DE112016005214B4

DE112016005214B4 - Strahlungsemittierender Halbleiterchip, optoelektronisches Bauelement mit einem strahlungsemittierenden Halbleiterchip und Verfahren zur Beschichtung eines strahlungsemittierenden Halbleiterchips

Info

Publication number: DE112016005214B4
Application number: DE112016005214.6T
Authority: DE
Inventors: Fabian Kopp; Attila Molnar; Cheng Kooi Tan
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2015-11-12
Filing date: 2016-11-10
Publication date: 2023-12-07
Anticipated expiration: 2036-11-11
Also published as: DE112016005214A5; WO2017081181A1; US10879424B2; TW201731125A; US20180337309A1; TWI611601B; DE102015119553A1

Abstract

Strahlungsemittierender Halbleiterchip (1) mit:
- einem Substrat (2),
- einer epitaktischen Halbleiterschichtenfolge (3) mit einer aktiven Zone (4), die dazu geeignet ist, elektromagnetische Strahlung eines ersten Wellenlängenbereichs zu erzeugen, wobei das Substrat (2) transparent ist für elektromagnetische Strahlung der aktiven Zone (4), und
- einer optisch aktiven Schicht (11), die auf einer Seitenfläche des Substrats (2) und auf einer rückseitigen Hauptfläche des Halbleiterchips (1) aufgebracht ist, die einer Strahlungsaustrittfläche (5) des Halbleiterchips (1) gegenüber liegt, wobei die optisch aktive Schicht (11) ein Bragg-Spiegel ist, wobei der Bragg-Spiegel gezielt Strahlung der aktiven Zone (4) über den gesamten ersten Wellenlängenbereich absorbiert.

Description

Es wird ein strahlungsemittierender Halbleiterchip, ein optoelektronisches Bauelement mit einem strahlungsemittierenden Halbleiterchip und ein Verfahren zur Beschichtung eines strahlungsemittierenden Halbleiterchips angegeben.
Ein strahlungsemittierender Halbleiterchip ist beispielsweise in der Druckschrift WO 01/61765 A1 beschrieben.
Die Druckschrift US 2004 / 0 087 050 A1 ist auf lichtemittierendes Bauelement basierend auf einem Gruppe-III-Nitridhalbleiterverbundmaterial und auf ein Verfahren zu dessen Herstellung gerichtet.
Die Druckschrift DE 101 12 542 A1 offenbart ein strahlungsemittierendes Bauelement.
Die Druckschrift US 2005 / 0 133 796 A1 ist auf eine lichtemittierende Diode basierend auf einem Nitridhalbleiter und auf ein Verfahren zu deren Herstellung gerichtet.
Die Druckschrift DE 10 2006 041 460 A1 adressiert einen strahlungsemittierenden Halbleiterchip und eine Vorrichtung mit einem strahlungsemittierenden Halbleiterchip.
Eine Aufgabe der vorliegenden Anmeldung ist es, einen strahlungsemittierenden Halbleiterchip anzugeben, dessen Helligkeit auf geeignete Art und Weise eingestellt werden kann. Weiterhin soll ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Halbleiterchips sowie ein optoelektronisches Bauelement mit einem derartigen Halbleiterchip angegeben werden.
Diese Aufgaben werden durch einen strahlungsemittierenden Halbleiterchip mit den Merkmalen des Patentanspruches 1, durch ein optoelektronisches Bauelement mit den Merkmalen des Patentanspruches 10 und durch ein Verfahren mit den Schritten des Patentanspruches 12 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausführungen des Halbleiterchips, des optoelektronischen Bauelementes und des Verfahrens sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Ein strahlungsemittierender Halbleiterchip umfasst insbesondere ein Substrat und eine epitaktische Halbleiterschichtenfolge. Die epitaktische Halbleiterschichtenfolge weist eine aktive Zone auf, die dazu geeignet ist, elektromagnetische Strahlung eines ersten Wellenlängenbereichs zu erzeugen. Das Substrat ist hierbei besonders bevorzugt transparent für elektromagnetische Strahlung der aktiven Zone. Transparent für elektromagnetische Strahlung der aktiven Zone heißt in diesem Zusammenhang insbesondere, dass mindestens 80 %, bevorzugt mindestens 90 % und besonders bevorzugt mindestens 95 % der Strahlung, die in der aktiven Zone erzeugt wird, transmittiert wird.
Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem Substrat um ein Aufwachssubstrat für die epitaktische Halbleiterschichtenfolge. Die epitaktische Halbleiterschichtenfolge ist besonders bevorzugt auf dem Substrat epitaktisch gewachsen.
Beispielsweise umfasst das Substrat Siliziumcarbid, Galliumnitrid oder Saphir oder besteht aus Siliziumcarbid, Galliumnitrid oder Saphir.
Die epitaktische Halbleiterschichtenfolge basiert bevorzugt auf einem Nitrid-Verbindungshalbleiter. Nitrid-Verbindungshalbleiter enthalten Stickstoff, wie die Materialien aus dem System In_xAl_yGa_1-x-yN mit 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 und x+y ≤ 1. Unter die Gruppe von strahlungsemittierenden Halbleiterchips auf Basis von Nitrid-Verbindungshalbleitern fallen vorliegend insbesondere solche Halbleiterchips, bei denen die epitaktisch hergestellte Halbleiterschichtenfolge mindestens eine Einzelschicht enthält, die einen Nitrid-Verbindungshalbleiter aufweist.
Beispielsweise basiert die epitaktische Halbleiterschichtenfolge auf Galliumnitrid. Eine Halbleiterschichtenfolge, die auf Galliumnitrid basiert, weist bevorzugt mindestens eine Einzelschicht auf, die Galliumnitrid enthält. Bevorzugt enthält die Mehrzahl der Einzelschichten Galliumnitrid.
Besonders bevorzugt erzeugt die aktive Zone elektromagnetische Strahlung aus dem blauen Spektralbereich. Weiterhin ist es auch möglich, dass die aktive Zone grünes Licht erzeugt. Die in der aktiven Zone erzeugte elektromagnetische Strahlung wird von dem Halbleiterchip von einer Strahlungsaustrittsfläche ausgesandt. Aufgrund des strahlungsdurchlässigen Substrats wird weiterhin ein Teil der in der aktiven Zone erzeugten Strahlung über Seitenflächen des Substrats ausgesandt. Ein derartiger Halbleiterchip wird auch „Volumenemitter“ genannt.
Gemäß einer Ausführungsform des Halbleiterchips umfasst dieser eine optisch aktive Schicht, die auf einer Seitenfläche des Substrats und auf einer rückseitigen Hauptfläche des Halbleiterchips aufgebracht ist, die der Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterchips gegenüberliegt.
Ist hier und im Folgenden von „der Seitenfläche“ die Rede, so sind in dem Fall, dass das Substrat oder der Halbleiterchips mehrere Seitenflächen aufweist, alle Seitenflächen gemeint, falls nicht ausdrücklich anders angegeben.
Beispielsweise ist die optisch aktive Schicht vollflächig auf die rückseitige Hauptfläche des Halbleiterchips und vollflächig auf die Seitenfläche des Substrats aufgebracht.
Alternativ ist es auch möglich, dass Bereiche der Seitenfläche des Substrats angrenzend an die rückseitige Hauptfläche durchgehend mit der optisch aktiven Schicht belegt ist, während ein weiterer Bereich der Seitenfläche des Substrats frei ist von der optisch aktiven Schicht. Der Bereich der Seitenfläche, der frei ist von der optisch aktiven Schicht, grenzt bevorzugt an die Strahlungsaustrittsfläche an oder ist zumindest näher an der Strahlungsaustrittfläche angeordnet als der mit der optisch aktiven Schicht belegte Bereich.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Halbleiterchips nimmt die Dicke der optisch aktiven Schicht auf der Seitenfläche des Substrats ausgehend von der rückseitigen Hauptfläche hin zur Strahlungsaustrittsfläche ab. Besonders bevorzugt erfolgt die Abnahme der Dicke der optisch aktiven Schicht hierbei kontinuierlich.
Bei der optisch aktiven Schicht kann es sich um eine einzelne Schicht oder um eine Schichtenfolge aus mehreren Schichten handeln.
Gemäß einer Ausführungsform des Halbleiterchips handelt es sich bei der optisch aktiven Schicht um eine metallische Schicht oder eine Halbleiterschicht. Mit anderen Worten besteht die optisch aktive Schicht aus einem Metall oder einem Halbleiter oder umfasst ein Metall oder einen Halbleiter. Besonders bevorzugt absorbiert eine optisch aktive Schicht, die ein Metall oder einen Halbleiter aufweist oder aus einem Metall oder einem Halbleiter besteht, Strahlung der aktiven Zone gezielt und zwar bevorzugt über den gesamten spektralen Bereich des ersten Wellenlängenbereichs. Auf diese Art und Weise kann die Helligkeit des Halbleiterchips auf einen gewünschten Wert eingestellt werden.
Beispielsweise weist eine optisch aktive Schicht, die einen Halbleiter oder Metall aufweist oder aus einem Metall oder einem Halbleiter gebildet ist, einen Absorptionskoeffizienten für blaue Strahlung der aktiven Zone zwischen einschließlich 0,2 10⁵ cm^-1 und einschließlich 15 10⁵ cm^-1 auf.
Die Dicke einer optisch aktiven Schicht, die einen Halbleiter oder ein Metall aufweist oder aus einem Metall oder einem Halbleiter gebildet ist, liegt beispielsweise zwischen einschließlich 1 Nanometer und einschließlich 1000 Nanometer. Bevorzugt liegt die Dicke der optisch aktiven Schicht zwischen einschließlich 1 Nanometer und einschließlich 100 Nanometer.
Abhängig vom Absorptionskoeffizienten ist die optisch aktive Schicht bei unterschiedlichen Dicken optisch dicht, so dass kein Licht mehr transmittiert wird. Die Dicke der optisch aktiven Schicht sowie ihr Absorptionskoeffizient bestimmen den Anteil der von der optisch aktiven Schicht transmittierten bzw. absorbierten Strahlung.
Weiterhin kann es sich bei der metallischen Schicht oder bei der Halbleiterschicht um eine Einzelschicht oder auch um eine Schichtenfolge aus mehreren Einzelschichten handeln.
Als Material für die metallische Schicht oder die Halbleiterschicht ist beispielsweise eines der folgenden Materialien geeignet: Gold, Silber, Platin, Palladium, Titan, Rhodium, Ruthenium, Wolfram, Aluminium, Silizium, Germanium, Indium, Chrom, Nickel, Kupfer.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Halbleiterchips ist die optisch aktive Schicht als eine Schichtenfolge zweier metallischer Einzelschichten ausgebildet. Die eine metallische Schicht ist hierbei beispielsweise absorbierend für die Strahlung der aktiven Zone ausgebildet, während es sich bei der anderen metallischen Schicht beispielsweise um eine Edelmetallschicht handelt. Die absorbierende Metallschicht und die Edelmetallschicht stehen bevorzugt in direktem Kontakt miteinander, wobei die absorbierende Metallschicht direkt auf das Substrat aufgebracht und die Edelmetallschicht von außen frei zugänglich ist.
Die absorbierende metallische Einzelschicht absorbiert hierbei gezielt einen Teil der Strahlung der aktiven Zone, die auf sie auftrifft und steuert dadurch die Helligkeit des Halbleiterchips, während die Edelmetallschicht die absorbierende Metallschicht einkapselt und eine Degradation der absorbierenden metallischen Schicht, beispielsweise durch Korrosion, zumindest verringert. Beispielsweise kann es sich bei der absorbierenden Metallschicht um eine Titanschicht und bei der Edelmetallschicht um eine Goldschicht handeln.
Anstelle einer Edelmetallschicht kann auch eine andere metallische Schicht zur Verkapselung der absorbierenden Schicht eingesetzt werden, beispielsweise eine Chromschicht. Chrom weist den Vorteil auf, in einer feuchten Umgebung ein stabiles Oxid zu bilden, so dass eine darunter liegende absorbierende Schicht vor Oxidation geschützt ist. Insofern kann eine Chromschicht eine ähnliche Funktion erfüllen wie eine Edelmetallschicht.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Halbleiterchips ist die optisch aktive Schicht als eine Schichtenfolge zweier metallischer Einzelschichten ausgebildet. Die eine metallische Schicht ist hierbei beispielsweise absorbierend für die Strahlung der aktiven Zone ausgebildet, während die andere metallische Schicht zur Verkapselung der absorbierenden metallischen Schicht dient. Die absorbierende Metallschicht und die andere metallische Schicht stehen bevorzugt in direktem Kontakt miteinander, wobei die absorbierende Metallschicht direkt auf das Substrat aufgebracht und die andere metallische Schicht von außen frei zugänglich ist.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Halbleiterchips ist die optisch aktive Schicht als eine Schichtenfolge zweier metallischer Einzelschichten ausgebildet, wobei die eine metallische Schicht absorbierend für die Strahlung der aktiven Zone ausgebildet ist und die andere metallische Schicht die absorbierende metallische Schicht verkapselt. Die absorbierende metallische Schicht ist bevorzugt aus Titan gebildet und weist beispielsweise eine Dicke von ungefähr 100 Nanometer auf. Die weitere metallische Schicht ist beispielsweise aus Chrom gebildet und weist beispielsweise eine Dicke von ungefähr 200 Nanometer auf.
Weiterhin ist es auch möglich, dass die eine metallische Schicht als Haftvermittlungsschicht zwischen dem rückseitigen Material des Halbleiterchips und der weiteren metallischen Schicht dient. Hierbei werden die optischen Eigenschaften der optisch aktiven Schicht in der Regel weitestgehend durch die optischen Eigenschaften der weiteren metallischen Schicht bestimmt.
Weiterhin ist es auch möglich, dass die optisch aktive Schicht mindestens eine metallische Schicht und mindestens eine dielektrische Schicht oder auch mindestens zwei dielektrische Schichten aufweist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterchips handelt es sich bei der optisch aktiven Schicht um einen Bragg-Spiegel. Bei einem Bragg-Spiegel handelt es sich um eine Schichtenfolge alternierender Einzelschichten, die in der Regel dielektrisch ausgebildet sind.
Beispielsweise kann der Bragg-Spiegel die Auskopplung der Strahlung der aktiven Zone aus der Seitenfläche des Substrats erhöhen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Bragg-Spiegel dazu eingerichtet, die Strahlung der aktiven Zone zu transmittieren und ggf. die Auskopplung aus der Seitenfläche zu erhöhen sowie elektromagnetische Strahlung außerhalb des ersten Wellenlängenbereichs zu reflektieren. Besonders bevorzugt ist der Bragg-Spiegel dazu eingerichtet, Strahlung der aktiven Zone, wie blaues Licht, zu transmittieren oder deren Auskopplung zu erhöhen und gelbes und/oder grünes und/oder rotes Licht zu reflektieren. Ein derartiger strahlungsemittierender Halbleiterchip ist insbesondere dazu geeignet, in einem optoelektronischen Bauelement mit einem Konversionselement verwendet zu werden, das primäres blaues Licht teilweise in gelbes und/oder grünes und/oder rotes Licht umwandelt. Die Verwendung eines solchen Halbleiterchips in einem derartigen optoelektronischen Bauelement führt mit Vorteil zu einer Effizienzerhöhung des Bauelements.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Halbleiterchips reflektiert der Bragg-Spiegel einen spektralen Anteil der Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs und transmittiert einen weiteren spektralen Anteil des ersten Wellenlängenbereichs. Mit anderen Worten filtert der Bragg-Spiegel bei dieser Ausführungsform einen spektralen Teil des ersten Wellenlängenbereichs aus, so dass nur ein sehr enges Band des ersten Wellenlängenbereichs zumindest aus den Seitenflächen des Substrats ausgekoppelt wird. Beispielsweise weist das Band eine Breite zwischen einschließlich 1 Nanometer und einschließlich 50 Nanometer auf.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Halbleiterchips absorbiert der Bragg-Spiegel gezielt Strahlung der aktiven Zone, bevorzugt über den gesamten spektralen Bereich des ersten Wellenlängenbereichs. Auf diese Art und Weise kann ebenfalls die Helligkeit des Halbleiterchips auf einen gewünschten Wert eingestellt werden.
Beispielsweise sind die folgenden Materialien für die Einzelschichten des Bragg-Spiegels geeignet: Aluminiumoxid, Tantaloxid, Zirkoniumoxid, Siliziumnitrid, Siliziumdioxid, Siliziumoxinitrid, Nioboxid oder transparente leitende Oxide, insbesondere ITO, ZnO und In₂O₃.
Transparente leitende Oxide (TCO für „transparent conductive oxide“) sind in der Regel Metalloxide, wie beispielsweise Zinkoxid, Zinnoxid, Cadmiumoxid, Titanoxid, Indiumoxid oder Indiumzinnoxid (ITO). Neben binären Metallsauerstoffverbindungen, wie beispielsweise ZnO, SnO₂ oder In₂O₃ gehören auch ternäre Metallsauerstoffverbindungen, wie beispielsweise Zn₂SnO₄, ZnSnO₃, MgIn₂O₄, GaInO₃, Zn₂In₂O₅ oder In₄Sn₃O₁₂ oder Mischungen unterschiedlicher transparenter leitender Oxide zu der Gruppe der TCOs. Weiterhin entsprechend die TCOs nicht zwingend einer stöchiometrische Zusammensetzung und können weiterhin auch p- sowie n-dotiert sein.
Ein Bragg-Spiegel umfasst in der Regel eine alternierende Abfolge von Einzelschichten jeweils mit einem hohen (n > 1,7) und einem niedrigen Brechungsindex (n ≤ 1,7). Bei einem Bragg-Spiegel, der die Auskopplung erhöht, beträgt die optische Schichtdicke n*d einer Einzelschicht typischerweise n*d = λ/2, wobei die erste Einzelschicht der Schichtenfolge auch eine optische Schichtdicke von n*d = λ haben kann. Bei einem reflektierenden oder hochreflektierenden Bragg-Spiegel beträgt die optische Schichtdicke der Einzelschichten hingegen typischerweise n*d = λ/4, wobei die erste Einzelschicht auch eine optische Schichtdicke von n*d = 3A/4 haben kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Halbleiterchips ist dessen Strahlungsaustrittsfläche mit einer Absorptionsschicht versehen, die Strahlung der aktiven Zone gezielt absorbiert, um die Helligkeit des Halbleiterchips auf einen gewünschten Wert einzustellen. Beispielsweise ist die Absorptionsschicht gleichzeitig dazu vorgesehen, Strom in die Halbleiterschichtenfolge einzuprägen und zur elektrischen Kontaktierung zu dienen. In diesem Fall ist die Absorptionsschicht in der Regel strukturiert ausgebildet. Bevorzugt umfasst die Absorptionsschicht zwei separate Strukturelemente, von denen jedes als elektrischer Kontakt vorgesehen ist und die weiterhin gleichzeitig eine vergleichsweise großen Flächenanteil an der Strahlungsaustrittsfläche belegen um Strahlung der aktiven Zone zu absorbieren.
Beispielsweise kann es sich bei der Absorptionsschicht um eine metallische Schicht handeln. Die Absorptionsschicht kann beispielsweise eines der folgenden Materialien aufweisen oder aus einem der folgenden Materialien bestehen: Gold, Silber, Platin, Palladium, Titan, Rhodium, Ruthenium, Wolfram, Aluminium, Chrom, Nickel, Kupfer.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Absorptionsschicht eine Dicke zwischen einschließlich 300 Nanometer und einschließlich 4000 Nanometer auf.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Halbleiterchips ist auf der rückseitigen Hauptfläche des Substrats ein weiterer hochreflektierender Bragg-Spiegel aufgebracht, der Strahlung der aktiven Zone reflektiert. Der weitere hochreflektierende Bragg-Spiegel ist dazu geeignet, die Strahlung der aktiven Zone zu einer Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterchips zu lenken. Bei dieser Ausführungsform werden die optischen Eigenschaften der Rückseite des Halbleiterchips im Wesentlichen durch den weiteren hochreflektierender Bragg-Spiegel bestimmt und nur wenig oder gar nicht durch die optisch aktive Schicht, die rückseitig auf den Bragg-Spiegel aufgebracht ist.
Ein optoelektronisches Bauelement mit einem Halbleiterchip, wie er oben beschrieben wurde, ist insbesondere dazu geeignet, zusammen mit einem Konversionselement verwendet zu werden. Bevorzugt sendet der Halbleiterchip blaues Licht aus. Besonders bevorzugt umgibt das Konversionselement den Halbleiterchip. Beispielsweise ist der Halbleiterchip in das Konversionselement eingebettet. Bei dem optoelektronischen Bauelement handelt es sich beispielsweise um eine Leuchtdiode.
Das Konversionselement ist dazu geeignet, Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in Strahlung eines anderen Wellenlängenbereichs umzuwandeln. Beispielsweise kann das Konversionselement Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs zumindest teilweise in Strahlung eines zweiten Wellenlängenbereichs und/oder eines dritten Wellenlängenbereichs umwandeln. Beispielsweise wandelt das Konversionselement blaue Strahlung des Halbleiterchips teilweise in grüne und/oder gelbe und/oder rote Strahlung um. Auf diese Art und Weise kann ein optoelektronisches Bauelement erzeugt werden, das mischfarbige Strahlung aus konvertierter blauer Strahlung sowie grüner und/oder gelber und/oder roter Strahlung aussendet. Der Farbort des mischfarbigen Lichtes liegt besonders bevorzugt im weißen Bereich der CIE-Normfarbtafel.
Die optisch aktive Schicht ist hierbei insbesondere bevorzugt dazu ausgebildet, unkonvertierte Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs zu transmittieren und konvertierte Strahlung des mindestens einen anderen Wellenlängenbereichs zu reflektieren. Auf diese Art und Weise kann die Effizienz des optoelektronischen Bauelementes mit Vorteil erhöht werden.
Das Konversionselement ist beispielsweise aus einem Harz gebildet, in das Leuchtstoffpartikel eingebracht sind. Bei dem Harz kann es sich beispielsweise um ein Epoxid oder ein Silikon oder eine Mischung dieser Materialien handeln. Bevorzugt ist das Harz transparent für elektromagnetische Strahlung und insbesondere für sichtbares Licht. Die Leuchtstoffpartikel verleihen dem Konversionselement die wellenlängenkonvertierenden Eigenschaften.
Für die Leuchtstoffpartikel ist beispielsweise eines der folgenden Materialien geeignet: mit seltenen Erden dotierte Granate, mit seltenen Erden dotierte Erdalkalisulfide, mit seltenen Erden dotierte Thiogallate, mit seltenen Erden dotierte Aluminate, mit seltenen Erden dotierte Silikate, mit seltenen Erden dotierte Orthosilikate, mit seltenen Erden dotierte Chlorosilikate, mit seltenen Erden dotierte Erdalkalisiliziumnitride, mit seltenen Erden dotierte Oxynitride, mit seltenen Erden dotierte Aluminiumoxinitride, mit seltenen Erden dotierte Siliziumnitride, mit seltenen Erden dotierte Sialone.
Bei einem Verfahren zur Beschichtung eines strahlungsemittierenden Halbleiterchips mit einer optisch aktiven Schicht wird zunächst eine Vielzahl an Halbleiterchips auf einer Folie bereitgestellt. Hierbei werden die Halbleiterchips mit ihren Strahlungsaustrittsflächen auf die Folie aufgebracht, während eine rückseitige Hauptfläche der Halbleiterchips, die den Strahlungsaustrittsflächen gegenüber liegen, von der Folie weg weisen. Mit anderen Worten grenzen die Strahlungsaustrittsflächen an die Folie, während die rückseitige Hauptflächen der Halbleiterchips, die der Strahlungsaustrittsfläche jeweils gegenüberliegt, frei zugänglich sind. Die Halbleiterchips sind weiterhin bevorzugt beabstandet auf der Folie angeordnet, so dass Bereiche zwischen den Seitenflächen zweier direkt benachbarter Halbleiterchips frei zugänglich sind.
Auf die derart auf einer Folie angeordneten Halbleiterchips wird schließlich eine optisch aktive Schicht abgeschieden. Besonders bevorzugt wird die optisch aktive Schicht bei Raumtemperatur abgeschieden. Beispielsweise wird die optisch aktive Schicht durch Bedampfen bei Raumtemperatur abgeschieden.
Merkmale und Ausführungsformen, die vorliegenden lediglich im Zusammenhang mit dem Halbleiterchip beschrieben sind können ebenfalls bei dem Verfahren ausgebildet sein und umgekehrt.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen und Beispielen.

Die 1 bis 5 zeigen jeweils eine schematische Schnittdarstellung eines Halbleiterchips gemäß einem Beispiel.
Die 6 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines Halbleiterchips gemäß einem Ausführungsbeispiel.
Anhand der schematischen Schnittdarstellungen der 7 bis 9 wird ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Herstellung einer Vielzahl optoelektronischer Halbleiterchips näher beschrieben.
10 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines optoelektronischen Bauelements gemäß einem Beispiel.

Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente, insbesondere Schichtdicken, zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
Der Halbleiterchip 1 gemäß dem Beispiel der 1 weist ein Substrat 2 auf, auf das eine Halbleiterschichtenfolge 3 epitaktisch gewachsen ist. Die epitaktische Halbleiterschichtenfolge 3 umfasst eine aktive Zone 4, in der elektromagnetische Strahlung erzeugt wird. Die epitaktische Halbleiterschichtenfolge 3 basiert auf einem Nitrid-Verbindungshalbleiter. In der aktiven Zone 4 wird elektromagnetische Strahlung eines ersten Wellenlängenbereichs aus dem blauen Spektralbereich, mit anderen Worten blaues Licht erzeugt. Das blaue Licht wird von einer Strahlungsaustrittsfläche 5 des Halbleiterchips 1 ausgesandt, die einer rückseitigen Hauptfläche 6 des Substrats 2 gegenüber liegt. Weiterhin ist es auch möglich, dass in der aktiven Zone grünes Licht erzeugt wird.
Weiterhin umfasst der Halbleiterchip 1 gemäß dem Beispiel der 1 eine Stromaufweitungsschicht 7, die beispielsweise aus einem transparenten leitenden Oxid gebildet ist oder ein transparentes leitendes Oxid aufweist. Beispielsweise ist die Stromaufweitungsschicht 7 aus ITO gebildet. Auf der Stromaufweitungsschicht 7 ist ein elektrischer Kontakt 8 zur elektrischen Kontaktierung angeordnet.
Das Substrat 2 ist aus Saphir gebildet und transparent für das blaue Licht, das in der aktiven Zone 4 erzeugt wird. Aus diesem Grund sendet der Halbleiterchip 1 auch aus Seitenflächen 9 des Substrats 2 blaues Licht aus.
Auf der rückseitigen Hauptfläche 6 des Substrats 2 ist ein hochreflektierender Bragg-Spiegel 10 angeordnet, der dazu geeignet ist, die blaue Strahlung der aktiven Zone 4 zu reflektieren und zur Strahlungsaustrittsfläche 5 umzulenken.
Weiterhin umfasst der Halbleiterchip 1 gemäß dem Beispiel der 1 eine optisch aktive Schicht 11, die vorliegend ebenfalls als Bragg-Spiegel ausgebildet ist. Die optisch aktive Schicht 11 bedeckt hierbei die rückseitige Hauptfläche des Halbleiterchips 1 sowie Seitenflächen 9 des Substrats 2 vollständig. Die als Bragg-Spiegel ausgebildete optisch aktive Schicht 11 ist dazu geeignet, blaues Licht der aktiven Zone 4 zu transmittieren und die so die Auskopplung aus den Seitenflächen 9 des Substrats 2 zu erhöhen.
Auch der Halbleiterchip 1 gemäß dem Beispiel der 2 weist wie der Halbleiterchip 1 gemäß dem Beispiel der 1 eine optisch aktive Schicht 11 auf, die als Bragg-Spiegel ausgebildet ist. Allerdings weist der Bragg-Spiegel bei diesem Beispiel im Unterschied zu dem Bragg-Spiegel gemäß der 1 nicht nur die Eigenschaft auf, blaue Strahlung der aktiven Zone 4 zu transmittieren und die Auskopplung aus den Seitenflächen 9 des Substrats 2 zu erhöhen, sondern noch die zusätzliche Eigenschaft, grünes, gelbes und rotes Licht zu reflektieren. Besonders bevorzugt dient der Bragg-Spiegel weiterhin dazu, einen Teil der blauen Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs auszufiltern, so dass nur noch ein sehr schmales Band an blauen Wellenlängen transmittiert wird. In Kombination mit einem Konversionselement 12 kann so eine weiße LED erzeugt werden, deren Farbort besonders genau eingestellt werden kann. Der Bragg-Spiegel gemäß der 2 kann beispielsweise aus einer Schichtenfolge mit alternierenden Einzelschichten aus Siliziumdioxid und Titanoxid gebildet sein.
Der Halbleiterchip 1 gemäß dem Beispiel der 3 weist im Unterschied zum Halbleiterchip 1 gemäß dem Beispiel der 2 eine Absorptionsschicht 13 auf der Strahlungsaustrittsfläche 5 auf. Die Absorptionsschicht 13 ist dazu vorgesehen und eingerichtet, Strahlung der aktiven Zone 4 gezielt zu absorbieren und so die Helligkeit des Halbleiterchips 1 gezielt einzustellen. Die Absorptionsschicht 13 ist gleichzeitig zur Kontaktierung der Halbleiterschichtenfolge 3 vorgesehen und weist mindestens zwei separate Strukturelemente auf (nicht dargestellt). Insbesondere setzt sich die Absorptionsschicht 13 aus zwei separaten Bondpads, die jeweils mit mindestens einem Stromsteg verbunden sind, zusammen. Besonders bevorzugt ist die Absorptionsschicht 13 aus einem Metall gebildet.
Weiterhin weist der Halbleiterchip 1 gemäß dem Beispiel der 3 im Unterschied zu dem Halbleiterchip 1 gemäß dem Beispiel der 2 keinen zusätzlichen hochreflektierenden Bragg-Spiegel 10 auf der rückseitigen Hauptfläche 6 des Substrats 2 auf. Vielmehr ist die optisch aktive Schicht 11 in direktem Kontakt auf das Substrat 2 aufgebracht. Bei der optisch aktiven Schicht 11 handelt es sich bei diesem Beispiel um einen Bragg-Spiegel, der reflektierend für die Strahlung der aktiven Zone 4 ausgebildet ist. Auf diese Art und Weise erhöht der Bragg-Spiegel auf den Seitenflächen 9 und der rückseitigen Hauptfläche 6 des Substrats 2 den Reflektionskoeffizienten und erniedrigt den Transmissionskoeffizienten. Auf diese Art und Weise kann die Helligkeit des Halbleiterchips 1 durch Wahl der Einzelschichten des Bragg-Spiegels auf einen vorgegeben Wert eingestellt werden.
Der Halbleiterchip 1 gemäß dem Beispiel der 4 weist im Unterschied zum Halbleiterchip 1 gemäß dem Beispiel der 3 eine optisch aktive Schicht 11 auf, die aus einer einzelnen metallischen Schicht gebildet ist. Die metallische Schicht ist hierbei aus Titan gebildet oder weist Titan auf. Die Dicke der metallischen Schicht beträgt zirka 100 Nanometer. Die Titanschicht ist insbesondere dazu geeignet, einen Großteil auftreffender blauer, grüner, gelber und roter Strahlung zu absorbieren. Damit kann beispielsweise der Farbort eines optoelektronischen Bauelements mit einem blau emittierenden Halbleiterchip 1 und einem grün, gelb und rot konvertierenden Konversionselement 12 gezielt eingestellt werden. Mit Hilfe der Absorptionsschicht 13 auf der Strahlungsaustrittsfläche 5 des Halbleiterchips 1 kann weiterhin die gesamte Helligkeit des Bauelements an einen vorgegebenen Wert angepasst werden.
Alternativ zur Titanschicht kann auch eine Goldschicht mit einer Schichtdicke von zirka 100 Nanometer als optisch aktive Schicht 11 verwendet sein. Eine derartige Goldschicht hat die Eigenschaft, einen Großteil der auftreffenden blauen Strahlung der aktiven Zone 4 zu absorbieren, während grünes, gelbes und rotes Licht, das beispielsweise durch ein den Halbleiterchip 1 umgebendes Konversionselement 12 erzeugt werden kann, zum großen Teil reflektiert wird.
Der Halbleiterchip 1 gemäß dem Beispiel der 5 weist als optisch aktive Schicht 11 eine Schichtenfolge auf, die aus einer ersten metallischen Schicht 14 und einer zweiten metallischen Schicht 15 besteht. Die erste metallische Schicht 14 ist hierbei beispielsweise aus Titan gebildet und dazu vorgesehen, elektromagnetische Strahlung der aktiven Schicht 4 zu absorbieren, während die zweite metallische Schicht 15 beispielsweise aus Gold gebildet ist und zum Schutz der Titanschicht 14 vor äußeren Einflüssen, wie beispielsweise Feuchtigkeit dient. Alternativ zu einer Goldschicht 15 zum Schutz der Titanschicht 14 kann auch eine Chromschicht 15 verwendet werden. Eine Titanschicht als erste metallische Schicht 14 weist beispielsweise eine Dicke von ungefähr 100 Nanometer auf, während eine Chromschicht als weite metallische Schicht 15 beispielsweise eine Dicke von ungefähr 200 Nanometer aufweist.
Der Halbleiterchip 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel der 6 weist eine optisch aktive Schicht 11 auf, die vollflächig auf einer rückseitigen Hauptfläche des Halbleiterchips 1 aufgebracht ist und sich ausgehend von der rückseitigen Hauptfläche des Halbleiterchips 1 über die Seitenflächen 9 des Halbleiterchips 1 erstreckt. Hierbei nimmt die Dicke der optisch aktiven Schicht 11 ausgehend von der rückseitigen Hauptfläche des Halbleiterchips 1 hin zu seiner Strahlungsaustrittsfläche 5 kontinuierlich ab. Weiterhin ist die optisch aktive Schicht 11 lediglich in einem Bereich der Seitenfläche 9 angeordnet, die an die rückseitige Hauptfläche angrenzt, während ein zweiter Bereich der Seitenfläche 9, der an die Lichtaustrittsfläche 5 angrenzt, frei ist von der optisch aktiven Schicht 11.
Bei dem Verfahren gemäß dem Ausführungsbeispiel der 7 bis 9 wird zunächst eine Vielzahl an Halbleiterchips 1 auf einer Folie 16 bereitgestellt. Die Halbleiterchips 1 sind hierbei mit ihren Strahlungsaustrittsflächen 5 auf die Folie 16 aufgebracht, sodass eine rückseitige Hauptfläche der Halbleiterchips 1, die der Strahlungsaustrittsfläche 5 gegenüberliegt, frei zugänglich ist. Weiterhin sind die Halbleiterchips 1 beabstandet voneinander angeordnet, sodass Bereiche zweier direkt benachbarter Halbleiterchips 1 frei zugänglich sind (7).
In einem nächsten Schritt, der schematisch in 8 dargestellt ist, wird eine optisch aktive Schicht 11 auf die Halbleiterchips 1 aufgebracht, beispielsweise durch Verdampfen bei Raumtemperatur.
Durch den Bedampfungsprozess wird auf der rückseitigen Hauptfläche der Halbleiterchips 1 sowie auf den Seitenflächen der Halbleiterchips 1 eine optisch aktive Schicht 11 abgeschieden, wie sie beispielsweise anhand dem Ausführungsbeispiel der 6 bereits beschrieben wurde (9).
Das optoelektronische Bauelement gemäß dem Beispiel der 10 umfasst einen strahlungsemittierenden Halbleiterchip 1, wie er beispielsweise anhand der 2 bereits beschrieben wurde. Der Halbleiterchip 1 ist in eine Ausnehmung eines Bauelementgehäuses 17 geklebt, die von einem Konversionselement 12 ausgefüllt ist. Das Konversionselement 12 ist aus einem Harz, wie etwa einem Silikon, gebildet, in das Leuchtstoffpartikel 18 eingebracht sind. Die Leuchtstoffpartikel 18 sind dazu geeignet, blaue Strahlung des Halbleiterchips 1 teilweise in gelbe Strahlung und in rote Strahlung umzuwandeln, sodass das optoelektronische Bauelement mischfarbige Strahlung aus blauer, gelber und roter Strahlung aussendet. Die mischfarbige Strahlung weist hierbei bevorzugt einen Farbort im weißen Bereich auf.
Der Halbleiterchip 1 umfasst weiterhin eine optisch aktive Schicht 11, die vollflächig auf den Seitenflächen sowie auf der rückseitigen Hauptfläche des Halbleiterchips 1 aufgebracht ist. Die optisch aktive Schicht 11 ist hierbei aus einem Bragg-Spiegel gebildet, der nur einen Teil der blauen Strahlung der aktiven Zone transmittiert. Weiterhin ist der Bragg-Spiegel reflektierend für konvertierte Strahlung des Konversionselementes 12 ausgebildet. Auf diese Art und Weise kann die Effizienz des optoelektronischen Bauelements erhöht und der Farbort des weißen mischfarbigen Licht eingestellt werden.
Der hochreflektierende Bragg-Spiegel 12 auf der rückseitigen Hauptfläche 6 des Substrats 2 verhindert bei diesem Beispiel mit Vorteil, dass elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs eine Klebstoffschicht (nicht dargestellt)), mit der der Halbleiterchip 1 in der Ausnehmung befestigt ist, degradiert.

Claims

Strahlungsemittierender Halbleiterchip (1) mit: - einem Substrat (2), - einer epitaktischen Halbleiterschichtenfolge (3) mit einer aktiven Zone (4), die dazu geeignet ist, elektromagnetische Strahlung eines ersten Wellenlängenbereichs zu erzeugen, wobei das Substrat (2) transparent ist für elektromagnetische Strahlung der aktiven Zone (4), und - einer optisch aktiven Schicht (11), die auf einer Seitenfläche des Substrats (2) und auf einer rückseitigen Hauptfläche des Halbleiterchips (1) aufgebracht ist, die einer Strahlungsaustrittfläche (5) des Halbleiterchips (1) gegenüber liegt, wobei die optisch aktive Schicht (11) ein Bragg-Spiegel ist, wobei der Bragg-Spiegel gezielt Strahlung der aktiven Zone (4) über den gesamten ersten Wellenlängenbereich absorbiert.
Strahlungsemittierender Halbleiterchip (1) nach dem vorherigen Anspruch, bei dem die optisch aktive Schicht (11) vollflächig auf die rückseitige Hauptfläche des Halbleiterchips (1) und vollflächig auf die Seitenfläche (9) des Substrats (2) aufgebracht ist.
Strahlungsemittierender Halbleiterchip (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 2, bei dem ein Bereich der Seitenfläche (9) des Substrats (2) angrenzend an dessen rückseitige Hauptfläche (6) durchgehend mit der optisch aktiven Schicht (11) belegt ist, während ein weiterer Bereich der Seitenfläche (9) des Substrats (2) frei ist von der optisch aktiven Schicht (11).
Strahlungsemittierender Halbleiterchip (1) nach einem der obigen Ansprüche, bei dem die Dicke der optisch aktiven Schicht (11) auf der Seitenfläche (9) des Substrats (2) ausgehend von der rückseitigen Hauptfläche (6) hin zur Strahlungsaustrittfläche (5) abnimmt.
Strahlungsemittierender Halbleiterchip (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem der Bragg-Spiegel die Auskopplung der Strahlung der aktiven Zone (4) aus der Seitenfläche (9) des Substrats (2) erhöht.
Strahlungsemittierender Halbleiterchip (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem der Bragg-Spiegel dazu eingerichtet ist, die Strahlung der aktiven Zone (4) zumindest teilweise zu transmittieren und die elektromagnetische Strahlung außerhalb des ersten Wellenlängenbereichs zu reflektieren.
Strahlungsemittierender Halbleiterchip (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem der Bragg-Spiegel einen spektralen Teil der Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs reflektiert und einen weiteren spektralen Teil der Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs transmittiert.
Strahlungsemittierender Halbleiterchip (1) nach einem der obigen Ansprüche, dessen Strahlungsaustrittfläche (5) mit einer Absorptionsschicht (13) versehen ist, die Strahlung der aktiven Zone (4) gezielt absorbiert, um die Helligkeit des Halbleiterchips (1) auf einen gewünschten Wert einzustellen.
Strahlungsemittierender Halbleiterchip (1) nach einem der obigen Ansprüche, bei dem auf die rückseitige Hauptfläche (6) des Substrats (2) ein hochreflektierender Bragg-Spiegel (10) aufgebracht ist, der Strahlung der aktiven Zone (4) reflektiert.
Optoelektronisches Bauelement mit einem Halbleiterchip (1) nach einem der obigen Ansprüche.
Optoelektronisches Bauelement nach dem vorherigen Anspruch, bei dem der Halbleiterchip (1) von einem Konversionselement (12) umgeben ist, das Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in Strahlung zumindest eines anderen Wellenlängenbereichs umwandelt, wobei die optisch aktive Schicht (11) unkonvertierte Strahlung der ersten Wellenlängenbereichs zumindest teilweise transmittiert und konvertierte Strahlung des mindestens einen anderen Wellenlängenbereichs reflektiert.
Verfahren zur Beschichtung eines strahlungsemittierenden Halbleiterchips (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 mit den Schritten: - Bereitstellen einer Vielzahl an Halbleiterchips (1) auf einer Folie (16), wobei - eine Strahlungsaustrittfläche (5) der Halbleiterchips (1) an die Folie (16) angrenzt und eine rückseitige Hauptfläche der Halbleiterchips (1), die der Strahlungsaustrittfläche (5) gegenüber liegt, frei zugänglich ist, und - die Halbleiterchips (1) beabstandet auf der Folie (16) angeordnet sind, so dass Bereiche zwischen den Seitenflächen (9) zweier direkt benachbarter Halbleiterchips (1) frei zugänglich sind, - Abscheiden einer optisch aktiven Schicht (11) auf den Halbleiterchips (1).
Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, bei dem die optisch aktive Schicht (11) bei Raumtemperatur abgeschieden wird.