschichtenfolge (2) durchgehend über alle Flächenkontakte (41) und Leuchtbereiche (5) mit einer gleichbleibenden Dicke hinweg erstreckt.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem die Halbleiterschichtenfolge (2) in Draufsicht gesehen in gleicher Weise strukturiert ist wie die Flächenkontakte (41), die Kontaktzapfen (42) und/oder die Kontaktstege (34), sodass die Halbleiterschichtenfolge (2) in Draufsicht gesehen zwischen benachbarten Flächenkontakten (41), Kontaktzapfen (42) und/oder Kontaktstegen (34) teilweise oder vollständig entfernt ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das ferner einen strahlungsundurchlässigen Gitterrahmen (7) an einer den Kontaktstrukturen (31, 32) abgewandten Seite der Halbleiterschichtenfolge (2) umfasst.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem die Maschen (71) mindestens teilweise von einem Optikmedium (72), das einen Leuchtstoff, einen Filterstoff und/oder ein Streumittel beinhaltet, ausgefüllt sind, wobei ferner ein Außenreflektor (73) vorhanden ist, der sich in Draufsicht gesehen ringsum um die Halbleiterschichtenfolge (2) erstreckt, sodass das Halbleiterbauteil (1) nur an einer den Kontaktstrukturen (31, 32) abgewandten Seite der Halbleiterschichtenfolge (2) das im Betrieb erzeugte Licht abstrahlt.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das ferner mehrere Optikelemente (75) umfasst, wobei zumindest manche der Optikelemente (75) so auf den zugeordneten Leuchtbereichen (5) angebracht sind, sodass optische Achsen der Optikelemente (75) schräg zur Halbleiterschichtenfolge (2) orientiert sind.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das zwischen einschließlich 3 und 25 der Flächenkontakte (41) und zwischen einschließlich 6 und 150 der Kontaktzapfen (42) umfasst und pro Flächenkontakt (41) zwischen einschließlich 2 und 8 der Kontaktzapfen (42) vorhanden sind, wobei laterale Abmessungen der Flächenkontakte (41) zwischen einschließlich 25 µm × 100 µm und 500 µm × 1,5 mm betragen.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das für ein Blitzlicht in einem mobilen Bildaufnahmegerät (10) vorgesehen ist.
Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauteils (1) nach einem der vorherigen Ansprüche mit den folgenden Schritten: A) Wachsen der Halbleiterschichtenfolge (2) auf einem Aufwachssubstrat (66), B) Erzeugen der ersten und der zweiten elektrischen Kontaktstruktur (31, 32) an einer dem Aufwachssubstrat (66) abgewandten Seite der Halbleiterschichtenfolge (2), C) Anbringen des Trägersubstrats (6) an einer der Halbleiterschichtenfolge (2) abgewandten Seite der ersten und der zweiten elektrischen Kontaktstruktur (31, 32), D) Ablösen der Halbleiterschichtenfolge (2) von dem Aufwachssubstrat (66), und E) Vereinzeln zu den Halbleiterbauteilen (1).