DE112014005323B4 - Optoelektronischer Halbleiterchip mit integriertem ESD-Schutz - Google Patents

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Abstract

Optoelektronischer Halbleiterchip (1) umfassend
- eine Halbleitermaterial enthaltende Halbleiterschichtenfolge (2), die einen ersten Halbleiterbereich (3) eines ersten Leitfähigkeitstyps und einen zweiten Halbleiterbereich (4) eines zweiten Leitfähigkeitstyps und eine aktive Zone (5) mit einem pn-Übergang aufweist, die zwischen dem ersten und dem zweiten Halbleiterbereich (3, 4) ausgebildet ist,
- einen Träger (6), auf welchem die Halbleiterschichtenfolge (2) angeordnet ist,
- einen ersten Kontakt (7), der zum elektrischen Anschließen des ersten Halbleiterbereichs (3) vorgesehen ist,
- ein von dem ersten Kontakt (7) verschiedenen zweiten Kontakt (8), der zum elektrischen Anschließen des zweiten Halbleiterbereichs (4) vorgesehen ist,
- ein parallel oder antiparallel zu der Halbleiterschichtenfolge (2) geschaltetes Überbrückungselement (9), das einen nichtlinearen elektrischen Widerstand aufweist, der bei einer Betriebsspannung des optoelektronischen Halbleiterchips (1) in Vorwärtsrichtung höher ist als ein elektrischer Widerstand der Halbleiterschichtenfolge (2) und bei Überspannungen in Sperrrichtung geringer ist als der elektrische Widerstand der Halbleiterschichtenfolge (2), so dass elektrische Ladung bei Überspannungen über das Überbrückungselement (9) abgeleitet wird, wobei das Überbrückungselement (9) mindestens eine Überbrückungsschicht (9A) aufweist, die außerhalb des Halbleitermaterials der Halbleiterschichtenfolge (2) angeordnet ist, wobei das Überbrückungselement (9) an der Halbleiterschichtenfolge (2) vorgesehen ist, und sich das Überbrückungselement (9) in direktem physischen Kontakt mit der Halbleiterschichtenfolge (2) befindet, und das Überbrückungselement (9) direkt an den ersten Halbleiterbereich (3), die aktive Zone (5) und/oder den zweiten Halbleiterbereich (4) angrenzt, wobei
- die Halbleiterschichtenfolge (2) eine Vertiefung (10) aufweist, welche durch eine Innenfläche (2D) der Halbleiterschichtenfolge (2) begrenzt wird, und wobei die Überbrückungsschicht (9A) auf der Innenfläche (2D) angeordnet ist,
- der zweite Kontakt (8) ein Kontaktelement (8B) aufweist, das in der Vertiefung (10) angeordnet ist, und
- das Kontaktelement (8B) umfangseitig von dem Überbrückungselement (9) umgeben ist.

Description

  • Es wird ein optoelektronischer Halbleiterchip angegeben, der insbesondere zur Strahlungsemission vorgesehen ist.
  • Aus dem Dokument JP 2005 - 136 177 A ist ein optoelektronischer Halbleiterchip bekannt.
  • Um einen stabilen Betrieb eines optoelektronischen Bauelements zu ermöglichen und auch bei elektrostatischen Entladungen beziehungsweise elektrischer Überbelastung eine dauerhafte Schädigung des Bauelements weitgehend zu vermeiden, sind schützende Maßnahmen vorteilhaft.
  • Beispielsweise ist in der Druckschrift WO 2012 / 146 668 A1 als Schutzmaßnahme beschrieben, in einer Halbleiterschichtenfolge eines Halbleiterchips eine epitaxierte Schutzschicht vorzusehen, die gezielt eingebrachte Kristalldefekte aufweist, wobei sich im Betrieb des Halbleiterchips ein Durchbruchverhalten der Halbleiterschichtenfolge in Sperrrichtung in Bereichen mit Kristalldefekten von Bereichen ohne Kristalldefekte unterscheidet, und wobei bei elektrostatischen Entladungspulsen elektrische Ladung homogen verteilt über die Bereiche mit Kristalldefekten abgeleitet wird. Weiterhin ist in der Druckschrift WO 2011 / 080 219 A1 ein optoelektronischer Halbleiterchip mit einer Halbleiterschichtenfolge angegeben, die eine Vielzahl von Mikrodioden umfasst, wobei die Mikrodioden einen ESD (Electro Static Discharge)-Schutz bilden. Allerdings gehen mit derartigen Schutzmaßnahmen in der Halbleiterschichtenfolge Verluste in der optischen Effizienz des Halbleiterchips einher.
  • Ferner ist zum Beispiel aus der Druckschrift DE 103 29 082 A1 bekannt, ein separates Schutzelement, beispielsweise eine Schutzdiode, zu verwenden und mit dem Halbleiterchip zu verschalten. Allerdings erfordert dies zusätzlichen Platz und Kosten.
  • Eine zu lösende Aufgabe besteht vorliegend darin, einen verbesserten optoelektronischen Halbleiterchip mit integriertem ESD-Schutz anzugeben.
  • Diese Aufgabe wird unter anderem durch einen optoelektronischen Halbleiterchip gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst. Weitergehende Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
  • Der optoelektronische Halbleiterchip umfasst eine Halbleiterschichtenfolge, die ein Halbleitermaterial enthält und einen ersten Halbleiterbereich eines ersten Leitfähigkeitstyps und einen zweiten Halbleiterbereich eines zweiten Leitfähigkeitstyps und eine aktive Zone mit einem pn-Übergang aufweist, die zwischen dem ersten und dem zweiten Halbleiterbereich ausgebildet ist. Insbesondere kann die aktive Zone zur Erzeugung von Strahlung vorgesehen sein.
  • Weiterhin kann die erste Leitfähigkeit eine p- Leitfähigkeit und die zweite Leitfähigkeit eine n- Leitfähigkeit bezeichnen. Beispielsweise kann der erste Halbleiterbereich auf einer Seite der aktiven Zone angeordnet, welche einem Träger zugewandt ist. Und der zweite Halbleiterbereich kann auf einer dem Träger abgewandten Seite der aktiven Zone angeordnet sein. Vorzugsweise umfasst der erste Halbleiterbereich zumindest eine Halbleiterschicht, die eine Dotierung des ersten Leitfähigkeitstyps aufweist. Entsprechend umfasst der zweite Halbleiterbereich insbesondere zumindest eine Halbleiterschicht, die eine Dotierung des zweiten Leitfähigkeitstyps aufweist.
  • Geeignete Materialien für die Halbleiterschichten sind zum Beispiel auf Nitrid-Verbindungshalbleitern basierende Materialien. „Auf Nitrid-Verbindungshalbleitern basierend“ bedeutet im vorliegenden Zusammenhang, dass die Halbleiterschichtenfolge oder zumindest eine Schicht davon ein Nitrid-III/V-Verbindungshalbleitermaterial, vorzugsweise AlnGamIn1-n-mN umfasst, wobei 0 ≤ n ≤ 1, 0 ≤ m ≤ 1 und n+m ≤ 1. Dabei muss dieses Material nicht zwingend eine mathematisch exakte Zusammensetzung nach obiger Formel aufweisen. Vielmehr kann es einen oder mehrere Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen, die die charakteristischen physikalischen Eigenschaften des AlnGamIn1-n-mN-Materials im Wesentlichen nicht ändern. Der Einfachheit halber beinhaltet obige Formel jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters (Al, Ga, In, N), auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt sein können.
  • Der optoelektronische Halbleiterchip umfasst einen Träger, auf welchem die Halbleiterschichtenfolge angeordnet ist. Beispielsweise kann es sich bei dem Halbleiterchip um einen Dünnfilm-Halbleiterchip handeln, bei welchem ein Aufwachssubstrat, auf welchem die Halbleiterschichtenfolge aufgewachsen worden ist, zumindest teilweise abgelöst ist. Beispielsweise kann das Aufwachssubstrat durch den Träger ersetzt werden.
  • Der optoelektronische Halbleiterchip umfasst weiterhin einen ersten Kontakt, der zum elektrischen Anschließen des ersten Halbleiterbereichs vorgesehen ist, und einen von dem ersten Kontakt verschiedenen zweiten Kontakt, der zum elektrischen Anschließen des zweiten Halbleiterbereichs vorgesehen ist. Insbesondere ist der erste Kontakt ein p-Kontakt und der zweite Kontakt ein n-Kontakt.
  • Der optoelektronische Halbleiterchip umfasst ein Überbrückungselement. Das Überbrückungselement ist parallel oder antiparallel zu der Halbleiterschichtenfolge geschaltet. Beispielsweise kann das Überbrückungselement das Strom-/Spannungsverhalten einer Diode aufweisen. In diesem Fall ist das Überbrückungselement vorzugsweise antiparallel zu der Halbleiterschichtenfolge geschaltet. Ferner kann das Überbrückungselement das Strom-/Spannungsverhalten eines Varistors aufweisen. In diesem Fall kann das Überbrückungselement parallel oder antiparallel zu der Halbleiterschichtenfolge geschaltet sein. Das Strom-/Spannungsverhalten des Varistors kann in Vorwärtsrichtung und Sperrrichtung nahezu identisch sein. Dadurch können Überspannungen sowohl in Sperrrichtung als auch in Vorwärtsrichtung begrenzt werden.
  • Das Überbrückungselement weist einen nichtlinearen elektrischen Widerstand auf, der bei einer Betriebsspannung des optoelektronischen Halbleiterchips in Vorwärtsrichtung höher ist als ein elektrischer Widerstand der Halbleiterschichtenfolge und bei Überspannungen in Sperrrichtung geringer ist als der elektrische Widerstand der Halbleiterschichtenfolge, so dass elektrische Ladung bei Überspannungen über das Überbrückungselement abgeleitet wird. Dadurch kann die Halbleiterschichtenfolge vor elektrostatischen Entladungspulsen geschützt und damit eine Beschädigung des Halbleiterchips weitgehend verhindert werden.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform enthält das Überbrückungselement ein polykristallines elektrokeramisches Material. Geeignete elektrokeramische Materialien sind beispielsweise gesinterte Halbleitermaterialien. Insbesondere kommen für das Überbrückungselement Materialien wie Zinkoxid, Strontiumoxid, Strontiumtitanat, Titanoxid und Siliziumkarbid in Frage. Insbesondere kann der Widerstand durch die Korngröße des verwendeten Materials beeinflusst werden. Bei Verwendung derartiger Materialien weist das Überbrückungselement insbesondere die Charakteristik eines Varistors auf.
  • Weiterhin kann das Überbrückungselement Materialzusätze, beispielsweise Oxide wie Bismut-, Antimon-, Kobalt-, Mangan-, Nickel-, Chrom- oder Siliziumoxide, aufweisen. Vorteilhafterweise kann mittels einem oder mehrerer dieser Materialzusätze das nichtlineare Widerstandsverhalten des Überbrückungselements gezielt eingestellt werden.
  • Bei einer bevorzugten Ausgestaltung weist das Überbrückungselement zwei Überbrückungsschichten auf, die durch eine Grenzfläche voneinander getrennt sind. Beispielsweise kann die Konzentration von Materialzusätzen an der Grenzfläche höher sein als in den beiden Überbrückungsschichten. Bei Erreichen der Durchbruchspannung erfolgt der Durchbruch insbesondere quer, vorzugsweise senkrecht, zu der Grenzfläche. Der Durchbruch kann in horizontaler oder vertikaler Richtung erfolgen. Die vertikale Richtung kann senkrecht zu einer Ebene verlaufen, in welcher sich der Träger erstreckt. Entsprechend kann die horizontale Richtung parallel zu einer Ebene verlaufen, in welcher sich der Träger erstreckt.
  • Insbesondere kann das Überbrückungselement mehr als zwei Überbrückungsschichten aufweisen, die jeweils durch eine Grenzfläche voneinander getrennt sind. Eine Haupterstreckungsebene der Grenzfläche kann hierbei im Rahmen der Herstellungstoleranzen parallel zu einer Haupterstreckungsebene der Überbrückungsschichten verlaufen.
  • Weiterhin kann das Überbrückungselement einen oder mehrere Dotierstoffe enthalten.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Überbrückungselement ein Metall oder eine metallische Verbindung enthalten oder daraus bestehen. Geeignete Materialien sind beispielsweise Ti, Ag, Pt, Au oder Cu. Bei Verwendung derartiger Materialien weist das Überbrückungselement insbesondere die Charakteristik einer Diode auf.
  • Das Überbrückungselement weist mindestens eine Überbrückungsschicht auf. Insbesondere besteht das Überbrückungselement aus mindestens einer Überbrückungsschicht. Die Überbrückungsschicht ist außerhalb des Halbleitermaterials der Halbleiterschichtenfolge angeordnet. Dies bedeutet insbesondere, dass die Überbrückungsschicht keine epitaxierte Schicht ist. Dadurch können optische Verluste in der Halbleiterschichtenfolge verringert werden. Alternativ oder zusätzlich kann „außerhalb des Halbleitermaterials der Halbleiterschichtenfolge“ bedeuten, dass die Überbrückungsschicht an ihren Außenflächen nicht vollständig von dem Halbleitermaterial der Halbleiterschichtenfolge bedeckt ist. Die Überbrückungsschicht kann beispielsweise an und/oder auf einer Außenfläche der Halbleiterschichtenfolge aufgebracht sein. Die Überbrückungsschicht kann beispielsweise ein polykristallines elektrokeramisches Material enthalten oder aus diesem bestehen.
  • Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Überbrückungsschicht strukturiert ausgebildet und weist mehrere Überbrückungsbereiche auf, die durch Zwischenräume, in welchen die Überbrückungsschicht unterbrochen ist, voneinander getrennt sind.
  • Das Überbrückungselement ist an der Halbleiterschichtenfolge vorgesehen. „An der Halbleiterschichtenfolge angeordnet“ heißt hierbei und im Folgenden, dass sich das Überbrückungselement in direktem physischen Kontakt mit der Halbleiterschichtenfolge befindet. Das Überbrückungselement grenzt direkt an den ersten Halbleiterbereich, die aktive Zone und/oder den zweiten Halbleiterbereich an.
  • Bei einer bevorzugten Ausgestaltung verbindet das Überbrückungselement den ersten und den zweiten Halbleiterbereich miteinander und/oder einen Halbleiterbereich mit dem jeweiligen Kontakt. Insbesondere kann das Überbrückungselement den ersten und den zweiten Halbleiterbereich direkt miteinander verbinden. Hierbei ist es möglich, dass das Überbrückungselement in direktem Kontakt mit zumindest einem der beiden Halbleiterbereiche steht. Insbesondere kann das Überbrückungselement den pn-Übergang bedecken. Weiterhin kann das Überbrückungselement den ersten und zweiten Kontakt miteinander verbinden. „Bedecken“ kann hierbei und im Folgenden heißen, dass das Überbrückungselement den pn-Übergang in einer seitlichen Aufsicht auf den pn-Übergang zumindest teilweise überdeckt. Hierbei ist es insbesondere möglich, dass sich das Überbrückungselement seitlich von dem ersten Halbleiterbereich, über die aktive Zone hinweg, zum zweiten Halbleiterbereich erstreckt. „Eine seitliche Aufsicht“ kann hierbei und im Folgenden insbesondere eine Aufsicht senkrecht zu einer Haupterstreckungsebene der Halbleiterschichtenfolge sein.
  • Bei einer bevorzugten Ausgestaltung weist das Überbrückungselement eine Überbrückungsschicht auf, die auf die Halbleiterschichtenfolge aufgebracht ist. Vorzugsweise ist die Überbrückungsschicht in direktem Kontakt mit der Halbleiterschichtenfolge. Die Überbrückungsschicht kann sich von dem ersten Kontakt bis zum zweiten Kontakt erstrecken und den pn-Übergang seitlich bedecken. Das Strom-Spannungsverhalten des Überbrückungselements wird hierbei insbesondere durch das Zusammenwirken von Halbleiterschichtenfolge und Überbrückungsschicht bestimmt. Beispielsweise kann die Überbrückungsschicht mit dem zweiten Halbleiterbereich des zweiten Leitfähigkeitstyps einen Kontakt mit ohmschem Widerstand und mit dem ersten Halbleiterbereich des ersten Leitfähigkeitstyps einen Kontakt mit nichtlinearem Widerstand bilden. Hierbei kann das Strom-Spannungsverhalten des Überbrückungselements die Charakteristik einer Schottky-Diode aufweisen. Insbesondere weist das Überbrückungselement eine Durchbruchspannung auf, die in Vorwärtsrichtung oberhalb der Betriebsspannung der Halbleiterschichtenfolge und in Sperrrichtung unterhalb der Durchbruchspannung der Halbleiterschichtenfolge liegt. Bei Entladungspulsen in Sperrrichtung werden diese dann vorteilhafterweise über das Überbrückungselement und nicht über die aktive Zone abgeführt. Weiterhin kann das Strom-Spannungsverhalten des Überbrückungselements die Charakteristik eines Varistors aufweisen. Vorteilhafterweise liegt die Durchbruchspannung des Varistors sowohl in Vorwärtsrichtung als auch in Sperrrichtung unterhalb der Durchbruchspannung der aktiven Zone.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Halbleiterschichtenfolge eine dem Träger zugewandte erste Hauptfläche und eine dem Träger abgewandte zweite Hauptfläche und mindestens eine Seitenfläche auf, die schräg, das heißt nicht parallel, zur ersten und zweiten Hauptfläche verläuft. Die erste und die zweite Hauptfläche können hierbei entlang einer Haupterstreckungsebene der Halbleiterschichtenfolge verlaufen.
  • Bei einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Überbrückungselement beziehungsweise die Überbrückungsschicht auf einer Seitenfläche der Halbleiterschichtenfolge angeordnet. Insbesondere ist das Überbrückungselement beziehungsweise die Überbrückungsschicht in direktem Kontakt mit dem ersten und zweiten Halbleiterbereich. Weiterhin erstreckt sich das Überbrückungselement beziehungsweise die Überbrückungsschicht mit Vorteil vom ersten Kontakt über eine Seitenfläche des ersten und zweiten Halbleiterbereichs bis zum zweiten Kontakt. Beispielsweise kann der erste Kontakt auf der zweiten Hauptfläche angeordnet sein. Der zweite Kontakt kann auf einem über den ersten Halbleiterbereich hinausragenden Teil des zweiten Halbleiterbereichs vorgesehen sein. Hierbei ist der Abstand zwischen den beiden Kontakten geringer als bei einer Anordnung des zweiten Kontakts auf der ersten Hauptfläche, so dass auch eine Länge des Überbrückungselements, das sich vom ersten zum zweiten Kontakt erstreckt, geringer ist. Vorteilhafterweise kann der Widerstand des Überbrückungselements unter anderem durch dessen Länge beeinflusst werden.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der pn-Übergang von einer elektrisch isolierenden Beschichtung bedeckt, welche zwischen der Halbleiterschichtenfolge und dem Überbrückungselement bzw. der Überbrückungsschicht angeordnet ist, so dass die aktive Zone von dem Überbrückungselement bzw. der Überbrückungsschicht elektrisch isoliert ist.
  • Bei einer weiteren Ausgestaltung kann das Überbrückungselement an einer Innenfläche der Halbleiterschichtenfolge vorgesehen sein. Die Halbleiterschichtenfolge weist eine Vertiefung auf, welche durch die Innenfläche begrenzt wird. Vorzugsweise erstreckt sich die Vertiefung ausgehend von der ersten Hauptfläche, durch den ersten Halbleiterbereich und die aktive Zone hindurch in Richtung der zweiten Hauptfläche bis in den zweiten Halbleiterbereich. Die Überbrückungsschicht ist auf der Innenfläche angeordnet. Weiterhin kann die Überbrückungsschicht in direktem Kontakt mit dem ersten und zweiten Halbleiterbereich sein. Ferner kann sich die Überbrückungsschicht mit Vorteil vom ersten Kontakt, der insbesondere an der ersten Hauptfläche angeordnet ist, über die Innenfläche bis zum zweiten Kontakt erstrecken, der vorzugsweise innerhalb der Vertiefung angeordnet ist.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird ein Großteil der erzeugten Strahlung durch die zweite Hauptfläche hindurch aus dem Halbleiterchip ausgekoppelt. Vorzugsweise ist die zweite Hauptfläche von dem ersten und zweiten Kontakt unbedeckt. Mit anderen Worten, die zweite Hauptfläche kann in einer Aufsicht frei von dem ersten und dem zweiten Kontakt sein. Vorteilhafterweise können dadurch Absorptionsverluste, welche durch die Kontakte verursacht werden, reduziert werden.
  • Bei einer bevorzugten Ausgestaltung wird die Halbleiterschichtenfolge trägerseitig bestromt. Dies bedeutet, dass beide Kontakte an dem Träger vorgesehen sind.
  • Mindestens einer der beiden Kontakte weist ein Kontaktelement auf. Der zweite Kontakt weist ein Kontaktelement auf, das in der Vertiefung der Halbleiterschichtenfolge angeordnet ist. Das Kontaktelement ist umfangseitig von dem Überbrückungselement umgeben. Das Überbrückungselement kann in Form einer Beschichtung auf die Innenfläche der Halbleiterschichtenfolge, welche die Vertiefung begrenzt, aufgebracht sein. Das Überbrückungselement kann im Normalbetrieb eine Isolationsschicht ersetzen.
  • Bei einer bevorzugten Ausgestaltung weist der erste Kontakt eine Kontaktschicht auf, die durch eine Öffnung unterbrochen ist. Bevorzugt erstreckt sich das Kontaktelement des zweiten Kontakts durch die Öffnung der Kontaktschicht des ersten Kontakts hindurch. Besonders bevorzugt sind die Kontaktschicht und das Kontaktelement durch das Überbrückungselement miteinander verbunden.
  • Bei einer bevorzugten Ausgestaltung weisen der erste Kontakt und der zweite Kontakt jeweils eine Kontaktschicht auf, die durch das Überbrückungselement miteinander verbunden sind. Insbesondere ist die Kontaktschicht des ersten Kontakts zwischen dem Träger und dem ersten Halbleiterbereich angeordnet. Weiterhin kann auch die Kontaktschicht des zweiten Kontakts zwischen dem Träger und dem ersten Halbleiterbereich angeordnet sein.
  • Im Normalbetrieb, das heißt unterhalb einer Durchbruchspannung, des Halbleiterchips ist das Überbrückungselement elektrisch nicht leitend, so dass es wie ein Isolator wirkt und vorteilhafterweise eine Isolationsschicht ersetzen kann. Bei Erreichen der Durchspannung wird das Überbrückungselement vorteilhafterweise elektrisch leitend und elektrische Ladung kann über das Überbrückungselement abgeleitet werden. Dadurch kann der pn-Übergang vor schädigenden Entladungspulsen geschützt werden.
  • Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird die Oberfläche der Halbleiterschichtenfolge an den Stellen vorbehandelt, wo das Überbrückungselement ausgebildet werden soll. Beispielsweise kann eine bereichsweise Passivierung, Plasmabehandlung oder bereichsweises Ätzen der Halbleiterschichtenfolge vorgenommen werden, um insbesondere die elektrische Leitfähigkeit am Übergang zwischen Halbleiterschichtenfolge und Überbrückungselement zu beeinflussen.
  • Insgesamt kann durch eine geeignete Materialauswahl für das Überbrückungselement und/oder eine geeignete Vorbehandlung der Halbleitschichtenfolge und/oder eine geeignete Geometrie das Strom-Spannungsverhalten des Überbrückungselements in gewünschter Weise eingestellt werden.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Überbrückungselement an dem Träger vorgesehen.
  • Bei einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst der Träger einen Grundkörper. Weiterhin umfasst der Träger vorzugsweise mindestens ein Anschlusselement, das mit dem ersten oder zweiten Kontakt elektrisch verbunden ist. In anderen Worten ist insbesondere mindestens einer der Kontakte mittels des Trägers beziehungsweise des Anschlusselements elektrisch angeschlossen. Das Anschlusselement kann zumindest teilweise in den Grundkörper eingebettet sein und/oder auf dem Grundkörper angeordnet sein.
  • Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Träger ein erstes und ein zweites Anschlusselement auf, welche durch das Überbrückungselement miteinander verbunden sind. Die Verbindung kann hierbei insbesondere eine mechanische Verbindung sein. Es ist zudem möglich, dass das erste und das zweite Anschlusselement jeweils direkt an das Überbrückungselement angrenzen. Insbesondere sind das erste Anschlusselement mit dem ersten Kontakt und das zweite Anschlusselement mit dem zweiten Kontakt elektrisch verbunden. Vorzugsweise sind das erste Anschlusselement und das zweite Anschlusselement mittels des Überbrückungselements voneinander elektrisch isoliert, wenn der Halbleiterchip in Vorwärtsrichtung betrieben wird. Hierbei ist es möglich, dass das Überbrückungselement zwischen dem ersten und dem zweiten Anschlusselement angeordnet ist und sämtliche Außenflächen des ersten und/oder des zweiten Anschlusselements, die dem jeweiligen anderen Anschlusselement zugewandt sind, bedeckt. Weiterhin wird das Überbrückungselement bei Erreichen einer Durchbruchspannung in Sperrrichtung mit Vorteil elektrisch leitend, so dass elektrische Ladungen über den Träger aus dem Halbleiterchip abgeführt werden können.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das erste Anschlusselement eine erste Durchkontaktierung auf, die sich von einer vorderseitigen bis zu einer rückseitigen Oberfläche des Grundkörpers erstreckt und mit dem ersten Kontakt elektrisch verbunden ist. Weiterhin kann das zweite Anschlusselement eine zweite Durchkontaktierung aufweisen, die sich von der vorderseitigen bis zur rückseitigen Oberfläche erstreckt und mit dem zweiten Kontakt elektrisch verbunden ist.
  • Weiterhin kann das erste Anschlusselement eine erste auf dem Grundkörper angeordnete Anschlussschicht aufweisen, die mit dem ersten Kontakt elektrisch verbunden ist. Das zweite Anschlusselement kann eine zweite auf dem Grundkörper angeordnete Anschlussschicht aufweisen, die mit dem zweiten Kontakt elektrisch verbunden ist.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Grundkörper durch das Überbrückungselement gebildet. Alternativ kann das Überbrückungselement auf der vorderseitigen oder rückseitigen Oberfläche des Grundkörpers angeordnet sein.
  • Bei allen beschriebenen Anordnungsmöglichkeiten ist das Überbrückungselement, unabhängig davon, ob es an der Halbleiterschichtenfolge oder am Träger vorgesehen ist, in den Halbleiterchip integriert, so dass der Halbleiterchip vorteilhaft platzsparend ausgebildet ist.
  • Ferner ist es bei einem hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterchip möglich, dass das Überbrückungselement mehrere Überspannungs-Pulse ohne wesentliche Änderungen seines elektrischen Verhaltens übersteht. Hierdurch kann die Stabilität des Halbleiterchips gegenüber elektrostatischen Entladungen und/oder elektrischer Überbelastung erhöht werden. Zudem können durch den Verzicht auf externe Schutzelemente Herstellungskosten reduziert werden.
  • Weitere Vorteile, vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den 1 bis 18 beschriebenen Ausführungsbeispielen.
  • Es zeigen:
    • 1, 2 und 6 bis 14 schematische Querschnittsansichten verschiedener Ausführungsbeispiele eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterchips,
    • 3 und 15 schematische Querschnittsansichten von Ausschnitten verschiedener Ausführungsbeispiele eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterchips,
    • 4 eine schematische Querschnittsansicht eines Ausschnitts eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterchips gemäß einem Ausführungsbeispiel und 5A ein mögliches Ersatzschaltbild hierzu, und 5B ein weiteres mögliches Ersatzschaltbild,
    • 16 und 17 schematische Querschnittsansichten von Ausschnitten verschiedener Ausführungsbeispiele eines mehrschichtigen Überbrückungselements,
    • 18 eine schematische Querschnittsansicht einer Anordnung mit mehreren Halbleiterschichtenstapeln.
  • In 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines optoelektronischen Halbleiterchips 1 dargestellt, der eine Halbleiterschichtenfolge 2 mit einem ersten Halbleiterbereich 3 eines ersten Leitfähigkeitstyps und einen zweiten Halbleiterbereich 4 eines zweiten Leitfähigkeitstyps aufweist. Insbesondere ist der erste Halbleiterbereich 3 ein p-leitender Bereich und der zweite Halbleiterbereich 4 ein n-leitender Bereich. Zwischen dem ersten Halbleiterbereich 3 und dem zweiten Halbleiterbereich 4 ist eine aktive Zone 5 mit einem pn-Übergang ausgebildet. Insbesondere ist die aktive Zone 5 zur Strahlungserzeugung vorgesehen. Die Halbleiterschichtenfolge 2 wird vorzugsweise aus einem Nitrid-Verbindungshalbleiter hergestellt.
  • Weiterhin umfasst der optoelektronische Halbleiterchip 1 einen Träger 6, auf welchem die Halbleiterschichtenfolge 2 angeordnet ist. Beispielsweise kann der Träger 6 Saphir enthalten oder aus Saphir bestehen. Ein derartiger Träger 6 ist zum Aufwachsen einer Halbleiterschichtenfolge 2, die aus einem Nitrid-Verbindungshalbleiter hergestellt wird, besonders geeignet. Ferner ist ein derartiger Träger 6 mit Vorteil für die von der aktiven Zone 5 erzeugte Strahlung durchlässig, so dass die Strahlung durch den Träger 6 hindurch aus dem Halbleiterchip 1 auskoppeln kann.
  • Die Halbleiterschichtenfolge 2 weist eine erste Hauptfläche 2A auf, die auf einer dem Träger 6 zugewandten Seite der aktiven Zone 5 angeordnet ist. Weiterhin weist die Halbleiterschichtenfolge 2 eine zweite Hauptfläche 2B auf, die auf einer dem Träger 6 abgewandten Seite der aktiven Zone 5 angeordnet ist. Ferner weist die Halbleiterschichtenfolge 2 mehrere Seitenflächen 2C auf, die quer zu den Hauptflächen 2A, 2B angeordnet sind.
  • Der optoelektronische Halbleiterchip 1 umfasst einen ersten Kontakt 7, der zum elektrischen Anschließen des ersten Halbleiterbereichs 3 vorgesehen und insbesondere ein p-Kontakt ist, und einen zweiten Kontakt 8, der zum elektrischen Anschließen des zweiten Halbleiterbereichs 4 vorgesehen und insbesondere ein n-Kontakt ist. Der erste Kontakt 7 ist auf der zweiten Hauptfläche 2B angeordnet. Der zweite Kontakt 8 ist auf einem über den ersten Halbleiterbereich 3 hinausragenden Teilbereich 4A des zweiten Halbleiterbereichs 4 angeordnet.
  • Der optoelektronische Halbleiterchip 1 umfasst ein Überbrückungselement 9, das an einer Seitenfläche 2C der Halbleiterschichtenfolge 2 angeordnet ist. Das Überbrückungselement 9 weist eine Überbrückungsschicht 9A auf, die außerhalb der Halbleiterschichtenfolge 2 angeordnet ist. Die Überbrückungsschicht 9A bedeckt den pn-Übergang der aktiven Zone 5. Weiterhin erstreckt sich die Überbrückungsschicht 9a von dem ersten Kontakt 7 bis zu dem zweiten Kontakt 8.
  • Das Strom-Spannungsverhalten des Überbrückungselements 9 kann insbesondere durch das Zusammenwirken von Halbleiterschichtenfolge 2 und Überbrückungsschicht 9A bestimmt werden. Dabei kann die Überbrückungsschicht 9A beispielsweise mit dem zweiten Halbleiterbereich 4 einen Kontakt mit ohmschem Widerstand und mit dem ersten Halbleiterbereich 3 einen Kontakt mit nichtlinearem Widerstand bilden. Das Überbrückungselement 9 weist insbesondere die Charakteristik einer Schottky-Diode auf. Beispielsweise kann die Überbrückungsschicht 9A ein Metall oder eine metallische Verbindung enthalten oder daraus bestehen. Geeignete Materialien sind beispielsweise Ti, Ag, Pt, Au oder Cu. Insbesondere weist das Überbrückungselement 9 eine Durchbruchspannung auf, die in Vorwärtsrichtung oberhalb der Betriebsspannung der Halbleiterschichtenfolge 2 und in Sperrrichtung unterhalb der Durchbruchspannung der Halbleiterschichtenfolge 2 liegt. Bei Erreichen der Durchbruchspannung in Sperrrichtung wird elektrische Ladung vorteilhafterweise über das Überbrückungselement 9 und nicht über die aktive Zone 5 abgeführt.
  • Weiterhin kann das Überbrückungselement 9 die Charakteristik eines Varistors aufweisen. Vorteilhafterweise liegt die Durchbruchspannung des Varistors sowohl in Vorwärtsrichtung als auch in Sperrrichtung unterhalb der Durchbruchspannung der Halbleiterschichtenfolge 2, so dass bei Erreichen der Durchbruchspannung die elektrische Ladung vorteilhafterweise über das Überbrückungselement 9 und nicht über die aktive Zone 5 abgeführt wird.
  • Das Überbrückungselement 9 beziehungsweise die Überbrückungsschicht 9A enthält insbesondere ein polykristallines elektrokeramisches Material. Geeignete elektrokeramische Materialien sind beispielsweise gesinterte Halbleitermaterialien. Insbesondere kommen für das Überbrückungselement 9 Materialien wie Zinkoxid, Strontiumoxid, Strontiumtitanat, Titanoxid und Siliziumkarbid in Frage. Weiterhin kann das Überbrückungselement Materialzusätze, beispielsweise Oxide wie Bismut-, Antimon-, Kobalt-, Mangan-, Nickel-, Chrom- oder Siliziumoxide, aufweisen. Vorteilhafterweise kann mittels einem oder mehrerer dieser Materialzusätze das nichtlineare Widerstandsverhalten des Überbrückungselements 9 gezielt eingestellt werden.
  • Die Seitenfläche 2C der Halbleiterschichtenfolge 2 kann vor Aufbringung der Überbrückungsschicht 9A vorbehandelt werden. Beispielsweise kann eine Passivierung, Plasmabehandlung oder Ätzen der Halbleiterschichtenfolge vorgenommen werden, um den elektrischen Widerstand des Überbrückungselements 9 gezielt einzustellen. Weiterhin kann durch eine Länge L der Überbrückungsschicht 9A der elektrische Widerstand des Überbrückungselements 9 gezielt beeinflusst werden.
  • Der in 2 dargestellte optoelektronische Halbleiterchip 1 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel weist eine Halbleiterschichtenfolge 2 mit einer Vertiefung 10 auf. Die Vertiefung 10 wird umfangseitig durch eine Innenfläche 2D der Halbleiterschichtenfolge 2 und weiterhin durch eine Bodenfläche 2E der Halbleiterschichtenfolge 2 begrenzt. Die Vertiefung 10 erstreckt sich von der ersten Hauptfläche 2A, durch den ersten Halbleiterbereich 3 und die aktive Zone 5 hindurch bis in den zweiten Halbleiterbereich 4. Insbesondere ist die Vertiefung 10 mittig angeordnet. Weiterhin kann die Vertiefung 10 kegelstumpfartig ausgebildet sein. An der Innenfläche 2D ist das Überbrückungselement 9 angeordnet. Das Überbrückungselement 9 weist eine Überbrückungsschicht 9A auf, welche die aktive Zone 5 bedeckt.
  • An der ersten Hauptfläche 2A ist der erste Kontakt 7 angeordnet. Der erste Kontakt 7 ist als Beschichtung auf die erste Hauptfläche 2A aufgebracht. Weiterhin ist der zweite Kontakt 8 an der Bodenfläche 2E der Halbleiterschichtenfolge 2 angeordnet und ist insbesondere als Beschichtung auf diese aufgebracht. Die Überbrückungsschicht 9A erstreckt sich von dem ersten Kontakt 7 über die Innenfläche 2D bis zum zweiten Kontakt 8. Die Überbrückungsschicht 9A kann mit Vorteil die bereits in Verbindung mit dem Ausführungsbeispiel der 1 erwähnten Materialien und das beschriebene Strom-Spannungsverhalten aufweisen. Im Normalbetrieb fließt also der Strom überwiegend durch die aktive Zone 5, während im Falle von Überspanngen der Strom über das Überbrückungselement 9 abgeführt und dadurch die aktive Zone 5 geschützt wird.
  • Die Halbleiterschichtenfolge 2 ist auf einem Träger 6 angeordnet, der sich insbesondere von einem für das Wachstum der Halbleiterschichtenfolge 2 verwendeten Aufwachssubstrat unterscheidet. Vorzugsweise ist der Träger 6 aus einem Metall oder einer Metallverbindung gebildet. Beispielsweise kann der Träger 6 durch galvanische Verstärkung einer metallischen Ausgangsschicht hergestellt werden. Der Träger 6 ist mit Vorteil elektrisch leitend und dient zur elektrischen Kontaktierung des zweiten Kontakts 8. Der Träger 6 kann bis in die Vertiefung 10 hineinreichen.
  • Der Halbleiterchip 1 weist eine Isolierschicht 11 auf, welche den Träger 6 auf Oberflächen bedeckt, die der ersten Hauptfläche 7 und der Innenfläche 2D zugewandt sind. Die Isolierschicht 11 verhindert eine elektrische Verbindung zwischen erstem Kontakt 7 und Träger 6.
  • Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die in der aktiven Zone 5 erzeugte Strahlung zu einem Großteil durch die zweite Hauptfläche 2B hindurch aus dem Halbleiterchip 1 ausgekoppelt. Mit Vorteil weist die Halbleiterschichtenfolge 2 an der zweiten Hauptfläche 2B eine Strukturierung, insbesondere eine Aufrauung, auf. Hierdurch kann die Auskoppeleffizienz verbessert werden.
  • Bei den in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispielen ist das Überbrückungselement 9 beziehungsweise die Überbrückungsschicht 9A jeweils an der Halbleiterschichtenfolge 2 angeordnet.
  • In 3 ist eine mögliche Variation der in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiele gezeigt. Hierbei kann die aktive Zone 5 seitlich mit einer elektrisch isolierenden Beschichtung 12 bedeckt werden, welche zwischen der Halbleiterschichtenfolge 2 und dem Überbrückungselement 9 angeordnet 2 wird, so dass die aktive Zone 5 von dem Überbrückungselement 9 elektrisch isoliert ist.
  • 4 zeigt einen Ausschnitt eines Halbleiterchips, zum Beispiel gemäß einem der in 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiele, im Bereich der aktiven Zone 5. Das Überbrückungselement 9 kann durch das Zusammenwirken von Überbrückungsschicht 9A und Halbleiterschichtenfolge 2 einen nichtlinearen und einen ohmschen Widerstand aufweisen. Beispielsweise kann der nichtlineare Widerstand die Charakteristik einer Schottky-Diode aufweisen. Im Ersatzschaltbild kann das Strom-Spannungsverhalten des Überbrückungselements 9 durch einen ohmschen Widerstand und eine Diode, die zu dem ohmschen Widerstand in Reihe geschaltet ist, dargestellt werden. Weiterhin kann das Strom-Spannungsverhalten der aktiven Zone 5 durch eine Diode dargestellt werden. Für den Halbleiterchip 1 ergibt sich daraus eine schaltungstechnische Anordnung, bei der die Diode zu der Schottky-Diode antiparallel und zu dem ohmschen Widerstand parallel geschaltet ist (vgl. 5A).
  • Weiterhin kann das Überbrückungselement 9 die Charakteristik eines Varistors aufweisen, so dass sich eine schaltungstechnische Anordnung ergibt, bei der die Diode zu dem Varistor parallel geschaltet ist (vgl. 5B).
  • In 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines optoelektronischen Halbleiterchips 1 dargestellt. Hierbei wird die Halbleiterschichtenfolge 2 trägerseitig bestromt. Insbesondere ist der Träger 6 elektrisch leitend und dient zur elektrischen Kontaktierung eines der beiden Halbleiterbereiche 3, 4, vorzugsweise zur elektrischen Kontaktierung des zweiten Halbleiterbereichs 4. Hierfür ist der Träger 6 mit dem zweiten Kontakt 8 elektrisch verbunden. Der zweite Kontakt 8 umfasst eine Kontaktschicht 8A, die mit dem Träger 6 elektrisch und mechanisch verbunden ist und diesen auf einer der Halbleiterschichtenfolge 2 zugewandten vorderseitigen Oberfläche bedeckt. Weiterhin umfasst der zweite Kontakt 8 mehrere Kontaktelemente 8B, die mit der Kontaktschicht 8A verbunden und quer, insbesondere senkrecht, zu dieser angeordnet sind.
  • Die Halbleiterschichtenfolge 2 weist mehrere Vertiefungen 10 auf, die sich von der ersten Hauptfläche 2A, durch den ersten Halbleiterbereich 3 und die aktive Zone 5 hindurch bis in den zweiten Halbleiterbereich 4 erstrecken. Vorzugsweise ist in jeder Vertiefung 10 ein Kontaktelement 8B angeordnet.
  • Weiterhin weist der Halbleiterchip 1 einen ersten Kontakt 7 auf, der eine Kontaktschicht 7A und ein Kontaktpad 7B umfasst. Die Kontaktschicht 7A ist zwischen der Kontaktschicht 8A des zweiten Kontakts 8 und der Halbleiterschichtenfolge 2 angeordnet. Insbesondere ist die Kontaktschicht 7A des ersten Kontakts 7 mit dem ersten Halbleiterbereich 3 in direktem Kontakt. Vorteilhafterweise dient die Kontaktschicht 7A zur elektrischen Kontaktierung des ersten Halbleiterbereichs 3.
  • Die Kontaktschicht 7A weist mehrere Öffnungen 13 auf, wobei insbesondere jeweils eine Öffnung 13 im Bereich einer Vertiefung 10 angeordnet ist. Vorzugsweise erstreckt sich jeweils ein Kontaktelement 8B des zweiten Kontakts 8 durch eine Öffnung 13 der Kontaktschicht 7A hindurch.
  • Der Halbleiterchip 1 weist ein Überbrückungselement 9 auf, das eine Überbrückungsschicht 9A umfasst, die zwischen der Kontaktschicht 7A des ersten Kontakts 7 und der Kontaktschicht 8A des zweiten Kontakts 8 angeordnet ist. Das Überbrückungselement 9 und/oder die Überbrückungsschicht 9A kann mit einem elektrokeramischen Material und/oder einem Metalloxid gebildet sein. Im Normalbetrieb sind somit die beiden Kontaktschichten 7A, 8A durch die Überbrückungsschicht 9A voneinander elektrisch isoliert.
  • Das Überbrückungselement 9 umfasst weitere Überbrückungsschichten 9A, die in den Vertiefungen 10 und Öffnungen 13 angeordnet sind. Insbesondere ist jedes Kontaktelement 8B umfangseitig von einer Überbrückungsschicht 9A umgeben. Dadurch kann jedes Kontaktelement 8B umfangseitig im Normalbetrieb von der Kontaktschicht 7A und der Halbleiterschichtenfolge 2 elektrisch isoliert werden.
  • Das Kontaktpad 7B ist auf einem Teilbereich der Kontaktschicht 7A angeordnet, der über die Halbleiterschichtenfolge 2 hinausragt. Das Kontaktpad 7B kann mit einem elektrischen Leiter 14 verbunden werden.
  • In 7 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines optoelektronischen Halbleiterchips 1 dargestellt. Hierbei wird die Halbleiterschichtenfolge 2 wie bei dem in 6 dargestellten Ausführungsbeispiel trägerseitig bestromt. Allerdings ist der Träger 6 elektrisch isolierend ausgebildet. Der erste und der zweite Kontakt 7, 8, weisen jeweils eine Kontaktschicht 7A, 8A auf, die auf dem Träger 6 angeordnet sind und über die Halbleiterschichtenfolge 2 hinausragen. Auf den von der Halbleitschichtenfolge 2 unbedeckten Freibereichen der Kontaktschichten 7A, 8A können diese jeweils mit einem elektrischen Leiter 14 verbunden werden.
  • Bei diesem Ausführungsbeispiel bildet das Überbrückungselement 9 eine fast vollständige Verkapselung für den zweiten Kontakt 8. Lediglich die Enden der Kontaktelemente 8B sowie der Freibereich der Kontaktschicht 8A, mit dem der elektrische Leiter 14 verbunden ist, sind von dem Überbrückungselement 9 unbedeckt, so dass im Normalbetrieb Strom über den elektrischen Leiter 14 und den zweiten Kontakt 8 in den zweiten Halbleiterbereich 4 eingeprägt werden kann.
  • Ein weiteres Ausführungsbeispiel eines optoelektronischen Halbleiterchips 1, bei dem die Halbleiterschichtenfolge 2 trägerseitig bestromt wird, ist in 8 dargestellt. Hierbei umfasst der Träger 6 einen Grundkörper 15 sowie ein erstes Anschlusselement 16 zur elektrischen Kontaktierung des ersten Kontakts 7 und ein zweites Anschlusselement 17 zur elektrischen Kontaktierung des zweiten Kontakts 8. Die beiden Anschlusselemente 16, 17 umfassen jeweils eine Anschlussschicht 16A, 17A und mehrere Durchkontaktierungen 16B, 17B. Die Anschlussschichten 16A, 17A sind auf einer der Halbleiterschichtenfolge 2 abgewandten rückseitigen Oberfläche des Grundkörpers 15 angeordnet. Die Durchkontaktierungen 16B, 17B erstrecken sich von einer der Halbleiterschichtenfolge 2 zugewandten vorderseitigen Oberfläche des Grundkörpers 15 bis zur rückseitigen Oberfläche des Grundkörpers 15. Über die Anschlusselemente 16, 17 kann die Halbleiterschichtenfolge 2 bestromt werden. Vorzugsweise enthält der Grundkörper 15 ein elektrisch isolierendes Material.
  • Das Überbrückungselement 9 ist zwischen dem zweiten Kontakt 8 und dem ersten Kontakt 7 sowie zwischen dem zweiten Kontakt 8 und der Halbleiterschichtenfolge 2 angeordnet und wirkt im Normalbetrieb wie ein Isolator. Im Falle von Überspannungen wird das Überbrückungselement 9 elektrisch leitend, so dass elektrische Ladung über das Überbrückungselement 9 und den Träger 6 aus dem Halbleiterchip 1 abgeführt werden kann.
  • Das in 9 dargestellte Ausführungsbeispiel eines optoelektronischen Halbleiterchips 1 zeigt eine Variation des Überbrückungselements 9, die auch bei den in den 6 bis 8 dargestellten Ausführungsbeispielen denkbar ist.
  • Hierbei werden die Überbrückungsschichten 9A, welche die Kontaktelemente 8B umfangseitig umgeben, durch Passivierungsschichten 18 ersetzt. Insbesondere sind die Passivierungsschichten 18 sowohl im Normalbetrieb als auch im Falle von Überspannungen nicht elektrisch leitend, so dass die elektrische Ladung bei Überspannungen nur über das zwischen den beiden Kontaktschichten 7, 8 angeordnete Überbrückungselement 9 abgeführt werden kann.
  • Alternativ kann die zwischen den beiden Kontaktschichten 7A, 8A angeordnete Überbrückungsschicht 9A durch eine Passivierungsschicht 18 ersetzt werden, wie dies bei dem in 10 dargestellten Ausführungsbeispiel eines optoelektronischen Halbleiterchips 1 gezeigt ist.
  • In den 11 bis 13 sind weitere Ausführungsbeispiele von optoelektronischen Halbleiterchips 1 dargestellt, die trägerseitig bestromt werden. Weiterhin sind die Überbrückungselemente 9 gemäß den in 11 bis 13 dargestellten Ausführungsbeispielen strukturiert ausgebildet. Insbesondere weisen die Überbrückungselemente 9 mehrere Überbrückungsbereiche 9B auf, die durch Zwischenräume 19 voneinander getrennt sind. Die Überbrückungsbereiche 9B sind bei den dargestellten Ausführungsbeispielen an der ersten Hauptfläche 2A angeordnet, so dass die erste Hauptfläche 2A von den Überbrückungsbereichen 9B teilweise bedeckt wird. Beispielweise erstreckt sich einer der beiden Kontakte 7, 8, vorzugsweise der erste Kontakt 7, bis in die Zwischenräume 19. Zur Verminderung des Kontaktwiderstands kann zwischen der Halbleiterschichtenfolge 2 und dem in den Zwischenräumen 19 angeordneten Kontakt 7, 8 eine elektrisch leitende Schicht 20 angeordnet sein. Vorzugsweise ist die elektrisch leitende Schicht 20 aus einem transparenten leitenden Oxid gebildet. Im Normalbetrieb wird über die Zwischenräume 19 in die Halbleiterschichtenfolge 2 Strom eingeprägt. Bei Erreichen der Durchbruchspannung werden Entladungspulse unter anderem über die Überbrückungsbereiche 9B abgeführt, so dass die aktive Zone 5 geschützt werden kann.
  • Bei dem in 11 dargestellten Ausführungsbeispiel ist an zentraler Stelle eine Vertiefung 10 in der Halbleiterschichtenfolge 2 angeordnet, in welcher ein Teil des zweiten Kontakts 8 vorgesehen ist. Weiterhin weist der erste Kontakt 7 eine Kontaktschicht 7A mit einer Öffnung 13 auf, in welcher ein weiterer Teil des zweiten Kontakts 8 angeordnet ist. Der zweite Kontakt 8 erstreckt sich bis zu einer auf dem Träger 6 angeordneten Anschlussschicht 17A und ist mit dieser mechanisch und elektrisch verbunden. Insbesondere dient die Anschlussschicht 17A zugleich zur Befestigung der Halbleiterschichtenfolge 2 am Träger 6. Insbesondere ist der Träger 6 elektrisch leitend.
  • Zwischen dem ersten Kontakt 7 und dem Träger 6 ist eine Überbrückungsschicht 9A des Überbrückungselements 9 angeordnet, so dass der erste Kontakt 7 im Normalbetrieb von dem Träger 6 elektrisch isoliert ist. Ein Kontaktbereich 7B ist auf einem von der Halbleiterschichtenfolge 2 unbedeckten Bereich der Kontaktschicht 7A vorgesehen. Bei diesem Ausführungsbeispiel weist der erste Kontakt neben der Kontaktschicht 7A noch weitere Schichten 22 auf, die insbesondere reflektierend sind. Auch zwischen dem zweiten Kontakt 8 und einer den zweiten Kontakt 8 umgebenden Überbrückungsschicht 9A kann eine reflektierende Schicht 22 angeordnet sein. Insgesamt kann durch die reflektierenden Schichten 22 die Auskoppeleffizienz der über die zweite Hauptfläche 2B emittierten Strahlung verbessert werden.
  • Bei dem in 12 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Kontaktbereiche 7B, 8C der beiden Kontakte seitlich von der Halbleiterschichtenfolge 2 auf gegenüber liegenden Seiten angeordnet. Hierbei kann der Träger 6 insbesondere elektrisch isolierend ausgebildet sein.
  • Bei dem in 13 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der erste Kontakt 7 mit dem Träger 6 elektrisch leitend verbunden. Weiterhin ist der Träger 6 insbesondere elektrisch leitend, so dass die Halbleiterschichtenfolge 2 über den Träger 6 und den ersten Kontakt 7 elektrisch angeschlossen werden kann.
  • In 14 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines optoelektronischen Halbleiterchips 1 dargestellt, bei welchem das Überbrückungselement 9 trägerseitig vorgesehen ist. Insbesondere weist das Überbrückungselement 9 eine Überbrückungsschicht 9A auf, die den Grundkörper 15 des Trägers 6 bildet. Die Durchkontaktierungen der Anschlusselemente 16, 17 sind in den Grundkörper 15 eingebettet.
  • Bei dem in 15 dargestellten Ausführungsbeispiel eines Trägers 6 ist das Überbrückungselement 9 trägerseitig angeordnet. Das Überbrückungselement 9 ist Teil des Trägers 6 und ist auf einer vorderseitigen Oberfläche des Grundkörpers 15 vorgesehen. Auf dem Überbrückungselement 9 kann eine Halbleiterschichtenfolge angeordnet werden. Alternativ kann das Überbrückungselement 9 auf einer rückseitigen Oberfläche des Grundkörpers 15 angeordnet sein, die im fertigen Halbleiterchip der Halbleiterschichtenfolge abgewandt ist. Die Durchkontaktierungen 16B, 17B der Anschlusselemente sind in das Überbrückungselement 9 eingebettet. Beispielsweise kann der Träger 6 aus einem Halbleitermaterial, vorzugsweise Silizium, bestehen.
  • In 16 ist ein Ausführungsbeispiel eines Überbrückungselements 9 dargestellt, das einen Kontaktbereich 7B eines ersten Kontakts mit einem Kontaktelement 8B eines zweiten Kontakts oder zwei Durchkontaktierungen 16B, 17B miteinander verbindet. Das Überbrückungselement 9 weist mehrere Überbrückungsschichten 9A auf, die jeweils durch eine Grenzfläche 9C voneinander getrennt sind. Insbesondere ist die Konzentration von Materialzusätzen an der Grenzfläche 9C höher als in den angrenzenden Überbrückungsschichten 9A. Bei Erreichen der Durchbruchspannung erfolgt der Durchbruch insbesondere quer, vorzugsweise senkrecht, zu der Grenzfläche 9C (vgl. Pfeil). Bei diesem Ausführungsbeispiel erfolgt der Durchbruch in horizontaler Richtung. Die horizontale Richtung verläuft insbesondere parallel zu einer Ebene, in welcher sich der Träger erstreckt.
  • In 17 ist ein Ausführungsbeispiel eines Überbrückungselements 9 dargestellt, bei dem der Durchbruch in vertikaler Richtung erfolgt (vgl. Pfeil). Die vertikale Richtung verläuft insbesondere senkrecht zu einer Ebene, in welcher sich der Träger erstreckt. Das Überbrückungselement 9 verbindet eine Kontaktschicht 7A eines ersten Kontakts mit einer Kontaktschicht 8A eines zweiten Kontakts oder eine Anschlussschicht 16A eines ersten Anschlusselements mit einer Anschlussschicht 17A eines zweiten Anschlusselements. Das Überbrückungselement 9 weist mehrere Überbrückungsschichten 9A auf, die jeweils durch eine Grenzfläche 9C voneinander getrennt sind. Insbesondere ist die Konzentration von Materialzusätzen an der Grenzfläche 9C höher als in den angrenzenden Überbrückungsschichten 9A.
  • In 18 ist ein Ausführungsbeispiel einer Anordnung mit mehreren Halbleiterschichtenstapeln 200 dargestellt, die auf einem gemeinsamen Träger 6 angeordnet sind. Die einzelnen Halbleiterschichtenstapel 200 weisen einen ähnlichen Aufbau wie die bereits beschriebenen Halbleiterchips auf. Zwischen den Halbleiterschichtenstapeln 200 und dem Träger 6 ist eine elektrisch leitende Verbindungsschicht 21 angeordnet. Diese verbindet den ersten Kontakt 7 des einen Halbleiterschichtenstapels 200 mit dem zweiten Kontakt 8 des benachbarten Halbleiterschichtenstapels 200. Dadurch sind die Halbleiterschichtenstapel 200 in Reihe geschaltet. Insbesondere ist das Überbrückungselement 9 zwischen der Verbindungsschicht 21 und den jeweiligen Kontakten 7, 8 angeordnet, die an die Verbindungsschicht 21 angrenzen.

Claims (13)

  1. Optoelektronischer Halbleiterchip (1) umfassend - eine Halbleitermaterial enthaltende Halbleiterschichtenfolge (2), die einen ersten Halbleiterbereich (3) eines ersten Leitfähigkeitstyps und einen zweiten Halbleiterbereich (4) eines zweiten Leitfähigkeitstyps und eine aktive Zone (5) mit einem pn-Übergang aufweist, die zwischen dem ersten und dem zweiten Halbleiterbereich (3, 4) ausgebildet ist, - einen Träger (6), auf welchem die Halbleiterschichtenfolge (2) angeordnet ist, - einen ersten Kontakt (7), der zum elektrischen Anschließen des ersten Halbleiterbereichs (3) vorgesehen ist, - ein von dem ersten Kontakt (7) verschiedenen zweiten Kontakt (8), der zum elektrischen Anschließen des zweiten Halbleiterbereichs (4) vorgesehen ist, - ein parallel oder antiparallel zu der Halbleiterschichtenfolge (2) geschaltetes Überbrückungselement (9), das einen nichtlinearen elektrischen Widerstand aufweist, der bei einer Betriebsspannung des optoelektronischen Halbleiterchips (1) in Vorwärtsrichtung höher ist als ein elektrischer Widerstand der Halbleiterschichtenfolge (2) und bei Überspannungen in Sperrrichtung geringer ist als der elektrische Widerstand der Halbleiterschichtenfolge (2), so dass elektrische Ladung bei Überspannungen über das Überbrückungselement (9) abgeleitet wird, wobei das Überbrückungselement (9) mindestens eine Überbrückungsschicht (9A) aufweist, die außerhalb des Halbleitermaterials der Halbleiterschichtenfolge (2) angeordnet ist, wobei das Überbrückungselement (9) an der Halbleiterschichtenfolge (2) vorgesehen ist, und sich das Überbrückungselement (9) in direktem physischen Kontakt mit der Halbleiterschichtenfolge (2) befindet, und das Überbrückungselement (9) direkt an den ersten Halbleiterbereich (3), die aktive Zone (5) und/oder den zweiten Halbleiterbereich (4) angrenzt, wobei - die Halbleiterschichtenfolge (2) eine Vertiefung (10) aufweist, welche durch eine Innenfläche (2D) der Halbleiterschichtenfolge (2) begrenzt wird, und wobei die Überbrückungsschicht (9A) auf der Innenfläche (2D) angeordnet ist, - der zweite Kontakt (8) ein Kontaktelement (8B) aufweist, das in der Vertiefung (10) angeordnet ist, und - das Kontaktelement (8B) umfangseitig von dem Überbrückungselement (9) umgeben ist.
  2. Optoelektronischer Halbleiterchip (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Überbrückungsschicht (9A) keine epitaxierte Schicht ist.
  3. Optoelektronischer Halbleiterchip (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Überbrückungselement (9) und/oder die Überbrückungsschicht (9A) ein polykristallines elektrokeramisches Material enthält.
  4. Optoelektronischer Halbleiterchip (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Überbrückungselement (9) den ersten und zweiten Halbleiterbereich (3, 4) miteinander verbindet und/oder einen Halbleiterbereich (3, 4) mit dem jeweiligen Kontakt (7, 8) verbindet.
  5. Optoelektronischer Halbleiterchip (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Überbrückungselement (9) den ersten und zweiten Kontakt (7, 8) miteinander verbindet.
  6. Optoelektronischer Halbleiterchip (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Halbleiterschichtenfolge (2) eine dem Träger (6) zugewandte erste Hauptfläche (2A) und eine dem Träger (6) abgewandte zweite Hauptfläche (2B) und eine Seitenfläche (2C) aufweist, die schräg zur ersten und zweiten Hauptfläche (2A, 2B) verläuft, und wobei die Überbrückungsschicht (9A) auf der Seitenfläche (2C) angeordnet ist.
  7. Optoelektronischer Halbleiterchip (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Kontakt (7) eine Kontaktschicht (7A) aufweist, die durch eine Öffnung (13) unterbrochen ist, durch welche sich das Kontaktelement (8B) erstreckt.
  8. Optoelektronischer Halbleiterchip (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Kontakt (7) eine Kontaktschicht (7A) und der zweite Kontakt (8) eine Kontaktschicht (8A) aufweisen, die durch das Überbrückungselement (9) miteinander verbunden sind.
  9. Optoelektronischer Halbleiterchip (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Überbrückungselement (9) mindestens eines der folgenden Materialien aufweist: Zinkoxid, Strontiumoxid, Strontiumtitanat, Titanoxid, Siliziumkarbid.
  10. Optoelektronischer Halbleiterchip (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Überbrückungselement (9) mindestens einen der folgenden Materialzusätze enthält: Bismut-, Antimon-, Kobalt-, Mangan-, Nickel-, Chrom- und Siliziumoxid.
  11. Optoelektronischer Halbleiterchip (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Überbrückungselement (9) ein Varistor, eine Schottkydiode oder eine Zenerdiode ist.
  12. Optoelektronischer Halbleiterchip (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Überbrückungselement (9) an dem Träger (6) vorgesehen ist, und wobei der Träger (6) einen Grundkörper (15) und mindestens ein Anschlusselement (16, 17) aufweist, das mit dem ersten oder zweiten Kontakt (7, 8) elektrisch verbunden ist und zumindest teilweise in den Grundkörper (15) eingebettet ist und/oder auf dem Grundkörper (15) angeordnet ist.
  13. Optoelektronischer Halbleiterchip (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Träger (6) ein erstes Anschlusselement (16), das mit dem ersten Kontakt (7) elektrisch verbunden ist, und ein zweites Anschlusselement (17), das mit dem zweiten Kontakt (8) elektrisch verbunden ist, aufweist, und wobei das erste und zweite Anschlusselement (16, 17) durch das Überbrückungselement (9) miteinander verbunden sind.
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