DE102018125281A1

DE102018125281A1 - Optoelektronisches Halbleiterbauteil

Info

Publication number: DE102018125281A1
Application number: DE102018125281.1A
Authority: DE
Inventors: Michael Völkl; Siegfried Herrmann
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2018-10-12
Filing date: 2018-10-12
Publication date: 2020-04-16
Also published as: US20210351332A1; WO2020074351A1

Abstract

In einer Ausführungsform weist das optoelektronische Halbleiterbauteil (1) eine Halbleiterschichtenfolge (2) auf, die zur Erzeugung von rotem oder orangem Licht eingerichtet ist. Mehrere elektrische Durchkontaktierungen (3) verlaufen durch die Halbleiterschichtenfolge (2) hindurch. Eine erste Hauptseite (21) der Halbleiterschichtenfolge (2) ist elektrisch flächig von einer ersten elektrischen Kontaktstruktur (41) kontaktiert. Eine zweite elektrische Kontaktstruktur (42) befindet sich an der ersten Hauptseite (21). Die zweite Kontaktstruktur (42) verbindet die Durchkontaktierungen (3) elektrisch miteinander. Die zweite Kontaktstruktur (42) ist in die erste Kontaktstruktur (41) eingebettet.

Description

Es wird ein optoelektronisches Halbleiterbauteil angegeben.
Eine zu lösende Aufgabe liegt darin, ein optoelektronisches Halbleiterbauteil anzugeben, das im roten Spektralbereich emittiert und mit hohen Stromdichten effizient betreibbar ist.
Diese Aufgabe wird unter anderem durch ein optoelektronisches Halbleiterbauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Halbleiterbauteil eine Halbleiterschichtenfolge. 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_nIn₁-_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.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Halbleiterschichtenfolge zur Erzeugung von orangem und/oder rotem und/oder gelbem Licht eingerichtet. Bevorzugt basiert die Halbleiterschichtenfolge hierzu auf dem Materialsystem AlInGaP. Das erzeugte Licht ist inkohärente Strahlung, also kein Laserlicht. Somit handelt es sich bei dem Halbleiterbauteil um eine Leuchtdiode und nicht um eine Laserdiode.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die Halbleiterschichtenfolge eine erste Hauptseite und eine zweite Hauptseite. Die zweite Hauptseite liegt der ersten Hauptseite gegenüber. Die Hauptseiten sind bevorzugt senkrecht zu einer Wachstumsrichtung der Halbleiterschichtenfolge orientiert. Die Hauptseiten können durch ebene Flächen gebildet sein oder auch Strukturierungen wie Aufrauungen speziell zur Verbesserung einer Lichtauskopplung aufweisend.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Halbleiterbauteil mehrere elektrische Durchkontaktierungen. Die Durchkontaktierungen verlaufen überwiegend oder vollständig durch die Halbleiterschichtenfolge hindurch. Das heißt insbesondere, dass die Durchkontaktierungen sowohl die erste Hauptseite als auch die zweite Hauptseite der Halbleiterschichtenfolge durchstoßen können.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform beinhaltet das Halbleiterbauteil eine erste elektrische Kontaktstruktur.
Über die erste elektrische Kontaktstruktur ist die erste Hauptseite elektrisch flächig kontaktiert. Flächig bedeutet insbesondere, dass mindestens 50 % oder 70 % oder 80 % oder 90 % der ersten Hauptseite in Draufsicht auf die erste Hauptseite gesehen von der ersten elektrischen Kontaktstruktur bedeckt sind und von der ersten elektrischen Kontaktstruktur bestromt werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Halbleiterbauteil mindestens eine zweite elektrische Kontaktstruktur. Die zweite Kontaktstruktur oder die zweiten Kontaktstrukturen befinden sich an der ersten Hauptseite. Jedoch ist die zweite elektrische Kontaktstruktur elektrisch von der ersten Hauptseite getrennt, sodass keine ohmsche elektrische Verbindung zwischen der zweiten Kontaktstruktur und der ersten Hauptseite besteht. Demgegenüber ist die erste Kontaktstruktur bevorzugt ohmsch leitend mit der ersten Hauptseite verbunden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform verbindet die mindestens eine zweite Kontaktstruktur mehrere oder alle der Durchkontaktierungen elektrisch miteinander. Insbesondere sind die Durchkontaktierungen über die zweite Kontaktstruktur ohmsch leitend miteinander verbunden. Mit anderen Worten können die Durchkontaktierungen von der zumindest einen zweiten Kontaktstruktur ausgehen und die Halbleiterschichtenfolge teilweise oder vollständig durchdringen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die zweite Kontaktstruktur teilweise oder vollständig in die erste Kontaktstruktur eingebettet. Dabei stehen die erste Kontaktstruktur und die zweite Kontaktstruktur elektrisch nicht in unmittelbarem Kontakt zueinander, sondern sind elektrisch voneinander isoliert. Eine elektrische Verbindung zwischen der ersten Kontaktstruktur und der zweiten Kontaktstruktur ist bevorzugt ausschließlich über die Halbleiterschichtenfolge und optional über ein Schutzelement gegen Schäden durch elektrostatische Entladungen gegeben.
Dass die zweite Kontaktstruktur in die erste Kontaktstruktur eingebettet ist, bedeutet beispielsweise, dass Seitenflächen der zweiten Kontaktstruktur in Projektion auf die Seitenflächen gesehen vollständig oder überwiegend von einem Material der ersten Kontaktstruktur bedeckt sind. Hiervon können Stirnseiten der zweiten Kontaktstruktur ausgenommen sein. Das heißt, Längsseiten der zweiten Kontaktstruktur können vollständig oder überwiegend von der ersten Kontaktstruktur bedeckt sein. Außerdem kann sich die zweite Kontaktstruktur überwiegend zwischen der ersten Kontaktstruktur und der Halbleiterschichtenfolge befinden. Das heißt, die zweite Kontaktstruktur kann zumindest teilweise von der ersten Kontaktstruktur überdeckt sein.
Hier und im Folgenden bedeutet der Begriff „überwiegend“ einen Anteil von mindestens 50 % oder 70 % oder 80 % oder 90 %.
In mindestens einer Ausführungsform weist das optoelektronische Halbleiterbauteil eine Halbleiterschichtenfolge auf, die zur Erzeugung von rotem oder orangem Licht eingerichtet ist. Die Halbleiterschichtenfolge weist eine erste Hauptseite und eine zweite Hauptseite auf. Mehrere elektrische Durchkontaktierungen verlaufen überwiegend oder vollständig durch die Halbleiterschichtenfolge hindurch, zumindest jedoch durch eine aktive Zone der Halbleiterschichtenfolge hindurch. Die erste Hauptseite ist elektrisch flächig von einer ersten elektrischen Kontaktstruktur kontaktiert. Mindestens eine zweite elektrische Kontaktstruktur befindet sich an der ersten Hauptseite. Die mindestens eine zweite Kontaktstruktur verbindet mehrere oder alle der Durchkontaktierungen elektrisch miteinander. Die zweite Kontaktstruktur ist teilweise oder vollständig in die erste Kontaktstruktur eingebettet.
Zum Beispiel in Scheinwerferanwendungen und in Projektionsanwendungen sind üblicherweise hohe Leuchtdichten notwendig. Dies gilt insbesondere für rotes Licht, das direkt in einer Halbleiterschichtenfolge ohne zusätzliche Leuchtstoffe erzeugt wird. Hierzu werden häufig InGaAlP-LED-Chips verwendet. Bei solchen LED-Chips ist eine p-leitende Seite nur partiell elektrisch und thermisch angebunden, sodass Limitationen hinsichtlich einer maximalen Stromdichte und eines thermischen Widerstands bestehen. Dies liegt insbesondere daran, dass elektrische Isolationsschichten in der Regel ganzflächig ausgeführt sind und eine Wärmebarriere bilden.
Bei dem hier beschriebenen Halbleiterbauteil handelt es sich insbesondere um einen InGaAlP-Hochstrom-LED-Chip, der effizient entwärmbar ist und damit einen kleinen thermischen Widerstand hin zu einer Wärmesenke aufweist. Damit können höhere Stromdichten und damit Leuchtdichten erreicht werden. Aufgrund der Durchkontaktierungen ist eine gezielt einstellbare oder eine besonders homogenere Bestromung der Halbleiterschichtenfolge möglich.
Der hier beschriebene InGaAlP-LED-Chip ist insbesondere ein Flip-Chip, der funktional und geometrisch gegenüber üblichen rot emittierenden LED-Chips modifiziert ist, um hohe Stromdichten bei geringem thermischen Widerstand zu erreichen. Hierbei kann entweder eine p-leitende Seite oder eine n-leitende Seite die erste Hauptseite, an der sich die elektrischen Kontaktstrukturen befinden, bilden.
Bei dem hier beschriebenen Halbleiterbauteil können insbesondere folgende Merkmale erfüllt sein, einzeln oder in Kombination:

- Sowohl n-Kontakte als auch p-Kontakte werden hin zu einer Montagefläche geführt.
- Insbesondere der n-Kontakt ist nahezu ganzflächig elektrisch und thermisch angeschlossen.
- Die p-Kontakte werden über Leiterbahnen mittels Durchkontaktierungen an die p-Seite angeschlossen. Eine Stromaufweitung kann mittels transparenter elektrisch leitfähiger Schichten wie ITO-Schichten auf der p-Seite erfolgen.
- Es können Mikroprismen geätzt werden, die sich an der p-leitenden Seite und/oder an der n-leitenden Seite befinden. Über solche Mikroprismen kann eine erhöhte Lichtauskoppeleffizienz erreicht werden.
- Elektrische Leiterbahnen können komplett oder teilweise verspiegelt sein, insbesondere elektrische Leiterbahnen für die zweite Kontaktstruktur.
- An einer n-leitenden Hauptseite der Halbleiterschichtenfolge können abwechselnd und insbesondere zeilenförmig Metallspiegel und DBR-Spiegel angebracht sein.
- Es können vergleichsweise dicke elektrische Kontaktstrukturen, beispielsweise mit einer Dicke von mindestens 50 µm oder 100 µm, insbesondere galvanisch angebracht werden.
- Ein Aufwachssubstrat und/oder ein Träger etwa aus Saphir können abgelöst werden, um einen sogenannten Top-Emitter zu erhalten.
- Zu einer Stromaufweitung speziell an der zweiten Hauptseite können nicht nur Durchkontaktierungen vorhanden sein, sondern zusätzliche tranparente stromaufweitende Schichten wie ITO-Schichten und/oder Metallstege.

Durch die Mikroprismen an der ersten Hauptseite und/oder an der zweiten Hauptseite kann eine lokale Bestromung der Halbleiterschichtenfolge eingestellt werden. Dies gilt insbesondere, wenn eine Stromaufweitungsschicht der Halbleiterschichtenfolge lokal oder ganzflächig weggeätzt ist, sodass geätzte Bereiche kaum bestromt werden. Dies wirkt sich nicht nachteilig auf den ganzflächigen thermischen Kontakt aus. Außerdem ist durch Mikroprismen eine Streuung von Licht für eine erhöhte Auskoppeleffizienz erreichbar oder auch zu einer verbesserten Einkopplung in ein optisches Element an der Halbleiterschichtenfolge, wie ein Saphir-Substrat, beispielsweise ein strukturiertes Saphir-Substrat, englisch pattern saphire substrate oder kurz PSS.
Anstelle von Mikroprismen insbesondere an der zweiten Hauptseite können auch Saphir-Träger mit einer Strukturierung, also PSS-Träger, herangezogen werden. Die Mikroprismen können an Stromstege, insbesondere an die zweite Kontaktstruktur, und/oder an die Mikroprismen auf der gegenüberliegenden Hauptseite der Halbleiterschichtenfolge angepasst werden. Dadurch kann verhindert werden, dass Licht direkt unter und/oder über den Stegen der zweiten Kontaktstruktur erzeugt wird.
Mit dem hier beschriebenen Halbleiterbauteil lassen sich hohe Stromdichten bei einer effizienten Entwärmung erzielen. Die Abwärme wird bevorzugt komplett über einen metallischen Chipsockel abgeführt. Dies ist insbesondere ermöglicht, da nur partielle zeilenförmige Isolationsschichten an der zweiten Kontaktstruktur vorhanden sind, im Gegensatz zu üblichen InGaAlP-LED-Chips, bei denen eine ganzflächige Isolationsschicht aufgebracht wird und diese Isolationsschicht nur in kleinen Bereichen unterbrochen wird. Durch die Leiterbahnen der zweiten Kontaktstruktur kann der hier beschriebene Halbleiterchip deutlich homogener bestromt werden oder es können unterschiedliche Regionen der Halbleiterschichtenfolge unterschiedlich stark bestromt werden.
Das hier beschriebene Halbleiterbauteil kann als Flip-Chip verbaut werden und ist in vielfältigen Gehäusen verwendbar. Beispielhafte Anwendungen für hier beschriebene Halbleiterbauteile sind in Scheinwerfern und Projektionsanwendungen. Ebenso ist ein Einbau in Gehäusebauformen, beispielsweise mit einem weißen Rahmen aus einem Kunststoff, möglich. Es kann eine Kombination mit verschiedenen Konversionstechnologien, also mit Leuchtstoffen, erfolgen. Die hier beschriebenen LED-Chips können in Gehäusen basierend auf Keramiken oder basierend auf Leiterrahmen montiert werden, ebenso auf gedruckten Leiterplatten oder Metallkernplatinen. Es ist eine Kombination mit Reflektoranordnungen möglich. Stromverteilungsstrukturen, die sich an der zweiten Hauptseite befinden und von den Durchkontaktierungen ausgehen und die beispielsweise sternförmig geformt sind, können über die zweite Kontaktstruktur einzeln oder zusammen insbesondere über Bonddrähte elektrisch kontaktiert werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform befindet sich an der zweiten Hauptseite eine Stromaufweitungsschicht. Die Stromaufweitungsschicht ist bevorzugt aus einem transparenten Material wie einem transparenten leitfähigen Oxid, kurz TCO. Beispielsweise ist die Stromaufweitungsschicht aus ZnO oder aus ITO.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform enden die Durchkontaktierungen in oder auf der Stromaufweitungsschicht. Dies bedeutet insbesondere, dass die Durchkontaktierungen die zweite Hauptseite in Richtung weg von der ersten Hauptseite überragen. Alternativ enden die Durchkontaktierungen vor der zweiten Hauptseite noch innerhalb der Halbleiterschichtenfolge.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die erste Kontaktstruktur eine erste Kontaktfläche zur externen elektrischen Kontaktierung des Halbleiterbauteils. Die erste Kontaktfläche ist bevorzugt für eine Lötkontaktierung eingerichtet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die zumindest eine zweite Kontaktstruktur eine oder mehrere zweite Kontaktflächen. Die mindestens eine zweite Kontaktfläche ist ebenfalls zu einer externen elektrischen Kontaktierung des Halbleiterbauteils eingerichtet. Die erste Kontaktfläche ist beispielsweise ein Anodenkontakt und die mindestens eine zweite Kontaktfläche ist ein Kathodenkontakt, oder umgekehrt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform befinden sich alle Kontaktflächen an der ersten Hauptseite. Somit ist das Halbleiterbauteil ein Flip-Chip. Dabei können alle Kontaktflächen von der Halbleiterschichtenfolge überdeckt sein. Das heißt, die Kontaktflächen stehen bevorzugt seitlich nicht über die Halbleiterschichtenfolge über, im Querschnitt senkrecht zu den Hauptseiten gesehen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die erste Hauptseite und/oder die zweite Kontaktstruktur in Draufsicht auf die erste Hauptseite gesehen überwiegend, bevorzugt zu mindestens 80 %, von der ersten Kontaktfläche bedeckt. Das heißt, einen Großteil einer Grundfläche des Halbleiterbauteils an der Montageseite kann von der ersten Kontaktfläche eingenommen sein. Die erste Kontaktfläche kann eine größte Anschlussfläche des Halbleiterbauteils sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform bedeckt die erste Kontaktfläche einen Zentralbereich der ersten Hauptseite vollständig und ununterbrochen. Die erste Kontaktfläche kann eine durchgehende, lückenlose Kontaktfläche sein. Der Zentralbereich befindet sich bevorzugt mittig und/oder mindestens in der Mitte an der ersten Hauptseite.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform lässt die erste Kontaktfläche einen Rand der ersten Hauptseite teilweise oder vollständig frei. Das heißt, die erste Kontaktfläche reicht zumindest stellenweise nicht bis zu einer Kante der ersten Hauptseite heran, in Draufsicht auf die erste Hauptseite gesehen. In dem Rand, der von der ersten Kontaktfläche frei ist, befindet sich bevorzugt die mindestens eine zweite Kontaktfläche. Alternativ ist es möglich, dass die zweite Kontaktfläche innerhalb der ersten Kontaktfläche angeordnet ist, in Draufsicht auf die erste Hauptseite gesehen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die zweite Kontaktstruktur mehrere Streifen, auch als Leiterbahnen oder Stege bezeichnet. Die Streifen überragen in Draufsicht auf die erste Hauptseite gesehen die erste Kontaktfläche. Das heißt, die Streifen stehen über die erste Kontaktfläche seitlich über. Dabei können die Streifen die erste Kontaktfläche an einer, an zwei, an drei oder auch an vier Seiten überragen, insbesondere an zwei einander gegenüberliegenden Seiten.
Es ist möglich, dass die Streifen die erste Kontaktfläche hin in den Zentralbereich überragen, sodass die erste Kontaktfläche einen Ring um einen Bereich bilden kann, in dem die Streifen für die zumindest eine zweite Kontaktfläche freiliegen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die zweite Kontaktfläche oder sind die zweiten Kontaktflächen jeweils an Enden der Streifen der zweiten Kontaktstruktur angebracht. Damit befindet sich die mindestens eine zweite Kontaktfläche bevorzugt am Rand, in Draufsicht auf die erste Hauptseite gesehen. Alternativ befindet sich die mindestens eine zweite Kontaktfläche in einem Zentralbereich der ersten Hauptseite.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind mehrere zweite elektrische Kontaktstrukturen vorhanden. Damit ist erzielbar, dass die Durchkontaktierungen bevorzugt gruppenweise elektrisch unabhängig voneinander ansteuerbar sind. Pro Gruppe der Durchkontaktierungen kann genau eine zweite elektrische Kontaktfläche vorhanden sein oder auch mehrere, insbesondere genau zwei zweite Kontaktflächen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Halbleiterbauteil einen Träger. Bei dem Träger kann es sich um diejenige Komponente des Halbleiterbauteils handeln, die das Halbleiterbauteil mechanisch trägt und stützt. Der Träger ist bevorzugt aus einem dielektrischen Material und ist bevorzugt lichtdurchlässig, insbesondere für gelbes, oranges und/oder rotes Licht. Bevorzugt befindet sich der Träger an der zweiten Hauptseite.
Der Träger ist zum Beispiel mittels Bonden, insbesondere Waferbonden oder anodisches Bonden, Kleben oder Löten an der Halbleiterschichtenfolge befestigt. Dabei kann sich der Träger unmittelbar an der Halbleiterschichtenfolge befinden. Alternativ befindet sich zwischen dem Träger und der Halbleiterschichtenfolge mindestens oder nur eine weitere Schicht, insbesondere eine Verbindungsmittelschicht wie eine Lotschicht oder eine Kleberschicht. Optional sind, zusätzlich zur gegebenenfalls vorhandenen Verbindungsmittelschicht, funktionale Schichten wie Planarisierungsschichten, elektrische Isolationsschichten, Wärmespreizer und/oder elektrische Kontaktschichten vorhanden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform überdeckt der Träger die zweite Hauptseite überwiegend oder vollständig. Es ist möglich, dass der Träger ein Lichtauskoppelelement des Halbleiterbauteils bildet. Dazu kann der Träger linsenförmig gestaltet sein, beispielsweise als Sammellinse.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Halbleiterbauteil eine oder mehrere Stromverteilerstrukturen.
Bei den bevorzugt mehreren Stromverteilerstrukturen handelt es sich insbesondere um metallische Strukturen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform erstrecken sich die Stromverteilerstrukturen über einen Teil der zweiten Hauptseite. Dabei gehen die Stromverteilerstrukturen bevorzugt jeweils von den Durchkontaktierungen aus. In Richtung weg von den Durchkontaktierungen kann sich ein Leitungsquerschnitt der Stromverteilerstrukturen verringern.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform erstrecken sich die Stromverteilerstrukturen in Draufsicht auf die zweite Hauptseite gesehen sternförmig oder kreuzförmig von der jeweils zugehörigen Durchkontaktierung weg. Dabei kann eine eineindeutige Zuordnung zwischen den Durchkontaktierungen und den Stromverteilerstrukturen gegeben sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist genau eine Stromverteilerstruktur vorhanden. Diese Stromverteilerstruktur kann sich in Draufsicht auf die zweite Hauptseite gesehen als Gitternetz über die zweite Hauptseite erstrecken. Über eine solche Stromverteilerstruktur sind alle Durchkontaktierungen elektrisch miteinander verbindbar.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die mindestens eine Stromverteilerstruktur in die Stromaufweitungsschicht eingebettet. Das heißt zum Beispiel, dass die mindestens eine Stromverteilerstruktur an einer der Halbleiterschichtenfolge zugwandten Seite als auch an einer der Halbleiterschichtenfolge abgewandten Seite von einem Material der Stromaufweitungsschicht bedeckt ist. Dies gilt insbesondere in Bereichen neben den Durchkontaktierungen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform befindet sich die zumindest eine Stromverteilerstruktur an einer der Halbleiterschichtenfolge abgewandten Seite der Stromaufweitungsschicht. Das heißt, die Stromaufweitungsschicht kann von der Stromverteilerstruktur in Richtung weg von der Halbleiterschichtenfolge überragt werden. Genauso bedeutet dies, dass die Stromaufweitungsschicht und die Stromverteilerstruktur in Richtung weg von der Halbleiterschichtenfolge bündig miteinander abschließen können.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform befindet sich die Stromverteilerstruktur an einer der Halbleiterschichtenfolge abgewandten Seite der Stromaufweitungsschicht und ist bevorzugt nicht in diese eingebettet. Dagegen kann die Stromverteilerstruktur in einen Klebstoff eingebettet sein. Mittels des Klebstoffs ist der Träger an die Stromaufweitungsschicht angebracht. Damit kann sich die Stromverteilerstruktur zwischen der Stromaufweitungsschicht und dem Träger befinden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Halbleiterbauteil mindestens einen Kontaktspiegel. Der Kontaktspiegel befindet sich an der zweiten Kontaktstruktur zumindest hin zur ersten Hauptseite. Bevorzugt ist der Kontaktspiegel ein DBR-Spiegel, der mehrere Schichtpaare mit Schichten aus hohem und niedrigem Brechungsindex für die im Betrieb erzeugte Strahlung aufweist. Es ist möglich, dass die zweite Kontaktstruktur in dem Kontaktspiegel teilweise oder vollständig eingekapselt oder eingebettet ist, sodass Seitenflächen der Kontaktstruktur und/oder eine der Halbleiterschichtenfolge abgewandte Seite der zweiten Kontaktstruktur ebenso von dem Kontaktspiegel bedeckt sein können. Bevorzugt lässt der Kontaktspiegel die erste Hauptseite überwiegend frei, insbesondere zu mindestens 90 %.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Kontaktspiegel für gelbes, oranges und/oder rotes Licht reflektierend. Dies bedeutet beispielsweise, dass ein Reflektionsgrad des Kontaktspiegels für die im Betrieb erzeugte Strahlung bei mindestens 80 % oder 90 % oder 95 % oder 98 % liegt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform dient der Kontaktspiegel als elektrisch isolierende Komponente. Das heißt, im bestimmungsgemäßen Gebrauch des Halbleiterbauteils fließt durch den Kontaktspiegel hindurch kein elektrischer Strom. Beispielsweise ist der Kontaktspiegel aus dielektrischen Schichten wie Oxidschichten und/oder Nitridschichten zusammengesetzt oder umfasst zumindest eine dielektrische Schicht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform zeigen die Durchkontaktierungen in Draufsicht auf die zweite Hauptseite gesehen einen Dichtegradienten auf. Das heißt, die Durchkontaktierungen können bereichsweise dichter beieinander sein und in anderen Bereichen einen größeren Abstand zueinander aufweisen. Die Dichte der Durchkontaktierungen wird über mehrere der Durchkontaktierungen hinweg gemittelt, beispielsweise über mindestens zehn oder zwanzig Durchkontaktierungen hinweg.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Durchkontaktierungen mittig über der zweiten Hauptseite dichter angeordnet als an einem Rand der zweiten Hauptseite. Damit ist es möglich, dass in Draufsicht gesehen mittig in der Halbleiterschichtenfolge höhere Stromdichten vorliegen und mittig eine höhere Leuchtdichte erzeugt wird als am Rand.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Halbleiterbauteil eine oder mehrere Strahlungsblenden. Die mindestens eine Strahlungsblende bedeckt die zweite Hauptseite teilweise, bevorzugt vom Rand her. Das heißt, ein mittiger Bereich der zweiten Hauptseite ist bevorzugt frei von der Strahlungsblende. Insbesondere lässt die Strahlungsblende einen Bereich frei, in dem die Durchkontaktierungen mit einer höheren Flächendichte angeordnet sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Strahlungsblende lichtundurchlässig. Zusätzlich kann die Strahlungsblende diffus reflektierend sein. Beispielsweise ist die Strahlungsblende aus einem Kunststoff wie einem Silikon, dem reflektierende Partikel, etwa aus einem Metalloxid wie Titandioxid, beigegeben sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Halbleiterschichtenfolge an der ersten Hauptseite n-dotiert und an der zweiten Hauptseite p-dotiert. Genauso kann umgekehrtes gelten.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform befindet sich unmittelbar zwischen der ersten Hauptseite und der ersten Kontaktstruktur eine transparente und elektrisch leitfähige Verbindungsschicht, bevorzugt aus einem TCO wie ITO. Die Durchkontaktierungen verlaufen bevorzugt auch durch die Verbindungsschicht vollständig hindurch.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Halbleiterbauteil bestimmungsgemäß für eine Stromdichte in der Halbleiterschichtenfolge von mindestens 10 A/cm² oder 30 A/cm² vorgesehen. Das heißt, das Halbleiterbauteil ist bestimmungsgemäß mit hohen Stromdichten betreibbar.
Nachfolgend wird ein hier beschriebenes optoelektronisches Halbleiterbauteil unter Bezugnahme auf die Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen geben dabei gleiche Elemente in den einzelnen Figuren an. Es sind dabei jedoch keine maßstäblichen Bezüge dargestellt, vielmehr können einzelne Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
Es zeigen:

1 eine schematische Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteils,
2 eine schematische perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteils,
3 bis 9 in den Figurenteilen A schematische Schnittdarstellungen und in den Figurenteilen B schematische Draufsichten auf Verfahrensschritte eines Herstellungsverfahrens für hier beschriebene optoelektronische Halbleiterbauteile,
10 bis 17 in den Figurenteilen A schematische Schnittdarstellungen und in den Figurenteilen B schematische Draufsichten auf Verfahrensschritte eines Herstellungsverfahrens für hier beschriebene optoelektronische Halbleiterbauteile,
18 bis 20 in den Figurenteilen A schematische Schnittdarstellungen und in den Figurenteilen B schematische Draufsichten auf Verfahrensschritte zur Herstellung von hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteilen,
21 eine schematische Schnittdarstellungen eines Verfahrensschritts zur Herstellung hier beschriebener optoelektronischer Halbleiterbauteile,
22A, 22B und 23 bis 26 schematische Draufsichten auf Ausführungsbeispiele von hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteilen,
27 eine schematische Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteils, und
28 eine schematische Draufsicht auf eine erste Hauptseite für ein hier beschriebenes optoelektronisches Halbleiterbauteil.

In 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines optoelektronischen Halbleiterbauteils 1 gezeigt. Das Halbleiterbauteil 1 umfasst eine Halbleiterschichtenfolge 2 mit einer aktiven Zone 20 zur Erzeugung von rotem Licht. Die Halbleiterschichtenfolge weist eine erste Hauptseite 21 und eine dieser gegenüberliegende zweite Hauptseite 22 auf. Die Halbleiterschichtenfolge 2 basiert bevorzugt auf AlInGaP.
Optional sind die Hauptseiten 21, 22 mit einer Strukturierung aus ersten Mikroprismen 91 und/oder mit einer Strukturierung aus zweiten Mikroprismen 92 versehen. Die Mikroprismen 91, 92 sind an den Hauptseiten 21, 22 bevorzugt alternierend angeordnet. Insbesondere liegen zweite Mikroprismen 92 jeweils nahe an elektrischen Durchkontaktierungen 3 durch die Halbleiterschichtenfolge 2 hindurch. Aufgrund der Mikroprismen 91, 92 kann eine nicht gezeichnete Stromverteilungsschicht der Halbleiterschichtenfolge 2 entfernt oder gedünnt sein, sodass mittels der Mikroprismen 91, 92 eine Stromverteilung in der Halbleiterschichtenfolge 2 einstellbar ist.
Die Halbleiterschichtenfolge 2 und somit die Hauptseiten 21, 22 werden von elektrischen Durchkontaktierungen 3 durchdrungen. Die Durchkontaktierungen 3 überragen die Halbleiterschichtenfolge über beide Hauptseiten 21, 22 hinaus. Die Durchkontaktierungen 3 sind beispielsweise metallgefüllte Löcher durch die Halbleiterschichtenfolge 2 hindurch.
An der zweiten Hauptseite 22 befindet sich eine Stromaufweitungsschicht 6. Die Stromaufweitungsschicht 6 ist beispielsweise aus ITO. In der Stromaufweitungsschicht 6 oder auf der Stromaufweitungsschicht 6 befinden sich Stromverteilerstrukturen 63a, 63b. Die Stromverteilerstrukturen können unterschiedlich ausgeführt sein. So befinden sich die Stromverteilerstrukturen 63a an einer der Halbleiterschichtenfolge 2 abgewandten Seite der Stromaufweitungsschicht 6. Dabei können diese Stromverteilerstrukturen 63a bündig mit der Stromaufweitungsschicht 6 abschließen.
Demgegenüber liegen die Stromverteilerstrukturen 63b vollständig innerhalb der Stromaufweitungsschicht 6. Die Stromaufweitungsschicht 6 kann damit eine Planarisierung für die Stromverteilerstrukturen 63a, 63b bilden. Bevorzugt sind innerhalb des Halbleiterbauteils 1 alle Stromverteilerstrukturen 63a, 63b baugleich gestaltet.
An der Stromaufweitungsschicht 6 befindet sich optional ein Träger 7. Der Träger 7 ist insbesondere aus einem Material mit einem hohen optischen Brechungsindex, beispielsweise aus Saphir. Abweichend von der Darstellung der 1 kann der Träger 7 mit Lichteinkoppelstrukturen und/oder mit Lichtauskoppelstrukturen versehen sein, Antireflexbeschichtungen aufweisen und/oder als optisches Element wie eine Linse geformt sein. Eine Abstrahlseite 10 des Halbleiterbauteils 1 ist gemäß 1 durch den Träger 7 gebildet.
An der ersten Hauptseite 21 befinden sich eine flächige erste elektrische Kontaktstruktur 41 und zeilenförmige zweite elektrische Kontaktstrukturen 42. Die Kontaktstrukturen 41, 42 sind bevorzugt jeweils durch Metalle gebildet. Mittels der zweiten Kontaktstrukturen 42 sind die Durchkontaktierungen 3 und damit die Stromverteilerstrukturen 63a, 63b und auch die Stromaufweitungsschicht 6 elektrisch angeschlossen.
Zur Vermeidung elektrischer Kurzschlüsse sind die zweiten Kontaktstrukturen 42 bevorzugt in einen elektrisch isolierenden Kontaktspiegel 44 eingebettet. Der Kontaktspiegel 44 ist insbesondere an einer der Halbleiterschichtenfolge 2 zugewandten Seite der zweiten Kontaktstrukturen 42 durch einen Bragg-Spiegel gebildet.
In Richtung weg von der Halbleiterschichtenfolge 2 kann der Kontaktspiegel 44 von der ersten Kontaktstruktur 41 überragt werden, siehe 1, linke Seite, oder auch bündig hiermit abschließen, siehe 1, rechte Seite.
Eine erste elektrische Kontaktfläche 51 zur externen elektrischen Kontaktierung des Halbleiterbauteils 1 ist durch eine Unterseite der ersten Kontaktstruktur 41 gebildet. Zweite Kontaktflächen 52, die sich an den zweiten Kontaktstrukturen 42 befinden, sind in der Schnittdarstellung der 1 nicht gezeichnet.
Der Kontaktspiegel 44 bedeckt nur einen kleinen Teil der ersten Hauptseite 21. Seitlich neben dem Kontaktspiegel 44 befinden sich bevorzugt keine elektrisch isolierenden Schichten. Damit kann zwischen der ersten Kontaktfläche 51 und der ersten Hauptseite 21 in Bereichen neben dem Kontaktspiegel 44 flächig ein Stromfluss in Richtung senkrecht zur ersten Hauptseite 21 erfolgen. Außerdem ist eine effiziente Wärmeableitung in diesen Bereichen neben dem Kontaktspiegel 44 möglich. Dadurch ist das Halbleiterbauteil 1 mit hohen Stromdichten betreibbar.
Im Ausführungsbeispiel der 2 ist zu erkennen, dass die Stromverteilerstrukturen 63 durch sternförmige Gebilde realisiert sein können, die sich von den Durchkontaktierungen ausgehend an der zweiten Hauptseite 22 erstrecken. Dabei können alle Stromverteilerstrukturen 63 die gleiche Geometrie aufweisen. Alternativ zur Darstellung der 2 können die Stromverteilerstrukturen 63 auch unterschiedliche Geometrien aufweisen. Beispielsweise können benachbarte Stromverteilerstrukturen 63 relativ zueinander verdreht angeordnet sein, um eine gleichmäßigere Stromverteilung über die Halbleiterschichtenfolge 2 hinweg so erzielen.
Ein Bedeckungsgrad der zweiten Hauptseite 22 mit den Stromverteilerstrukturen 63 ist bevorzugt gering. Beispielsweise liegt dieser Bedeckungsgrad bei höchstens 20 % oder 10 % oder 5 %. Die Stromverteilerstrukturen 63 sind insbesondere aus einem Metall und bevorzugt vergleichsweise dick, beispielsweise mindestens 0,5 µm oder mindestens 1 µmm dick und/oder höchstens 6 µm oder höchstens 4 µm dick, um einen geringen elektrischen Widerstand aufzuweisen. Damit sind die Stromverteilerstrukturen 63 lichtundurchlässig.
Im Übrigen gelten die Ausführungen zur 1 entsprechend für 2.
In den 3 bis 9 in ein Ausführungsbeispiel eines Herstellungsverfahrens für Halbleiterbauteile 1 illustriert. Gemäß 3 wird die Halbleiterschichtenfolge 2 auf einem Aufwachssubstrat 29 gewachsen. Dabei befindet sich bevorzugt ein n-leitendes Material an dem Aufwachssubstrat 29 und ein p-leitendes Material an einer dem Aufwachssubstrat 29 abgewandten Seite der aktiven Zone 20. Die p-leitenden und n-leitenden Bereiche sind in den Figuren mit einem n sowie mit einem p gekennzeichnet.
In 4 ist gezeigt, dass auf der Halbleiterschichtenfolge 2 die Stromaufweitungsschicht 6 aufgebracht wird. Eine Dicke der Stromaufweitungsschicht 6 liegt beispielsweise bei mindestens 50 nm und/oder bei höchstens 200 nm. Ferner wird an einer dem Aufwachssubstrat 29 abgewandten Seite der Träger 7 aufgebracht, beispielsweise mittels eines nicht gezeichneten Klebstoffs.
Im Schritt der 5 wird das Aufwachssubstrat 29 entfernt, beispielsweise mittels Ätzen und/oder mittels eines Laserabhebeverfahrens. Damit wird die erste Hauptseite 21 aus n-leitendem Material freigelegt.
Im Schritt der 6 werden die Durchkontaktierungen 3 erzeugt. Die Durchkontaktierungen 3 enden in der Stromaufweitungsschicht 6. Bis mindestens zur aktiven Zone 20, von der ersten Hauptseite 21 her, sind Seitenwände von Löchern für die Durchkontaktierungen 3 mit einen elektrisch isolierenden Material versehen. Abweichend von 6 kann das elektrisch isolierende Material seitlich an den Durchkontaktierungen 3 auch bis in die Stromaufweitungsschicht 6 reichen und nicht bereits in der p-leitenden Schicht enden.
Die Durchkontaktierungen 3 werden bevorzugt in einem regelmäßigen Raster erzeugt, beispielsweise in einem rechteckigen oder hexagonalen Raster. Außerdem werden elektrisch isolierende Strukturen bevorzugt in Form des Kontaktspiegels 44 erzeugt. Über den Kontaktspiegel 44 sind jeweils mehrere der Durchkontaktierungen 3 zeilenförmig miteinander verbunden.
Im Schritt der 7 werden auf den Kontaktspiegeln 4 die zweiten Kontaktstrukturen 42 erzeugt. Eine elektrische Isolation hin zur Halbleiterschichtenfolge 2 erfolgt über die Kontaktspiegel 4. Damit ist eine Absorption von in der Halbleiterschichtenfolge 2 erzeugter Strahlung an den zweiten Kontaktstrukturen 42 aufgrund des Kontaktspiegels 44 verhindert oder stark reduziert.
Ferner werden die zweiten Kontaktstrukturen 42 überwiegend von einer elektrisch isolierenden Passivierungsschicht 48 überdeckt. An Enden von elektrisch leitenden Streifen, durch die die zweiten Kontaktstrukturen 42 gebildet sind, ist bevorzugt keine Passivierungsschicht vorhanden. Solche Bereiche sind für zweite Kontaktflächen 52 zur externen elektrischen Kontaktierung der fertigen Halbleiterbauteile 1 vorgesehen.
Gemäß 8 wird die erste Kontaktstruktur 41 aufgebracht, beispielsweise mittels Aufdampfen und anschließendem Galvanisieren. Dabei werden die zweiten Kontaktstrukturen 42 und die Passivierung 48 bevorzugt überdeckt und eingebettet, wobei die zweiten Kontaktflächen 52 am Rand der Streifen der zweiten Kontaktstrukturen 42 freibleiben.
In 9 ist das fertige Halbleiterbauteil 1 zu sehen. Durch die erste Kontaktstruktur 41 wird eine erste Kontaktfläche 51 ebenfalls zur externen elektrischen Kontaktierung gebildet. Die Kontaktfläche 51 ist eine größte Kontaktfläche, die einen Großteil der Montageseite des Halbleiterbauteils 1 ausmacht. In Draufsicht gesehen erstreckt sich der Träger 7, insbesondere aus Saphir, bevorzugt vollständig über das Halbleiterbauteil 1 hinweg.
Für die Kontaktflächen 51, 52 können eine oder mehrere Metallschichten aufgebracht werden. Dadurch lässt sich das Halbleiterbauteil 1 bevorzugt mittels Oberflächenmontage montieren. Werden für die Kontaktflächen 51, 52 vergleichsweise dicke mechanisch selbsttragende, metallische Strukturen verwendet, die insbesondere galvanisch erzeugt werden können und zum Beispiel eine Dicke um 100 µm aufweisen, so kann der Träger 7 weggelassen werden.
Die optionalen Schritte zur Erzeugung der Mikroprismen 91, 92 aus 1 sind in den 3 bis 9 zur Vereinfachung der Darstellung jeweils nicht gezeichnet. Gleiches gilt für die folgenden Figuren. Ungeachtet dessen sind die Mikroprismen 91 und/oder 92 bevorzugt vorhanden.
In den 10 bis 17 ist ein weiteres Herstellungsverfahren illustriert. Das Wachsen gemäß 10 entspricht dem Verfahrensschritt der 3.
Gemäß 11 wird ein temporärer Zwischenträger 77 angebracht, beispielsweise aus Glas, Quarzglas oder Saphir. Nachfolgend wird das Aufwachssubstrat 29 entfernt.
Gemäß 12 wird daraufhin der permanente Träger 7 angebracht. Der Zwischenträger 77 wird entfernt, siehe 13. Damit ist die erste Hauptseite 21 durch p-leitendes Material der Halbleiterschichtenfolge 2 gebildet, anders als im Verfahren der 3 bis 9.
Die Verfahrensschritte der 14 bis 17 erfolgen analog zu den Verfahrensschritten der 6 bis 9. Dabei können die Durchkontaktierungen 3 jedoch bereits in der n-leitenden Schicht enden und brauchen die Halbleiterschichtenfolge 2 nicht vollständig zu durchdringen. Dies wird aufgrund der vergleichsweise hohen elektrischen Querleitfähigkeit der n-leitenden Schicht erzielt. Die zweite Hauptseite 22 kann somit eine durchgehende, geschlossene Fläche bleiben.
Optional wird auch beim Verfahren der 10 bis 17 vor dem Anbringen des Trägers 7 die Stromaufweitungsschicht 6 erzeugt. Dies ist in 14 als Strich-Linie symbolisiert.
Ist eine solche Stromaufweitungsschicht 6 vorhanden, so enden die Durchkontaktierungen 3 bevorzugt an oder innerhalb der Stromaufweitungsschicht 6, wiederum als Strich-Linien gezeichnet. Die Durchkontaktierungen 3 können alternativ auch bis an den Träger 7 reichen und damit die Stromaufweitungsschicht 6 vollständig durchdringen.
In den 15 bis 17 sind die Durchkontaktierungen 3 jeweils in der n-leitenden Schicht endend gezeichnet und die Stromaufweitungsschicht 6 ist nicht illustriert. Die Verfahrensschritte der 15 bis 17 können dennoch gleichermaßen analog zur Option der 14, also mit längeren Durchkontaktierungen 3 und/oder mit Stromaufweitungsschicht 6, durchgeführt werden.
In den 18 bis 21 sind weitere Schritte eines Herstellungsverfahrens illustriert. Der Schritt der 18 entspricht im Wesentlichen dem Schritt der 11, wobei das Aufwachssubstrat bereits entfernt ist. Somit liegt die zweite Hauptseite 22 aus n-leitendem Material frei.
Im Schritt der 19 wird sternförmig oder kreuzförmig eine transparente elektrisch leitfähige Verbindungsschicht 46 bevorzugt strukturiert erzeugt. Die Schicht 46 ist beispielsweise aus einem TCO wie ITO. Die Schicht 46 bedeckt gemäß 19 nur einen vergleichsweise kleinen Teil der zweiten Hauptseite 22, kann abweichend davon aber auch eine durchgehende, vollflächige Schicht sein.
Im Schritt der 20 werden auf die Bereiche der Schicht 46 strukturiert die Stromverteilerstrukturen 63 aufgebracht. Die Stromverteilerstrukturen 63 weisen insbesondere die gleiche Grundform auf wie die Bereiche der Schicht 46.
Bevorzugt überragen die Bereiche der Schicht 46 die Stromverteilerstrukturen 63 lateral jeweils zu einem kleinem Teil.
In 21 ist dargestellt, dass nachfolgend der Träger 7 aufgebracht wird. Dabei kann ein Klebstoff 76 verwendet werden. Somit sind die Bereiche der Schicht 46 sowie die Stromverteilerstrukturen 63 in den Klebstoff 76 eingebettet.
Dem Schritt der 21 folgen bevorzugt die Schritte der 14 bis 17 nach. Abweichend von 14 enden dabei die Durchkontaktierungen 3 bevorzugt in den Stromverteilerstrukturen 36 oder an den Stromverteilerstrukturen 63. Das heißt, die Durchkontaktierungen 3 können die Bereiche der Schicht 46 vollständig durchdringen und damit auch vollständig durch die Halbleiterschichtenfolge 2 verlaufen.
In 22 sind schematische Draufsichten auf die erste Hauptseite 21 dargestellt, bevor die Passivierungsschicht 48 und die erste Kontaktstruktur 41 aufgebracht wird.
Gemäß 22A verläuft die zweite Kontaktstruktur 42 in einem rechteckigen oder quadratischen Gitter und verbindet Gruppen von Durchkontaktierungen 3 oder bevorzugt alle Durchkontaktierungen 3 elektrisch ohmsch leitend miteinander. Demgegenüber ist in 22B gezeigt, dass durch die Kontaktstruktur 42 auch ein hexagonales Gitter gebildet sein kann.
In den 23 bis 26 sind verschiedene Gestaltungsmöglichkeiten der Kontaktflächen 51, 52 gezeigt.
Gemäß 23 sind die Kontaktflächen 51, 52 gestaltet, wie etwa in Verbindung mit 8 veranschaulicht. Das heißt, die zweiten Kontaktflächen 52 befinden sich an einem Rand der ersten Hauptseite 21 an einer einzigen Seite der ersten Kontaktfläche 51.
Der Rand um die erste Kontaktfläche 51 herum weist beispielsweise eine Breite von mindestens 10 µm oder 30 µm und/oder von höchstens 100 µm oder 60 µm auf. Dies kann gleichermaßen in allen andren Ausführungsbeispielen der Fall sein.
Demgegenüber erstrecken sich in 24 die Streifen der zweiten Kontaktstruktur beidseitig über die erste Kontaktfläche 51 hinaus. Damit liegen mehrere zweite Kontaktflächen 52 an zwei einander gegenüberliegenden Seiten der ersten Kontaktfläche 51 am Rand der ersten Hauptseite 21 vor.
Gemäß 25 liegen die zweiten Kontaktflächen 52 an allen vier Seiten der ersten Kontaktfläche 51. Die zweite Kontaktstruktur 42 ist beispielsweise gestaltet, wie in 22A illustriert.
Gemäß der 23 bis 25 sind die zweiten Kontaktflächen 52 elektrisch einzeln kontaktierbar. Damit können Gruppen von Durchkontaktierungen 3 elektrisch unabhängig voneinander angesteuert werden.
Abweichend von den Darstellungen der 23 bis 25 kann auch jeweils nur eine oder können nur zwei elektrische Kontaktflächen 52 vorhanden sein, die sich am Rand der ersten Hauptseite 21 streifenförmig an einer oder an zwei Kanten entlang der ersten Kontaktfläche 51 erstrecken oder auch, entsprechend einer Modifikation der 25, rahmenförmig um die gesamte erste Kontaktfläche 51 herum verlaufen können.
Entlang der Streifen für die zweiten Kontaktstrukturen 42 der 23 bis 25 können jeweils unterschiedliche Dichten der Durchkontaktierungen vorliegen. Außerdem können zusätzlich diagonale Streifen für die zweiten Kontaktstrukturen 42 vorhanden sein, nicht gezeichnet. Weiterhin ist es möglich, die Streifen für die zweiten Kontaktstrukturen 42 mit einem Dickengradienten zu versehen, beispielsweise mit dickeren Streifen in einer Mitte des Halbleiterbauteils 1. Dadurch lassen sich Stromdichten einstellen, ohne eine Dichte oder eine Gestalt der Durchkontaktierungen 3 verändern zu müssen. Um eine grobe Pixelierung zu erzielen, kann jede Kontaktfläche 52 auch elektrisch einzeln steuerbar sein. Gleiches gilt für alle anderen Ausführungsbeispiele.
In 26 ist illustriert, dass sich die zweite Kontaktfläche 52 innerhalb der ersten Kontaktfläche 51 befindet. Das heißt, in Draufsicht gesehen kann die große erste Kontaktfläche 51 einen geschlossenen Rahmen um die kleine zweite Kontaktfläche 52 herum bilden.
Im Ausführungsbeispiel der 27 ist gezeigt, dass das Halbleiterbauteil 1 eine Strahlungsblende 8 umfasst. Die Strahlungsblende 8 ist beispielsweise aus einem weiß erscheinenden, diffus reflektierenden Material. Von einem Rand her bedeckt die Strahlungsblende 8 einen Teil der Abstrahlseite 10. Mit einer solchen Blende 8 lassen sich hohe Leuchtdichten erzielen.
In der Draufsicht auf die erste Hauptseite 21 der 28 ist illustriert, dass die Durchkontaktierungen 3 mit einem Dichtegradienten angeordnet sein können. Mittig in der ersten Hauptseite 21 sind die Durchkontaktierungen 3 nahe beieinander angeordnet und an einem Rand der ersten Hauptseite 21 ist ein Abstand zwischen benachbarten Durchkontaktierungen 3 größer.
Die erste Kontaktfläche 51 erstreckt sich bevorzugt vollständig über den Bereich hoher Flächendichte der Durchkontaktierungen 3 hinweg. Dies ist in 28 als Strich-Linie für die erste Kontaktfläche 51 symbolisiert.
Damit lassen sich mittig in der ersten Hauptseite 21 höhere Stromdichten und somit eine gesteigerte Lichterzeugung realisieren. Eine solche Anordnung ist insbesondere in Kombination mit der Strahlungsblende 8 der 27 vorteilhaft, um eine hohe Strahlungsauskoppeleffizienz zu erreichen.
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 bevorzugt voneinander beabstandet. Soweit Linien parallel zueinander gezeichnet sind, sind die entsprechenden Flächen bevorzugt ebenso parallel zueinander ausgerichtet. Ebenfalls, soweit nicht anders kenntlich gemacht, sind die relativen 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
10: Abstrahlseite
2: Halbleiterschichtenfolge
20: aktive Zone
21: erste Hauptseite
22: zweite Hauptseite
29: Aufwachssubstrat
3: elektrische Durchkontaktierung
41: erste elektrische Kontaktstruktur
42: zweite elektrische Kontaktstruktur
44: elektrisch isolierender Kontaktspiegel
46: transparente elektrisch leitfähige Verbindungsschicht
48: elektrisch isolierende Passivierungsschicht
51: Kontaktfläche zur externen elektrischen Kontaktierung
52: Kontaktfläche zur externen elektrischen Kontaktierung
6: Stromaufweitungsschicht
63: Stromverteilerstruktur
7: Träger
76: Klebstoff
77: temporärer Zwischenträger
8: Strahlungsblende
91: erste Mikroprismen
92: zweite Mikroprismen

Claims

Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) mit - einer Halbleiterschichtenfolge (2) zur Erzeugung von rotem oder orangem Licht mit einer ersten Hauptseite (21) und mit einer zweiten Hauptseite (22), - mehreren elektrischen Durchkontaktierungen (3) durch die Halbleiterschichtenfolge (2) hindurch, - einer ersten elektrischen Kontaktstruktur (41), die die erste Hauptseite (21) elektrisch flächig kontaktiert, und - mindestens einer zweiten elektrischen Kontaktstruktur (42) an der ersten Hauptseite (21), wobei - die mindestens eine zweite Kontaktstruktur (42) mehrere der Durchkontaktierungen (3) elektrisch miteinander verbindet, und - die zweite Kontaktstruktur (42) in die erste Kontaktstruktur (41) eingebettet ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, das eine Leuchtdiode ist, wobei - sich an der zweiten Hauptseite (22) eine Stromaufweitungsschicht (6) aus einem transparenten Material befindet, - die Durchkontaktierungen (3) in oder auf der Stromaufweitungsschicht (6) enden, - die erste Kontaktstruktur (41) eine erste Kontaktfläche (51) und die zweite Kontaktstruktur (42) zumindest eine zweite Kontaktfläche (52) zur externen elektrischen Kontaktierung des Halbleiterbauteils (1) umfasst und sich alle Kontaktflächen (51, 52) an der ersten Hauptseite (21) befinden, und - die erste Hauptseite (21) und die zweite Kontaktstruktur (42) in Draufsicht auf die erste Hauptseite (21) gesehen je zu mindestens 80 % von der ersten Kontaktfläche (51) bedeckt sind.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem in Draufsicht gesehen - die erste Kontaktfläche (51) einen Zentralbereich der ersten Hauptseite (21) vollständig und ununterbrochen bedeckt und einen Rand der ersten Hauptseite (21) teilweise oder vollständig frei lässt, und - sich die mindesten eine zweite Kontaktfläche (52) am Rand der ersten Hauptseite (21) befindet.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, bei dem die zweite Kontaktstruktur (42) mehrere parallel zueinander verlaufende Streifen umfasst, die in Draufsicht auf die erste Hauptseite (21) gesehen die erste Kontaktfläche (51) an zwei einander gegenüberliegenden Seiten überragen, und wobei die mindestens eine zweite Kontaktfläche (52) jeweils an den Enden der Streifen der zweiten Kontaktstruktur (42) angebracht ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem mehrere zweite elektrische Kontaktstrukturen (42) vorhanden sind, sodass die Durchkontaktierungen (3) gruppenweise elektrisch unabhängig voneinander ansteuerbar sind.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend einen Träger (7) aus einem dielektrischen transparenten Material an der zweiten Hauptseite (22), wobei der Träger (7) die zweite Hauptseite (22) vollständig überdeckt und ein Lichtauskoppelelement des Halbleiterbauteils (1) bildet.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend mindestens eine metallische Stromverteilerstruktur (63), wobei sich die Stromverteilerstruktur (63) ausgehend von den Durchkontaktierungen (3) über einen Teil der zweiten Hauptseite (22) erstreckt.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem mehrere der Stromverteilerstrukturen (63) vorhanden sind, die sich in Draufsicht auf die zweite Hauptseite (22) gesehen je sternförmig von der zugehörigen Durchkontaktierung (3) ausgehend über einen Teil der zweiten Hauptseite (22) erstecken.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach Anspruch 7, bei dem sich die genau eine Stromverteilerstruktur (63) in Draufsicht auf die zweite Hauptseite (22) gesehen als Gitternetz und die Durchkontaktierungen (3) elektrisch miteinander verbindend über die zweite Hauptseite (22) erstreckt.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach Anspruch 2 und nach einem der Ansprüche 7 bis 9, bei dem die mindestens eine Stromverteilerstruktur (63) in die Stromaufweitungsschicht (6) eingebettet ist, sodass die mindestens eine Stromverteilerstruktur (63) an einer der Halbleiterschichtenfolge (2) zugwandten Seite als auch an einer der Halbleiterschichtenfolge (2) abgewandten Seite von einem Material der Stromaufweitungsschicht (6) bedeckt ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach Anspruch 2 und nach einem der Ansprüche 7 bis 9, bei dem sich die mindestens eine Stromverteilerstruktur (63) an einer der Halbleiterschichtenfolge (2) abgewandten Seite der Stromaufweitungsschicht (6) befindet, sodass die Stromaufweitungsschicht (6) und die Stromverteilerstruktur (63) in Richtung weg von der Halbleiterschichtenfolge (2) bündig miteinander abschließen.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach Anspruch 2, nach Anspruch 6 und nach einem der Ansprüche 7 bis 9, bei dem sich die mindestens eine Stromverteilerstruktur (63) an einer der Halbleiterschichtenfolge (2) abgewandten Seite der Stromaufweitungsschicht (6) befindet und in einen Klebstoff (76) eingebettet ist, wobei der Träger (7) mit dem Klebstoff (76) an der Stromaufweitungsschicht (6) befestigt ist und sich die Stromverteilerstruktur (63) zwischen der Stromaufweitungsschicht (6) und dem Träger (7) befindet.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach Anspruch 6, wobei der Träger (7) mittels Bonden oder Löten an der Halbleiterschichtenfolge befestigt ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend einen Kontaktspiegel (44) an der zweiten elektrischen Kontaktstruktur (42) hin zur ersten Hauptseite (21), wobei der Kontaktspiegel (44) für oranges und/oder rotes Licht reflektierend wirkt und elektrisch isolierend ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Durchkontaktierungen (3) in Draufsicht auf die zweite Hauptseite (22) gesehen einen Dichtegradienten aufzeigen, sodass die Durchkontaktierungen (3) mittig über der zweiten Hauptseite (22) dichter angeordnet sind als an einem Rand der zweiten Hauptseite (22).
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, ferner umfassend eine Strahlungsblende (8), die die zweite Hauptseite (22) von einem Rand her teilweise bedeckt, wobei die Strahlungsblende (8) lichtundurchlässig und diffus reflektierend ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das ein Leuchtdiodenchip ist, bei dem - die Halbleiterschichtenfolge (2) auf InAlGaP basiert, - die Halbleiterschichtenfolge (2) an der ersten Hauptseite (21) n-dotiert und die zweite Hauptseite (22) p-dotiert ist, - sich unmittelbar zwischen der ersten Hauptseite (21) und der ersten Kontaktstruktur (41) eine transparente elektrisch leitfähige Verbindungsschicht (46) befindet, und - eine bestimmungsgemäße Stromdichte zwischen den Hauptseiten (21, 22) im Betrieb mindestens 10 A/cm² beträgt.