DE102017125105A1

DE102017125105A1 - Optoelektronischer Halbleiterchip

Info

Publication number: DE102017125105A1
Application number: DE102017125105.7A
Authority: DE
Inventors: Roland Heinrich Enzmann; Lorenzo Zini; Vanessa Eichinger; Stefan BARTHEL
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2017-10-26
Filing date: 2017-10-26
Publication date: 2019-05-02
Also published as: US11456404B2; US20200251639A1; WO2019081658A1

Abstract

Es wird ein optoelektronischer Halbleiterchip (1) angegeben umfassend- einen Halbleiterkörper (2),- ein erstes und zweites Kontaktelement (4, 5), die zur elektrischen Kontaktierung des Halbleiterkörpers (2) vorgesehen sind,- einen Chipträger (3), auf dem der Halbleiterkörper (2) und das erste und zweite Kontaktelement (4, 5) nebeneinander angeordnet sind, wobei das erste und zweite Kontaktelement (4, 5) auf einer ersten Seite (I) des Halbleiterkörpers (2) angeordnet sind,- eine elektrisch leitende Kontaktschicht (6),- eine elektrisch leitende Zuleitungsschicht (7),- eine Isolationsschicht (8), die zwischen der Kontaktschicht (6) und der Zuleitungsschicht (7) angeordnet ist, und- zumindest ein elektrisch leitendes Durchführungselement (9), das in die Isolationsschicht (8) eingebettet ist und die Zuleitungsschicht (7) mit der Kontaktschicht (6) elektrisch verbindet, wobei eine Anzahl und/oder Größe (a1, a2) der Durchführungselemente (9) auf einer der ersten Seite (I) gegenüberliegenden zweiten Seite (II) des Halbleiterkörpers (2) größer ist als auf der ersten Seite (I).

Description

Es wird ein optoelektronischer Halbleiterchip angegeben, der einen Halbleiterkörper und Kontaktelemente zur elektrischen Kontaktierung des Halbleiterkörpers aufweist, die vorzugsweise seitlich des Halbleiterkörpers, insbesondere auf derselben Seite des Halbleiterkörpers, angeordnet sind. Vorzugsweise ist der Halbleiterchip ein Hochstrom-Halbleiterchip, der im normalen Betrieb eine Stromdichte von mindestens 4 A/mm² und eine Vorwärtsspannung von 4,5 V +/- 2 V aufweist.
Bei einem derartigen Halbleiterchip kann insbesondere dann, wenn die Stromeinprägung in den Halbleiterkörper mittels einer relativ dünnen Kontaktschicht erfolgt, das Problem des sogenannten „current crowding“ auftreten, das heißt, dass eine inhomogene Stromdichteverteilung in der Nähe der Kontaktelemente, insbesondere im Bereich eines p-Kontaktelements, existiert. Dabei ist die Stromdichte nahe des p-Kontaktelements relativ hoch. Die inhomogene Stromdichteverteilung führt bei einem Strahlung emittierenden Halbleiterchip dazu, dass die Intensität der emittierten Strahlung über den Halbleiterchip hinweg schwankt. Auch die Temperatur kann über den Halbleiterchip hinweg schwanken. Die dabei auftretenden Stromdichte- und Temperaturspitzen können zu einer überproportional starken Degradation des Halbleiterkörpers führen.
Eine zu lösende Aufgabe besteht vorliegend darin, einen optoelektronischen Halbleiterchip mit vergleichsweise homogener Stromdichteverteilung anzugeben. Diese Aufgabe wird unter anderem durch einen optoelektronischen Halbleiterchip mit den Merkmalen des unabhängigen Gegenstandsanspruchs gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen des optoelektronischen Halbleiterchips sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der optoelektronische Halbleiterchip einen Halbleiterkörper mit einem ersten Halbleiterbereich und einem zweiten Halbleiterbereich. Ferner weist der Halbleiterkörper eine erste Hauptfläche und eine der ersten Hauptfläche gegenüberliegende zweite Hauptfläche auf, wobei insbesondere die erste Hauptfläche durch eine Oberfläche des ersten Halbleiterbereichs und die zweite Hauptfläche durch eine Oberfläche des zweiten Halbleiterbereichs gebildet wird. Insbesondere begrenzen die erste Hauptfläche und die zweite Hauptfläche den Halbleiterkörper in einer vertikalen Richtung.
Ferner weist der Halbleiterkörper vorzugsweise mindestens eine Seitenfläche auf, welche die erste Hauptfläche mit der zweiten Hauptfläche verbindet. Die Anzahl der Seitenflächen bestimmt sich nach der Geometrie des Halbleiterkörpers. Beispielsweise kann der Halbleiterkörper eine an einen Pyramidenstumpf angenäherte geometrische Form aufweisen. Dabei weist der Halbleiterkörper mehrere Seitenflächen auf. Die mindestens eine Seitenfläche ist vorzugsweise weitgehend quer zu der ersten und zweiten Hauptfläche angeordnet. „Quer“ bedeutet, dass ein Normalenvektor der Seitenfläche nicht parallel zu einem Normalenvektor der ersten und/oder zweiten Hauptfläche verläuft. Vorzugsweise begrenzt die mindestens eine Seitenfläche den Halbleiterkörper in einer oder mehreren lateralen Richtungen. Die lateralen Richtungen sind in einer Ebene angeordnet, deren Normalenvektor parallel zu einer vertikalen Richtung angeordnet ist. Insbesondere bezeichnet die Richtung, in welcher der zweite Halbleiterbereich auf den ersten Halbleiterbereich folgt, die vertikale Richtung.
Weiterhin kann die zumindest eine Seitenfläche eine aus mindestens zwei Teilflächen zusammengesetzte Fläche sein. Beispielsweise können die Teilflächen ebene Flächen sein, deren Flächennormalen quer, das heißt nicht parallel, zueinander verlaufen.
Der erste Halbleiterbereich kann eine erste Leitfähigkeit und der zweite Halbleiterbereich eine zweite Leitfähigkeit aufweisen. Vorzugsweise handelt es sich bei dem ersten Halbleiterbereich um einen p-leitenden Halbleiterbereich. Weiterhin handelt es sich bei dem zweiten Halbleiterbereich insbesondere um einen n-leitenden Halbleiterbereich. Der erste und zweite Halbleiterbereich können jeweils eine Schichtenfolge aufweisen. Dabei ist es möglich, dass der erste Halbleiterbereich und der zweite Halbleiterbereich neben dotierten eine oder mehrere undotierte Schichten enthalten.
Der erste und zweite Halbleiterbereich können mittels eines Epitaxie-Verfahrens schichtenweise nacheinander auf einem Aufwachssubstrat hergestellt werden, wobei vorzugsweise zunächst der zweite Halbleiterbereich auf das Aufwachssubstrat und anschließend der erste Halbleiterbereich auf den zweiten Halbleiterbereich aufgebracht wird. Als Materialien für das Aufwachssubstrat kommen beispielsweise Saphir, SiC und/oder GaN in Frage. Das Aufwachssubstrat kann nach der Herstellung des Halbleiterkörpers zumindest teilweise entfernt werden, so dass die zweite Hauptfläche beziehungsweise eine Oberfläche des zweiten Halbleiterbereichs zumindest teilweise freigelegt wird.
Der Halbleiterkörper weist mit Vorteil eine aktive Zone auf, die zur Strahlungserzeugung oder zur Strahlungsdetektion geeignet ist. Insbesondere ist die aktive Zone eine p-n-Übergangszone. Die aktive Zone kann dabei als eine Schicht oder als eine Schichtenfolge mehrerer Schichten ausgebildet sein. Beispielsweise emittiert die aktive Zone im Betrieb des Halbleiterchips elektromagnetische Strahlung, etwa im sichtbaren, ultravioletten oder infraroten Spektralbereich. Alternativ kann die aktive Zone im Betrieb des Halbleiterchips elektromagnetische Strahlung absorbieren und diese in elektrische Signale oder elektrische Energie umwandeln. Die aktive Zone ist insbesondere zwischen dem ersten Halbleiterbereich und dem zweiten Halbleiterbereich angeordnet. Ein wesentlicher Anteil der von der aktiven Zone erzeugten oder absorbierten Strahlung tritt vorzugsweise durch die zweite Hauptfläche des Halbleiterkörpers hindurch. Mit Vorteil ist die zweite Hauptfläche von den seitlich des Halbleiterkörpers angeordneten Kontaktelementen unbedeckt, so dass diese an der zweiten Hauptfläche keine Strahlungsverluste verursachen können.
Die Schichten des Halbleiterkörpers enthalten vorzugsweise mindestens ein III/V-Halbleitermaterial, etwa ein Material aus den Materialsystemen InxGayAl1-x-yP, InxGayAl1-x-yN oder InxGayAl1-x-yAs, jeweils mit 0 ≤ x, y ≤ 1 und x + y ≤ 1. III/V-Halbleitermaterialien sind zur Strahlungserzeugung im ultravioletten (InxGayAl1-x-yN), über den sichtbaren (InxGayAl1-x-yN, insbesondere für blaue bis grüne Strahlung, oder InxGayAl1-x-yP, insbesondere für gelbe bis rote Strahlung) bis in den infraroten (InxGayAl1-x-yAs) Spektralbereich besonders geeignet.
Weiterhin weist der Halbleiterchip gemäß zumindest einer Ausführungsform ein erstes und zweites Kontaktelement auf, die zur elektrischen Kontaktierung des Halbleiterkörpers vorgesehen sind. Bei den Kontaktelementen handelt es sich insbesondere um außerhalb des Halbleiterkörpers angeordnete elektrisch leitfähige Schichten, die von außen, beispielsweise mittels Bonddrähten, elektrisch kontaktiert werden können. Dabei kann das erste Kontaktelement einen p-Kontakt und das zweite Kontaktelement einen n-Kontakt bilden.
Ferner umfasst der Halbleiterchip gemäß einer bevorzugten Ausführungsform einen Chipträger. Bei dem Chipträger kann es sich um ein Substrat handeln, das von dem für die Herstellung des Halbleiterkörpers verwendeten Aufwachssubstrat verschieden ist. Der Chipträger enthält mit Vorteil ein Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit, beispielsweise ein Metall, ein Halbleitermaterial oder ein keramisches Material. Der Chipträger kann elektrisch leitend oder elektrisch isolierend ausgeführt sein. Für den Chipträger geeignete Materialien sind zum Beispiel Si3N4 und AlN.
Der Halbleiterkörper und das erste und zweite Kontaktelement sind vorzugsweise nebeneinander auf dem Chipträger angeordnet. In anderen Worten sind die drei Elemente lateral höchstens teilweise überlappend angeordnet. Weiterhin sind das erste und zweite Kontaktelement vorzugsweise auf einer ersten Seite des Halbleiterkörpers angeordnet. Dadurch können mehrere derartige Halbleiterchips aneinander gereiht und randseitig problemlos elektrisch kontaktiert werden. Die verschiedenen Seiten des Halbleiterkörpers werden insbesondere durch die verschiedenen Seitenflächen des Halbleiterkörpers definiert.
Darüber hinaus weist der Halbleiterchip bei einer bevorzugten Ausführungsform eine elektrisch leitende Kontaktschicht auf, die auf der ersten, dem Chipträger zugewandten Hauptfläche des Halbleiterkörpers angeordnet ist. Vorzugsweise ist die Kontaktschicht aus einem elektrisch leitfähigen und insbesondere hochreflektierenden Material, etwa aus einem Metall wie Silber oder Aluminium, oder einem elektrisch leitfähigen Oxid, etwa ZnO, gebildet. Die Kontaktschicht kann aus einer Schichtenfolge aus Metallschichten und leitfähigen Oxidschichten gebildet sein. Eine Dicke der Kontaktschicht beträgt vorzugsweise zwischen einschließlich 100 nm und einschließlich 500 nm. Hierbei bezeichnet die „Dicke“ insbesondere eine maximale vertikale Ausdehnung der Schicht.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung handelt es sich bei der Kontaktschicht um eine zusammenhängende Schicht. Dies bedeutet, dass alle Bereiche der Kontaktschicht miteinander verbunden sind. Dies ist insbesondere im Hinblick auf eine Bestromung des Halbleiterkörpers mittels der Kontaktschicht vorteilhaft. Weiterhin weist die Kontaktschicht vorzugsweise eine homogene Dicke auf. „Homogen“ bedeutet hierbei, dass Dickenabweichungen in der Kontaktschicht höchstens 20 % von einem Mittelwert betragen.
Weiterhin weist der Halbleiterchip bei einer bevorzugten Ausführungsform eine elektrisch leitende Zuleitungsschicht auf, die auf einer dem Halbleiterkörper abgewandten Seite der Kontaktschicht angeordnet und mit dem ersten Kontaktelement verbunden ist. Insbesondere ist die Zuleitungsschicht mit dem ersten Kontaktelement elektrisch leitend verbunden und grenzt direkt an dieses an. Die Zuleitungsschicht kann aus einem elektrisch leitfähigen Material, etwa aus einem Metall wie Au, gebildet sein. Die Dicke der Zuleitungsschicht beträgt vorzugsweise zwischen einschließlich 200 nm und einschließlich 1 µm. Insbesondere ist die Zuleitungsschicht dicker ausgebildet als die Kontaktschicht.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung handelt es sich bei der Zuleitungsschicht um eine zusammenhängende Schicht. Dies bedeutet, dass alle Bereiche der Zuleitungsschicht miteinander verbunden sind. Weiterhin kann die Zuleitungsschicht eine größtenteils homogene Dicke aufweisen. Beispielsweise kann die Zuleitungsschicht nahe des ersten Kontaktelements dicker ausgebildet sein als in vom Halbleiterkörper bedeckten Bereichen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist der Halbleiterchip eine Isolationsschicht auf, die zwischen der Kontaktschicht und der Zuleitungsschicht angeordnet ist. Mittels der Isolationsschicht ist die Kontaktschicht bereichsweise von der Zuleitungsschicht elektrisch isoliert. Geeignete Materialien für die Isolationsschicht sind elektrisch schwach oder nicht-leitende Materialien, insbesondere Siliziumoxide oder Siliziumnitride. Die Dicke der Isolationsschicht beträgt vorzugsweise zwischen einschließlich 200 nm und einschließlich 2 µm. Die Isolationsschicht kann einschichtig oder mehrschichtig ausgebildet sein. Bei einer mehrschichtigen Isolationsschicht weist diese mindestens zwei verschiedenartige Teilschichten auf, die beispielsweise aus verschiedenen Materialien, etwa aus SiO2 und SiN, gebildet sind. Die Dicke einer Teilschicht beträgt vorzugsweise 10 nm, wobei Dickenabweichungen insbesondere höchstens 20 % von einem Mittelwert betragen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Halbleiterchip zumindest ein elektrisch leitendes Durchführungselement auf, das in die Isolationsschicht eingebettet ist und die Zuleitungsschicht mit der Kontaktschicht elektrisch verbindet. Das zumindest eine Durchführungselement ist aus einem elektrisch leitfähigen Material, etwa aus einem Metall wie Au, gebildet. Insbesondere kann das Durchführungselement aus dem gleichen Material wie die Zuleitungsschicht gebildet sein. Das Durchführungselement kann die geometrische Form eines Zylinders oder Prismas aufweisen. Im Falle mehrerer Durchführungselemente sind diese insbesondere nicht zusammenhängend, sondern separat ausgebildet.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist eine Anzahl und/oder Größe der Durchführungselemente auf einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite des Halbleiterkörpers größer als auf der ersten Seite. Die „Größe“ bezeichnet insbesondere den Flächeninhalt eines parallel zur ersten Hauptfläche durchgeführten Querschnitts eines Durchführungselements. Im Falle eines einzigen Durchführungselements ist dieses auf der zweiten Seite des Halbleiterkörpers angeordnet. Es befindet sich also auf der ersten Seite kein Durchführungselement, so dass folglich die Anzahl der Durchführungselemente auf der zweiten Seite größer ist als auf der ersten Seite. Im Falle mehrerer Durchführungselemente nimmt insbesondere deren Größe von der ersten zur zweiten Seite zu. Mittels der Anordnung und/oder Struktur, das heißt insbesondere Größe und Form, des Durchführungselements kann die Stromdichteverteilung im Halbleiterkörper gezielt beeinflusst werden.
Insbesondere ist das zumindest eine elektrisch leitende Durchführungselement derart angeordnet und ausgestaltet, dass im Betrieb zwischen dem ersten und zweiten Kontaktelement eine Vielzahl von Strompfaden mit jeweils einem Gesamt-Serienwiderstand bestehen, wobei die Strompfade größtenteils denselben Gesamt-Serienwiderstand aufweisen. Dies führt vorteilhafterweise dazu, dass die Intensität der emittierten Strahlung über den Halbleiterchip hinweg relativ konstant ist. Im Vergleich dazu bestehen in einem Halbleiterchip, bei dem die Kontaktschicht direkt und nicht mittelbar mithilfe von zumindest einem Durchführungselement bestromt wird, Strompfade mit sehr unterschiedlichen Gesamt-Serienwiderständen, was zu den eingangs genannten Problemen inhomogener Stromeinprägung und inhomogener Stromdichteverteilung führt.
Das Kriterium, dass die Strompfade größtenteils denselben Gesamt-Serienwiderstand aufweisen, ist insbesondere dann erfüllt, wenn mindestens 50 % der Strompfade einen Gesamt-Serienwiderstand aufweisen, der von einem Idealwert höchstens 10 % abweicht. Insbesondere ist der vorliegend beschriebene Halbleiterchip ein Hochstrom-Halbleiterchip, der im normalen Betrieb eine Stromdichte von mindestens 4 A/mm², insbesondere von mindestens 5 A/mm², aufweist. Ein solcher Halbleiterchip kann eine Vorwärtsspannung von 4,5 V +/- 2 V und einen Gesamtstrom von 10 A aufweisen. Der ideale Gesamt-Serienwiderstand liegt damit zwischen 0,1 und 0,65 Ω.
Dabei verläuft ein Strompfad ausgehend von dem ersten Kontaktelement durch die Zuleitungsschicht, durch das zumindest eine Durchführungselement, durch die Kontaktschicht und durch den Halbleiterkörper hindurch bis zum zweiten Kontaktelement. Der Gesamt-Serienwiderstand entlang eines Strompfades setzt sich grundsätzlich aus den verschiedenen Serienwiderständen der vom Strom durchflossenen Schichten beziehungsweise Elemente zusammen. Vorliegend wird der Gesamt-Serienwiderstand hauptsächlich durch die verschiedenen Serienwiderstände der Zuleitungsschicht, des zumindest einen Durchführungselements, der Kontaktschicht, des Halbleiterkörpers, einer Anschlussschicht des zweiten Halbleiterbereichs sowie des zweiten Kontaktelements bestimmt. Während die Serienwiderstände der Kontaktschicht und des Halbleiterkörpers für die verschiedenen Strompfade im Wesentlichen konstant sind, ändern sich die Serienwiderstände der Zuleitungsschicht und der Durchführungselemente.
Im Betrieb nimmt insbesondere der Serienwiderstand der Zuleitungsschicht von der ersten zur zweiten Seite des Halbleiterkörpers zu. Dieser Umstand ist beispielsweise bei einer zusammenhängend ausgebildeten Zuleitungsschicht größtenteils homogener Dicke zwischen einschließlich 200 nm und einschließlich 3 µm verwirklicht.
Weiterhin nimmt bei mehreren Durchführungselementen im Betrieb vorzugsweise der Serienwiderstand der Durchführungselemente von einer ersten zu einer zweiten Seite des Halbleiterkörpers ab. Dieser Umstand ist beispielsweise dann verwirklicht, wenn die Größe der Durchführungselemente von der ersten zur zweiten Seite zunimmt. Beispielsweise können die Durchführungselemente nahe des ersten Kontaktelements einen Durchmesser, das heißt eine laterale Ausdehnung, von einschließlich 0,2 µm bis einschließlich 0,5 µm und entfernt vom ersten Kontaktelement, insbesondere auf der zweiten Seite des Halbleiterkörpers, einen Durchmesser von etwa 3 µm aufweisen. Der Durchmesser kann also von der ersten zur zweiten Seite auf das 10-Fache ansteigen. Dabei sind die Durchführungselemente vorzugsweise bei einer dünneren Zuleitungsschicht insgesamt kleiner als bei einer dickeren Zuleitungsschicht.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Halbleiterchip mehrere Durchführungselemente auf, die versetzt zueinander in Reihen angeordnet sind. In anderen Worten sind die Durchführungselemente matrixartig angeordnet. Dabei nimmt vorzugsweise die Größe der Durchführungselemente in einer Reihe von der ersten zu der zweiten Seite des Halbleiterkörpers zu. Weiterhin kann die Größe der Durchführungselemente in einer Reihe von einer dritten zu einer der dritten gegenüberliegenden vierten Seite des Halbleiterkörpers konstant sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Halbleiterchip ein einziges flächig ausgebildetes Durchführungselement auf, das an der zweiten Seite des Halbleiterkörpers angeordnet ist und sich entlang einer die erste Hauptfläche begrenzenden Seitenkante des Halbleiterkörpers erstreckt. Auch bei dieser Ausführungsform nimmt der Serienwiderstand zwischen der Zuleitungsschicht und der Kontaktschicht im Betrieb von der ersten zur zweiten Seite des Halbleiterkörpers ab. Beispielsweise kann das Durchführungselement streifenförmig ausgebildet sein. Eine Breite des Durchführungselements beträgt vorzugsweise zwischen einschließlich 70 µm und 90 µm.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung kann der optoelektronische Halbleiterchip mehrere streifenförmige Durchführungselemente aufweisen, die sich von der dritten Seite zu der vierten Seite des Halbleiterkörpers erstrecken. In anderen Worten sind die streifenförmigen Durchführungselemente gitterartig angeordnet. Die Breite der Durchführungselemente nimmt dabei vorzugsweise von der ersten zur zweiten Seite des Halbleiterkörpers zu.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Halbleiterchip mehrere Durchkontaktierungen auf, die sich jeweils ausgehend vom Chipträger durch die Zuleitungsschicht, durch die Isolationsschicht, durch die Kontaktschicht und den ersten Halbleiterbereich hindurch bis in den zweiten Halbleiterbereich erstrecken. Dabei sind die Durchkontaktierungen jeweils in Öffnungen angeordnet, die sich durch die Zuleitungsschicht, durch die Isolationsschicht, durch die Kontaktschicht und den ersten Halbleiterbereich hindurch bis in den zweiten Halbleiterbereich erstrecken. Die Durchkontaktierungen können aus einem elektrisch leitfähigen Material, etwa aus einem Metall wie Silber, gebildet sein. Vorzugsweise sind die Durchführungselemente in Zwischenräumen zwischen den Durchkontaktierungen angeordnet.
Weiterhin kann der Halbleiterchip eine Anschlussschicht aufweisen, die das zweite Kontaktelement mit den Durchkontaktierungen elektrisch verbindet. Die Anschlussschicht ist vorzugsweise auf einer dem Halbleiterkörper abgewandten Seite der Zuleitungsschicht angeordnet. Die Dicke der Anschlussschicht beträgt insbesondere zwischen einschließlich 500 nm und einschließlich 3 µm. Vorzugsweise ist die Anschlussschicht dicker ausgebildet als die Zuleitungsschicht. Dies gilt insbesondere für Bereiche, die von dem Halbleiterkörper bedeckt sind. Dadurch sind die n-seitig auftretenden Schwankungen der Stromdichte vernachlässigbar klein gegenüber den p-seitig auftretenden Schwankungen. Die Anschlussschicht ist insbesondere an ihrer der Zuleitungsschicht abgewandten Oberfläche mit dem Chipträger mechanisch verbunden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Halbleiterchip eine Stromaufweitungsschicht auf, die zwischen der Kontaktschicht und der Isolationsschicht angeordnet ist, wobei die Stromaufweitungsschicht in elektrischem Kontakt mit der Kontaktschicht steht und diese insbesondere vollständig bedeckt. Die Kontaktschicht und die Stromaufweitungsschicht können sich in ihrer Materialzusammensetzung unterscheiden. Die Stromaufweitungsschicht kann aus einem Metall gebildet sein, etwa aus Titan, Kupfer, Nickel, Gold, Platin, Aluminium oder Silber.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Stromaufweitungsschicht eine inhomogene Dicke auf. Insbesondere in Bereichen, in denen die Stromaufweitungsschicht mit einem Durchführungselement verbunden ist, weist sie eine geringere Dicke auf als in Bereichen ohne Durchführungselement. Dadurch kann verhindert werden, dass eine vertikale Ausdehnung beziehungsweise Höhe des Halbleiterchips durch das zusätzliche Durchführungselement vergrößert wird.
Ferner kann der Halbleiterchip eine erste und/oder zweite Bedeckungsschicht aufweisen, die auf die zweite Hauptfläche und vorzugsweise auch auf die mindestens eine Seitenfläche des Halbleiterkörpers aufgebracht sind. Dabei ist die erste Bedeckungsschicht zwischen dem Halbleiterkörper und der zweiten Bedeckungsschicht angeordnet. Zum Beispiel kann die erste Bedeckungsschicht Al2O3 enthalten oder daraus bestehen. Die zweite Bedeckungsschicht kann eine isolierende Schicht etwa aus Siliziumoxid oder aus Siliziumnitrid oder aus Aluminiumoxid wie Al2O3 sein. Es ist möglich, dass die zweite Bedeckungsschicht Streupartikel und/oder Leuchtstoffpartikel enthält. Die Kontaktelemente sind an ihrer zur Kontaktierung vorgesehenen Kontaktfläche von den Bedeckungsschichten unbedeckt.
Weitere Vorteile, bevorzugte Ausführungsformen und Weiterbildungen des optoelektronischen Halbleiterchips ergeben sich aus den Erläuterungen zu den 1 bis 8.
Es zeigen:

1 eine schematische Schnittansicht und 2 eine schematische Draufsicht eines optoelektronischen Halbleiterchips gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
3 und 4 schematische Draufsichten eines optoelektronischen Halbleiterchips gemäß einem zweiten und dritten Ausführungsbeispiel,
5 eine schematische Schnittansicht und 6 eine schematische Draufsicht eines optoelektronischen Halbleiterchips gemäß einem Vergleichsbeispiel,
7 ein Schaubild der Stromdichteverteilung in einem optoelektronischen Halbleiterchip gemäß dem Vergleichsbeispiel und
8 ein Schaubild der Temperaturverteilung in einem optoelektronischen Halbleiterchip gemäß dem Vergleichsbeispiel.

1 zeigt eine schematische Schnittansicht eines optoelektronischen Halbleiterchips 1 entlang einer in der 2 dargestellten Schnittfläche AA'. Der Halbleiterchip 1 umfasst einen Halbleiterkörper 2 und einen Chipträger 3, auf dem der Halbleiterkörper 2 angeordnet ist. Ferner umfasst der Halbleiterchip 1 ein erstes Kontaktelement 4 und ein zweites Kontaktelement 5, die zur elektrischen Kontaktierung des Halbleiterkörpers 2 vorgesehen sind. Dabei sind der Halbleiterkörper 2 sowie das erste und zweite Kontaktelement 4, 5 nebeneinander auf dem Chipträger 3 angeordnet, wobei das erste und zweite Kontaktelement 4, 5 auf einer ersten Seite I des Halbleiterkörpers 2 angeordnet sind (vergleiche 2). Weiterhin umfasst der Halbleiterchip 1 eine elektrisch leitende Kontaktschicht 6, die auf einer ersten, dem Chipträger 3 zugewandten Hauptfläche 2A des Halbleiterkörpers 2 angeordnet ist, sowie eine elektrisch leitende Zuleitungsschicht 7, die auf einer dem Halbleiterkörper 2 abgewandten Seite der Kontaktschicht 6 angeordnet und mit dem ersten Kontaktelement 4 verbunden ist. Darüber hinaus umfasst der Halbleiterchip 2 eine Isolationsschicht 8, die zwischen der Kontaktschicht 6 und der Zuleitungsschicht 7 angeordnet ist. Ferner umfasst der Halbleiterchip 1 mehrere elektrisch leitende Durchführungselemente 9, die in die Isolationsschicht 8 eingebettet sind und die Zuleitungsschicht 7 mit der Kontaktschicht 6 elektrisch verbinden. Die Gesamtzahl der Durchführungselemente 9 beträgt bei einem 1mm² großen Halbleiterchip 1 vorzugsweise zwischen 50 und 70, insbesondere 60.
Bei dem ersten Ausführungsbeispiel sind die Durchführungselemente 9 versetzt zueinander in Reihen angeordnet. Dabei nimmt die Größe der Durchführungselemente 9, das heißt eine erste laterale Ausdehnung a1 und/oder eine zweite laterale Ausdehnung a2, in einer Reihe von der ersten Seite I zu einer der ersten gegenüberliegenden zweiten Seite II des Halbleiterkörpers 2 zu. Hingegen ändert sich die Größe der Durchführungselemente 9 in einer Reihe von einer dritten Seite III zu einer der dritten Seite III gegenüberliegenden vierten Seite IV des Halbleiterkörpers 2 kaum oder bleibt konstant. Beispielsweise können die Durchführungselemente 9 nahe des ersten Kontaktelements 4 eine erste und zweite laterale Ausdehnung a1 und a2 von einschließlich 0,2 µm bis einschließlich 0,5 µm und entfernt vom ersten Kontaktelement 4 auf der zweiten Seite II des Halbleiterkörpers 2 eine erste und zweite laterale Ausdehnung a1 und a2 von etwa 3 µm aufweisen. Bei dem ersten Ausführungsbeispiel weisen die Durchführungselemente 9 jeweils die geometrische Form eines Zylinders auf, so dass die erste und zweite laterale Ausdehnung a1 und a2 gleich groß sind. Die Durchführungselemente 9 sind insbesondere separat ausgebildet.
Im Betrieb nimmt der Serienwiderstand der Durchführungselemente 9 von der ersten Seite I zur zweiten Seite II des Halbleiterkörpers 2 ab, während der Serienwiderstand der Zuleitungsschicht 9 von der ersten Seite I zur zweiten Seite II des Halbleiterkörpers 2 zunimmt. Dadurch kann über den Halbleiterchip 1 hinweg ein relativ konstanter Gesamt-Serienwiderstand und damit eine homogene Stromdichteverteilung erreicht werden. In anderen Worten bestehen im Betrieb zwischen dem ersten und zweiten Kontaktelement 4, 5 eine Vielzahl von Strompfaden, die größtenteils denselben Gesamt-Serienwiderstand, der vorzugsweise zwischen 0,1 und 0,65 Ω beträgt, aufweisen. Dabei verläuft ein Strompfad ausgehend von dem ersten Kontaktelement 4 durch die Zuleitungsschicht 7, durch das Durchführungselement 9, durch die Kontaktschicht 6 und durch den Halbleiterkörper 2 hindurch bis zum zweiten Kontaktelement 5. Der Gesamt-Serienwiderstand entlang eines Strompfades setzt sich grundsätzlich aus den verschiedenen Serienwiderständen der vom Strom durchflossenen Schichten beziehungsweise Elemente zusammen.
Insbesondere ist der Halbleiterchip 1 ein Hochstrom-Halbleiterchip, der im normalen Betrieb eine Stromdichte von mindestens 4 A/mm², insbesondere von mindestens 5 A/mm², aufweist. Dabei kann der Halbleiterchip 1 eine Vorwärtsspannung von 4,5 V +/- 2 V und einen Gesamtstrom von 10 A aufweisen.
Der Halbleiterkörper 2 weist einen ersten Halbleiterbereich 20, einen zweiten Halbleiterbereich 22 und eine zwischen dem ersten und zweiten Halbleiterbereich 20, 22 angeordnete aktive Zone 21 auf. Ferner weist der Halbleiterkörper 2 eine erste Hauptfläche 2A und eine der ersten Hauptfläche 2A gegenüberliegende zweite Hauptfläche 2B auf, welche den Halbleiterkörper 2 in einer vertikalen Richtung V begrenzen. Der Halbleiterkörper 2 weist eine an einen Pyramidenstumpf angenäherte geometrische Form auf. Dabei weist der Halbleiterkörper 2 mehrere Seitenflächen 2C, 2D, 2E, 2F auf, die jeweils die erste Hauptfläche 2A mit der zweiten Hauptfläche 2F verbinden. Die Seitenflächen 2C, 2D, 2E, 2F sind weitgehend quer zu der ersten und zweiten Hauptfläche 2A, 2B angeordnet und begrenzen den Halbleiterkörper 2 in mehreren lateralen Richtungen L1, -L1, L2, -L2. Weiterhin können die Seitenflächen 2C, 2D, 2E, 2F jeweils eine aus mindestens zwei ebenen Teilflächen zusammengesetzte Fläche sein, deren Flächennormalen nicht parallel zueinander verlaufen.
Vorzugsweise handelt es sich bei dem ersten Halbleiterbereich 20 um einen p-leitenden Halbleiterbereich und bei dem zweiten Halbleiterbereich 22 um einen n-leitenden Halbleiterbereich, die jeweils eine Schichtenfolge aufweisen können. Die Halbleiterbereiche 20, 21, 22 beziehungsweise Schichten des Halbleiterkörpers 2 enthalten vorzugsweise mindestens ein III/V-Halbleitermaterial, etwa ein Material aus den Materialsystemen InxGayAl1-x-yP, InxGayAl1-x-yN oder InxGayAl1-x-yAs, jeweils mit 0 ≤ x, y ≤ 1 und x + y ≤ 1. Das zur Herstellung verwendete Aufwachssubstrat ist zumindest teilweise entfernt, so dass es sich bei dem Chipträger 3 vorzugsweise um einen Ersatzträger handelt.
Der Chipträger 3 enthält beispielsweise ein Metall, ein Halbleitermaterial oder ein keramisches Material. Der Chipträger 3 kann elektrisch leitend oder elektrisch isolierend ausgeführt sein. Für den Chipträger 3 geeignete Materialien sind zum Beispiel Si3N4 und AlN.
Vorzugsweise handelt es sich bei dem optoelektronischen Halbleiterchip 1 um einen Strahlung emittierenden Halbleiterchip, wobei in der aktiven Zone 21 Strahlung erzeugt wird. Insbesondere emittiert die aktive Zone 21 im Betrieb des Halbleiterchips 1 elektromagnetische Strahlung, etwa im sichtbaren, ultravioletten oder infraroten Spektralbereich. Ein wesentlicher Anteil der von der aktiven Zone 21 erzeugten Strahlung tritt durch die zweite Hauptfläche 2B des Halbleiterkörpers 2B hindurch. Der Halbleiterkörper 2 weist mit Vorteil an der zweiten Hauptfläche 2B eine Aufrauung auf, wodurch die Strahlungsauskopplung gegenüber einer ebenen Strahlungsauskoppelfläche verbessert werden kann. Weiterhin ist die zweite Hauptfläche 2B vorteilhafterweise von den seitlich des Halbleiterkörpers 2 angeordneten Kontaktelementen 4, 5 unbedeckt, so dass diese an der zweiten Hauptfläche 2B keine Strahlungsverluste verursachen können.
Bei den Kontaktelementen 4, 5 handelt es sich um elektrisch leitfähige Schichten, insbesondere Metallisierungen, die von außen, beispielsweise mittels Bonddrähten 10, elektrisch kontaktiert werden können. Dabei kann das erste Kontaktelement 4 einen p-Kontakt und das zweite Kontaktelement 5 einen n-Kontakt bilden.
Die Kontaktschicht 6 ist aus einem insbesondere hochreflektierenden Material, etwa aus einem Metall wie Silber oder Aluminium, oder einem elektrisch leitfähigen Oxid, etwa ZnO, gebildet. Die Kontaktschicht 6 kann aus einer Schichtenfolge aus Metallschichten und leitfähigen Oxidschichten gebildet sein. Eine Dicke D1 der Kontaktschicht 6 beträgt vorzugsweise zwischen einschließlich 100 nm und einschließlich 500 nm. Insbesondere weist die Kontaktschicht 6 eine gleichmäßige Dicke D1 auf und ist zusammenhängend ausgebildet. Der erste Halbleiterbereich 20 wird mittels der Kontaktschicht 6 bestromt.
Weiterhin weist der Halbleiterchip 1 eine Stromaufweitungsschicht 11 auf, die zwischen der Kontaktschicht 6 und der Isolationsschicht 8 angeordnet ist, wobei die Stromaufweitungsschicht 11 in elektrischem Kontakt mit der Kontaktschicht 6 steht und diese vollständig bedeckt. Die Stromaufweitungsschicht 11 ist beispielsweise aus einem Metall wie Titan, Kupfer, Nickel, Gold, Platin, Aluminium oder Silber gebildet. Die Stromaufweitungsschicht 11 kann eine inhomogene Dicke D2 aufweisen, wobei sie in Bereichen, in denen sie mit einem Durchführungselement 9 verbunden ist, insbesondere dünner ausgebildet ist als in Bereichen ohne Durchführungselement 9.
Für die Isolationsschicht 8 kommen elektrisch schwach oder nicht-leitende Materialien, insbesondere Siliziumoxide oder Siliziumnitride, in Frage. Die Dicke D3 der Isolationsschicht 8 beträgt vorzugsweise zwischen einschließlich 200 nm und einschließlich 2 µm. Die Dicke 3 der Isolationsschicht 8 ist dabei in von der Kontaktschicht 6 überdeckten Bereichen mit Durchführungselementen 9 größer als in Bereichen ohne Durchführungselemente 9. Mittels der Isolationsschicht 8 ist die Kontaktschicht 6 bereichsweise von der Zuleitungsschicht 7 elektrisch isoliert.
Zusätzlich zu den Durchführungselementen 9 ist auch die Zuleitungsschicht 7 in die Isolationsschicht 8 eingebettet. Hierbei erstreckt sich die Isolationsschicht 8 in lateralen Richtungen L1, - L1, L2, -L2 über den Halbleiterkörper 2 hinaus. Zur Herstellung der Durchführungselemente 9 beziehungsweise Zuleitungsschicht 7 kann die Isolationsschicht 8 mit Öffnungen versehen werden, in welchen ein elektrisch leitfähiges Material, etwa ein Metall wie Au, angeordnet wird. Dabei können die Durchführungselemente 9 in einem Herstellungsschritt zusammen mit der Zuleitungsschicht 7 und damit insbesondere aus dem gleichen Material wie die Zuleitungsschicht 7 gebildet werden.
Die Zuleitungsschicht 7 ist mit dem ersten Kontaktelement 4 elektrisch leitend verbunden und grenzt direkt an dieses an. Die Dicke D4 der Zuleitungsschicht 7 beträgt vorzugsweise zwischen einschließlich 200 nm und einschließlich 1 µm, wobei die Zuleitungsschicht 7 nahe des ersten Kontaktelements 4 dicker ausgebildet ist als in vom Halbleiterkörper 2 bedeckten Bereichen.
Weiterhin weist der Halbleiterchip 1 mehrere Durchkontaktierungen 12 auf, die sich jeweils ausgehend vom Chipträger 3 durch die Zuleitungsschicht 7, durch die Isolationsschicht 8, durch die Kontaktschicht 6 und den ersten Halbleiterbereich 20 hindurch bis in den zweiten Halbleiterbereich 22 erstrecken. Dabei sind die Durchkontaktierungen 12 jeweils in Öffnungen angeordnet, die sich durch die Zuleitungsschicht 7, durch die Isolationsschicht 8, durch die Kontaktschicht 6 und den ersten Halbleiterbereich 20 hindurch bis in den zweiten Halbleiterbereich 22 erstrecken. Auf die Öffnungen begrenzenden Seitenflächen kann jeweils eine Passivierungsschicht 13 angeordnet sein, welche die Durchkontaktierung 12 lateral umschließt. Die Durchkontaktierungen 12 können aus einem elektrisch leitfähigen Material, etwa aus einem Metall wie Silber, gebildet sein. Vorzugsweise sind die Durchführungselemente 9 in Zwischenräumen zwischen den Durchkontaktierungen 12 angeordnet (vergleiche 2).
Weiterhin weist der Halbleiterchip 1 eine Anschlussschicht 14 auf, die das zweite Kontaktelement 5 mit den Durchkontaktierungen 12 elektrisch verbindet. Die Anschlussschicht 14 ist auf einer dem Halbleiterkörper 2 abgewandten Seite der Zuleitungsschicht 7 angeordnet. Die Dicke D5 der Anschlussschicht 14 beträgt insbesondere zwischen einschließlich 500 nm und einschließlich 3 µm. Vorzugsweise ist die Anschlussschicht 14 in weiten Bereichen dicker ausgebildet als die Zuleitungsschicht 7. Dadurch sind die n-seitig auftretenden Schwankungen der Stromdichte vernachlässigbar klein gegenüber den p-seitig auftretenden Schwankungen.
Der Halbleiterchip 1 weist auf einer dem Halbleiterkörper 2 abgewandten Seite der Anschlussschicht 14 eine Verbindungsschicht 15 auf, durch welche der Halbleiterkörper 2 mittelbar mit dem Chipträger 3 mechanisch verbunden ist. Bei der Verbindungsschicht 15 handelt es sich beispielsweise um eine Klebeschicht oder eine Lotschicht.
Zwischen der Anschlussschicht 14 und der Verbindungsschicht 15 kann eine weitere Stromaufweitungsschicht 16 angeordnet sein. Die weitere Stromaufweitungsschicht 16 ist eine n-seitige Stromaufweitungsschicht, die mit der Anschlussschicht 14 in elektrischem Kontakt steht. Die weitere Stromaufweitungsschicht 16 erstreckt sich ebenso wie die Anschlussschicht 14 in die Öffnungen hinein, in welchen die Durchkontaktierungen 12 angeordnet sind.
Der Chipträger 3 kann auf einer dem Halbleiterkörper 2 abgewandten Seite mit einer Metallisierung 17 versehen sein. Mithilfe der Metallisierung 17 kann der Halbleiterchip 1 an seiner Rückseite mit einem Anschlussträger, beispielsweise einer Leiterplatte, verbunden werden.
An der Vorderseite weist der Halbleiterchip 1 eine erste Bedeckungsschicht 18 und eine zweite Bedeckungsschicht 19 auf, wobei die zweite Bedeckungsschicht 19 auf einer dem Chipträger 3 abgewandten Seite der ersten Bedeckungsschicht 18 angeordnet ist. Die Bedeckungsschichten 18, 19 sind auf die zweite Hauptfläche 2B und die Seitenflächen 2C, 2D, 2E, 2F des Halbleiterkörpers 2 aufgebracht und erstrecken sich bis auf vom Halbleiterkörper 2 unbedeckte Bereiche des Chipträgers 3. Bei der ersten Bedeckungsschicht 18 handelt es sich vorzugsweise um eine Al2O3 enthaltende oder daraus bestehende Schicht. Die zweite Bedeckungsschicht 19 ist insbesondere eine isolierende Schicht etwa aus Siliziumoxid oder aus Siliziumnitrid oder aus Aluminiumoxid wie Al2O3. Es ist möglich, dass die zweite Bedeckungsschicht 19 Streupartikel und/oder Leuchtstoffpartikel enthält. Der Halbleiterchip 2 wird an der Vorderseite durch die zweite Bedeckungsschicht 19 begrenzt, wobei eine vorderseitige Außenfläche der zweiten Bedeckungsschicht 19 einen überwiegenden Teil der vorderseitigen Außenfläche des Halbleiterchips 1 bildet. Ferner bilden die freiliegenden Kontaktflächen der Kontaktelemente 4, 5 einen Teil der vorderseitigen Außenfläche des Halbleiterchips 1.
Der in 3 dargestellte Halbleiterchip 1 weist einen ähnlichen strukturellen Aufbau auf wie der Halbleiterchip 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Unterschiede bestehen hinsichtlich der Anzahl und Ausgestaltung der Durchführungselemente 9. Der Halbleiterchip 1 gemäß dem in 3 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel weist ein einziges flächig ausgebildetes Durchführungselement 9 auf, das an der zweiten Seite II des Halbleiterkörpers 2 angeordnet ist und sich entlang einer die erste Hauptfläche begrenzenden Seitenkante 23 des Halbleiterkörpers 2 erstreckt. Auch bei dieser Ausführungsform nimmt der Serienwiderstand zwischen der Zuleitungsschicht 7 und der Kontaktschicht 6 im Betrieb von der ersten zur zweiten Seite des Halbleiterkörpers 2 ab. Das Durchführungselement 9 ist streifenförmig ausgebildet. Eine Breite beziehungsweise erste laterale Ausdehnung a1 des Durchführungselements 9 beträgt vorzugsweise zwischen einschließlich 70 µm und 90 µm. Die zweite laterale Ausdehnung a2 entspricht insbesondere der Länge der Seitenkante 23.
Auch der in 4 dargestellte Halbleiterchip 1 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel weist einen ähnlichen strukturellen Aufbau auf wie der Halbleiterchip 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Unterschiede bestehen hinsichtlich der Anzahl und Ausgestaltung der Durchführungselemente 9. Der Halbleiterchip 1 weist mehrere streifenförmige Durchführungselemente 9 auf, die sich jeweils von der dritten Seite III zu der vierten Seite IV des Halbleiterkörpers 2 erstrecken. In anderen Worten sind die streifenförmigen Durchführungselemente 9 gitterartig und insbesondere parallel zu der Seitenkante 23 angeordnet. Dabei sind die Durchführungselemente 9 in Zwischenräumen zwischen den Durchkontaktierungen 12 angeordnet. Die Breite beziehungsweise erste laterale Ausdehnung a1 der Durchführungselemente 9 nimmt dabei von der ersten Seite I zur zweiten Seite II des Halbleiterkörpers 2 zu.
Die 5 und 6 zeigen ein Vergleichsbeispiel eines Halbleiterchips 1, wobei der Halbleiterchip 1 in 5 entlang der in 6 gezeigten Schnittfläche AA' in Schnittansicht dargestellt ist. Der Halbleiterchip 1 weist einen ähnlichen strukturellen Aufbau auf wie die Halbleiterchips 1 gemäß dem ersten, zweiten und dritten Ausführungsbeispiel. Unterschiede bestehen jedoch hinsichtlich der p-seitigen Kontaktierung des Halbleiterkörpers 2. Der Halbleiterchip 1 weist keine Durchführungselemente 9 auf. Vielmehr findet die Stromeinprägung in die Kontaktschicht 6 durch die zwischen dem ersten Kontaktelement 4 und der Kontaktschicht 6 angeordnete Stromaufweitungsschicht 11 statt, die über den Halbleiterchip 1 hinweg größtenteils eine homogene Dicke aufweist.
Das in 7 dargestellte Schaubild zeigt die Stromdichteverteilung in dem optoelektronischen Halbleiterchip 1 gemäß dem Vergleichsbeispiel, wobei auf der L1-Achse eine Kantenlänge K des Halbleiterchips 1 in Metern aufgetragen ist. Die Stromdichte J ist durch Schraffur kenntlich gemacht, wobei die Stromdichte J mit der Schraffurdichte zunimmt (vergleiche Balkenanzeige). Die Stromdichte J ist in A/m2 angegeben.
Wie aus dem Schaubild hervorgeht, ist in dem durch Pfeil angezeigten Bereich nahe des ersten Kontaktelements 4 die Stromdichte J höher als in den vom ersten Kontaktelement 4 entfernten Bereichen des Halbleiterchips 1, das heißt, dass eine inhomogene Stromdichteverteilung in der Nähe des p-Kontaktelements 4 existiert (sogenanntes „current crowding“), die beispielsweise dazu führt, dass die Intensität der emittierten Strahlung über den Halbleiterchip 1 hinweg schwankt. Dieser Effekt kann bei den Halbleiterchips gemäß dem ersten, zweiten und dritten Ausführungsbeispiel verhindert werden.
Das in 8 dargestellte Schaubild zeigt die Temperaturverteilung in dem optoelektronischen Halbleiterchip 1 gemäß dem Vergleichsbeispiel, wobei auf der L1-Achse die Kantenlänge K des Halbleiterchips 1 in Metern aufgetragen ist. Die Temperatur ist durch Schraffur kenntlich gemacht, wobei die Temperatur T mit der Schraffurdichte zunimmt (vergleiche Balkenanzeige). Die Temperatur T ist in Kelvin angegeben.
Wie aus dem Schaubild hervorgeht, ist in dem durch Pfeil angezeigten Bereich nahe des ersten Kontaktelements 4 die Temperatur T höher als in den vom ersten Kontaktelement 4 entfernten Bereichen des Halbleiterchips 1, das heißt, dass eine inhomogene Temperaturverteilung in der Nähe des p-Kontaktelements 4 existiert. Dies kann zu einer überproportional starken Degradation des Halbleiterkörpers 2 führen. Dieser Effekt kann bei den Halbleiterchips 1 gemäß dem ersten, zweiten und dritten Ausführungsbeispiel verhindert werden.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Bezugszeichenliste

1: optoelektronischer Halbleiterchip
2: Halbleiterkörper
2A: erste Hauptfläche des Halbleiterkörpers
2B: zweite Hauptfläche des Halbleiterkörpers
2C, 2D, 2E, 2F: Seitenfläche
3: Chipträger
4: erstes Kontaktelement
5: zweites Kontaktelement
6: Kontaktschicht
7: Zuleitungsschicht
8: Isolationsschicht
9: Durchführungselement
10: Bonddraht
11: Stromaufweitungsschicht
12: Durchkontaktierung
13: Passivierungsschicht
14: Anschlussschicht
15: Verbindungsschicht
16: Stromaufweitungsschicht
17: Metallisierung
18: erste Bedeckungsschicht
19: zweite Bedeckungsschicht
20: erster Halbleiterbereich
21: aktive Zone
22: zweiter Halbleiterbereich
23: Seitenkante
I: erste Seite
II: zweite Seite
III: dritte Seite
IV: vierte Seite
AA': Schnittfläche
a1: erste laterale Ausdehnung
a2: zweite laterale Ausdehnung
D1, D2, D3, D4, D5: Dicke
J: Stromdichte
K: Kantenlänge
L1, L2: Laterale Richtung
T: Temperatur
V: vertikale Richtung

Claims

Optoelektronischer Halbleiterchip (1) umfassend - einen Halbleiterkörper (2), der einen ersten Halbleiterbereich (20) und einen zweiten Halbleiterbereich (22) aufweist, - ein erstes und zweites Kontaktelement (4, 5), die zur elektrischen Kontaktierung des Halbleiterkörpers (2) vorgesehen sind, - einen Chipträger (3), auf dem der Halbleiterkörper (2) und das erste und zweite Kontaktelement (4, 5) nebeneinander angeordnet sind, wobei das erste und zweite Kontaktelement (4, 5) auf einer ersten Seite (I) des Halbleiterkörpers (2) angeordnet sind, - eine elektrisch leitende Kontaktschicht (6), die auf einer ersten, dem Chipträger (3) zugewandten Hauptfläche (2A) des Halbleiterkörpers (2) angeordnet ist, - eine elektrisch leitende Zuleitungsschicht (7), die auf einer dem Halbleiterkörper (2) abgewandten Seite der Kontaktschicht (6) angeordnet und mit dem ersten Kontaktelement (4) verbunden ist, - eine Isolationsschicht (8), die zwischen der Kontaktschicht (6) und der Zuleitungsschicht (7) angeordnet ist, und - zumindest ein elektrisch leitendes Durchführungselement (9), das in die Isolationsschicht (8) eingebettet ist und die Zuleitungsschicht (7) mit der Kontaktschicht (6) elektrisch verbindet, wobei eine Anzahl und/oder Größe (a1, a2) der Durchführungselemente (9) auf einer der ersten Seite (I) gegenüberliegenden zweiten Seite (II) des Halbleiterkörpers (2) größer ist als auf der ersten Seite (I).
Optoelektronischer Halbleiterchip (1) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Zuleitungsschicht (7) eine zusammenhängende Schicht mit größtenteils homogener Dicke (D4) ist.
Optoelektronischer Halbleiterchip (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kontaktschicht (6) eine zusammenhängende Schicht homogener Dicke (D1) ist.
Optoelektronischer Halbleiterchip (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zumindest eine Durchführungselement (9) die geometrische Form eines Zylinders oder Prismas aufweist.
Optoelektronischer Halbleiterchip (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, der mehrere Durchführungselemente (9) aufweist, die versetzt zueinander in Reihen angeordnet sind, wobei die Größe (a1, a2) der Durchführungselemente (9) in einer Reihe von der ersten zur zweiten Seite (I, II) des Halbleiterkörpers (2) zunimmt.
Optoelektronischer Halbleiterchip (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, der mehrere Durchführungselemente (9) aufweist, die versetzt zueinander in Reihen angeordnet sind, wobei die Größe (a1, a2) der Durchführungselemente (9) in einer Reihe von einer dritten Seite (III) zu einer der dritten gegenüberliegenden vierten Seite (IV) des Halbleiterkörpers (2) konstant ist.
Optoelektronischer Halbleiterchip (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, der ein einziges flächig ausgebildetes Durchführungselement (9) aufweist, das an der zweiten Seite (II) des Halbleiterkörpers (2) angeordnet ist und sich entlang einer die erste Hauptfläche (2A) begrenzenden Seitenkante (23) des Halbleiterkörpers (2) erstreckt.
Optoelektronischer Halbleiterchip (1) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei das Durchführungselement (9) streifenförmig ausgebildet ist.
Optoelektronischer Halbleiterchip (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, der mehrere streifenförmige Durchführungselemente (9) aufweist, die sich von einer dritten Seite (III) zu einer der dritten gegenüberliegenden vierten Seite (IV) des Halbleiterkörpers (2) erstrecken, wobei eine Breite (a1) der Durchführungselemente (9) von der ersten zur zweiten Seite (I, II) des Halbleiterkörpers (2) zunimmt.
Optoelektronischer Halbleiterchip (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der mehrere Durchkontaktierungen (12) aufweist, die sich jeweils ausgehend vom Chipträger (3) durch die Zuleitungsschicht (7), durch die Isolationsschicht (8), durch die Kontaktschicht (6) und den ersten Halbleiterbereich (20) hindurch bis in den zweiten Halbleiterbereich (22) erstrecken.
Optoelektronischer Halbleiterchip (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, der eine Anschlussschicht (14) aufweist, die das zweite Kontaktelement (5) mit den Durchkontaktierungen (9) elektrisch verbindet.
Optoelektronischer Halbleiterchip (1) nach dem vorgehenden Anspruch, wobei die Anschlussschicht (14) dicker ausgebildet ist als die Zuleitungsschicht (7).
Optoelektronischer Halbleiterchip (1) gemäß einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei die Durchführungselemente (9) in Zwischenräumen zwischen den Durchkontaktierungen (12) angeordnet sind.
Optoelektronischer Halbleiterchip (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zumindest eine Durchführungselement (9) aus dem gleichen Material wie die Zuleitungsschicht (7) gebildet ist.
Optoelektronischer Halbleiterchip (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Isolationsschicht (8) mehrschichtig ausgebildet ist und mindestens zwei verschiedenartige Teilschichten aufweist.