DE102018128692A1

DE102018128692A1 - Optoelektronisches Halbleiterbauelement mit ersten Verbindungsbereichen und optoelektronische Vorrichtung

Info

Publication number: DE102018128692A1
Application number: DE102018128692.9A
Authority: DE
Inventors: Ivar Tangring; Berthold Hahn
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2018-11-15
Filing date: 2018-11-15
Publication date: 2020-05-20
Also published as: US20210408351A1; WO2020099574A1; DE112019005721A5

Abstract

Ein optoelektronisches Halbleiterbauelement umfasst einen optoelektronischen Halbleiterchip (11), der geeignet ist, elektromagnetische Strahlung (15) zu emittieren. Der optoelektronische Halbleiterchip (11) weist eine erste Halbleiterschicht (140) von einem ersten Leitfähigkeitstyp, eine zweite Halbleiterschicht (150) von einem zweiten Leitfähigkeitstyp, eine erste und eine zweite Stromaufweitungsschicht (180, 160), eine Vielzahl elektrischer Verbindungselemente (120) sowie eine Vielzahl erster Verbindungsbereiche (125) auf. Die erste Halbleiterschicht (140) und die zweite Halbleiterschicht (150) bilden einen Halbleiterschichtstapel. Die erste Stromaufweitungsschicht (180) ist auf einer von der zweiten Halbleiterschicht (150) abgewandten Seite der ersten Halbleiterschicht (140) angeordnet. Die erste Stromaufweitungsschicht (180) ist mit der ersten Halbleiterschicht (140) elektrisch verbunden. Die Vielzahl elektrischer Verbindungselemente (120) ist geeignet, die zweite Halbleiterschicht (150) mit der zweiten Stromaufweitungsschicht (160) elektrisch zu verbinden. Die ersten Verbindungsbereiche (125) sind mit der ersten Stromaufweitungsschicht (180) verbunden und erstrecken sich durch die zweite Stromaufweitungsschicht (160) hindurch. Eine Flächenbelegung der ersten Verbindungsbereiche (125) in einem Bereich zwischen benachbarten Teilen der zweiten Stromaufweitungsschicht (160) ist größer als 20 % der Flächenbelegung der zweiten Stromaufweitungsschicht (160).

Description

HINTERGRUND
Eine lichtemittierende Diode (LED) ist eine lichtemittierende Vorrichtung, die auf Halbleitermaterialien basiert. Beispielsweise umfasst eine LED einen pn-Übergang. Wenn Elektronen und Löcher miteinander im Bereich des pn-Übergangs rekombinieren, beispielsweise weil eine entsprechende Spannung angelegt wird, wird elektromagnetische Strahlung erzeugt.
Ein Problem beim Betrieb von LEDs ist die Erzeugung von Wärme. Um eine Effizienz der LEDs zu erhöhen, werden Konzepte gesucht, mit denen die erzeugte Wärme in verbesserter Weise abgeführt werden kann.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes optoelektronisches Halbleiterbauelement sowie eine verbesserte optoelektronische Vorrichtung zur Verfügung zu stellen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Aufgabe durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterentwicklungen sind in den abhängigen Patentansprüchen definiert.
ZUSAMMENFASSUNG
Ein optoelektronisches Halbleiterbauelement umfasst einen optoelektronischen Halbleiterchip, der geeignet ist, elektromagnetische Strahlung zu emittieren. Der optoelektronische Halbleiterchip weist eine erste Halbleiterschicht von einem ersten Leitfähigkeitstyp, eine zweite Halbleiterschicht von einem zweiten Leitfähigkeitstyp, eine erste und eine zweite Stromaufweitungsschicht, eine Vielzahl elektrischer Verbindungselemente sowie eine Vielzahl erster Verbindungsbereiche auf. Die erste Halbleiterschicht und die zweite Halbleiterschicht bilden einen Halbleiterschichtstapel. Die erste Stromaufweitungsschicht ist auf einer von der zweiten Halbleiterschicht abgewandten Seite der ersten Halbleiterschicht angeordnet. Die erste Stromaufweitungsschicht ist mit der ersten Halbleiterschicht elektrisch verbunden. Die Vielzahl elektrischer Verbindungselemente ist geeignet, die zweite Halbleiterschicht mit der zweiten Stromaufweitungsschicht (160) elektrisch zu verbinden. Die ersten Verbindungsbereiche sind mit der ersten Stromaufweitungsschicht verbunden und erstrecken sich durch die zweite Stromaufweitungsschicht hindurch. Eine Flächenbelegung der ersten Verbindungsbereiche in einem Bereich zwischen benachbarten Teilen der zweiten Stromaufweitungsschicht ist größer als 20 % einer Flächenbelegung der zweiten Stromaufweitungsschicht.
Gemäß weiteren Ausführungsformen umfasst ein optoelektronisches Halbleiterbauelement einen optoelektronischen Halbleiterchip, der geeignet ist, elektromagnetische Strahlung zu emittieren. Der optoelektronische Halbleiterchip weist eine erste Halbleiterschicht von einem ersten Leitfähigkeitstyp, eine zweite Halbleiterschicht von einem zweiten Leitfähigkeitstyp, eine erste und eine zweite Stromaufweitungsschicht, eine Vielzahl elektrischer Verbindungselemente sowie eine Vielzahl erster Verbindungsbereiche auf. Die erste Halbleiterschicht und die zweite Halbleiterschicht bilden einen Halbleiterschichtstapel. Die erste Stromaufweitungsschicht ist auf einer von der zweiten Halbleiterschicht abgewandten Seite der ersten Halbleiterschicht angeordnet. Die erste Stromaufweitungsschicht ist mit der ersten Halbleiterschicht elektrisch verbunden. Die Vielzahl elektrischer Verbindungselemente ist geeignet, die zweite Halbleiterschicht mit der zweiten Stromaufweitungsschicht elektrisch zu verbinden. Die ersten Verbindungsbereiche sind mit der ersten Stromaufweitungsschicht verbunden und erstrecken sich durch die zweite Stromaufweitungsschicht hindurch. Eine Flächenbelegung der ersten Verbindungsbereiche in einem Bereich zwischen benachbarten Teilen der zweiten Stromaufweitungsschicht ist größer als 20 % einer Flächenbelegung der ersten Stromaufweitungsschicht.
Der Halbleiterchip umfasst beispielsweise eine Vielzahl von Lichterzeugungsbereichen, welche zwischen den elektrischen Verbindungselementen angeordnet sind. Die ersten Verbindungsbereiche sind gemäß Ausführungsformen über eine isolierende Schicht von der zweiten Stromaufweitungsschicht isoliert.
Die erste Stromaufweitungsschicht kann zwischen der zweiten Stromaufweitungsschicht und der ersten Halbleiterschicht angeordnet sein.
Gemäß Ausführungsformen kann das optoelektronische Halbleiterbauelement ferner ein transparentes Substrat über der zweiten Halbleiterschicht auf einer von der ersten Halbleiterschicht abgewandten Seite aufweisen. Beispielsweise kann ein Teil der zweiten Stromaufweitungsschicht außerhalb der Lichterzeugungsbereiche angeordnet sein.
Das optoelektronische Halbleiterbauelement kann ferner eine erste Verbindungssäule, die mit den ersten Verbindungsbereichen elektrisch verbunden ist, und eine zweite Verbindungssäule, die mit der zweiten Stromaufweitungsschicht elektrisch verbunden ist, aufweisen, wobei die erste und die zweite Verbindungssäule durch ein isolierendes Material voneinander isoliert sind.
Gemäß Ausführungsformen umfasst das optoelektronische Halbleiterbauelement einen ersten Kontaktbereich, der direkt an die ersten Verbindungsbereiche angrenzt, und einen zweiten Kontaktbereich, der direkt an die zweite Stromverteilungsschicht angrenzt. Dabei sind der erste Kontaktbereich und der zweite Kontaktbereich im Bereich einer zweiten Hauptoberfläche des optoelektronischen Halbleiterbauelements angeordnet.
Das optoelektronische Halbleiterbauelement kann ferner einen ersten Kontaktbereich, der mit den ersten Verbindungsbereichen elektrisch verbunden ist, und einen zweiten Kontaktbereich, der mit der zweiten Stromaufweitungsschicht elektrisch verbunden ist, umfassen. Der zweite Kontaktbereich kann von einer ersten Hauptoberfläche des optoelektronischen Halbleiterbauelements anschließbar sein. Der erste Kontaktbereich kann von einer zweiten Hauptoberfläche des optoelektronischen Halbleiterbauelements anschließbar sein.
Gemäß weiteren Ausführungsformen kann das optoelektronische Halbleiterbauelement ferner einen ersten Kontaktbereich, der mit den ersten Verbindungsbereichen elektrisch verbunden ist, und einen zweiten Kontaktbereich, der mit der zweiten Stromaufweitungsschicht elektrisch verbunden ist, umfassen. Dabei können der zweite und der erste Kontaktbereich von einer ersten Hauptoberfläche des optoelektronischen Halbleiterbauelements anschließbar sein.
Das optoelektronische Halbleiterbauelement kann gemäß weiteren Ausführungsformen ferner einen zweiten Kontaktbereich, der mit der zweiten Stromaufweitungsschicht verbunden ist und lateral beabstandet zu dem ersten Kontaktbereich angeordnet ist, umfassen. Dabei kann mindestens ein Teil des zweiten Kontaktbereichs vertikal nicht mit der ersten Halbleiterschicht überlappen.
Gemäß weiteren Ausführungsformen umfasst ein optoelektronisches Halbleiterbauelement einen optoelektronischen Halbleiterchip, der geeignet ist, elektromagnetische Strahlung zu emittieren. Der optoelektronische Halbleiterchip umfasst eine erste Halbleiterschicht von einem ersten Leitfähigkeitstyp, eine zweite Halbleiterschicht von einem zweiten Leitfähigkeitstyp, eine erste und eine zweite Stromaufweitungsschicht sowie eine Vielzahl elektrischer Verbindungselemente. Die erste Halbleiterschicht und die zweite Halbleiterschicht bilden einen Halbleiterschichtstapel. Die erste Stromaufweitungsschicht ist auf einer von der zweiten Halbleiterschicht abgewandten Seite der ersten Halbleiterschicht angeordnet. Die erste Stromaufweitungsschicht ist mit der ersten Halbleiterschicht elektrisch verbunden. Die Vielzahl elektrischer Verbindungselemente ist geeignet, die zweite Halbleiterschicht mit der zweiten Stromaufweitungsschicht elektrisch zu verbinden. Der optoelektronische Halbleiterchip weist ferner einen ersten Kontaktbereich, der mit der ersten Stromaufweitungsschicht verbunden ist, und einen zweiten Kontaktbereich, der mit der zweiten Stromaufweitungsschicht verbunden ist, auf. Dabei ist der zweite Kontaktbereich von einer ersten Hauptoberfläche des optoelektronischen Halbleiterbauelements anschließbar, und der erste Kontaktbereich ist von einer zweiten Hauptoberfläche des optoelektronischen Halbleiterbauelements anschließbar.
Gemäß weiteren Ausführungsformen umfasst ein optoelektronisches Halbleiterbauelement einen optoelektronischen Halbleiterchip, der geeignet ist, elektromagnetische Strahlung zu emittieren. Der optoelektronische Halbleiterchip weist eine erste Halbleiterschicht von einem ersten Leitfähigkeitstyp, eine zweite Halbleiterschicht von einem zweiten Leitfähigkeitstyp, eine erste und eine zweite Stromaufweitungsschicht sowie eine Vielzahl elektrischer Verbindungselemente auf. Die erste Halbleiterschicht und die zweite Halbleiterschicht bilden einen Halbleiterschichtstapel. Die erste Stromaufweitungsschicht ist auf einer von der zweiten Halbleiterschicht abgewandten Seite der ersten Halbleiterschicht angeordnet ist. Die erste Stromaufweitungsschicht ist mit der ersten Halbleiterschicht elektrisch verbunden. Die Vielzahl elektrischer Verbindungselemente ist geeignet, die zweite Halbleiterschicht mit der zweiten Stromaufweitungsschicht elektrisch zu verbinden. Der optoelektronische Halbleiterchip weist ferner einen ersten Kontaktbereich, der mit der ersten Stromaufweitungsschicht verbunden ist, und einen zweiten Kontaktbereich auf, der mit der zweiten Stromaufweitungsschicht verbunden ist. Der zweite und der erste Kontaktbereich sind von einer ersten Hauptoberfläche des optoelektronischen Halbleiterbauelements anschließbar.
Eine optoelektronische Vorrichtung umfasst gemäß Ausführungsformen das vorstehend beschriebene optoelektronischen Halbleiterbauelement. Die optoelektronische Vorrichtung kann beispielsweise aus Autoscheinwerfern, Projektoren und Beleuchtungsvorrichtungen ausgewählt sein.
Gemäß weiteren Ausführungsformen kann eine optoelektronische Vorrichtung eine Vielzahl von optoelektronischen Halbleiterbauelementen wie vorstehend beschrieben aufweisen.
Die optoelektronische Vorrichtung kann ferner eine Vielzahl von zweiten optoelektronischen Halbleiterbauelementen, die einen anderen Aufbau als die optoelektronischen Halbleiterbauelemente haben, aufweisen. Beispielsweise kann die optoelektronische Vorrichtung eine Beleuchtungsvorrichtung für Pflanzen sein.
Figurenliste
Die begleitenden Zeichnungen dienen dem Verständnis von Ausführungsbeispielen der Erfindung. Die Zeichnungen veranschaulichen Ausführungsbeispiele und dienen zusammen mit der Beschreibung deren Erläuterung. Weitere Ausführungsbeispiele und zahlreiche der beabsichtigten Vorteile ergeben sich unmittelbar aus der nachfolgenden Detailbeschreibung. Die in den Zeichnungen gezeigten Elemente und Strukturen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander dargestellt. Gleiche Bezugszeichen verweisen auf gleiche oder einander entsprechende Elemente und Strukturen.

1 zeigt eine vertikale Querschnittsansicht eines optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß Ausführungsform.
2 bis 4 zeigen vertikale Querschnittsansichten von optoelektronischen Halbleiterbauelementen gemäß weiteren Ausführungsformen.
5A bis 5C zeigen jeweils horizontale Querschnittsansichten des optoelektronischen Halbleiterbauelements in verschiedenen Ebenen.
6A bis 6C zeigen jeweils horizontale Querschnittsansichten des optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß Ausführungsformen in verschiedenen Ebenen.
7A und 7B zeigen jeweils eine Ansicht einer optoelektronischen Vorrichtung.

DETAILBESCHREIBUNG
In der folgenden Detailbeschreibung wird auf die begleitenden Zeichnungen Bezug genommen, die einen Teil der Offenbarung bilden und in denen zu Veranschaulichungszwecken spezifische Ausführungsbeispiele gezeigt sind. In diesem Zusammenhang wird eine Richtungsterminologie wie „Oberseite“, „Boden“, „Vorderseite“, „Rückseite“, „über“, „auf“, „vor“, „hinter“, „vorne“, „hinten“ usw. auf die Ausrichtung der gerade beschriebenen Figuren bezogen. Da die Komponenten der Ausführungsbeispiele in unterschiedlichen Orientierungen positioniert werden können, dient die Richtungsterminologie nur der Erläuterung und ist in keiner Weise einschränkend.
Die Beschreibung der Ausführungsbeispiele ist nicht einschränkend, da auch andere Ausführungsbeispiele existieren und strukturelle oder logische Änderungen gemacht werden können, ohne dass dabei vom durch die Patentansprüche definierten Bereich abgewichen wird. Insbesondere können Elemente von im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen mit Elementen von anderen der beschriebenen Ausführungsbeispiele kombiniert werden, sofern sich aus dem Kontext nichts anderes ergibt.
Die Begriffe „Wafer“ oder „Halbleitersubstrat“, die in der folgenden Beschreibung verwendet sind, können jegliche auf Halbleiter beruhende Struktur umfassen, die eine Halbleiteroberfläche hat. Wafer und Struktur sind so zu verstehen, dass sie dotierte und undotierte Halbleiter, epitaktische Halbleiterschichten, gegebenenfalls getragen durch eine Basisunterlage, und weitere Halbleiterstrukturen einschließen. Beispielsweise kann eine Schicht aus einem ersten Halbleitermaterial auf einem Wachstumssubstrat aus einem zweiten Halbleitermaterial oder aus einem isolierenden Material, beispielsweise auf einem Saphirsubstrat, gewachsen sein. Je nach Verwendungszweck kann der Halbleiter auf einem direkten oder einem indirekten Halbleitermaterial basieren. Beispiele für zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung besonders geeignete Halbleitermaterialien umfassen insbesondere Nitrid-Halbleiterverbindungen, durch die beispielsweise ultraviolettes, blaues oder langwelligeres Licht erzeugt werden kann, wie beispielsweise GaN, InGaN, AlN, AlGaN, AlGaInN, AlGaInBN, Phosphid-Halbleiterverbindungen, durch die beispielsweise grünes oder langwelligeres Licht erzeugt werden kann, wie beispielsweise GaAsP, AlGaInP, GaP, AlGaP, sowie weitere Halbleitermaterialien wie AlGaAs, SiC, ZnSe, GaAs, ZnO, Ga₂O₃, Diamant, hexagonales BN und Kombinationen der genannten Materialien. Das stöchiometrische Verhältnis der Verbindungshalbleitermaterialien kann variieren. Weitere Beispiele für Halbleitermaterialien können Silizium, Silizium-Germanium und Germanium umfassen. Im Kontext der vorliegenden Beschreibung schließt der Begriff „Halbleiter“ auch organische Halbleitermaterialien ein.
Der Begriff „Substrat“ umfasst generell isolierende, leitende oder Halbleitersubstrate.
Die Begriffe „lateral“ und „horizontal“, wie in dieser Beschreibung verwendet, sollen eine Orientierung oder Ausrichtung beschreiben, die im Wesentlichen parallel zu einer ersten Oberfläche eines Substrats oder Halbleiterkörpers verläuft. Dies kann beispielsweise die Oberfläche eines Wafers oder eines Chips (Die) sein.
Die horizontale Richtung kann beispielsweise in einer Ebene senkrecht zu einer Wachstumsrichtung beim Aufwachsen von Schichten liegen.
Der Begriff „vertikal“, wie er in dieser Beschreibung verwendet wird, soll eine Orientierung beschreiben, die im Wesentlichen senkrecht zu der ersten Oberfläche eines Substrats oder Halbleiterkörpers verläuft. Die vertikale Richtung kann beispielsweise einer Wachstumsrichtung beim Aufwachsen von Schichten entsprechen.
Soweit hier die Begriffe „haben“, „enthalten“, „umfassen“, „aufweisen“ und dergleichen verwendet werden, handelt es sich um offene Begriffe, die auf das Vorhandensein der besagten Elemente oder Merkmale hinweisen, das Vorhandensein von weiteren Elementen oder Merkmalen aber nicht ausschließen. Die unbestimmten Artikel und die bestimmten Artikel umfassen sowohl den Plural als auch den Singular, sofern sich aus dem Zusammenhang nicht eindeutig etwas anderes ergibt.
Im Kontext dieser Beschreibung bedeutet der Begriff „elektrisch verbunden“ eine niederohmige elektrische Verbindung zwischen den verbundenen Elementen. Die elektrisch verbundenen Elemente müssen nicht notwendigerweise direkt miteinander verbunden sein. Weitere Elemente können zwischen elektrisch verbundenen Elementen angeordnet sein.
Der Begriff „elektrisch verbunden“ umfasst auch Tunnelkontakte zwischen den verbundenen Elementen.
1 zeigt eine vertikale Querschnittsansicht eines optoelektronischen Halbleiterbauelements 10 gemäß Ausführungsformen. Das optoelektronische Halbleiterbauelement 10 umfasst einen optoelektronischen Halbleiterchip 11. Der optoelektronische Halbleiterchip 11 ist geeignet, elektromagnetische Strahlung 15 zu emittieren. Der optoelektronische Halbleiterchip 11 umfasst eine erste Halbleiterschicht 140 von einem ersten Leitfähigkeitstyp, beispielsweise p-Typ und eine zweite Halbleiterschicht 150 von einem zweiten Leitfähigkeitstyp, beispielsweise n-Typ. Der optoelektronische Halbleiterchip 11 weist ferner eine erste und eine zweite Stromaufweitungsschicht 180, 160, eine Vielzahl elektrischer Verbindungselemente 120 sowie eine Vielzahl erster Verbindungsbereiche 125 auf. Die erste Halbleiterschicht 140 und die zweite Halbleiterschicht 150 bilden einen Halbleiterschichtstapel. Die erste Stromaufweitungsschicht 180 ist auf einer von der zweiten Halbleiterschicht 150 abgewandten Seite der ersten Halbleiterschicht 140 angeordnet und ist mit der ersten Halbleiterschicht 140 elektrisch verbunden. Die Vielzahl elektrischer Verbindungselemente 120 ist geeignet, die zweite Halbleiterschicht 150 mit der zweiten Stromaufweitungsschicht 160 elektrisch zu verbinden. Die ersten Verbindungsbereiche sind mit der ersten Stromaufweitungsschicht verbunden und erstrecken sich durch die zweite Stromaufweitungsschicht hindurch. Eine Flächenbelegung der ersten Verbindungsbereiche 125 in einem Bereich zwischen benachbarten Teilen der zweiten Stromaufweitungsschicht 160 ist größer als 20 % der Flächenbelegung der Stromaufweitungsschicht 160.
Gemäß Ausführungsformen kann die erzeugte elektromagnetische Strahlung 15 über eine erste Hauptoberfläche 151 der zweiten Halbleiterschicht 150 emittiert werden. Beispielsweise kann die erste Hauptoberfläche 151 der zweiten Halbleiterschicht 150 aufgeraut sein, um eine Lichtauskoppeleffizienz zu erhöhen. Eine aktive Zone 145 kann zwischen der ersten Halbleiterschicht 140 und der zweiten Halbleiterschicht 150 angeordnet sein. Beispielsweise kann eine aktive Zone zwischen erster und zweiter Halbleiterschicht angeordnet sein. Die aktive Zone kann beispielsweise einen pn-Übergang, eine Doppelheterostruktur, eine Einfach-Quantentopf-Struktur (SQW, single quantum well) oder eine Mehrfach-Quantentopf-Struktur (MQW, multi quantum well) zur Strahlungserzeugung aufweisen. Die Bezeichnung „Quantentopf-Struktur“ entfaltet hierbei keine Bedeutung hinsichtlich der Dimensionalität der Quantisierung. Sie umfasst somit unter anderem Quantentröge, Quantendrähte und Quantenpunkte sowie jede Kombination dieser Schichten.
Die erste Stromaufweitungsschicht 180 ist angrenzend an die erste Halbleiterschicht 140 angeordnet. Die erste Stromaufweitungsschicht 180 kann beispielsweise mehrere Schichten umfassen. Beispielsweise kann die erste Stromaufweitungsschicht 180 eine Schicht 181 aus Silber sowie eine oder mehrere weitere leitfähige Schichten 182 umfassen. Beispielsweise kann die weitere leitfähige Schicht 182 eine dünne Schicht aus einem Metall wie beispielsweise Platin, Palladium, Titan, Nickel, Chrom, welches Diffusion von anderen Metallen verhindern kann, aufweisen. Die weitere leitfähige Schicht kann ferner eine hochleitfähige Schicht, beispielsweise aus Au, Cu, Ag oder Al enthalten. Beispielsweise kann die leitfähige Schicht 182 die Silberschicht einkapseln. Zusätzlich kann beispielsweise eine leitfähige Oxidschicht zwischen der Silberschicht 181 und der ersten Halbleiterschicht 140 angeordnet sein, um einen verbesserten Kontakt zur ersten Halbleiterschicht bereitzustellen.
Die zweite Stromaufweitungsschicht 160 kann über eine isolierende Schicht 105 von der ersten Stromaufweitungsschicht 180 und der ersten Halbleiterschicht 140 isoliert sein. Die zweite Stromaufweitungsschicht 160 ist über elektrische Verbindungselemente 120 mit der zweiten Halbleiterschicht 150 verbunden. Beispielsweise kann eine Vielzahl von elektrischen Verbindungselementen 120 vorgesehen sein, und Lichterzeugungsbereiche 130, in denen elektromagnetische Strahlung erzeugt wird, sind beispielsweise zwischen benachbarten elektrischen Verbindungselementen 120 angeordnet. Beispielsweise kann eine leitfähige Schicht, die die zweite Stromaufweitungsschicht 160 sowie die elektrischen Verbindungselemente 120 ausbildet, Ti, WN, oder einen Metallstapel aus diesen Schichten aufweisen. Der Metallschichtstapel kann weiterhin Gold oder Platin enthalten.
Die ersten Verbindungsbereiche 125 sind mit der ersten Stromaufweitungsschicht 180 verbunden. Die ersten Verbindungsbereiche 125 sind beispielsweise über ein isolierendes Material 102 von der zweiten Stromaufweitungsschicht 160 isoliert. Weiterhin sind die elektrischen Verbindungselemente 120 jeweils durch ein isolierendes Material 105 sowohl von der ersten Stromaufweitungsschicht 180 als auch von der ersten Halbleiterschicht 140 isoliert. Beispiele für das isolierende Material 102,105 umfassen insbesondere Siliziumoxid, Siliziumnitrid, Aluminiumoxid und Kombinationen dieser Materialien.
Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dass eine Flächenbelegung der ersten Verbindungsbereiche 125 in einem Bereich zwischen benachbarten Teilen der zweiten Stromaufweitungsschicht größer als 20 % einer Flächenbelegung der zweiten Stromaufweitungsschicht 160 ist. Das optoelektronische Halbleiterbauelement weist eine Vielzahl von ersten Verbindungsbereichen 125 auf. Die Flächenbelegung der ersten Verbindungsbereiche 125 betrifft daher die Summe der einzelnen Flächen aller ersten Verbindungsbereiche 125 in einer Ebene. Weiterhin bezeichnet der Begriff „Flächenbelegung der zweiten Stromaufweitungsschicht“ den horizontalen Anteil der zweiten Stromaufweitungsschicht 160, an dem elektrisch leitendes Material, das mit der zweiten Stromaufweitungsschicht elektrisch verbunden ist, vorliegt. Gemäß Ausführungsformen kann die Flächenbelegung größer als 50 % oder sogar größer als 80 % der Flächenbelegung der zweiten Stromaufweitungsschicht 160 sein. Als Folge kann ein Großteil der in dem optoelektronischen Halbleiterchip 11 erzeugten thermischen Wärme über die ersten Verbindungsbereiche 125 abgeführt werden. Das Merkmal der Verhältnisse der Flächenbelegung wird unter Bezugnahme auf die 5C und 6C, die jeweils horizontale Querschnittsansichten zeigen, nochmals erläutert werden.
1 zeigt weiterhin eine horizontale Abmessung d der ersten Verbindungsbereiche 125 in einem Bereich zwischen benachbarten Teilen der zweiten Stromaufweitungsschicht sowie eine horizontale Abmessung s der zweiten Stromaufweitungsschicht 160. Beispielsweise kann eine horizontale Abmessung d der ersten Verbindungsbereiche 125 in einem Bereich zwischen benachbarten Teilen der zweiten Stromaufweitungsschicht größer als 20 % einer horizontalen Abmessung s der zweiten Stromaufweitungsschicht 160 sein. Das optoelektronische Halbleiterbauelement weist eine Vielzahl von ersten Verbindungsbereichen 125 auf. Die horizontale Abmessung d der ersten Verbindungsbereiche 125 betrifft daher die Summe der einzelnen Abmessungen aller ersten Verbindungsbereiche 125 in einer Ebene. Weiterhin bezeichnet der Begriff „horizontale Abmessung der zweiten Stromaufweitungsschicht“ den horizontalen Anteil der zweiten Stromaufweitungsschicht 160, an dem elektrisch leitendes Material, das mit der zweiten Stromaufweitungsschicht elektrisch verbunden ist, vorliegt. Gemäß Ausführungsformen kann die die horizontale Abmessung d der ersten Verbindungsbereiche größer als 50 % oder sogar größer als 80 % der horizontalen Abmessung s der zweiten Stromaufweitungsschicht 160 sein.
Gemäß einer alternativen Betrachtungsweise umfasst ein optoelektronisches Halbleiterbauelement 10 einen optoelektronischen Halbleiterchip 11, der geeignet ist, elektromagnetische Strahlung 15 zu emittieren. Der optoelektronische Halbleiterchip 11 weist eine erste Halbleiterschicht 140 von einem ersten Leitfähigkeitstyp, eine zweite Halbleiterschicht 150 von einem zweiten Leitfähigkeitstyp, eine erste und eine zweite Stromaufweitungsschicht 180, 160, eine Vielzahl elektrischer Verbindungselemente 120 sowie eine Vielzahl erster Verbindungsbereiche 125 auf. Die erste Halbleiterschicht 140 und die zweite Halbleiterschicht 150 bilden einen Halbleiterschichtstapel. Die erste Stromaufweitungsschicht 180 ist auf einer von der zweiten Halbleiterschicht 150 abgewandten Seite der ersten Halbleiterschicht 140 angeordnet. Die erste Stromaufweitungsschicht 180 ist mit der ersten Halbleiterschicht 140 elektrisch verbunden. Die Vielzahl elektrischer Verbindungselemente 120 ist geeignet, die zweite Halbleiterschicht 150 mit der zweiten Stromaufweitungsschicht 160 elektrisch zu verbinden. Die ersten Verbindungsbereiche 125 sind mit der ersten Stromaufweitungsschicht 180 verbunden und erstrecken sich durch die zweite Stromaufweitungsschicht 160 hindurch. Eine Flächenbelegung der ersten Verbindungsbereiche 125 in einem Bereich zwischen benachbarten Teilen der zweiten Stromaufweitungsschicht 160 ist größer als 20 % einer Flächenbelegung der ersten Stromaufweitungsschicht 180.
Gemäß weiteren Ausführungsformen kann auch eine Flächenbelegung der ersten Verbindungsbereiche 125 in einem Bereich zwischen benachbarten Teilen der zweiten Stromaufweitungsschicht 160 größer als 20% einer Flächenbelegung der Silberschicht 181 sein, welche in direktem Kontakt mit der ersten Halbleiterschicht 140 angeordnet sein kann. Die Flächenbelegung kann auch mindestens 40 % oder mindestens 60 oder 80 % der Flächenbelegung der Silberschicht 181 sein.
Beim Betrieb des optoelektronischen Halbleiterbauelements wird eine elektrische Spannung über die zweite Stromaufweitungsschicht 160 und die über die ersten Verbindungsbereiche 125 angeschlossene erste Stromaufweitungsschicht 180 an die LED angelegt. Dabei erstreckt sich ein elektrischer Strompfad von der zweiten Stromaufweitungsschicht 160 über die elektrischen Verbindungselemente 120 zu der zweiten Halbleiterschicht 150 und wird über diese entlang der aktiven Zone 125 oder entlang der Grenzfläche zur ersten Halbleiterschicht 140 verteilt. Entsprechend findet die Wärmeentwicklung im Wesentlichen im Bereich der aktiven Zone oder der Grenzfläche zwischen erster und zweiter Halbleiterschicht 140, 150 statt. Dadurch, dass die horizontale Abmessung d des ersten Verbindungsbereichs 125 eine entsprechende Größe aufweist, kann die Wärme in dem Bereich, in dem sie entsteht, besonders wirkungsvoll abgeführt werden. Entsprechend kann eine Aufheizung des optoelektronischen Halbleiterbauelements vermieden bzw. unterdrückt werden. Als Folge wird die Effizienz des optoelektronischen Halbleiterbauelements vergrößert.
Dies ist beispielsweise in Fällen günstig, in denen das optoelektronische Halbleiterbauelement ein sogenanntes Hochleistungsbauelement mit einer Stromdichte von mehreren A/mm² ist. Als weitere Folge kann auch die Konversionseffizienz bei Verwendung eines Konvertermaterials zum Verändern der von dem optoelektronischen Halbleiterbauelement ausgegebenen Lichtwellenlänge verbessert werden. Weiterhin kann die Gesamtlebensdauer des Bauelements vergrößert werden, da beispielsweise auch Polymere und andere empfindliche Einkapselungs- oder Verpackungsmaterialien weniger schnell altern. Als weitere Konsequenz können auch Betriebsströme erhöht werden, ohne dass eine Maximaltemperatur des Bauelements überschritten wird.
Wie in 1 weiterhin veranschaulicht ist, kann gemäß Ausführungsform das optoelektronische Halbleiterbauelement 10 ferner eine erste Verbindungssäule 131 sowie eine zweite Verbindungssäule 132 umfassen, die beispielsweise durch ein isolierendes Trägermaterial 135 voneinander isoliert sein können. Die erste Verbindungssäule 131 ist mit den ersten Verbindungsbereichen 125 elektrisch leitend verbunden. Weiterhin ist die zweite Verbindungssäule 132 mit der zweiten Stromaufweitungsschicht 160 elektrisch leitend verbunden. Beispielsweise können die Verbindungssäulen eine entsprechend dicke Nickelschicht aufweisen. Beispielsweise kann die Dicke der Nickelschicht mehr als 100 µm, beispielsweise mehr als 120 µm betragen. Anstelle von Nickel kann selbstverständlich auch ein Metall mit einer besseren thermischen Leitfähigkeit, beispielsweise Kupfer, verwendet werden, um die Wärmeabfuhr weiter zu verbessern. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann auch auf die erste und die zweite Verbindungssäule verzichtet werden. Beispielsweise kann, wie nachstehend unter Bezugnahme auf 4 erläutert werden wird, das optoelektronische Halbleiterbauelement 10 auch direkt über Kontaktbereich in Kontakt mit den ersten Verbindungsbereiche 125 oder in Kontakt mit der zweiten Stromaufweitungsschicht 160 montiert bzw. aufgelötet werden.
Gemäß den in 1 veranschaulichten Ausführungsformen können sowohl erste als auch zweite Stromaufweitungsschichten 180, 160 jeweils von einer Rückseite des optoelektronischen Halbleiterchips kontaktiert werden, das heißt von einer Seite, die nicht die Lichtemissionsoberfläche ist.
Weiterhin kann beispielsweise eine Kontaktschicht 115, beispielsweise aus einem leitfähigen Oxid, beispielsweise Zinkoxid, zwischen der zweiten Halbleiterschicht 150 und der leitfähigen Schicht 114 vorgesehen sein. Die leitfähige Schicht 114 kann beispielsweise eine Keimschicht sein für ein nachfolgend durchzuführendes galvanisches Verfahren zur Ausbildung einer leitfähigen Schicht, die beispielsweise das elektrische Verbindungselement und die zweite Stromaufweitungsschicht 160 bildet. Die Keimschicht 114 kann auch zwischen der ersten Stromaufweitungsschicht 180 und den ersten Verbindungsbereichen 125 vorgesehen sein, um die galvanische Ausbildung der ersten Verbindungsbereiche 125 zu fördern. Die Keimschicht 114 kann weiterhin zwischen der zweiten Stromaufweitungsschicht 160 und der zweiten Verbindungssäule 132 angeordnet sein. Beispielsweise kann die Keimschicht 114 ein beliebiges elektrisch leitendes Material enthalten. Die Keimschicht 114 kann aus einem Metall aufgebaut sein, das nicht oxidiert, also chemisch inert ist, beispielsweise Gold oder Nickel.
2 zeigt eine vertikale Querschnittsansicht eines optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß weiteren Ausführungsformen. Das in 2 dargestellte optoelektronische Halbleiterbauelement ist ähnlich wie das in 1 dargestellte Halbleiterbauelement aufgebaut. Zusätzlich ist ein transparentes Substrat 100 angrenzend an die erste Hauptoberfläche 151 der zweiten Halbleiterschicht 150 angeordnet. Beispielsweise kann das transparente Substrat ein Saphirsubstrat sein, das beispielsweise als Wachstumssubstrat zum epitaktischen Aufwachsen der zweiten und ersten Halbleiterschicht dient. Beispielsweise kann in diesem Fall durch das Saphirsubstrat 100 die in dem optoelektronischen Halbleiterchip erzeugte Wärme weiter verteilt werden. Von dem optoelektronischen Halbleiterchip 11 emittierte elektromagnetische Strahlung 15 kann beispielsweise über die erste Hauptoberfläche des transparenten Substrats und auch über seine Seitenflächen emittiert werden.
Gemäß in 2 veranschaulichten Ausführungsformen weist das optoelektronische Halbleiterbauelement ferner einen zweiten Kontaktbereich 127 auf. Der zweite Kontaktbereich 127 ist mit der zweiten Stromaufweitungsschicht 160 verbunden. Der zweite Kontaktbereich 127 ist von einer ersten Hauptoberfläche 110 des optoelektronischen Halbleiterbauelements anschließbar. Weiterhin ist ein erster Kontaktbereich 126, der mit der ersten Stromaufweitungsschicht 180 verbunden ist, von einer zweiten Hauptoberfläche des optoelektronischen Halbleiterbauelements anschließbar. Beispielsweise kann der erste Kontaktbereich 126 eine flächige oder teilweise flächig ausgebildete leitfähige Schicht umfassen, die mit den ersten Verbindungsbereichen 125 in Kontakt steht.
Wie in 2 gezeigt ist, kann der optoelektronische Halbleiterchip 11 auf einen Träger 117 montiert sein. Beispielsweise kann der Träger 117 dotiertes Silizium umfassen, wodurch ein ganzflächiger Kontakt zum ersten Kontaktbereich 126 bereitgestellt werden kann. Beispielsweise kann eine leitfähige Schicht 119 auf einer zweiten Hauptoberfläche 121 des Trägers 117 angeordnet sein. Eine erste leitfähige Schicht 118 kann zwischen dem Trägermaterial 117 und dem ersten Kontaktbereich 126 vorgesehen sein. Beispielsweise kann der Träger 117 vorgesehen sein, um dem optoelektronischen Halbleiterbauelement 10 mechanische Stabilität zu verleihen. Eine Schichtdicke des Trägers 117 kann entsprechend ausgewählt sein. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann der optoelektronische Halbleiterchip 11 direkt auf einen Keramikträger, auf dem Leiterbahnen, beispielsweise aus Kupfer aufgebracht sind, aufgelötet werden. Dadurch kann die Wärmeabfuhr weiter verbessert werden.
Das in 2 dargestellte optoelektronische Halbleiterbauelement stellt somit ein vertikales optoelektronisches Halbleiterbauelement dar, bei dem eine der beiden Halbleiterschichten von einer ersten Hauptoberfläche oder Vorderseite des Halbleiterbauelements und die andere Halbleiterschicht von einer zweiten Hauptoberfläche oder Rückseite des Halbleiterbauelements kontaktierbar ist. Üblicherweise ist bei optoelektronischen Halbleiterbauelementen, die Galliumnitrid als Halbleiterschichten enthalten, der Kontaktbereich, der mit der p-Schicht verbunden ist, im Bereich der ersten Hauptoberfläche 110 des optoelektronischen Halbleiterbauelements angeordnet. Der Kontaktbereich, der mit der n-Halbleiterschicht verbunden ist, ist üblicherweise im Bereich der zweiten Hauptoberfläche des optoelektronischen Halbleiterbauelements angeordnet. Bei optoelektronischen Halbleiterbauelementen, die ein anderes Halbleitermaterial als GaN enthalten, beispielsweise Phosphid-Verbindungshalbleitern, hingegen ist die Polarität umgekehrt. Das heißt, der p-Anschluss befindet sich an der zweiten Hauptoberfläche des Halbleiterbauelements, und der n-Anschluss ist im Bereich der ersten Hauptoberfläche 110 des optoelektronischen Halbleiterbauelements angeordnet. Dadurch, dass, wie in 2 veranschaulicht, die Anordnung und Polarität der Kontaktbereiche nun an die Polarität der Kontaktbereiche in optoelektronischen Halbleiterbauelementen mit anderen Halbleitermaterialien angepasst ist, ist es auf einfache Weise möglich, in optoelektronischen Halbleiterbauelementen mit unterschiedlichen Halbleiterchips (d.h. die beispielsweise auf unterschiedlichen Halbleitermaterialien basieren) die entsprechenden optoelektronischen Halbleiterchips jeweils vorzusehen oder auszutauschen.
3 zeigt eine vertikale Querschnittsansicht eines optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß weiteren Ausführungsformen. Komponenten des in 3 dargestellten optoelektronischen Halbleiterbauelements sind ähnlich oder identisch zu den in 1 und 2 dargestellten Komponenten. Abweichend von der in 2 gezeigten Ausführungsform kann hier auch der erste Kontaktbereich 126 von einer Seite der ersten Hauptoberfläche 110 des optoelektronischen Halbleiterbauelements 10 kontaktiert werden. Das heißt, erster Kontaktbereich 126 und zweiter Kontaktbereich 127 sind jeweils an einer Vorderseite des optoelektronischen Halbleiterbauelements 10 platziert. Gemäß Ausführungsformen kann der optoelektronische Halbleiterchip 11 auf einen isolierenden Träger 117 aufgebracht sein. Der isolierende Träger 117 kann ein Träger mit hoher thermischer Leitfähigkeit sein. Beispielsweise kann der Träger 117 aus einer AlN- oder Si₃N₄-Keramik hergestellt sein. Beispielsweise kann die leitfähige Schicht, die die ersten Verbindungsbereiche 125 darstellt, großflächig aufgebracht sein. Ein erster Kontaktbereich 126 ist über diese leitfähige Schicht mit den ersten Verbindungsbereichen 125 elektrisch leitend verbunden. Beispielsweise kann der zweite Kontaktbereich 127 durch eine leitfähige Schicht über der zweiten Stromaufweitungsschicht 160 ausgebildet sein.
Zusätzlich kann eine erste leitfähige Schicht 118 zwischen dem isolierenden Träger 117 und dem leitfähigen Material, das die elektrische Verbindung zwischen den ersten Verbindungsbereichen 125 und dem ersten Kontaktbereich herstellt, angeordnet sein. Gemäß Ausführungsformen, die in 3 dargestellt sind, kann weiterhin eine leitfähige Schicht 119 im Bereich einer Rückseite des optoelektronischen Halbleiterchips 11 aufgebracht sein.
4 zeigt eine vertikale Querschnittsansicht eines optoelektronischen Halbleiterbauelements 10 gemäß weiteren Ausführungsformen. Gemäß den in 4 veranschaulichten Ausführungsformen wird versucht, die Verbindung zwischen der ersten Stromaufweitungsschicht 180 und den ersten Verbindungsbereichen 125 so groß wie möglich zu machen. Entsprechend kann eine horizontale Abmessung d der ersten Verbindungsbereiche 125 gemäß diesen Ausführungsformen sogar größer als eine horizontale Abmessung s der zweiten Stromaufweitungsschicht 160 sein. Eine Flächenbelegung der ersten Verbindungsbereiche 125 gemäß diesen Ausführungsformen kann ebenfalls größer als eine Flächenbelegung der zweiten Stromaufweitungsschicht sein. Weitere Elemente der Ausführungsform von 4 sind ähnlich wie Komponenten, die in Bezug auf die 1 bis 3 diskutiert worden sind. Gemäß Ausführungsformen, die in 4 dargestellt sind, ist ein Teil der zweiten Stromaufweitungsschicht 160 in einem Bereich angeordnet, der in vertikaler Richtung nicht mit der zweiten Halbleiterschicht 150 überlappt. Das heißt, bezogen auf eine vertikale Richtung, ist die zweite Halbleiterschicht 150 nicht über der gesamten zweiten Stromaufweitungsschicht 160 angeordnet. Ein Teil der zweiten Stromaufweitungsschicht 160 ist in horizontaler Richtung zwischen benachbarten Teilen der zweiten Halbleiterschicht 150 angeordnet. In entsprechender Weise ist auch die zweite Verbindungssäule 132, die mit der zweiten Stromaufweitungsschicht 160 verbunden ist, oder zumindest ein Teil der zweiten Verbindungssäule 132 außerhalb eines Bereichs angeordnet, in dem die erste und die zweite Halbleiterschicht 140, 150 vorliegen. Weiterhin sind die ersten Verbindungsbereiche 125 derart angeordnet, dass ein größtmöglicher Teil der aktiven Zone 145 bzw. der Grenzfläche zwischen erster und zweiter Halbleiterschicht 140, 150 mit den ersten Verbindungsbereichen 125 überlappen. Auf diese Weise wird eine besonders effiziente Wärmeabfuhr erzielt.
Anders ausgedrückt, wird das Halbleiterbauelement etwas größer gemacht als die Fläche des Halbleiterchips 11. In diesem zusätzlichen Flächenbereich wird die zweite Verbindungssäule 132 untergebracht, so dass die erste Verbindungssäule 131, die mit den ersten Verbindungsbereichen 125 verbunden ist, eine größtmögliche Flächenausdehnung hat.
Beispielsweise kann ein elektrisch isolierendes Material, beispielsweise aus Epoxidharz, zwischen der ersten und der zweiten Verbindungssäule 131, 132 angeordnet sein.
Gemäß weiteren Ausführungsformen kann der untere Teil des optoelektronischen Halbleiterbauelements 10 entlang der Trennlinie 155 auch entfallen. In diesem Fall kann beispielsweise ein erster Kontaktbereich 126 (gestrichelt dargestellt) in Kontakt mit den ersten Verbindungsbereichen 125 ausgebildet werden. Weiterhin kann ein zweiter Kontaktbereich 127 (gestrichelt dargestellt) anstelle der zweiten Verbindungssäule 132 ausgebildet werden. Beispielsweise kann ein derartiges optoelektronisches Halbleiterelement direkt auf einen Keramikträger, der beispielsweise Lötstellen aufweist, aufgelötet werden. Beispielsweise kann der erste Kontaktbereich 126 und der zweite Kontaktbereich 127 eine Schichtdicke von etwa 1 bis 2 µm haben.
Bei Entfernung des unteren Teils des optoelektronischen Bauelements kann beispielsweise ein Laser-Liftoff zum Entfernen des Wachstumssubstrats auf Package-Ebene durchgeführt werden. Weiterhin kann eine Aufrauung der ersten Hauptoberfläche 151 der zweiten Halbleiterschicht 150 auf Package-Ebene erfolgen.
Wie in 4 gezeigt, ist das optoelektronische Halbleiterbauelement 10 größer als die Fläche innerhalb derer optoelektronische Strahlung erzeugt wird.
Die 5A bis 5C zeigen Querschnittsansichten in unterschiedlichen Ebenen des optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß Ausführungsformen. Durch diese Figuren soll veranschaulicht werden, welche Bereiche des optoelektronischen Halbleiterbauelements jeweils zur Wärmeabfuhr zur Verfügung stehen und wie die einzelnen Schichten in einer horizontalen Ebene ausgestaltet sind.
5A ist eine Draufsicht auf die zweite Halbleiterschicht 150 sowie den zweiten Kontaktbereich 127, wie beispielsweise in 2 dargestellt ist. Die zweite Halbleiterschicht 150 ist flächig ausgebildet. Bereiche, in denen jeweils die elektrischen Verbindungselemente 120 die zweite Halbleiterschicht 150 kontaktieren, sind ebenfalls in 5A dargestellt. Zwischen benachbarten elektrischen Verbindungselementen 120 ist jeweils ein Lichterzeugungsbereich 130 angeordnet.
5B zeigt eine Draufsicht auf die erste Stromaufweitungsschicht 180 und veranschaulicht die Bereiche, in denen die erste Stromaufweitungsschicht 180 zur Wärmeabfuhr beiträgt. Eine Position dieser Draufsicht ist beispielsweise in 2 zwischen I und I' angegeben. Wie zu sehen ist, ist die erste Stromaufweitungsschicht 180 großflächig ausgebildet und von elektrischen Verbindungselementen 120 unterbrochen.
Wie weiterhin zu sehen ist, ist die Flächenbelegung der elektrischen Verbindungselemente 120 wesentlich kleiner als die Fläche der ersten Stromaufweitungsschicht 180. Dadurch dass, wie vorstehend erläutert wurde, die elektrischen Verbindungselemente 120 räumlich von den Lichterzeugungsbereichen 130 getrennt sind, ist die Wärmeabfuhr über die elektrischen Verbindungselemente 120 in der Regel nicht sehr effizient. Als Folge wird durch eine Beeinträchtigung der Wärmeabfuhr über die elektrischen Verbindungselemente 120 die Leistungsfähigkeit des optoelektronischen Halbleiterbauelements in unwesentlichem Ausmaß beeinträchtigt.
5C veranschaulicht die Wärmeabfuhr über die zweite Stromaufweitungsschicht 160 sowie die ersten Verbindungsbereiche 125 in einem Bereich zwischen III und III', wie in 2 dargestellt ist. In diesem Bereich ist die zweite Stromaufweitungsschicht 160 als ein Gitter („grid“) ausgebildet, in dem die zweite Stromaufweitungsschicht 160 von den elektrischen Verbindungsbereichen 125 unterbrochen ist. Beispielsweise kann durch Erhöhen der Schichtdicke der Stromaufweitungsschicht 160 eine gleichmäßige elektrische Stromaufweitung sichergestellt werden. Beispielsweise kann die Schichtdicke der Stromaufweitungsschicht mehr als 500 nm, beispielsweise mehr als 1 µm betragen, beispielsweise 3 bis 7 µm oder 3 bis 10 µm betragen.
5C zeigt weiterhin eine Draufsicht in einem Bereich, in dem die horizontale Ausdehnung der ersten Verbindungsbereiche 125 minimal ist. Das heißt, der in 5C gezeigte Bereich stellt quasi den thermischen Engpass dar. Wie insbesondere in 5C dargestellt ist, sind die ersten Verbindungsbereiche 125 im Vergleich zur Größe des Halbleiterchips 11 großflächig ausgebildet. Entsprechend ist eine effiziente Wärmeabfuhr möglich. Wie in 5C gezeigt ist, ist eine Flächenbelegung der ersten Verbindungsbereiche 125 in einem Bereich zwischen benachbarten Teilen der zweiten Stromaufweitungsschicht 160 größer als 20 % der Flächenbelegung der zweiten Stromaufweitungsschicht 160. Beispielsweise kann die Flächenbelegung auch größer als 20 %, beispielsweise größer als 40 % oder größer als 60 % oder größer als 80 % der Flächenbelegung der zweiten Stromaufweitungsschicht 160 sein.
Die 6A bis 6C sind entsprechende Ansichten für den Fall des in 3 dargestellten optoelektronischen Halbleiterbauelements. Wie in 6A dargestellt ist, sind der erste Kontaktbereich 126 und der zweite Kontaktbereich 127 im Bereich der ersten Hauptoberfläche 110 des optoelektronischen Halbleiterbauelements ausgebildet. Die zweite Halbleiterschicht ist wie in 5A dargestellt ganzflächig ausgebildet und stellenweise über elektrische Verbindungselemente 120 mit der zweiten Stromaufweitungsschicht 160 verbunden. Lichterzeugungsbereiche 130 sind jeweils zwischen benachbarten elektrischen Verbindungselementen 120 angeordnet. Wie in 6B dargestellt ist, trägt die gesamte Fläche der ersten Stromaufweitungsschicht 180 im Bereich des gesamten Halbleiterchips zur Wärmeabfuhr bei.
Ebenso tragen die elektrischen Verbindungselemente 120 im gesamten Bereich des Halbleiterchips zum Wärmeabtransport bei. Wie in 6C dargestellt ist, trägt zusätzlich ein außerhalb der Chipfläche angeordneter Teil des ersten Kontaktbereichs 126 zum Wärmeabtransport bei. Weiterhin erfolgt der Wärmeabtransport im gesamten Bereich des Halbleiterchips über die ersten Verbindungsbereiche 125. Wie in 6C gezeigt ist, ist eine Flächenbelegung der ersten Verbindungsbereiche 125 in einem Bereich zwischen benachbarten Teilen der zweiten Stromaufweitungsschicht 160 größer als 20 % der Flächenbelegung der zweiten Stromaufweitungsschicht 160. Beispielsweise kann die Flächenbelegung auch größer als 20 %, beispielsweise größer als 40 % oder größer als 60 % oder größer als 80 % der Flächenbelegung der zweiten Stromaufweitungsschicht 160 sein.
7A zeigt eine schematische Ansicht einer optoelektronischen Vorrichtung 20. Die optoelektronische Vorrichtung 20 umfasst das optoelektronische Halbleiterbauelement 10 wie vorstehend beschrieben. Beispielsweise kann die optoelektronische Vorrichtung eine Vorrichtung mit hoher Leuchtdichte sein, die beispielsweise mit einer hohen Stromstärke betrieben werden kann. Spezifische Beispiele umfassen Autoscheinwerfer, Projektoren und spezielle Beleuchtungsvorrichtungen mit hoher Leuchtdichte.
Weiterhin kann, wie in 7B veranschaulicht, die optoelektronische Vorrichtung 20 eine Vielzahl von optoelektronischen Halbleiterbauelementen 10 umfassen. Die optoelektronische Vorrichtung 20 kann ferner zweite optoelektronische Halbleiterbauelemente 12 umfassen, die beispielsweise auf einem anderen Halbleitermaterial als die optoelektronischen Halbleiterbauelemente 10 basieren können und einen anderen Aufbau haben können. Beispielsweise kann die optoelektronische Vorrichtung eine Vielzahl erster Anschlüsse 107 und eine Vielzahl zweiter Anschlüsse 108 umfassen. Die ersten Anschlüsse können beispielsweise positive Anschlüsse sein, die zweiten Anschlüsse können beispielsweise negative Anschlüsse sein. Beispielsweise können die ersten Anschlüsse 107 eine Kontaktierung von einer zweiten Hauptoberfläche der optoelektronischen Halbleiterbauelemente 10 ermöglichen. Die zweiten Anschlüsse 108 können eine Kontaktierung von einer ersten Hauptoberfläche der optoelektronischen Halbleiterbauelemente ermöglichen. Gemäß Ausführungsformen können die ersten Kontaktbereiche 126 der optoelektronischen Halbleiterbauelemente 10 an der zweiten Hauptoberfläche vorliegen, und die zweiten Kontaktbereiche 127 der optoelektronischen Halbleiterbauelemente 10 liegen an der ersten Hauptoberfläche vor. Auf diese Weise können die optoelektronischen Halbleiterbauelemente 10 in ähnlicher Weise wie LEDs, die auf Phosphid-Halbleiterverbindungen basieren, kontaktiert werden. Als Folge können LEDs in der optoelektronischen Vorrichtung 20 in einfacher Weise ausgetauscht werden. Beispielsweise können derartige optoelektronischen Vorrichtungen 20 zum Beleuchten von Pflanzen verwendet werden. In derartigen Vorrichtungen können beispielsweise eine Vielzahl von roten und blauen LEDs in Reihe geschaltet sein.
Obwohl hierin spezifische Ausführungsformen veranschaulicht und beschrieben worden sind, werden Fachleute erkennen, dass die gezeigten und beschriebenen spezifischen Ausführungsformen durch eine Vielzahl von alternativen und/oder äquivalenten Ausgestaltungen ersetzt werden können, ohne vom Schutzbereich der Erfindung abzuweichen. Die Anmeldung soll jegliche Anpassungen oder Variationen der hierin diskutierten spezifischen Ausführungsformen abdecken. Daher wird die Erfindung nur durch die Ansprüche und deren Äquivalente beschränkt.
Bezugszeichenliste

10: optoelektronisches Halbleiterbauelement
11: optoelektronischer Halbleiterchip
12: zweites optoelektronisches Halbleiterbauelement
15: emittierte elektromagnetische Strahlung
20: optoelektronische Vorrichtung
100: transparentes Substrat
102: isolierende Schicht
105: isolierende Schicht
107: erster Anschluss
108: zweiter Anschluss
110: erste Hauptoberfläche des Halbleiterbauelements
114: leitende Schicht (seed layer)
115: Kontaktschicht
117: Träger
118: erste leitfähige Schicht
119: zweite leitfähige Schicht
120: elektrisches Verbindungselement
121: zweite Hauptoberfläche
125: erster Verbindungsbereich
126: erster Kontaktbereich
127: zweiter Kontaktbereich
130: Lichterzeugungsbereiche
131: erste Verbindungssäule
132: zweite Verbindungssäule
135: isolierendes Trägermaterial
137: Öffnung in isolierender Schicht
140: erste Halbleiterschicht
145: aktive Zone
150: zweite Halbleiterschicht
151: erste Hauptoberfläche der zweiten Halbleiterschicht
155: Trennlinie
160: zweite Stromverteilungsschicht
180: erste Stromverteilungsschicht
181: Silberschicht
182: leitfähige Schicht

Claims

Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) mit einem optoelektronischen Halbleiterchip (11), der geeignet ist, elektromagnetische Strahlung (15) zu emittieren und eine erste Halbleiterschicht (140) von einem ersten Leitfähigkeitstyp; eine zweite Halbleiterschicht (150) von einem zweiten Leitfähigkeitstyp; eine erste und eine zweite Stromaufweitungsschicht (180, 160), eine Vielzahl elektrischer Verbindungselemente (120) sowie eine Vielzahl erster Verbindungsbereiche (125) umfasst, wobei die erste Halbleiterschicht (140) und die zweite Halbleiterschicht (150) einen Halbleiterschichtstapel bilden, die erste Stromaufweitungsschicht (180) auf einer von der zweiten Halbleiterschicht (150) abgewandten Seite der ersten Halbleiterschicht (140) angeordnet ist, die erste Stromaufweitungsschicht (180) mit der ersten Halbleiterschicht (140) elektrisch verbunden ist, die Vielzahl elektrischer Verbindungselemente (120) geeignet ist, die zweite Halbleiterschicht (150) mit der zweiten Stromaufweitungsschicht (160) elektrisch zu verbinden, die ersten Verbindungsbereiche (125) mit der ersten Stromaufweitungsschicht (180) verbunden sind und sich durch die zweite Stromaufweitungsschicht (160) hindurch erstrecken, und eine Flächenbelegung der ersten Verbindungsbereiche (125) in einem Bereich zwischen benachbarten Teilen der zweiten Stromaufweitungsschicht (160) größer als 20 % einer Flächenbelegung der zweiten Stromaufweitungsschicht (160) ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) mit einem optoelektronischen Halbleiterchip (11), der geeignet ist, elektromagnetische Strahlung (15) zu emittieren und eine erste Halbleiterschicht (140) von einem ersten Leitfähigkeitstyp; eine zweite Halbleiterschicht (150) von einem zweiten Leitfähigkeitstyp; eine erste und eine zweite Stromaufweitungsschicht (180, 160), eine Vielzahl elektrischer Verbindungselemente (120) sowie eine Vielzahl erster Verbindungsbereiche (125) umfasst, wobei die erste Halbleiterschicht (140) und die zweite Halbleiterschicht (150) einen Halbleiterschichtstapel bilden, die erste Stromaufweitungsschicht (180) auf einer von der zweiten Halbleiterschicht (150) abgewandten Seite der ersten Halbleiterschicht (140) angeordnet ist, die erste Stromaufweitungsschicht (180) mit der ersten Halbleiterschicht (140) elektrisch verbunden ist, die Vielzahl elektrischer Verbindungselemente (120) geeignet ist, die zweite Halbleiterschicht (150) mit der zweiten Stromaufweitungsschicht (160) elektrisch zu verbinden, die ersten Verbindungsbereiche (125) mit der ersten Stromaufweitungsschicht (180) verbunden sind und sich durch die zweite Stromaufweitungsschicht (160) hindurch erstrecken, und eine Flächenbelegung der ersten Verbindungsbereiche (125) in einem Bereich zwischen benachbarten Teilen der zweiten Stromaufweitungsschicht (160) größer als 20 % einer Flächenbelegung der ersten Stromaufweitungsschicht (180) ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Halbleiterchip (11) eine Vielzahl von Lichterzeugungsbereichen (130) umfasst, welche zwischen den elektrischen Verbindungselementen (120) angeordnet sind.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die ersten Verbindungsbereiche (125) über eine isolierende Schicht (102) von der zweiten Stromaufweitungsschicht (160) isoliert sind.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die erste Stromaufweitungsschicht (180) zwischen zweiter Stromaufweitungsschicht (160) und erster Halbleiterschicht (150) angeordnet ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit einem transparenten Substrat (100) über der zweiten Halbleiterschicht auf einer von der ersten Halbleiterschicht (140) abgewandten Seite.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der ein Teil der zweiten Stromaufweitungsschicht (160) außerhalb der Lichterzeugungsbereiche (130) angeordnet ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit einer ersten Verbindungssäule (131), die mit den ersten Verbindungsbereichen (125) elektrisch verbunden ist, und einer zweiten Verbindungssäule (132), die mit der zweiten Stromaufweitungsschicht (160) elektrisch verbunden ist, wobei die erste und die zweite Verbindungssäule (131, 132) durch ein isolierendes Trägermaterial (135) voneinander isoliert sind.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit einem ersten Kontaktbereich (126), der direkt an die ersten Verbindungsbereiche (125) angrenzt, und einem zweiten Kontaktbereich (127), der direkt an die zweite Stromverteilungsschicht (160) angrenzt, wobei der erste Kontaktbereich (126) und der zweite Kontaktbereich (127) im Bereich einer zweiten Hauptoberfläche des optoelektronischen Halbleiterbauelements (10) angeordnet sind.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, ferner mit einem ersten Kontaktbereich (126), der mit den ersten Verbindungsbereichen (125) elektrisch verbunden ist, und einem zweiten Kontaktbereich (127), der mit der zweiten Stromaufweitungsschicht (160) elektrisch verbunden ist, wobei der zweite Kontaktbereich (127) von einer ersten Hauptoberfläche (110) des optoelektronischen Halbleiterbauelements (10) anschließbar ist und der erste Kontaktbereich (126) von einer zweiten Hauptoberfläche des optoelektronischen Halbleiterbauelements anschließbar ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, ferner mit einem ersten Kontaktbereich (126), der mit den ersten Verbindungsbereichen (120) elektrisch verbunden ist, und einem zweiten Kontaktbereich (127), der mit der zweiten Stromaufweitungsschicht (160) elektrisch verbunden ist, wobei der zweite und der erste Kontaktbereich (126, 127) von einer ersten Hauptoberfläche (110) des optoelektronischen Halbleiterbauelements (10) anschließbar sind.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, ferner mit einem zweiten Kontaktbereich (127), der mit der zweiten Stromaufweitungsschicht verbunden ist und lateral beabstandet zu dem ersten Kontaktbereich (126) angeordnet ist, wobei mindestens ein Teil des zweiten Kontaktbereichs (127) vertikal nicht mit der ersten Halbleiterschicht (140) überlappt.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) mit einem optoelektronischen Halbleiterchip (11), der geeignet ist, elektromagnetische Strahlung (15) zu emittieren, und eine erste Halbleiterschicht (140) von einem ersten Leitfähigkeitstyp; eine zweite Halbleiterschicht (150) von einem zweiten Leitfähigkeitstyp; eine erste und eine zweite Stromaufweitungsschicht (180, 160), sowie eine Vielzahl elektrischer Verbindungselemente (120) umfasst, wobei die erste Halbleiterschicht (140) und die zweite Halbleiterschicht (150) einen Halbleiterschichtstapel bilden, die erste Stromaufweitungsschicht (180) auf einer von der zweiten Halbleiterschicht (150) abgewandten Seite der ersten Halbleiterschicht (140) angeordnet ist, die erste Stromaufweitungsschicht (180) mit der ersten Halbleiterschicht (140) elektrisch verbunden ist, die Vielzahl elektrischer Verbindungselemente (120) geeignet ist, die zweite Halbleiterschicht (150) mit der zweiten Stromaufweitungsschicht (160) elektrisch zu verbinden, ferner mit einem ersten Kontaktbereich (126), der mit der ersten Stromaufweitungsschicht (180) verbunden ist, und einem zweiten Kontaktbereich (127), der mit der zweiten Stromaufweitungsschicht (160) verbunden ist, wobei der zweite Kontaktbereich (127) von einer ersten Hauptoberfläche (110) des optoelektronischen Halbleiterbauelements (10) anschließbar ist und der erste Kontaktbereich (126) von einer zweiten Hauptoberfläche des optoelektronischen Halbleiterbauelements (10) anschließbar ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) mit einem optoelektronischen Halbleiterchip (11), der geeignet ist, elektromagnetische Strahlung (15) zu emittieren, und eine erste Halbleiterschicht (140) von einem ersten Leitfähigkeitstyp; eine zweite Halbleiterschicht (150) von einem zweiten Leitfähigkeitstyp; eine erste und eine zweite Stromaufweitungsschicht (180, 160), sowie eine Vielzahl elektrischer Verbindungselemente (20, 21, 22) umfasst, wobei die erste Halbleiterschicht (140) und die zweite Halbleiterschicht (150) einen Halbleiterschichtstapel bilden, die erste Stromaufweitungsschicht (180) auf einer von der zweiten Halbleiterschicht (150) abgewandten Seite der ersten Halbleiterschicht (140) angeordnet ist, die erste Stromaufweitungsschicht (180) mit der ersten Halbleiterschicht (140) elektrisch verbunden ist, die Vielzahl elektrischer Verbindungselemente (120) geeignet ist, die zweite Halbleiterschicht (150) mit der zweiten Stromaufweitungsschicht (160) elektrisch zu verbinden, ferner mit einem ersten Kontaktbereich (126), der mit der ersten Stromaufweitungsschicht (180) verbunden ist, und einem zweiten Kontaktbereich (127), der mit der zweiten Stromaufweitungsschicht (160) verbunden ist, wobei der zweite und der erste Kontaktbereich (126, 127) von einer ersten Hauptoberfläche (110) des optoelektronischen Halbleiterbauelements (10) anschließbar sind.
Optoelektronische Vorrichtung (20) mit dem optoelektronischen Halbleiterbauelement (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Optoelektronische Vorrichtung (20) nach Anspruch 15, die ausgewählt ist aus Autoscheinwerfern, Projektoren und Beleuchtungsvorrichtungen.
Optoelektronische Vorrichtung (20) mit einer Vielzahl von optoelektronischen Halbleiterbauelementen (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 13.
Optoelektronische Vorrichtung (20) nach Anspruch 17, ferner mit einer Vielzahl von zweiten optoelektronischen Halbleiterbauelementen (12), die einen anderen Aufbau als die optoelektronischen Halbleiterbauelemente (10) haben.
Optoelektronische Vorrichtung (20) nach Anspruch 18, wobei die optoelektronische Vorrichtung eine Beleuchtungsvorrichtung für Pflanzen ist.