DE112018002064B4

DE112018002064B4 - Optoelektronisches Halbleiterbauteil und Betriebsverfahren für ein optoelektronisches Halbleiterbauteil

Info

Publication number: DE112018002064B4
Application number: DE112018002064.9T
Authority: DE
Inventors: Clemens Vierheilig; Philipp Kreuter; Rainer Hartmann; Michael Binder; Tobias Meyer
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2017-04-18
Filing date: 2018-04-16
Publication date: 2022-10-27
Anticipated expiration: 2038-04-17
Also published as: US20200044117A1; WO2018192879A1; DE112018002064A5; DE102017108199A1; US11309459B2

Abstract

Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) mit- einer Halbleiterschichtenfolge (2), die eine aktive Zone (22) zur Erzeugung von Strahlung mittels Elektrolumineszenz umfasst,- einer p-Elektrode (31) und einer n-Elektrode (32),- einer elektrisch isolierenden Passivierungsschicht (4) an Seitenflächen (25) der Halbleiterschichtenfolge (2), und- einer Randfelderzeugungsvorrichtung (5) an den Seitenflächen (25) an einer der Halbleiterschichtenfolge (2) abgewandten Seite der Passivierungsschicht (4) an der aktiven Zone (22), wobei die Randfelderzeugungsvorrichtung (5) dazu eingerichtet ist, mindestens zeitweise in einem Randbereich (52) der aktiven Zone (22) ein elektrisches Feld zu erzeugen, sodass im Betrieb ein Stromfluss durch die Halbleiterschichtenfolge (2) in dem Randbereich (52) steuerbar ist, wobei eines oder beide der folgenden Merkmale (i), (ii) erfüllt ist/sind:(i) eine der Elektroden (31, 32) erstreckt sich durch die aktive Zone (22) in Form von Zapfen hindurch und die Randfelderzeugungsvorrichtung (5) erstreckt sich um zumindest manche der Zapfen ringförmig, (ii) die Halbleiterschichtenfolge (2) ist zu Inseln pixeliert und die Randfelderzeugungsvorrichtung (5) erstreckt sich direkt um zumindest einige der Inseln.

Description

Es wird ein optoelektronisches Halbleiterbauteil angegeben. Darüber hinaus wird ein Betriebsverfahren zum Betreiben eines optoelektronischen Halbleiterbauteils angegeben.
Die Druckschriften US 2012 / 0 119 245 A1 , US 2015 / 0 179 873 A1 und US 2016 / 0 141 331 A1 betreffen jeweils Licht emittierende Dioden.
In der Druckschrift US 2017 / 0 071 042 A1 ist eine Hinterleuchtungseinheit mit Multi-Zellen-Licht emittierenden Dioden angegeben.
Die Druckschrift US 2017 / 0 092 821 A1 beschreibt ein Modul mit einer Licht emittierenden Diode.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein optoelektronisches Halbleiterbauteil anzugeben, das insbesondere bei kleinen Stromdichten eine hohe Effizienz aufweist.
Diese Aufgabe wird durch ein optoelektronisches Halbleiterbauteil und durch ein Betriebsverfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das optoelektronische Halbleiterbauteil eine Halbleiterschichtenfolge. Die Halbleiterschichtenfolge verfügt über eine aktive Zone zur Erzeugung von Strahlung mittels Elektrolumineszenz. Insbesondere ist die aktive Zone dazu eingerichtet, Strahlung mit einer Wellenlänge maximaler Intensität von mindestens 360 nm oder 420 nm und/oder von höchstens 860 nm oder 560 nm oder 480 nm zu erzeugen. Es wird bevorzugt inkohärente Strahlung erzeugt. Bei dem Halbleiterbauteil handelt es sich damit um eine Leuchtdiode, kurz LED. Beispielsweise wird im Betrieb blaues Licht oder grünes Licht oder rotes Licht erzeugt, bevorzugt blaues Licht. Zur Umwandlung der erzeugten Strahlung können Leuchtstoffe verwendet werden.
Die Halbleiterschichtenfolge basiert bevorzugt auf einem III-V-Verbindungshalbleitermaterial. Bei dem Halbleitermaterial handelt es sich zum Beispiel um ein Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial wie Al_nIn_1-n-mGa_mN oder um ein Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial wie Al_nIn_1-n-mGa_mP oder auch um ein Arsenid-Verbindungshalbleitermaterial wie Al_nIn_1-n-mGa_mAs oder wie Al_nGa_mIn_1-n-mAs_kP_1-k, wobei jeweils 0 ≤ n ≤ 1, 0 ≤ m ≤ 1 und n + m ≤ 1 sowie 0 ≤ k < 1 ist. Bevorzugt gilt dabei für zumindest eine Schicht oder für alle Schichten der Halbleiterschichtenfolge 0 ≤ n ≤ 0,8, 0,4 ≤ m < 1 und n + m ≤ 0,95 sowie 0 < k ≤ 0,5. Dabei kann die Halbleiterschichtenfolge Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen. Der Einfachheit halber sind jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters der Halbleiterschichtenfolge, also Al, As, Ga, In, N oder P, angegeben, auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt und/oder ergänzt sein können.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform befindet sich die Halbleiterschichtenfolge zwischen einer p-Elektrode und einer n-Elektrode. Die Halbleiterschichtenfolge kann in direktem Kontakt zu den Elektroden stehen. Bevorzugt sind die Elektroden flächig an der Halbleiterschichtenfolge angebracht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Elektroden an einer gemeinsamen Hauptseite der Halbleiterschichtenfolge angebracht, wobei sich eine der Elektroden durch die aktive Zone hindurch erstecken kann. Weiterhin ist es möglich, dass beide Elektroden zur gleichen Seite hin weisen und relativ zur aktiven Zone an unterschiedlichen Höhen entlang einer Wachstumsrichtung der Halbleiterschichtenfolge angebracht sind.
Die Elektroden sind insbesondere ohmsch leitend, im Gegensatz zur Halbleiterschichtenfolge. Ferner basieren die Elektroden auf einem anderen Materialsystem als die Halbleiterschichtenfolge. Beispielsweise sind die Elektroden aus einem oder mehreren Metallen und/oder aus einem oder mehreren transparenten leitfähigen Oxiden, kurz TCOs.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform befindet sich an Seitenflächen der Halbleiterschichtenfolge zumindest eine elektrisch isolierende Passivierungsschicht. Das heißt, im bestimmungsgemäßen Gebrauch des Halbleiterbauteils erfolgt kein Stromfluss durch die Passivierungsschicht. Die Seitenflächen können vollständig oder auch nur teilweise von der Passivierungsschicht bedeckt sein. Die Passivierungsschicht und/oder die Seitenflächen sind quer zur p-Elektrode und zur n-Elektrode orientiert. Quer bedeutet insbesondere ungleich parallel, also beispielsweise senkrecht oder näherungsweise senkrecht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Halbleiterbauteil eine Randfelderzeugungsvorrichtung. Die Randfelderzeugungsvorrichtung befindet sich teilweise oder vollständig an den Seitenflächen an einer der Halbleiterschichtenfolge abgewandten Seite der Passivierungsschicht. Insbesondere ist die Randfelderzeugungsvorrichtung unmittelbar auf der Passivierungsschicht angebracht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform befindet sich die Randfelderzeugungsvorrichtung an der aktiven Zone. Das heißt etwa, dass die Randfelderzeugungsvorrichtung die aktive Zone in Seitenansicht gesehen und in Richtung senkrecht zu einer Wachstumsrichtung der Halbleiterschichtenfolge teilweise oder, bevorzugt, vollständig bedeckt. Ferner kann dies bedeuten, dass die Randfelderzeugungsvorrichtung, ebenfalls in Seitenansicht und in Richtung senkrecht zur Wachstumsrichtung der Halbleiterschichtenfolge gesehen, eine Raumladungszone vollständig oder teilweise bedeckt. Die Raumladungszone, auch Verarmungszone oder Sperrschicht genannt, ist ein Übergangsbereich zwischen unterschiedlich dotierten Bereichen der Halbleiterschichtenfolge, die an die aktive Zone grenzen. Die Ausdehnung der Raumladungszone wird bevorzugt in ausgeschaltetem Zustand des Halbleiterbauteils bestimmt, wenn keine elektrischen Spannungen an den Elektroden angelegt sind und/oder beide Elektroden geerdet sind. Eine Ausdehnung der Raumladungszone beträgt beispielsweise mindestens 50 nm und/oder höchstens 200 nm, gerechnet von Außengrenzen der aktiven Zone hin zu den beiden Elektroden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Randfelderzeugungsvorrichtung dazu eingerichtet, zeitweise oder dauerhaft in einem teilweise oder vollständig umlaufenden Randbereich der aktiven Zone ein elektrisches Feld zu erzeugen. Das elektrische Feld wird insbesondere dadurch erzeugt, dass die Randfelderzeugungsvorrichtung permanent elektrisch geladen ist oder eine dauerhafte elektrische Ladungsverteilung aufweist oder dass die Randfelderzeugungsvorrichtung zeitweise oder dauerhaft auf ein von Null verschiedenes elektrisches Potenzial gebracht wird. Das elektrische Feld geht von der Randfelderzeugungsvorrichtung aus, durchdringt die Passivierungsschicht und reicht bis in die Halbleiterschichtenfolge und die aktive Zone hinein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist durch die Randfelderzeugungsvorrichtung im Betrieb des Halbleiterbauteils ein Stromfluss durch die Halbleiterschichtenfolge zumindest in dem Randbereich beeinflusst und/oder gesteuert. Insbesondere wird ein Stromfluss durch die Randfelderzeugungsvorrichtung in dem Randbereich verringert oder unterbunden, im Vergleich zu einem baugleichen Bauteil ohne Randfelderzeugungsvorrichtung. Speziell bei kleinen Stromdichten liegt ohne Randfelderzeugungsvorrichtung direkt an der Passivierungsschicht ein überhöhter Stromfluss vor, aufgrund der Bandstruktur der Halbleiterschichtenfolge. Dieser überhöhte Stromfluss kann durch die Randfelderzeugungsvorrichtung bevorzugt soweit reduziert werden, sodass eine Stromdichte an dem Rand gleich oder in etwa gleich einer Stromdichte in einem Zentralbereich der aktiven Zone ist.
Das heißt, mit der Randfelderzeugungsvorrichtung sind ein Stromfluss und somit eine Ladungsträgerrekombination in dem Randbereich in der aktiven Zone steuerbar oder regelbar oder einstellbar, insbesondere reduzierbar. Hierdurch sind Leckströme an dem Randbereich insbesondere bei geringen Stromdichten manipulierbar. Außerdem ist es möglich, eine Fläche der aktiven Zone, in der eine Ladungsträgerrekombination und damit eine Lichterzeugung stattfindet, über das Ansteuern der Randfelderzeugungsvorrichtung einzustellen.
In mindestens einer Ausführungsform umfasst das optoelektronische Halbleiterbauteil eine Halbleiterschichtenfolge, die eine aktive Zone zur Erzeugung von Strahlung mittels Elektrolumineszenz umfasst. Eine elektrisch isolierende Passivierungsschicht ist an Seitenflächen der Halbleiterschichtenfolge angebracht. Die Passivierungsschicht sowie die Seitenflächen sind bevorzugt quer zur p-Elektrode und zur n-Elektrode orientiert. Eine Randfelderzeugungsvorrichtung befindet sich an den Seitenflächen an einer der Halbleiterschichtenfolge abgewandten Seite der Passivierungsschicht sowie an der aktiven Zone und/oder an einer Raumladungszone. Die Randfelderzeugungsvorrichtung ist dazu eingerichtet, mindestens zeitweise in einem bevorzugt umlaufenden Randbereich der aktiven Zone ein elektrisches Feld zu erzeugen, sodass im Betrieb ein Stromfluss durch die Halbleiterschichtenfolge in dem Randbereich regelbar oder steuerbar oder einstellbar ist.
Bei Leuchtdioden besteht die Möglichkeit, dass ein Teil des Stroms über Leckpfade an einer geätzten Mesaflanke, also an den Seitenflächen, abfließt und nicht zur Strahlungserzeugung beiträgt. Dieser Effekt verringert insbesondere bei kleinen Stromdichten die Effizienz des Bauteils. Besonders bei vergleichsweise kleinen Bauteilen wird ein Fläche-zu-Rand-Verhältnis hierfür ungünstiger, sodass der Effekt von Leckströmen über die Mesaflanke stärker zum Tragen kommt.
Möglichkeiten, um Leckströme an der Mesaflanke zu reduzieren, sind beispielsweise elektrisch nicht leitende Passivierungsschichten auf der Mesaflanke, um durch das Absättigen von Oberflächenzuständen die Oberflächenrekombination zumindest zu reduzieren. Des Weiteren ist es möglich, durch eine Eindiffusion von Dotierstoffen oder durch eine Inaktivierung der aktiven Zone an der Mesaflanke einen Stromfluss von der Mesaflanke fernzuhalten.
Bei dem hier beschriebenen Halbleiterbauteil werden durch gezielt angelegte elektrische Felder das Valenzband und das Leitungsband an den Seitenflächen derart verbogen, sodass die Ladungsträger, die für den Leckstrom verantwortlich sind, also Elektronen oder Löcher, von den Seitenflächen ferngehalten werden. Durch dieses Fernhalten der Ladungsträger von den Seitenflächen wird der Leckstrom unterbunden. Ebenso ist es möglich, durch diese elektrischen Felder eine Fläche der aktiven Zone, in der die Lichterzeugung stattfindet, gezielt zu verändern. Somit ist es mit dem hier beschriebenen Halbleiterbauteil möglich, die Kleinstromeffizienz von Leuchtdioden durch die Vermeidung von Leckströmen über die Mesakante zu verbessern.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform erstreckt sich die aktive Zone über die gesamte Halbleiterschichtenfolge hinweg. Dabei sind ein Aufbau und eine Materialzusammensetzung der aktiven Zone bevorzugt nicht gezielt verändert oder variiert. Insbesondere ist die aktive Zone unmittelbar an den Seitenflächen genauso gewachsen wie in einem inneren Bereich der Halbleiterschichtenfolge. Das heißt, allein vom Aufbau der aktiven Zone her ist dann kein Unterschied zwischen dem Randbereich und übrigen Bereichen der aktiven Zone zu erkennen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Halbleiterbauteil dazu eingerichtet, mit kleinen Stromdichten und/oder im Kleinstrombereich betrieben zu werden. Bevorzugt liegt eine mittlere Stromdichte in der aktiven Zone bei höchstens 100 A/cm² oder 10 A/cm² oder 1 A/cm².
Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich bei der Randfelderzeugungsvorrichtung um eine oder um mehrere eigenständige, weitere Elektroden. Die mindestens eine weitere Elektrode befindet sich an der aktiven Zone und/oder an der Raumladungszone. Die Raumladungszone wird zumindest teilweise von der weiteren Elektrode abgedeckt, darüber hinaus darf aber auch über die Raumladungszone hinaus ein Teil des n-leitenden und/oder des p-leitenden Bereichs von der weiteren Elektrode abgedeckt sein. Somit kann das Halbleiterbauteil insgesamt drei Elektroden aufweisen, nämlich die p-Elektrode, die n-Elektrode sowie die weitere Elektrode. Die Randfelderzeugungsvorrichtung kann aus der weiteren Elektrode, optional zusammen mit elektrischen Zuführungen zur weiteren Elektrode, bestehen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die weitere Elektrode unabhängig von der p-Elektrode und der n-Elektrode ansteuerbar. Insbesondere besteht keine unmittelbare elektrische Verbindung zwischen der weiteren Elektrode sowie der n-Elektrode und der p-Elektrode.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform befindet sich die weitere Elektrode nahe an der p-Elektrode und/oder an der n-Elektrode. Hierdurch ist das Halbleiterbauteil kompakt und Platz sparend aufbaubar. Beispielsweise liegt ein Abstand zwischen der weiteren Elektrode zur p-Elektrode und/oder zur n-Elektrode bei mindestens 5 nm oder 10 nm oder 50 nm oder 0,2 µm oder 0,4 µm. Alternativ oder zusätzlich liegt dieser Abstand bei höchstens 20 µm oder 5 µm oder 3 µm oder 1,5 µm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die Randfelderzeugungsvorrichtung einen ersten Elektrodenfortsatz oder besteht hieraus. Der erste Elektrodenfortsatz ist mit der p-Elektrode elektrisch kurzgeschlossen. Kurzgeschlossen kann bedeuten, dass ein elektrischer Widerstand zwischen dem Elektrodenfortsatz und der p-Elektrode höchstens 5 Ω oder 0,2 Ω beträgt. Insbesondere ist der erste Elektrodenfortsatz einstückig mit der p-Elektrode gestaltet. Die p-Elektrode sowie der Elektrodenfortsatz können identisch aufgebaut sein oder voneinander verschiedene Metallisierungen und/oder Schichtenfolgen aufweisen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die Randfelderzeugungsvorrichtung einen zweiten Elektrodenfortsatz an der aktiven Zone oder besteht hieraus. Der zweite Elektrodenfortsatz ist mit der n-Elektrode elektrisch kurzgeschlossen und/oder einstückig mit dieser ausgebildet. Auch der zweite Elektrodenfortsatz kann wie die n-Elektrode aufgebaut sein oder unterschiedlich von der n-Elektrode gestaltet sein, insbesondere hinsichtlich Materialzusammensetzung und/oder Schichtaufbau.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der nicht dem jeweils zugehörigen Elektrodenfortsatz entsprechende Bereich der Halbleiterschichtenfolge überwiegend frei von der Randfelderzeugungsvorrichtung. Insbesondere lässt der erste Elektrodenfortsatz den n-leitenden Bereich der Halbleiterschichtenfolge an den Seitenflächen zu mindestens 60 % oder 80 % oder 90 % oder 95 % frei und/oder lässt der zweite Elektrodenfortsatz den p-leitenden Bereich der Halbleiterschichtenfolge an den Seitenflächen zu mindestens 60 % oder 80 % oder 90 % oder 95 % frei. Mit anderen Worten bedeckt der Elektrodenfortsatz den gegenteilig leitenden Bereich der Halbleiterschichtenfolge an den Seitenflächen zu höchstens 5 % oder 10 % oder 20 % oder 40 %.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die Randfelderzeugungsvorrichtung eine oder mehrere Elektrostatikschichten an der aktiven Zone oder besteht aus einer oder mehreren Elektrostatikschichten. Über die mindestens eine Elektrostatikschicht ist bevorzugt dauerhaft eine Ladung wie eine Oberflächenladung an den Seitenflächen der Halbleiterschichtenfolge erzeugbar. Die Ladung oder Oberflächenladung kann direkt in der Halbleiterschichtenfolge erzeugt werden oder auch in der Passivierungsschicht oder kann auf die Elektrostatikschicht begrenzt sein. Die Ladung kann volumig vorhanden sein, auch als Bulk bezeichnet. Des Weiteren kann die Ladung an einer Grenzfläche zwischen der Elektrostatikschicht und der Passivierungsschicht und/oder an einer Grenzfläche zwischen der Passivierungsschicht und der Halbleiterschichtenfolge erzeugt sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Elektrostatikschicht nach außen hin elektrisch isoliert, das heißt, im bestimmungsgemäßen Betrieb des Halbleiterbauteils ist die Elektrostatikschicht elektrisch nicht kontaktiert. Insbesondere ist die Elektrostatikschicht teilweise oder vollständig aus einem elektrisch isolierenden Material oder ist vollständig von zumindest einem elektrisch isolierenden Material ummantelt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Elektrostatikschicht einen Schichtenstapel auf. Der Schichtenstapel umfasst eine, zwei oder mehr als zwei Teilschichten. Die Teilschichten können wiederum aus Teilbereichen bestehen, die bevorzugt entlang einer Haupterstreckungsrichtung der betreffenden Teilschicht aufeinanderfolgen. Die Teilschichten können direkt aufeinander aufgebracht sein oder es befinden sich zwischen den Teilschichten elektrisch isolierende Zwischenschichten. Die Teilschichten oder die Teilbereiche der Teilschichten können unterschiedlich elektrisch geladen sein, beispielsweise über unterschiedliche Dotierungen. Die Teilschichten können aber auch gleichermaßen geladen oder ungeladen sein mit in diesem Fall unterschiedlich geladenen Teilbereichen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Elektrostatikschicht einen Schichtenstapel auf. Der Schichtenstapel umfasst zwei oder mehr als zwei Teilbereiche. Die Teilbereiche können durch durchgehende Teilschichten gebildet sein. Die Teilbereiche oder Teilschichten können direkt aufeinander aufgebracht sein oder es befinden sich zwischen den Teilbereichen oder Teilschichten elektrisch isolierende Zwischenschichten. Bevorzugt sind die Teilbereiche oder Teilschichten unterschiedlich elektrisch geladen, beispielsweise über unterschiedliche Dotierungen. Die Teilbereiche oder Teilschichten können aber auch gleichermaßen geladen oder ungeladen sein. Innerhalb einer Teilschicht können mehrere Teilbereiche vorliegen, die bevorzugt entlang einer Haupterstreckungsrichtung der betreffenden Teilschicht aufeinanderfolgen. Die Teilschichten oder Teilbereiche können hinsichtlich der elektrischen Ladung und/oder einer Materialzusammensetzung scharf voneinander abgegrenzt sein oder graduell ineinander übergehen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Elektrostatikschicht insgesamt elektrisch neutral und ungeladen. Das heißt, in Summe weist die Elektrostatikschicht weder eine positive elektrische Ladung noch eine negative elektrische Ladung auf. Jedoch liegt in der Elektrostatikschicht eine Ladungstrennung vor, sodass die Elektrostatikschicht lokal positiv und lokal negativ elektrisch geladen ist. Etwa ist zumindest einer der Teilschichten positiv geladen und zumindest eine andere der Teilschichten negativ.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Randbereich, in dem der Stromfluss aufgrund der Randfelderzeugungsvorrichtung eingestellt oder geregelt oder unterbunden ist, in Draufsicht gesehen eine mittlere Breite von mindestens 0,1 µm oder 0,5 µm oder 1 µm oder 1,5 µm auf. Alternativ oder zusätzlich liegt die mittlere Breite bei höchstens 10 µm oder 5 µm oder 3 µm. Dass der Stromfluss unterbunden ist, bedeutet beispielsweise, dass der Stromfluss in dem Randbereich höchstens 10 % oder 1 % einer bestimmungsgemäßen Stromstärke zur Lichterzeugung beträgt. Insbesondere ist der Randbereich im Vergleich zu übrigen Bereichen der aktiven Zone dunkel, da in dem Randbereich keine Strahlung oder kein signifikanter Strahlungsanteil erzeugt wird. Eine Unterdrückung des gesamten Stromflusses am Randbereich ist dabei nicht zwingend Ziel der Randfelderzeugungsvorrichtung. Ziel ist es vor allem, den abnormal hohen parasitären Stromfluss am Randbereich zu eliminieren, der ohne die Randfelderzeugungsvorrichtung auftreten kann.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt aufgrund der Randfelderzeugungsvorrichtung eine Stromdichte in dem Randbereich bei dem gleichen Wert wie in dem Zentralbereich der aktiven Zone. Dies gilt insbesondere mit einer Toleranz von höchstens einem Faktor 3 oder 2 oder 1,5.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt im bestimmungsgemäßen Betrieb des Halbleiterbauteils dauerhaft oder zeitweise in Draufsicht gesehen ein Quotient aus einer Gesamtfläche der aktiven Zone und aus einer Fläche des Randbereichs bei mindestens 1 oder 2 oder 5. Alternativ oder zusätzlich liegt dieser Quotient bei höchstens 50 oder 20 oder 10. Mit anderen Worten nimmt der Randbereich im bestimmungsgemäßen Betrieb einen vergleichsweise großen Anteil der aktiven Zone ein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt im bestimmungsgemäßen Betrieb des Halbleiterbauteils dauerhaft oder zeitweise in Draufsicht gesehen ein Quotient aus einer Gesamtfläche der aktiven Zone und aus einer Fläche des Randbereichs bei mindestens 20 oder 50 oder 100. Alternativ oder zusätzlich liegt dieser Quotient bei höchstens 10000 oder 1000 oder 500. Mit anderen Worten nimmt der Randbereich im bestimmungsgemäßen Betrieb dann einen vergleichsweise kleinen Anteil der aktiven Zone ein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die aktive Zone in Draufsicht gesehen eine äußere Umrisslinie auf, gegenüber der eine Randlinie der aktiven Zone um mindestens einen Faktor 2 oder 1,5 oder 4 größer ist. Die Randlinie ist dabei eine Linie, die sich direkt an den Seitenflächen entlang der aktiven Zone zieht. Die Randlinie entspricht somit einer realen Länge der aktiven Zone an den Seitenflächen. Bei der Umrisslinie handelt es sich insbesondere um die kürzestmögliche Linie, durch die die gesamte aktive Zone umfassbar ist, in Draufsicht gesehen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist ein Quotient aus der Fläche der aktive Fläche zu der Randlinie kleiner als 20 µm oder 100 µm oder 500 µm. Alternativ oder zusätzlich liegt dieser Quotient bei mindestens 10 µm oder 3 µm oder 1 µm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform erstreckt sich die Randfelderzeugungsvorrichtung überwiegend, insbesondere zu mindestens 60 % oder 80 % oder 90 % oder 95 % oder auch vollständig, entlang der Umrisslinie und/oder der Randlinie. Das heißt, der ganze oder im Wesentlichen der ganze Randbereich ist von der Randfelderzeugungsvorrichtung beeinflussbar.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist eine von der Umrisslinie umspannte Grundfläche zu mindestens 60 % oder 80 % oder 90 % von der aktiven Zone ausgefüllt. Mit anderen Worten bestehen innerhalb der Umrisslinie keine signifikanten Leerräume, die frei von der aktiven Zone sind. Das heißt, im Wesentlichen die gesamte von der Umrisslinie umspannte Grundfläche ist durch den Randbereich zusammen mit einer zur Lichterzeugung eingerichteten Emissionsfläche der aktiven Zone gebildet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich bei der Halbleiterschichtenfolge um einen Dünnfilm-Chip. Das heißt, ein Aufwachssubstrat ist von der Halbleiterschichtenfolge entfernt. Dünnfilm-Chip bedeutet insbesondere, dass eine substratlose Halbleiterschichtenfolge vorliegt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Passivierungsschicht eine mittlere Dicke von mindestens 5 nm oder 10 nm oder 20 nm oder 50 nm auf. Alternativ oder zusätzlich liegt die mittlere Dicke der Passivierungsschicht bei höchstens 1 µm oder 500 nm oder 250 nm. Insbesondere ist durch die Passivierungsschicht ein Abstand zwischen der Randfelderzeugungsvorrichtung und den Seitenflächen der Halbleiterschichtenfolge definiert. Somit befindet sich die Randfelderzeugungsvorrichtung bevorzugt sehr nahe an den Seitenflächen an der aktiven Zone.
Darüber hinaus wird ein Betriebsverfahren angegeben. Das Betriebsverfahren ist bevorzugt zum Betreiben eines optoelektronischen Halbleiterbauteils eingerichtet, wie in Verbindung mit einer oder mehrerer der oben genannten Ausführungsformen angegeben. Merkmale des Betriebsverfahrens sind daher auch für das optoelektronische Halbleiterbauteil offenbart und umgekehrt.
In mindestens einer Ausführungsform des Betriebsverfahrens wird das optoelektronische Halbleiterbauteil derart betrieben, sodass mit der Randfelderzeugungsvorrichtung zeitweise oder dauerhaft in dem umlaufenden Randbereich der aktiven Zone ein elektrisches Feld erzeugt wird, womit im Betrieb ein Stromfluss durch die Halbleiterschichtenfolge in dem Randbereich gesteuert, insbesondere unterbunden wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Betriebsverfahrens umfasst die Randfelderzeugungsvorrichtung die weitere Elektrode. An der weiteren Elektrode wird zeitweise oder dauerhaft eine elektrische Spannung von mindestens 10 V oder 15 V oder 30 V oder 60 V angelegt. Diese Spannungsdifferenz liegt insbesondere zwischen der Randfeldelektrode und der p-Elektrode oder zwischen der Randfeldelektrode und der n-Elektrode an.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform nimmt der Randbereich in Draufsicht gesehen zeitweise oder dauerhaft mindestens 5 % oder 25 % oder 50 % oder 75 % der aktiven Zone ein. Es ist möglich, dass der Randbereich zeitweise die gesamte aktive Zone umfasst, in Draufsicht gesehen.
Nachfolgend werden ein hier beschriebenes optoelektronisches Halbleiterbauteil und ein hier beschriebenes Betriebsverfahren unter Bezugnahme auf die Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen geben dabei gleiche Elemente in den einzelnen Figuren an. Es sind dabei jedoch keine maßstäblichen Bezüge dargestellt, vielmehr können einzelne Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
Es zeigen:

1, 2, 4, 6 bis 9, 13 und 15 bis 20 schematische Schnittdarstellungen von Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteilen,
3 und 5 schematische Bandstrukturen an der aktiven Zone bei einem hier beschriebenen Betriebsverfahren für Ausführungsbeispiele von optoelektronischen Halbleiterbauteilen, und
10 bis 12, 14 und 21 schematische Draufsichten auf aktive Zonen von Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteilen.

In 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines optoelektronischen Halbleiterbauteils 1 illustriert. Das Halbleiterbauteil 1 umfasst eine Halbleiterschichtenfolge 2, die bevorzugt auf dem Materialsystem AlInGaN basiert. Zwischen einem p-leitenden Bereich 21 und einem n-leitenden Bereich 24 befindet sich eine aktive Zone 22, die zur Strahlungserzeugung eingerichtet ist. Um die aktive Zone 22 herum zwischen den dotierten Bereichen 21, 24 bildet sich in ausgeschaltetem Zustand des Halbleiterbauteils 1 eine Raumladungszone 23 aus. Die Raumladungszone 23 weist entlang einer Wachstumsrichtung G der Halbleiterschichtenfolge 2, die senkrecht zur aktiven Zone 22 orientiert ist, eine Ausdehnung von ungefähr 150 nm auf. Eine Dicke der gesamten Halbleiterschichtenfolge 2 liegt bevorzugt bei mindestens 2 µm und/oder bei höchstens 10 µm. Die Raumladungszone 23 ist dünn im Vergleich zur gesamten Halbleiterschichtenfolge 2.
Unmittelbar an Seitenflächen 25 der Halbleiterschichtenfolge ist eine elektrisch isolierende Passivierungsschicht 4 aufgebracht. Die Passivierungsschicht 4 ist beispielsweise aus einem Oxid wie Siliziumdioxid oder aus einem Nitrid wie Siliziumnitrid. Eine Dicke der Passivierungsschicht 4 liegt bei ungefähr 100 nm. Die Passivierungsschicht 4 kann eine gleichbleibende, konstante Schichtdicke aufweisen. Die Seitenflächen 25 weisen einen Flankenwinkel A zu Hauptseiten der Halbleiterschichtenfolge 2 auf, der bevorzugt bei mindestens 30° oder 70° und/oder bei höchstens 90° oder 85° liegt.
Ferner umfasst das Halbleiterbauteil 1 eine Randfelderzeugungsvorrichtung 5. Gemäß 1 ist die Randfelderzeugungsvorrichtung 5 durch eine weitere Elektrode 33 gebildet, die von der p-Elektrode 31 sowie der n-Elektrode 32 elektrisch separiert ist. Die weitere Elektrode 33 bedeckt, seitlich gesehen in Richtung parallel zur aktiven Zone 22, die Raumladungszone 23 vollständig. Die weitere Elektrode 33, die sich direkt auf der Passivierungsschicht 4 befindet, ist beispielsweise durch eine oder mehrere Metallschichten und/oder durch eine oder mehrere Schichten aus einem transparenten leitfähigen Oxid gebildet.
Die weitere Elektrode 33 kann auf ein positives oder ein negatives Potenzial gebracht werden, um durch eine gezielte Verbiegung des Leitungsbands und des Valenzbands der Halbleiterschichtenfolge 2 an den Seitenflächen 25 ansonsten auftretende Leckströme zu unterbinden. Durch die erzeugten elektrischen Felder aufgrund der weiteren Elektrode 33 können die jeweils relevanten Ladungsträger, also Elektronen oder Löcher, von den Seitenflächen ferngehalten werden. Damit kann in dem Randbereich 52 eine Stromdichte ungefähr auf den gleichen Wert wie in einem Zentralbereich der aktiven Zone 22 eingestellt werden.
Durch die weitere Elektrode 33 ist somit in einem Randbereich 52, in 1 symbolisiert durch eine Schraffur, ein überhöhter Lichtverlust durch nichtstrahlende Ladungsträgerrekombination in der aktiven Zone unterbunden und/oder es wird eine Lichterzeugung in der aktiven Zone 22 unterbunden. In Richtung parallel zur aktiven Zone 22 weist der Randbereich 52 beispielsweise eine Ausdehnung von ungefähr 1 µm auf. Die Ausdehnung des Randbereichs 52 ist durch die an der weiteren Elektrode 33 angelegte Spannung eingestellt.
Anders als in 1 ist gemäß 2 die Randfelderzeugungsvorrichtung 5 durch einen Elektrodenfortsatz 34 gebildet. Der Elektrodenfortsatz 34 geht von der p-Elektrode 31 aus und erstreckt sich bis an, bevorzugt bis über die aktive Zone 22 hinaus. Der n-leitende Bereich 24 ist bevorzugt überwiegend, etwa zu mindestens 60 % oder 80 %, von dem Elektrodenfortsatz 34 frei. Die Seitenflächen 25 können im Bereich des p-leitenden Bereichs 21 vollständig von dem Elektrodenfortsatz 34 bedeckt sein.
In 3 ist im Bereich der Strich-Punkt-Linie der 2 die elektrische Bandstruktur veranschaulicht, in 3A im thermischen Gleichgewicht und in 3B bei angelegter Spannung an den Elektroden.
Dabei steht V jeweils für eine elektrische Spannung und Φ für eine Austrittsarbeit, auch als work function bezeichnet. e steht für die Elementarladung, E bezeichnet jeweils Energien. Der Index VAC bezieht sich auf das Vakuumenergieniveau, der Index ox bezieht sich auf die Passivierungsschicht, der Index m auf den Elektrodenfortsatz 34. Der Index g bezeichnet die Bandlücke, der Index c das Leitungsband und der Index v das Valenzband sowie der Index Fi die intrinsische Fermi-Energie. Der Index s bezieht sich auf die Grenzfläche zwischen der Halbleiterschichtenfolge 2 und der Passivierungsschicht 4. Der Index 0 bezieht sich auf das thermische Gleichgewicht. Bei dem Index χ handelt es sich um die Halbleiterelektronenaffinität. V, ohne Index, bezieht sich auf die angelegte Spannung, also auf die Differenz aus dem elektrischen Potenzial an der p-Elektrode 31 und dem elektrischen Potenzial des p-leitenden Bereichs 21. N_a steht für die Akzeptor-Dotierstoffkonzentration, n_i für die intrinsische Ladungsträgerkonzentration. Maßgeblich ist eine Temperatur von 300 K.
Die Austrittsarbeit des Metalls muss gemäß 3A kleiner sein als die Summe der Elektronenaffinität und dem Energieabstand des Leitungsbandes zur Fermi-Energie, um ein positives Oberflächenpotenzial im thermischen Gleichgewicht zu erzielen. In diesem Fall werden Löcher von der Grenzfläche zwischen der Halbleiterschichtenfolge 2 und der Passivierungsschicht 4 weggetrieben und eine Ladungszone, entsprechend dem Randbereich 52, bildet sich aus.
Das Anlegen einer Vorwärtsspannung, also V > 0, dehnt den Randbereich 52 aus und führt zu einer Verdrängung von Löchern aus dem Randbereich 52, siehe 3B. Die angelegte Spannung V über die Passivierungsschicht 4 entspricht ungefähr der Kontaktspannung an der p-Elektrode 31.
In 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des Halbleiterbauteils 1 gezeigt. Abweichend von 2 ist ein Elektrodenfortsatz 35 vorhanden, der die Randfelderzeugungsvorrichtung 5 bildet. Der Elektrodenfortsatz 35 ist elektrisch mit der n-Elektrode 32 kurzgeschlossen und mit dieser einstückig ausgebildet. Im Übrigen gelten die Ausführungen zur 2 entsprechend.
Analog zu 3 ist in 5A die Bandstruktur im thermischen Gleichgewicht und bei angelegter Spannung, siehe 5B, in dem durch eine Strich-Punkt-Linie in 4 gekennzeichneten Bereich illustriert. N_d steht dabei für die Donor-Dotierstoffkonzentration. Im Übrigen gilt die gleiche Nomenklatur wie in 3.
Die Austrittsarbeit des Elektrodenfortsatzes 35 muss in diesem Fall demnach größer sein als die Summe aus der Elektronenaffinität und dem Energieabstand des Leitungsbands zur Wärmeenergie des Halbleitermaterials, um ein negatives Oberflächenpotenzial an der Grenzfläche zwischen der Passivierungsschicht 4 und der Halbleiterschichtenfolge 2 im thermischen Gleichgewicht zu erzielen. Dann werden Elektronen weg von dieser Grenzfläche getrieben und die Ladungszone, entsprechend dem Randbereich 52, bildet sich aus. Durch das Anlegen einer negativen Spannung V wird der Randbereich 52 vergrößert und es erfolgt eine Verdrängung von Elektronen aus diesem Bereich heraus. Wiederum gilt, dass die angelegte Spannung V ungefähr gleich der Kontaktspannung an der n-Elektrode 32 ist.
Beim Ausführungsbeispiel der 6 ist die Randfelderzeugungsvorrichtung 5 durch eine Elektrostatikschicht 57 gebildet. Die Elektrostatikschicht 57 ist nach außen hin elektrisch isoliert. Die Elektrostatikschicht 57 besitzt in diesem Ausführungsbeispiel intrinsische Ladungen. Dadurch entstehen Felder, die wiederum in der benachbarten Passivierungsschicht 4 oder an den Grenzflächen von Passivierungsschicht 4 zur Elektrostatikschicht 57 und/oder zur Halbleiterschichtenfolge 2 lokale Ladungen erzeugen. Ebenso können sich Oberflächenladungen an den Seitenflächen 25 innerhalb der Halbleiterschichtenfolge 2 ausbilden, in 6 nicht dargestellt.
In 7A ist illustriert, dass beispielsweise die weitere Elektrode 33 nicht bis zur aktiven Zone 22 reicht, sondern die Raumladungszone 23 nur teilweise überdeckt. Entsprechendes kann für den Elektrodenfortsatz aus 2 gelten.
Demgegenüber bedeckt in 7B die weitere Elektrode 33 an dem n-leitenden Bereich 24 die Raumladungszone 23 nur teilweise, sodass wiederum die aktive Zone 22 frei ist von der weiteren Elektrode 33. Entsprechendes kann hinsichtlich des Elektrodenfortsatzes gelten, wie in Verbindung mit 4 illustriert.
Beim Ausführungsbeispiel der 8 ist die Randfelderzeugungsvorrichtung eine Kombination aus einem Elektrodenfortsatz 34 und der weiteren Elektrode 33. Dabei sind die weitere Elektrode 33 und der Elektrodenfortsatz 34 durch eine weitere elektrisch isolierende Passivierungsschicht 4b voneinander getrennt. Die weitere Elektrode 33, die weitere Passivierungsschicht 4b sowie der Elektrodenfortsatz 34 von der p-Elektrode 31 befinden sich über der Passivierungsschicht 4a.
Analog zu 8 können die weitere Elektrode 33 und der Elektrodenfortsatz 35 aus 4 miteinander kombiniert werden. Ebenso ist eine Kombination insbesondere der weiteren Elektrode 33 mit einer Elektrostatikschicht möglich, sodass die Ausführungsbeispiele der 1 und 6 miteinander kombinierbar sind.
In 9 weist das Halbleiterbauteil 1 die Elektrostatikschicht 57 auf, die die Randfelderzeugungsvorrichtung 5 bildet. Die Elektrostatikschicht 57 ist aus mehreren Teilschichten 58 zusammengesetzt, die unterschiedlich elektrisch geladen sein können, sodass die Elektrostatikschicht 57 insgesamt elektrisch neutral sein kann. Aufgrund des elektrischen Feldes durch die Randfelderzeugungsvorrichtung 5 bilden sich Oberflächenladungen 56 an den Seitenflächen 25 in der Halbleiterschichtenfolge 2 aus. Beispielsweise sind die Teilschichten 58 aus Aluminiumoxid mit unterschiedlichen Dotierstoffgehalten. Die Elektrostatikschicht 57, insbesondere deren Teilschichten 58, können defektinduziete Ladungen aufweisen oder durch mechanische Verspannungen induzierte Ladungen. Auch durch die Wachstumsbedingungen lassen sich permanente Ladungen generieren. Zudem können Ladungen durch eine Plasmabehandlung induziert werden.
Gemäß der Draufsicht des Ausführungsbeispiels in 10 weist die aktive Zone 22 einen rechteckigen Grundriss auf. Der Randbereich 52 erstreckt sich vollständig entlang der Seitenflächen 25. Damit nimmt der Randbereich 52, in dem im Betrieb keine Strahlung erzeugt wird, einen vergleichsweise großen Anteil an der aktiven Zone 22 ein.
In 10 ist, ebenso wie in den 11 und 12, die Randfelderzeugungsvorrichtung nicht gezeichnet. Insbesondere vollständig entlang der Seitenflächen 25 können jeweils etwa die Randfelderzeugungsvorrichtungen 5 aus den 1, 2, 4 oder 6 bis 9 Anwendung finden.
Beim Ausführungsbeispiel der 11 ist eine Randlinie 72 der Seitenflächen 25 gezielt verlängert, gegenüber einer äußeren Umrisslinie 71. Damit nimmt der Randbereich 52 einen größeren Anteil an der aktiven Zone 22 ein, im Vergleich zu Bauteilen, wie in 10 illustriert. Somit kann die aktive Zone 22 in Draufsicht gesehen beispielsweise E-förmig oder M-förmig gestaltet sein.
Beim Ausführungsbeispiel der 12 ist die aktive Zone 22 mäanderförmig gestaltet, sodass innerhalb der rechteckigen äußeren Umrisslinie 21 eine lange Randlinie 72 verwirklicht wird, wobei die Umrisslinie 71 zu einem großen Anteil von der aktiven Zone 22 ausgefüllt ist.
In 12 ist illustriert, dass der Randbereich 52 die aktive Zone 22 zeitweise vollständig einnimmt. Hierbei findet bevorzugt die Randfelderzeugungsvorrichtung 5 der 1 Anwendung, sodass die Ausdehnung des Randbereichs 52 über die an die weitere Elektrode 33 angelegte Spannung einstellbar ist. Damit ist über die weitere Elektrode 33 ein Schalten des Halbleiterbauteils 1 ähnlich zu einem Transistor möglich. Somit kann insbesondere die von dem Halbleiterbauteil 1 im Betrieb emittierte Strahlungsleistung im Wesentlichen stromlos durch die an die weitere Elektrode 33 angelegte Spannung eingestellt werden. Entsprechendes gilt in gleicher Weise für alle anderen Ausführungsbeispiele.
Beim Ausführungsbeispiel der 13 weisen die beiden Elektroden 31, 32 in dieselbe Richtung. Der n-leitende Bereich 24 ist stellenweise entfernt, die n-Elektrode 32 ist in dem resultierenden Absatz auf dem n-leitenden Bereich 24 aufgebracht. Die Passivierungsschicht 4 bedeckt die Seitenflächen 25 der Halbleiterschichtenfolge 2 nur teilweise. Die Randfelderzeugungsvorrichtung 5 kann als erster Elektrodenfortsatz 34 gestaltet sein oder auch als zweiter Elektrodenfortsatz oder als weitere Elektrode, analog zu den 1, 2 oder 4. Anders als dargestellt, kann sich die Randfelderzeugungsvorrichtung 5 ringsum um die Halbleiterschichtenfolge 2 erstrecken.
In 14 ist eine Draufsicht auf die Ausführungsbeispiele der 15 bis 20 gezeigt. Bei diesen Ausführungsbeispielen durchdringt jeweils eine der Elektroden, beispielsweise die n-Elektrode 32, die aktive Zone 22 von der Seite her, an der sich die flächige p-Elektrode 31 befindet. Somit sind von der n-Elektrode 32 eine Vielzahl von Zapfen gebildet, die bis in den n-leitenden Bereich 24 reichen und diesen elektrisch kontaktieren. Die Randfelderzeugungsvorrichtung 5 befindet sich an der äußeren, etwa rechteckigen Umrisslinie 71 und außerdem an den Zapfen, sodass die Randlinie 72 einerseits deckungsgleich mit der Umrisslinie 71 verlaufen kann, andererseits viele in Draufsicht gesehen ringförmige Linien aufweist, die bevorzugt alle oder zumindest einen Teil der Zapfen in einer 1:1-Zuordnung umgeben.
Gemäß 15 ist dabei die Randfelderzeugungsvorrichtung 5 als Elektrostatikschicht 57 gestaltet und in der Passivierungsschicht 4 integriert.
In 16 ist die Randfelderzeugungsvorrichtung 5 elektrisch an den p-leitenden Bereich 21 gekoppelt und damit auf dem Potential des p-leitenden Bereichs 21. Optional, als Strich-Linie gezeichnet, kann die Randfelderzeugungsvorrichtung 5 zusätzlich direkt mit der p-Elektrode 31 verbunden sein.
Dem gegenüber ist in 17 die Randfelderzeugungsvorrichtung 5 am äußeren Rand nur mit dem n-leitenden Bereich 24 elektrisch gekoppelt. An den Zapfen der n-Elektrode 32 durch die aktive Zone 22 hindurch kann sich die Randfelderzeugungsvorrichtung 5 direkt an der n-Elektrode 32 befinden.
Außerdem können die Ausführungsbeispiele der 16 und 17 miteinander kombiniert werden. So kann die innenliegende Randfelderzeugungsvorrichtung 5, die sich an der Durchkontaktierung durch die aktive Zone 22 hindurch befindet, elektrisch mit der n-Elektrode 32 verbunden sein, während die Randfelderzeugungsvorrichtung 5 am äußeren Rand auf dem elektrischen Potenzial der p-Elektrode 32 liegt und mit dieser elektrisch verbunden ist. Gleiches kann andersherum gelten, sodass die innere Randfelderzeugungsvorrichtung 5 auf dem p-Potenzial und die äußere Randfelderzeugungsvorrichtung 5 auf dem n-Potenzial liegt.
In 18 ist die Randfelderzeugungsvorrichtung 5 als weitere Elektrode 33 ausgeführt. Die weitere Elektrode 33 kann an derselben Seite elektrisch kontaktiert sein wie die p-Elektrode 31 und die n-Elektrode 32.
Die in Verbindung mit den 15 bis 18 gezeigten Varianten können in gleicher Weise auf die Ausführungsbeispiele der 1, 2 und 4 sowie insbesondere der 13 übertragen werden.
Gemäß 19 ist die Randfelderzeugungsvorrichtung 5 als weitere Elektrode 33 ausgeführt, die sich nur an der Umrisslinie 71 befindet. Die Zapfen der n-Elektrode 32 sind frei von der Randfelderzeugungsvorrichtung. Im Gegensatz hierzu ist in 20 die Umrisslinie 71 frei von der Randfelderzeugungsvorrichtung 5, sodass die Randfelderzeugungsvorrichtung 5 auf die Zapfen beschränkt ist.
In den 19 und 20 entspricht die Randfelderzeugungsvorrichtung 5 der Konfiguration der 18. Genauso können die Konfigurationen der 15 bis 17 herangezogen werden.
Beim Ausführungsbeispiel der 21 ist die Halbleiterschichtenfolge 2 pixeliert. Das heißt, aus der Halbleiterschichtenfolge 2 sind eine Vielzahl von Inseln strukturiert, sodass die Halbleiterschichtenfolge 2 zwischen den Inseln vollständig oder zumindest die aktive Zone 22 entfernt ist. Die Halbleiterschichtenfolge 2 befindet sich bevorzugt auf einem elektrisch funktionalisierten Träger 6. Die Randfelderzeugungsvorrichtung 5 umgibt jede der Inseln vollständig oder, anders als gezeichnet, zumindest überwiegend, bevorzugt in einer 1:1-Zuordnung.
Auch im Zusammenhang mit 21 kann die Randfelderzeugungsvorrichtung 5 analog zu den 15 bis 20 modifiziert sein.
Die einzelnen Inseln können zur Abstrahlung von Licht der gleichen oder von unterschiedlichen Farben eingerichtet sein. Beispielsweise ist einigen der Inseln ein nicht gezeichneter Leuchtstoff zugeordnet.
Die in den Figuren gezeigten Komponenten folgen, sofern nicht anders kenntlich gemacht, bevorzugt in der angegebenen Reihenfolge jeweils unmittelbar aufeinander. Sich in den Figuren nicht berührende Schichten sind voneinander beabstandet. Soweit Linien parallel zueinander gezeichnet sind, sind die entsprechenden Flächen ebenso parallel zueinander ausgerichtet. Ebenfalls soweit nicht anders kenntlich gemacht, sind die relativen Dickenverhältnisse, Längenverhältnisse und Positionen der gezeichneten Komponenten zueinander in den Figuren korrekt wiedergegeben.
Bezugszeichenliste

1: optoelektronisches Halbleiterbauteil
2: Halbleiterschichtenfolge
21: p-leitender Bereich
22: aktive Zone
23: Raumladungszone
24: n-leitender Bereich
25: Seitenfläche der Halbleiterschichtenfolge
31: p-Elektrode
32: n-Elektrode
33: weitere Elektrode
34: erster Elektrodenfortsatz
35: zweiter Elektrodenfortsatz
4: elektrisch isolierende Passivierungsschicht
5: Randfelderzeugungsvorrichtung
52: Randbereich der aktiven Zone
56: Oberflächenladung
57: Elektrostatikschicht
58: Teilschicht der Elektrostatikschicht
6: Träger
71: äußere Umrisslinie der aktiven Zone
72: Randlinie der aktiven Zone
A: Flankenwinkel
G: Wachstumsrichtung

Claims

Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) mit - einer Halbleiterschichtenfolge (2), die eine aktive Zone (22) zur Erzeugung von Strahlung mittels Elektrolumineszenz umfasst, - einer p-Elektrode (31) und einer n-Elektrode (32), - einer elektrisch isolierenden Passivierungsschicht (4) an Seitenflächen (25) der Halbleiterschichtenfolge (2), und - einer Randfelderzeugungsvorrichtung (5) an den Seitenflächen (25) an einer der Halbleiterschichtenfolge (2) abgewandten Seite der Passivierungsschicht (4) an der aktiven Zone (22), wobei die Randfelderzeugungsvorrichtung (5) dazu eingerichtet ist, mindestens zeitweise in einem Randbereich (52) der aktiven Zone (22) ein elektrisches Feld zu erzeugen, sodass im Betrieb ein Stromfluss durch die Halbleiterschichtenfolge (2) in dem Randbereich (52) steuerbar ist, wobei eines oder beide der folgenden Merkmale (i), (ii) erfüllt ist/sind: (i) eine der Elektroden (31, 32) erstreckt sich durch die aktive Zone (22) in Form von Zapfen hindurch und die Randfelderzeugungsvorrichtung (5) erstreckt sich um zumindest manche der Zapfen ringförmig, (ii) die Halbleiterschichtenfolge (2) ist zu Inseln pixeliert und die Randfelderzeugungsvorrichtung (5) erstreckt sich direkt um zumindest einige der Inseln.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem durch die Randfelderzeugungsvorrichtung (5) ein überhöhter Stromfluss in dem Randbereich (52) verhinderbar ist, wobei die Randfelderzeugungsvorrichtung (5) die aktive Zone (22) zu mindestens 90 % umläuft, in Draufsicht gesehen.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Randfelderzeugungsvorrichtung (5) eine eigenständige, weitere Elektrode (33) an der aktiven Zone (22) umfasst, wobei die weitere Elektrode (33) unabhängig von der p-Elektrode (31) und der n-Elektrode (32) ansteuerbar ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem ein Abstand zwischen der weiteren Elektrode (33) und der p-Elektrode (31) sowie zwischen der weiteren Elektrode (33) und der n-Elektrode (32) je zwischen einschließlich 10 nm und 5 µm liegt.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Randfelderzeugungsvorrichtung (5) einen ersten Elektrodenfortsatz (34) an der aktiven Zone (22) umfasst, wobei der erste Elektrodenfortsatz (34) mit der p-Elektrode (31) elektrisch kurzgeschlossen ist, wobei der erste Elektrodenfortsatz (34) einen n-leitenden Bereich (24) der Halbleiterschichtenfolge (2) an den Seitenflächen (25) zu mindestens 80 % frei lässt.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Randfelderzeugungsvorrichtung (5) einen zweiten Elektrodenfortsatz (35) an der aktiven Zone (22) umfasst, wobei der zweite Elektrodenfortsatz (35) mit der n-Elektrode (32) elektrisch kurzgeschlossen ist, wobei der zweite Elektrodenfortsatz (35) einen p-leitenden Bereich (21) der Halbleiterschichtenfolge (2) an den Seitenflächen (25) zu mindestens 80 % frei lässt.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Randfelderzeugungsvorrichtung (5) eine Elektrostatikschicht (57) an der aktiven Zone (22) umfasst, sodass dauerhaft Ladungen (56) an den Seitenflächen (25) erzeugt sind.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem die Elektrostatikschicht (57) nach außen hin elektrisch isoliert ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem die Elektrostatikschicht (57) einen Schichtenstapel mit mindestens zwei unterschiedlich elektrisch geladenen Teilbereichen (58) umfasst, sodass die Elektrostatikschicht (57) insgesamt elektrisch ungeladen ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Randfelderzeugungsvorrichtung (5) eine Raumladungszone (23) an der aktiven Zone (22), in Seitenansicht und in Projektion parallel zur aktiven Zone (22) gesehen, vollständig abdeckt.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Randbereich (52), in dem der Stromfluss unterbunden ist, im bestimmungsgemäßen Betrieb des Halbleiterbauteils (1) in Draufsicht gesehen eine mittlere Breite zwischen einschließlich 0,1 µm und 5 µm aufweist.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem im bestimmungsgemäßen Betrieb des Halbleiterbauteils (1) ein Quotient aus einer Gesamtfläche der aktiven Zone (22) und aus einer Länge einer Randlinie (72) des Randbereichs (52) zwischen einschließlich 1 µm und 100 µm liegt.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem in Draufsicht gesehen die aktive Zone (22) eine gegenüber einer äußeren Umrisslinie (71) um mindestens einen Faktor 2 längere Randlinie (72) aufweist, entlang der sich der Randbereich (52) erstreckt, wobei eine von der Umrisslinie (71) umspannte Grundfläche zu mindestens 80 % von der aktiven Zone (22) ausgefüllt ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die p-Elektrode (31) und die n-Elektrode (32) jeweils unmittelbar und flächig an der Halbleiterschichtenfolge (2) aufgebracht sind und sich die Halbleiterschichtenfolge (2) zwischen der p-Elektrode (31) und der n-Elektrode (32) befindet, sodass das Halbleiterbauteil (1) kein Aufwachssubstrat der Halbleiterschichtenfolge (2) umfasst, wobei die Halbleiterschichtenfolge (2) auf dem Materialsystem AlInGaN basiert und zur Erzeugung von blauem Licht mit einer Wellenlänge maximaler Intensität von höchstens 480 nm eingerichtet ist.
Betriebsverfahren zum Betreiben eines optoelektronischen Halbleiterbauteils (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mit der Randfelderzeugungsvorrichtung (5) zeitweise oder dauerhaft in dem umlaufenden Randbereich (52) der aktiven Zone (22) ein elektrisches Feld erzeugt wird, womit im Betrieb ein Stromfluss durch die Halbleiterschichtenfolge (2) in dem Randbereich (52) gesteuert wird.
Betriebsverfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, mit dem ein optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) mit den Merkmalen des Anspruchs 3 betrieben wird, wobei an die weitere Elektrode (33) wenigstens zeitweise eine elektrische Spannung von mindestens 30 V angelegt wird.
Betriebsverfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Randbereich (52) in Draufsicht gesehen zeitweise mindestens 50 % der aktiven Zone (22) einnimmt.