DE112019002362B4

DE112019002362B4 - Optoelektronisches Halbleiterbauelement mit einer ersten und einer zweiten Stromverteilungsstruktur

Info

Publication number: DE112019002362B4
Application number: DE112019002362.4T
Authority: DE
Inventors: Michael Völkl; Siegfried Herrmann
Original assignee: Osram Oled GmbH
Current assignee: Osram Oled GmbH
Priority date: 2018-05-09
Filing date: 2019-05-08
Publication date: 2024-05-16
Anticipated expiration: 2039-05-09
Also published as: DE112019002362A5; US20210242367A1; US11715815B2; DE102018111168A1; WO2019215212A1

Abstract

Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) miteiner ersten Halbleiterschicht (140) von einem ersten Leitfähigkeitstyp,einer zweiten Halbleiterschicht (150) von einem zweiten Leitfähigkeitstyp,die über einem Substrat (100) angeordnet sind, wobei die erste Halbleiterschicht (140) zwischen der zweiten Halbleiterschicht (150) und dem Substrat (100) angeordnet ist,einer ersten Stromverteilungsstruktur (130), die mit der ersten Halbleiterschicht (140) elektrisch leitend verbunden ist,einer zweiten Stromverteilungsstruktur (135), die mit der zweiten Halbleiterschicht (150) elektrisch leitend verbunden ist,wobei die erste Stromverteilungsstruktur (130) in einem größeren Abstand von der ersten Halbleiterschicht (140) angeordnet ist als die zweite Stromverteilungsstruktur (135), unddas optoelektronische Halbleiterbauelement (10) geeignet ist, emittierte Strahlung (15) über eine von dem Substrat (100) abgewandte Hauptoberfläche (115) des optoelektronischen Halbleiterbauelementes (10) auszugeben,ferner mit einer ersten isolierenden Zwischenschicht, die zwischen der zweiten Stromverteilungsstruktur (135) und der zweiten Halbleiterschicht (150) angeordnet ist, wobei die erste isolierende Zwischenschicht eine erste dielektrische Spiegelschicht (160) umfasst und bei dem die erste und die zweite Stromverteilungsstruktur (130, 135) in einer zu einer Hauptoberfläche des Substrats (100) senkrechten Ebene miteinander überlappen.

Description

Eine lichtemittierende Diode (LED) ist eine lichtemittierende Vorrichtung, die auf Halbleitermaterialien basiert. Üblicherweise umfasst eine LED einen pn-Übergang. Wenn Elektronen und Löcher miteinander im Bereich des pn-Übergangs rekombinieren, beispielsweise, weil eine entsprechende Spannung angelegt wird, wird elektromagnetische Strahlung erzeugt.
Generell werden neue Konzepte gesucht, mit denen die Halbleiterschichten gleichmäßig durch Kontaktstrukturen elektrisch kontaktiert werden können, ohne dass diese die Effizienz des optoelektronischen Halbleiterbauelements beeinträchtigen.
Weitere optoelektronische Halbleiterbauelemente sind aus den Druckschriften DE 10 2015 117 198 A1 und US 2012 / 0 261 695 A1 bekannt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes optoelektronisches Halbleiterbauelement zur Verfügung zu stellen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Aufgabe durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterentwicklungen sind in den abhängigen Patentansprüchen definiert.
ZUSAMMENFASSUNG
Ein optoelektronisches Halbleiterbauelement umfasst eine erste Halbleiterschicht von einem ersten Leitfähigkeitstyp und eine zweite Halbleiterschicht von einem zweiten Leitfähigkeitstyp, die über einem Substrat angeordnet sind, wobei die erste Halbleiterschicht zwischen der zweiten Halbleiterschicht und dem Substrat angeordnet ist. Das optoelektronische Halbleiterbauelement enthält ferner eine erste Stromverteilungsstruktur, die mit der ersten Halbleiterschicht elektrisch leitend verbunden ist, und eine zweite Stromverteilungsstruktur, die mit der zweiten Halbleiterschicht elektrisch leitend verbunden ist. Die erste Stromverteilungsstruktur ist in einem größeren Abstand von der ersten Halbleiterschicht angeordnet als die zweite Stromverteilungsstruktur.
Das optoelektronische Halbleiterbauelement weist ferner eine erste isolierende Zwischenschicht auf, die zwischen der zweiten Stromverteilungsstruktur und der zweiten Halbleiterschicht angeordnet ist. Die erste isolierende Zwischenschicht umfasst eine dielektrische Spiegelschicht. Die erste und die zweite Stromverteilungsstruktur überlappen in einer zu einer Hauptoberfläche des Substrats senkrechten Ebene.
Beispielsweise kann die erste isolierende Zwischenschicht abschnittsweise unterbrochen sein. Dadurch kann abschnittsweise ein direkter physischer Kontakt zwischen zweiter Stromverteilungsstruktur und zweiter Halbleiterschicht ermöglicht werden.
Die erste isolierende Zwischenschicht kann ein beliebiges isolierendes Material enthalten. Gemäß Ausführungsformen kann sie auch als erste dielektrische Spiegelschicht ausgeführt sein. Beispielsweise kann die erste dielektrische Spiegelschicht in direktem Kontakt mit der zweiten Stromverteilungsstruktur angeordnet sein.
Beispielsweise kann die erste Stromverteilungsstruktur über Kontaktelemente mit der ersten Halbleiterschicht verbunden sein. Die Kontaktelemente können die zweite Stromverteilungsstruktur durchdringen. Das optoelektronisches Halbleiterbauelement kann ferner eine vertikale dielektrische Spiegelschicht umfassen, die an den Seitenwänden der Kontaktelemente angeordnet ist.
Das optoelektronische Halbleiterbauelement kann ferner eine erste transparente leitfähige Schicht in einem Bereich außerhalb der Stromverteilungsstruktur umfassen. Die erste transparente leitfähige Schicht kann in einer Ebene zwischen der ersten und der zweiten Stromverteilungsstruktur angeordnet sein.
Das optoelektronisches Halbleiterbauelement kann ferner eine zweite transparente leitfähige Schicht, die zwischen der zweiten Halbleiterschicht und der ersten transparenten leitfähigen Schicht angeordnet ist, sowie eine zweite isolierende Zwischenschicht, die zwischen der ersten transparenten leitfähigen Schicht und der zweiten transparenten leitfähigen Schicht angeordnet ist, umfassen.
Gemäß weiteren Ausführungsformen umfasst das optoelektronische Halbleiterbauelement ferner eine zweite dielektrische Spiegelschicht, die zwischen der ersten und der zweiten Stromverteilungsstruktur angeordnet ist. Beispielsweise ist die zweite dielektrische Spiegelschicht in direktem Kontakt mit der ersten Stromverteilungsstruktur angeordnet. Das optoelektronische Halbleiterbauelement kann ferner eine dritte dielektrische Spiegelschicht enthalten, die über der ersten Stromverteilungsstruktur angeordnet ist.
Beispielsweise kann das optoelektronische Halbleiterbauelement weiterhin eine isolierende Schicht zwischen der ersten und der zweiten Stromverteilungsstruktur enthalten, wobei die isolierende Schicht ein Konvertermaterial enthält. Beispielsweise kann das Konvertermaterial Quantenpunkte, Quantentöpfe oder Quantendrähte enthalten. Beispielsweise kann bei Quantentöpfen die Beweglichkeit von Ladungsträgern in einer Richtung eingeschränkt sein. Bei Quantendrähten kann die Beweglichkeit der Ladungsträger in zwei Richtungen eingeschränkt sein, und bei Quantenpunkten kann die Beweglichkeit der Ladungsträger in drei Richtungen eingeschränkt sein. Gemäß Ausführungsformen kann das Konvertermaterial eine epitaktisch gewachsene Halbleiterschicht umfassen.
Das optoelektronische Halbleiterbauelement kann ferner eine nanostrukturierte Auskoppelschicht enthalten, die über der zweiten Halbleiterschicht angeordnet ist.
Gemäß Ausführungsformen können die erste und die zweite Stromverteilungsstruktur in einer zu einer Hauptoberfläche des Substrats senkrechten Ebene miteinander überlappen. Das optoelektronische Halbleiterbauelement kann ferner einen ersten Anschlussbereich in Kontakt mit der ersten Stromverteilungsstruktur und einen zweiten Anschlussbereich in Kontakt mit der zweiten Stromverteilungsstruktur umfassen. Der erste Anschlussbereich und der zweite Anschlussbereich können gegenüber einer Oberfläche des optoelektronischen Halbleiterbauelements hervorstehen.
Eine optoelektronische Vorrichtung umfasst das beschriebene optoelektronische Halbleiterbauelement und einen Träger. Dabei ist das optoelektronische Halbleiterbauelement derart mit dem Träger verbunden, dass die zweite Halbleiterschicht einen kürzeren Abstand zu dem Träger hat als die erste Halbleiterschicht.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die begleitenden Zeichnungen dienen dem Verständnis von Ausführungsbeispielen der Erfindung. Die Zeichnungen veranschaulichen Ausführungsbeispiele und dienen zusammen mit der Beschreibung deren Erläuterung. Weitere Ausführungsbeispiele und zahlreiche der beabsichtigten Vorteile ergeben sich unmittelbar aus der nachfolgenden Detailbeschreibung. Die in den Zeichnungen gezeigten Elemente und Strukturen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander dargestellt. Gleiche Bezugszeichen verweisen auf gleiche oder einander entsprechende Elemente und Strukturen.

1A zeigt eine schematische Querschnittsansicht durch einen Teil eines optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß Ausführungsformen.
1B zeigt eine schematische Draufsicht auf ausgewählte Teile eines optoelektronischen Halbleiterbauelements.
1C bis 1E zeigen vertikale Querschnittsansichten durch Teile von optoelektronischen Halbleiterbauelementen.
2A zeigt eine vertikale Querschnittsansicht durch einen Teil eines optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß weiteren Ausführungsformen.
2B zeigt eine schematische Draufsicht auf ausgewählte Teile eines optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß Ausführungsformen.
2C zeigt eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Teils der in 2A dargestellten Querschnittsansicht.
3A zeigt eine vertikale Querschnittsansicht eines Teils eines optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß Ausführungsformen.
3B zeigt eine schematische Draufsicht auf ausgewählte Teile eines optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß Ausführungsformen.
3C zeigt eine vertikale Querschnittsansicht eines optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß weiteren Ausführungsformen.
4A zeigt eine vertikale Querschnittsansicht eines Teils eines optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß Ausführungsformen.
4B zeigt eine schematische Draufsicht auf ausgewählte Teile eines optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß Ausführungsformen.
5 zeigt eine vertikale Querschnittsansicht eines Teils eines optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß Ausführungsformen.
6 zeigt eine vertikale Querschnittsansicht eines Teils eines optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß weiteren Ausführungsformen.

DETAILBESCHREIBUNG
In der folgenden Detailbeschreibung wird auf die begleitenden Zeichnungen Bezug genommen, die einen Teil der Offenbarung bilden und in denen zu Veranschaulichungszwecken spezifische Ausführungsbeispiele gezeigt sind. In diesem Zusammenhang wird eine Richtungsterminologie wie „Oberseite“, „Boden“, „Vorderseite“, „Rückseite“, „über“, „auf“, „vor“, „hinter“, „vorne“, „hinten“ usw. auf die Ausrichtung der gerade beschriebenen Figuren bezogen. Da die Komponenten der Ausführungsbeispiele in unterschiedlichen Orientierungen positioniert werden können, dient die Richtungsterminologie nur der Erläuterung und ist in keiner Weise einschränkend.
Elemente von im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen können mit Elementen von anderen der beschriebenen Ausführungsbeispiele kombiniert werden, sofern sich aus dem Kontext nichts anderes ergibt.
Ausführungsformen werden unter Bezugnahme auf „schematische Draufsichten“ beschrieben. Derartige schematische Draufsichten sind so gestaltet, dass sie für das Verständnis der Ausführungsformen wichtige Teile veranschaulichen, auch wenn diese nicht in einer einzigen Querschnittsebene des gezeigten Gegenstands vorliegen. Es ist möglich, dass diese Teile auch nicht an der Oberfläche des gezeigten Gegenstands vorliegen. Derartige schematische Draufsichten stellen somit nicht notwendigerweise eine horizontale Querschnittsansicht und auch keine Draufsicht dar, sondern veranschaulichen horizontale Lagebeziehungen der einzelnen Komponenten, unabhängig von ihrer vertikalen Position.
Die Begriffe „Wafer“ oder „Halbleitersubstrat“, die in der folgenden Beschreibung verwendet sind, können jegliche auf Halbleiter beruhende Struktur umfassen, die eine Halbleiteroberfläche hat. Wafer und Struktur sind so zu verstehen, dass sie dotierte und undotierte Halbleiter, epitaktische Halbleiterschichten, gegebenenfalls getragen durch eine Basisunterlage, und weitere Halbleiterstrukturen einschließen. Beispielsweise kann eine Schicht aus einem ersten Halbleitermaterial auf einem Wachstumssubstrat aus einem zweiten Halbleitermaterial oder aus einem isolierenden Material, beispielsweise auf einem Saphirsubstrat, gewachsen sein. Je nach Verwendungszweck kann der Halbleiter auf einem direkten oder einem indirekten Halbleitermaterial basieren. Beispiele für zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung besonders geeignete Halbleitermaterialien umfassen insbesondere Nitrid-Halbleiterverbindungen, durch die beispielsweise ultraviolettes, blaues oder langwelligeres Licht erzeugt werden kann, wie beispielsweise GaN, InGaN, AlN, AlGaN, AlGaInN, Phosphid-Halbleiterverbindungen, durch die beispielsweise grünes oder langwelligeres Licht erzeugt werden kann, wie beispielsweise GaAsP, AlGaInP, GaP, AlGaP, sowie weitere Halbleitermaterialien wie AlGaAs, SiC, ZnSe, GaAs, ZnO, Ga₂O₃, Diamant, hexagonales BN und Kombinationen der genannten Materialien. Das stöchiometrische Verhältnis der ternären Verbindungen kann variieren. Weitere Beispiele für Halbleitermaterialien können Silizium, Silizium-Germanium und Germanium umfassen. Im Kontext der vorliegenden Beschreibung schließt der Begriff „Halbleiter“ auch organische Halbleitermaterialien ein.
Die Begriffe „lateral“ und „horizontal“, wie in dieser Beschreibung verwendet, sollen eine Orientierung oder Ausrichtung beschreiben, die im Wesentlichen parallel zu einer ersten Oberfläche eines Substrats oder Halbleiterkörpers verläuft. Dies kann beispielsweise die Oberfläche eines Wafers oder einer Die oder eines Chips sein.
Der Begriff „vertikal“, wie er in dieser Beschreibung verwendet wird, soll eine Orientierung beschreiben, die im Wesentlichen senkrecht zu der ersten Oberfläche des Substrats oder Halbleiterkörpers verläuft.
Soweit hier die Begriffe „haben“, „enthalten“, „umfassen“, „aufweisen“ und dergleichen verwendet werden, handelt es sich um offene Begriffe, die auf das Vorhandensein der besagten Elemente oder Merkmale hinweisen, das Vorhandensein von weiteren Elementen oder Merkmalen aber nicht ausschließen. Die unbestimmten Artikel und die bestimmten Artikel umfassen sowohl den Plural als auch den Singular, sofern sich aus dem Zusammenhang nicht eindeutig etwas anderes ergibt.
Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung bezieht sich die Bezeichnung „über“ im Zusammenhang mit aufgebrachten Schichten auf einen Abstand zu einer Basisschicht, beispielsweise einem Substrat, auf dem die einzelnen Schichten aufgebracht werden. Beispielsweise bedeutet das Merkmal, dass eine erste Schicht „über“ einer zweiten Schicht angeordnet ist, dass die erste Schicht einen größeren Abstand zu der Basisschicht hat als die zweite Schicht.
Im Kontext dieser Beschreibung bedeutet der Begriff „elektrisch verbunden“ eine niederohmige elektrische Verbindung zwischen den verbundenen Elementen. Die elektrisch verbundenen Elemente müssen nicht notwendigerweise direkt miteinander verbunden sein. Weitere Elemente können zwischen elektrisch verbundenen Elementen angeordnet sein.
Der Begriff „elektrisch verbunden“ umfasst auch Tunnelkontakte zwischen den verbundenen Elementen.
Üblicherweise kann die Wellenlänge von einem LED-Chip emittierter elektromagnetischer Strahlung unter Verwendung eines Konvertermaterials, welches einen Leuchtstoff oder Phosphor enthält, konvertiert werden. Beispielsweise kann weißes Licht durch eine Kombination eines LED-Chips, der blaues Licht emittiert, mit einem geeigneten Leuchtstoff erzeugt werden. Beispielsweise kann der Leuchtstoff ein gelber Leuchtstoff sein, der, wenn er durch das Licht des blauen LED-Chips angeregt wird, geeignet ist, gelbes Licht zu emittieren. Der Leuchtstoff kann beispielsweise einen Teil der von dem LED-Chip emittierten elektromagnetischen Strahlung absorbieren. Die Kombination von blauem und gelbem Licht wird als weißes Licht wahrgenommen. Durch Beimischen weiterer Leuchtstoffe, die geeignet sind, Licht einer weiteren, beispielsweise einer roten Wellenlänge, zu emittieren, kann die Farbtemperatur geändert werden. Gemäß weiteren Konzepten kann weißes Licht durch eine Kombination, die einen blauen LED-Chip und einen grünen und roten Leuchtstoff enthält, erzeugt werden. Es ist selbstverständlich, dass ein Konvertermaterial mehrere verschiedene Leuchtstoffe, die jeweils unterschiedliche Wellenlängen emittieren, umfassen kann.
Beispiele für Leuchtstoffe sind Metalloxide, Metallhalide, Metallsulfide, Metallnitride und andere. Diese Verbindungen können darüber hinaus Zusätze enthalten, die dazu führen, dass spezielle Wellenlängen emittiert werden. Beispielsweise können die Zusätze Seltenerdmaterialien umfassen. Als Beispiel für einen gelben Leuchtstoff kann YAG:Ce³⁺ (mit Cer aktivierter Yttrium Aluminium Granat (Y₃Al₅O₁₂)) oder (Sr_1.7Ba_0.2Eu_0.1) SiO₄ verwendet werden. Weitere Leuchtstoffe können auf MSiO₄:Eu²⁺, worin M Ca, Sr oder Ba sein kann, basieren. Durch Auswahl der Kationen mit einer angemessenen Konzentration kann eine erwünschte Konversionswellenlänge ausgewählt werden. Viele weitere Beispiele von geeigneten Leuchtstoffen sind bekannt.
Gemäß Anwendungen kann das Leuchtstoffmaterial, beispielsweise ein Leuchtstoffpulver, in ein geeignetes Matrixmaterial eingebettet sein. Beispielsweise kann das Matrixmaterial eine Harz- oder Polymerzusammensetzung wie beispielsweise ein Silikon- oder ein Epoxidharz umfassen. Die Größe der Leuchtstoffteilchen kann beispielsweise in einem Mikrometer- oder Nanometerbereich liegen.
Gemäß weiteren Ausführungen kann das Matrixmaterial ein Glas umfassen. Beispielsweise kann das Konvertermaterial durch Sintern des Glases, beispielsweise SiO₂ mit weiteren Zusätzen und Leuchtstoffpulver gebildet werden, unter Bildung eines Leuchtstoffs im Glas (PiG).
Gemäß weiteren Ausführungen kann das Leuchtstoffmaterial selbst unter Ausbildung einer Keramik gesintert werden. Beispielsweise kann als Ergebnis des Sinterprozesses der keramische Leuchtstoff eine polykristalline Struktur haben.
Gemäß weiteren Ausführungen kann das Leuchtstoffmaterial unter Ausbildung eines einkristallinen Leuchtstoffs gewachsen werden, beispielsweise unter Verwendung des Czochralski (Cz-) Verfahrens.
Gemäß weiteren Ausführungen kann das Leuchtstoffmaterial selbst ein Halbleitermaterial sein, das im Volumen oder in Schichten eine geeignete Bandlücke zur Absorption des von der LED emittierten Lichtes und zur und der Emission der gewünschten Konversionswellenlänge aufweist. Insbesondere kann es sich hierbei um ein epitaktisch gewachsenes Halbleitermaterial handeln. Beispielsweise kann das epitaktisch gewachsene Halbleitermaterial eine Bandlücke haben, die einer geringeren Energie als der des primär emittierten Lichts entspricht. Weiterhin können mehrere geeignete Halbleiterschichten, die jeweils Licht unterschiedlicher Wellenlänge emittieren, übereinander gestapelt sein. Ein oder mehrere Quantentröge bzw. Quantentöpfe, Quantenpunkte oder Quantendrähte können in dem Halbleitermaterial gebildet sein.
Generell umfasst der Begriff „dielektrische Spiegelschicht“ jegliche Anordnung, die einfallende elektromagnetische Strahlung zu einem großen Grad (beispielsweise >90%) reflektiert und nicht leitend ist. Beispielsweise kann eine dielektrische Spiegelschicht durch eine Abfolge von sehr dünnen dielektrischen Schichten mit jeweils unterschiedlichen Brechungsindizes ausgebildet werden. Beispielsweise können die Schichten abwechselnd einen hohen Brechungsindex (n>1,7) und einen niedrigen Brechungsindex (n<1,7) haben und als Bragg-Reflektor ausgebildet sein. Beispielsweise kann die Schichtdicke λ/4 betragen, wobei λ die Wellenlänge des zu reflektierenden Lichts in dem jeweiligen Medium angibt. Die vom einfallenden Licht her gesehene Schicht kann eine größere Schichtdicke, beispielsweise 3λ/4 haben. Aufgrund der geringen Schichtdicke und des Unterschieds der jeweiligen Brechungsindices stellt die dielektrische Spiegelschicht ein hohes Reflexionsvermögen bereit und ist gleichzeitig nicht leitend. Die dielektrische Spiegelschicht ist somit geeignet, Komponenten des Halbleiterbauelements voneinander zu isolieren. Eine dielektrische Spiegelschicht kann beispielsweise 2 bis 50 dielektrische Schichten aufweisen. Eine typische Schichtdicke der einzelnen Schichten kann etwa 30 bis 90 nm, beispielsweise etwa 50 nm betragen. Der Schichtstapel kann weiterhin eine oder zwei oder mehrere Schichten enthalten, die dicker als etwa 180 nm, beispielsweise dicker als 200 nm sind.
1A zeigt eine schematische Querschnittsansicht durch einen Teil eines optoelektronischen Halbleiterbauelements 10 gemäß Ausführungsformen. Das optoelektronische Halbleiterbauelement 10 umfasst eine erste Halbleiterschicht 140 von einem ersten Leitfähigkeitstyp, beispielsweise n-Typ, sowie eine zweite Halbleiterschicht 150 von einem zweiten Leitfähigkeitstyp, beispielsweise p-Typ. Die erste und die zweite Halbleiterschicht sind über einem Substrat 100 angeordnet. Dabei ist die erste Halbleiterschicht 140 zwischen zweiter Halbleiterschicht 150 und Substrat 100 angeordnet. Das optoelektronische Halbleiterbauelement umfasst weiterhin eine erste Stromverteilungsstruktur bzw. Stromaufweitungsstruktur 130, die mit der ersten Halbleiterschicht 140 elektrisch leitend verbunden ist. Das optoelektronische Halbleiterbauelement umfasst darüber hinaus eine zweite Stromverteilungsstruktur 135, die mit der zweiten Halbleiterschicht 150 elektrisch leitend verbunden ist. Die erste Stromverteilungsstruktur 130 ist in einem größeren Abstand von dem Substrat angeordnet als die zweite Stromverteilungsstruktur 135.
Die zweite Stromverteilungsstruktur ist somit zwischen erster Stromverteilungsstruktur 130 und zweiter Halbleiterschicht 150 angeordnet. Da die Reihenfolge der Anordnung der Stromverteilungsstrukturen umgekehrt zur Reihenfolge der Anordnung von erster und zweiter Halbleiterschicht ist, wird diese Anordnung auch als invertiert gestapelte Anordnung bezeichnet. Die erste und die zweite Stromverteilungsstruktur 130, 135 können beispielsweise durch einen Teil einer leitfähigen Schicht realisiert sein.
Beispielsweise kann die zweite Stromverteilungsstruktur 135 mindestens abschnittsweise in direktem Kontakt zur zweiten Halbleiterschicht 150 angeordnet sein. „Mindestens abschnittsweise“ bedeutet in diesem Zusammenhang, dass beispielsweise eine isolierende oder dielektrische Zwischenschicht, beispielsweise eine dielektrische Spiegelschicht 160 abschnittsweise zwischen der zweiten Stromverteilungsstruktur 135 und der zweiten Halbleiterschicht 150 angeordnet sein kann. Anders ausgedrückt kann die isolierende Zwischenschicht oder dielektrische Spiegelschicht 160 sich entlang der zweiten Stromverteilungsstruktur 135 erstrecken und kann, beispielsweise in regelmäßigen oder unregelmäßigen Abständen unterbrochen sein. Die isolierende Zwischenschicht kann beispielsweise eine dielektrische Spiegelschicht 160 sein. Sie kann aber auch eine beliebige andere isolierende Schicht sein und beispielsweise Siliziumdioxid, Siliziumnitrid oder eine Kombination dieser Materialien enthalten.
Eine transparente leitfähige Schicht 170, beispielsweise aus ITO (Indium-Zinnoxid) oder einem anderen geeigneten Material kann vorgesehen sein, um einen durchgängigen elektrischen Kontakt zwischen der zweiten Stromverteilungsstruktur 135 und der zweiten Halbleiterschicht 150 sicherzustellen. In den Bereichen, in denen die zweite Stromverteilungsstruktur 135 nicht direkt an die zweite Halbleiterschicht 150 angrenzt, wird über die transparente leitfähige Schicht 170 ein elektrischer Kontakt zwischen der zweiten Stromverteilungsstruktur 135 und der zweiten Halbleiterschicht 150 bewirkt. Aufgrund der hohen elektrischen Leitfähigkeit der transparenten leitfähigen Schicht 170 wird eine homogene Stromverteilung und als Folge eine homogene Leuchtdichteverteilung erzielt. Eine Isolatorschicht 180 kann beispielsweise zwischen der transparenten leitfähigen Schicht 170 und der ersten Stromverteilungsstruktur 130 angeordnet sein.
Die erste Halbleiterschicht 140 kann beispielsweise über einem transparenten Substrat 100, beispielsweise einem Saphirsubstrat angeordnet sein. Eine dielektrische Spiegelschicht 165 kann angrenzend an eine zweite Hauptoberfläche 120 des Substrats 100 vorgesehen sein. Durch diese dielektrische Spiegelschicht wird erzeugte elektromagnetische Strahlung, die in Richtung der zweiten Hauptoberfläche 120 ausgestrahlt wird, reflektiert. Anstelle der dielektrischen Spiegelschicht 165 kann auch eine in anderer Weise ausgeführte reflektierende Schicht vorgesehen sein.
Beispielsweise kann ein aktives Gebiet (nicht dargestellt in 1A) zwischen erster und zweiter Halbleiterschicht 140, 150 angeordnet sein. Das aktive Gebiet kann beispielsweise einen pn-Übergang, eine Doppelheterostruktur, einen Einfach-Quantentopf (SQW, single quantum well) oder eine Mehrfach-Quantentopfstruktur (MQW, multi quantum well) zur Strahlungserzeugung aufweisen. Die Bezeichnung „Quantentopfstruktur“ entfaltet hierbei keine Bedeutung hinsichtlich der Dimensionalität der Quantisierung. Sie umfasst somit unter anderem Quantentröge, Quantendrähte und Quantenpunkte sowie jede Kombination dieser Schichten. Von dem optoelektronischen Halbleiterbauelement 10 emittierte elektromagnetische Strahlung 15 wird beispielsweise über eine erste Hauptoberfläche 115 des optoelektronischen Halbleiterbauelements ausgegeben. Weiterhin kann emittierte elektromagnetische Strahlung über Seitenflächen des optoelektronischen Halbleiterbauelements ausgegeben werden.
Dadurch, dass die erste Stromverteilungsstruktur 130 bei einem größerem Abstand von dem Substrat angeordnet ist als die zweite Stromverteilungsstruktur 135, und auch bei einem größeren Abstand von der ersten Halbleiterschicht 140 angeordnet ist als die zweite Stromverteilungsstruktur 135, kann ein optoelektronisches Halbleiterbauelement verwirklicht werden, bei dem mehr aktive Fläche verfügbar ist. Beispielsweise können erste und zweite Stromverteilungsstruktur 130, 135 jeweils derart angeordnet sein, dass sie überlappen. Beispielsweise kann die erste Stromverteilungsstruktur 130 bei einer derartigen horizontalen Position, d.h. einem Bereich von x-Werten angeordnet sein, die mindestens teilweise einer horizontalen Position, d.h. einem Bereich von x-Werten der zweiten elektrischen Kontaktstruktur 135 entspricht. Als Folge können Abschattungseffekte durch die elektrischen Kontaktstrukturen verringert werden, wodurch mehr aktive Halbleiterfläche zum Emittieren elektromagnetischer Strahlung vorhanden ist. Die erste und die zweite Stromverteilungsstruktur 130, 135 können beispielsweise ein oder mehrere leitende Materialien enthalten, beispielsweise Gold. Die erste und die zweite Halbleiterschicht können beispielsweise jedes der vorstehend erwähnten Halbleitermaterialien enthalten. Beispielsweise können sie GaN oder einen GaN-haltigen Verbindungshalbleiter enthalten.
1B zeigt eine schematische Draufsicht auf ausgewählte Teile des in 1A dargestellten optoelektronischen Bauelement. Wie in 1B zu sehen ist, ist die Querschnittsansicht der 1A zwischen I und I aufgenommen. Die nachfolgend beschriebenen Querschnittsansichten der 1C, 1D und 1E sind jeweils zwischen II und II, zwischen III und III sowie zwischen IV und IV aufgenommen. Eine erste Stromverteilungsstruktur 130 ist beispielsweise linienartig ausgebildet und umschließt bogenförmig oder rechteckförmig ein Halbleitergebiet, welches von einer transparenten isolierenden Schicht 170 bedeckt ist. Eine dielektrische Spiegelschicht 160 ist zwischen der ersten Stromverteilungsstruktur 130 und der darunterliegenden Halbleiterschicht (nicht dargestellt) angeordnet. Die dielektrische Spiegelschicht 160 ist abschnittsweise unterbrochen, so dass in den Bereichen, die zwischen den Abschnitten der dielektrischen Spiegelschicht 160 positioniert sind, die zweite Stromverteilungsstruktur 135 die zweite Halbleiterschicht 150 direkt berührt. Die erste Stromverteilungsstruktur 130 und die zweite Stromverteilungsstruktur 135 überlappen jeweils horizontal. Das heißt, es gibt einen horizontalen Bereich von x-Werten, in dem sowohl die erste Stromverteilungsstruktur 130 als auch die zweite Stromverteilungsstruktur 135 vorliegen. Die erste Stromverteilungsstruktur 130 ist abschnittsweise über elektrische Kontaktelemente 137 mit der ersten Halbleiterschicht 140 verbunden. Die erste Stromverteilungsstruktur 130 ist über einen ersten Anschlussbereich 190 kontaktierbar. Ebenso ist die zweite Stromverteilungsstruktur 135 durch einen zweiten Anschlussbereich 195 kontaktierbar. Erster und zweiter Anschlussbereich 195, 190 sind im Bereich einer ersten Hauptoberfläche 115 des optoelektronischen Halbleiterbauelements 10 angeordnet. Der zweite Anschlussbereich 195 ist beispielsweise über eine Seitenwandisolierung 196 von der ersten Stromverteilungsstruktur 130 isoliert.
1C zeigt eine vertikale Querschnittsansicht des Halbleiterbauelements zwischen II und II, in einem Bereich, welcher die dielektrische Spiegelschicht 160 schneidet. Demgegenüber ist die Querschnittsansicht der 1A zwischen I und I aufgenommen, an einer Stelle, an der die dielektrische Spiegelschicht 160 unterbrochen ist. Wie zu sehen ist, ist die dielektrische Spiegelschicht 160 zwischen der zweiten Halbleiterschicht 150 und der zweiten Stromverteilungsstruktur 135 angeordnet. Die zweite Stromverteilungsstruktur 135 ist in diesem Bereich über die transparente leitfähige Schicht 170 mit der zweiten Halbleiterschicht 150 verbunden. Die dielektrische Spiegelschicht hat eine Schichtdicke von etwa 60 bis 500 nm. Beispielsweise ist die dielektrische Spiegelschicht 160 in direktem Kontakt zur zweiten Stromverteilungsstruktur 135 angeordnet.
Dadurch, dass eine dielektrische Spiegelschicht 160 zwischen zweiter Halbleiterschicht 150 und zweiter Kontaktstruktur 135 angeordnet ist, kann verhindert werden, dass von dem aktiven Gebiet emittierte elektromagnetische Strahlung durch die zweite Stromverteilungsstruktur 135 absorbiert wird. Gemäß Ausführungsformen kann das von dem optoelektronischen Halbleiterbauelement emittierte Licht blau sein, und die Stromverteilungsstrukturen können jeweils Gold enthalten, welches geeignet ist, blaues Licht zu absorbieren. In diesem Fall kann durch die dielektrische Spiegelschicht 160 eine Absorption des emittierten Lichts verhindert werden.
Beispielsweise kann ein Teil der transparenten leitfähigen Schicht 170 in einem Bereich außerhalb der ersten und zweiten Stromverteilungsstruktur 130, 135 angeordnet sein. Weiterhin kann ein Teil der transparenten leitfähigen Schicht 170 zwischen erster und zweiter Stromverteilungsstruktur angeordnet sein.
1D zeigt eine vertikale Querschnittsansicht durch das optoelektronische Halbleiterbauelement zwischen III und III, an einer Position, die die elektrischen Kontaktelemente 137 schneidet. Gemäß Ausführungsformen können elektrische Kontaktelemente 137 vorgesehen sein, um die erste Stromverteilungsstruktur mit der ersten Halbleiterschicht 140 zu verbinden. Beispielsweise kann das Kontaktelement 137 in einer Kontaktöffnung 138 angeordnet sein. Die Kontaktöffnung 138 kann insbesondere die zweite Halbleiterschicht 150 und die erste Stromverteilungsstruktur 135 durchdringen. Eine isolierende Schicht 185 kann auf der Seitenwand der Kontaktöffnung 138 aufgebracht sein, um das elektrisch leitende Element des Kontaktelements 137 von den angrenzenden leitenden und Halbleiterschichten zu isolieren. Beispielsweise kann die isolierende Schicht 185 als dielektrische Spiegelschicht verwirklicht sein. Beispielsweise kann das Material des Kontaktelements 137 das Material der ersten Stromverteilungsstruktur 130 sein. Wie in 1B dargestellt, sind die Kontaktelemente 137 in gewissen Abständen entlang der ersten Stromverteilungsstruktur 130 angeordnet. Ein Querschnitt der Kontaktöffnung 138 kann beispielsweise rund, oval oder auch eckig sein.
Dadurch, dass sich die Kontaktelemente, wie in 1D dargestellt, von der ersten Stromverteilungsstruktur 130 durch die zweite Stromverteilungsstruktur 135 sowie die zweite Halbleiterschicht 150 hindurch erstrecken, können die Kontaktelemente 137 besonders platzsparend angeordnet werden. Als Ergebnis können die Halbleiterschichten effizient kontaktiert und gleichzeitig ein großer Anteil der aktiven Fläche des Halbleiterbauelements zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung verwendet werden.
1E zeigt eine vertikale Querschnittsansicht entlang der ersten und der zweiten elektrischen Kontaktstruktur 130, 135. In diesem Bereich liegen zwei Kontaktelemente 137 vor, die die erste Stromverteilungsstruktur 130 mit der ersten Halbleiterschicht 140 verbinden. Weiterhin ist die dielektrische Spiegelschicht 160 stellenweise unterbrochen, so dass die zweite Stromverteilungsstruktur 135 an diesen Stellen die zweite Halbleiterschicht 150 direkt berührt. Wie weiterhin zu sehen ist, ist das Verhältnis von Kontaktfläche S1 zwischen zweiter Kontaktstruktur 135 und zweiter Halbleiterschicht 150 zu S2, d.h. der Länge der zweiten Stromverteilungsstruktur 135, an der die dielektrische Spiegelschicht 160 zwischen zweiter elektrischer Kontaktstruktur 135 und zweiter Halbleiterschicht 150 angeordnet ist, deutlich kleiner als 1. Entsprechend kann eine Absorption elektromagnetischer Strahlung durch die zweite Stromverteilungsstruktur 135 verringert und durch Einstellen des Verhältnisses von S1 zu S2 eingestellt werden.
Wie weiterhin in 1E zu sehen ist, ist die erste Stromverteilungsstruktur 130 über einen ersten Anschlussbereich 190 kontaktierbar. Weiterhin ist die zweite Stromverteilungsstruktur 135 über den zweiten Anschlussbereich 195 kontaktierbar. Beispielsweise ist der zweite Anschlussbereich 195 in einer Kontaktöffnung 197 angeordnet, die in der leitenden transparenten Schicht 170 und der Isolatorschicht 180 ausgebildet ist. Weiterhin kann der zweite Anschlussbereich über eine Seitenwandisolierung 196 von angrenzenden leitenden Schichten isoliert sein. Beispielsweise kann diese Seitenwandisolierung 196 eine dielektrische Spiegelschicht enthalten.
2A zeigt eine vertikale Querschnittsansicht eines optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß weiteren Ausführungsformen zwischen I und I, wie in 2B dargestellt ist. Gemäß den in 2A dargestellten Ausführungsformen umfasst das optoelektronische Halbleiterbauelement eine erste transparente leitfähige Schicht 170, die in einer Ebene zwischen der zweiten Stromverteilungsstruktur 135 und der ersten Stromverteilungsstruktur 130 angeordnet ist. Zusätzlich ist eine zweite transparente leitfähige Schicht 172 zwischen der zweiten Halbleiterschicht 150 und der zweiten Stromverteilungsstruktur 135 angeordnet. Beispielsweise kann die zweite transparente leitfähige Schicht 172 in Kontakt mit der zweiten Halbleiterschicht 150 angeordnet sein und diese flächig bedecken. Eine isolierende Zwischenschicht 173, 174 kann zwischen der ersten und der zweiten transparenten leitfähigen Schicht 170, 172 angeordnet sein. Beispielsweise kann eine Vielzahl von Verbindungselementen 175 vorgesehen sein, um die erste transparente leitfähige Schicht 170 mit der zweiten transparenten leitfähigen Schicht 172 elektrisch zu verbinden. Eine dielektrische Spiegelschicht 160 kann zwischen der zweiten Stromverteilungsstruktur 135 und der zweiten transparenten leitfähigen Schicht 172 angeordnet sein. Gemäß Ausführungsformen kann die dielektrische Spiegelschicht 160 abschnittsweise unterbrochen sein. Bei dieser Anordnung kann der Anteil der zur ersten Hauptoberfläche 115 des optoelektronischen Bauelements hin emittierten elektromagnetischen Strahlung weiter erhöht werden, wie nachfolgend unter Bezugnahme auf 2C beschrieben werden wird.
2B zeigt eine schematische Draufsicht auf Teile des optoelektronischen Bauelements. Zusätzlich zu den in 1B gezeigten Elementen weist das optoelektronische Bauelement eine Vielzahl von Verbindungselementen 175 auf, welche die erste transparente leitfähige Schicht 170 mit der zweiten transparenten leitfähigen Schicht 172 elektrisch verbinden. Weiterhin ist eine isolierende Zwischenschicht 173, 174, beispielsweise eine Winkelfilterschicht zwischen der ersten und der zweiten transparenten leitfähigen Schicht 170, 172 angeordnet.
2C zeigt eine Querschnittsansicht eines Teils des optoelektronischen Bauelements zur Veranschaulichung des Effekts einer Winkelfilterschicht 174, die die isolierende Zwischenschicht 173 darstellt. Tritt emittierte elektromagnetische Strahlung unter einem flachen Winkel α, beispielsweise einem Winkel α>45° bezogen auf eine Oberflächennormale, auf die Grenzfläche zwischen zweiter transparenter leitfähiger Schicht 172 und Winkelfilterschicht 174 auf, so wird diese elektromagnetische Strahlung bereits an der Grenzfläche zwischen zweiter transparenter leitfähiger Schicht 172 und Winkelfilterschicht 174 reflektiert. Unter nicht-flachen Winkeln, beispielsweise Winkeln α<45° bezogen auf die Oberflächennormale, ist die Winkelfilterschicht durchlässig. In Bauelementen ohne Winkelfilterschicht 174 oder vergleichbare Schicht ist es möglich, dass diese Strahlung erst an der Grenzfläche zwischen erster transparenter leitfähiger Schicht 170 und Luft reflektiert wird. Diese reflektierte Strahlung kann dann wiederum durch die gesamte erste transparente leitfähige Schicht 170 hindurch gehen, bevor sie in Richtung der ersten Hauptoberfläche 115 des optoelektronischen Bauelements reflektiert wird. Durch die Winkelfilterschicht können reflexionsbedingte Verluste verringert werden.
Gemäß weiteren Ausführungsformen kann die isolierende Zwischenschicht 173 derart ausgeführt sein, dass sie keine glatte Oberfläche, sondern eine strukturierte, beispielsweise eine aufgeraute Oberfläche hat. Genauer gesagt, wird in diesem Falle die Grenzfläche zwischen isolierender Zwischenschicht 173 und angrenzender erster transparenter leitfähiger Schicht 170 aufgeraut. Als Folge werden die Emissionswinkel der emittierten elektromagnetischen Strahlung zufällig verteilt, wodurch das Risiko der Totalreflexion beim Austritt aus dem optoelektronischen Halbleiterbauelement verringert wird. Als Ergebnis können Verluste der erzeugten elektromagnetischen Strahlung verringert werden.
3A zeigt eine Querschnittsansicht durch einen Teil eines optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß weiteren Ausführungsformen. Zusätzlich zu den Elementen die in 2A dargestellt sind, enthält das optoelektronische Bauelement eine zweite dielektrische Spiegelschicht 167, die zwischen der ersten und der zweiten Stromverteilungsstruktur 130, 135 angeordnet ist.
Beispielsweise ist die zweite dielektrische Spiegelschicht 167 in direktem Kontakt mit der ersten Stromverteilungsstruktur 130 angeordnet. Zusätzlich kann das optoelektronische Halbleiterbauelement eine dritte dielektrische Spiegelschicht 168 enthalten, die über der ersten Stromverteilungsstruktur angeordnet ist. Beispielsweise ist die zweite dielektrische Spiegelschicht 168 an den Seitenwänden der ersten Stromverteilungsstruktur und auf der von der zweiten Stromverteilungsstruktur 135 abgewandten Oberfläche der ersten Stromverteilungsstruktur 130 angeordnet. Gemäß Ausführungsformen ist die erste Stromverteilungsstruktur 130 komplett durch die zweite und die dritte dielektrische Spiegelschicht 167, 168 eingekapselt. Diese Ausgestaltung der ersten Stromverteilungsstruktur 130, die mindestens teilweise von der dielektrischen Spiegelstruktur 167, 168 umgeben ist, ist mit sämtlichen denkbaren Ausführungsformen der Erfindung kombinierbar. Durch diese Anordnung kann die Absorption der elektromagnetischen Strahlung durch die erste Stromverteilungsstruktur 130 weiter verringert werden.
3B zeigt eine schematische Draufsicht auf Teile des optoelektronischen Bauelements gemäß weiteren Ausführungsformen. Gemäß diesen Ausführungsformen ist abweichend von den in 1A bis 1E dargestellten Ausführungsformen die dielektrische Spiegelschicht 160 nicht abschnittsweise unterbrochen, sondern durchgängig ausgebildet. Das heißt, die zweite Stromverteilungsstruktur 135 kann beispielsweise die zweite Halbleiterschicht 150 bzw. die über der zweiten Halbleiterschicht angeordnete zweite transparente leitfähige Schicht 172 nicht direkt berühren. Ein elektrischer Kontakt zwischen der zweiten Stromverteilungsstruktur 135 und der zweiten Halbleiterschicht 150 wird in diesem Fall über die erste transparente leitfähige Schicht 170 sowie gegebenenfalls die Verbindungselemente 175 und die zweite transparente leitfähige Schicht 172 sichergestellt. Dadurch, dass gemäß Ausführungsformen der elektrische Kontakt über die erste transparente leitfähige Schicht 170 bewirkt wird, wird eine homogenere Stromverteilung ermöglicht und als Folge eine homogenere Leuchtdichte erzeugt. In 3B sind weiterhin Positionen des ersten Anschlussbereichs 190 und des zweiten Anschlussbereichs 195 angedeutet. Der erste Anschlussbereich 190 kontaktiert die erste Stromverteilungsstruktur 130 in einer Ebene oberhalb der dielektrischen Spiegelschicht 160.
3C zeigt eine schematische Draufsicht auf Teile eines Halbleiterbauelements gemäß weiteren Ausführungsformen. Zusätzlich zu den in 3A dargestellten Elementen kann beispielsweise eine isolierende Schicht 203 über einer Oberfläche der ersten transparenten leitfähigen Schicht 170 sowie über der ersten Stromverteilungsstruktur 130 angeordnet sein. Gemäß Ausführungsformen kann die erste Stromverteilungsstruktur 130 vollständig von dielektrischen Spiegelschichten 167, 168 eingekapselt sein. Beispielsweise kann die isolierende Schicht 203 ein Polymer oder Harz, beispielsweise ein Silikonharz enthalten. Weiterhin kann ein Konvertermaterial 205 in der isolierenden Schicht 203 angeordnet sein. Wenn die erste Stromverteilungsstruktur 130 mit der dielektrischen Spiegelschicht 168 bedeckt ist, kann das das konvertierte oder Streulicht in größerem Maße reflektiert werden, was zu einer Verbesserung des optoelektronischen Bauelements führt.
Gemäß Ausführungsformen kann das Konvertermaterial Quantenpunkte oder ein optisch gepumpte Nano-Säulen-Konverter oder Quantendrähte umfassen. Beispielsweise kann das Konvertermaterial ein geeignetes Halbleitermaterial, beispielsweise ein epitaktisch gewachsenes Halbleitermaterial enthalten.
Das optoelektronische Halbleiterbauelement kann ferner eine nanostrukturierte Auskoppelschicht 207 aufweisen, welche beispielsweise über dem Konvertermaterial oder über der ersten transparenten leitfähigen Schicht 170 angeordnet sein kann. Beispielsweise kann die nanostrukturierte Auskoppelschicht 207 eine strukturierte Zinnoxidschicht sein. Beispielsweise kann die Auskoppelschicht 207 zu Nanosäulen mit einem Durchmesser von kleiner als 50 nm, beispielsweise kleiner als 20 nm, beispielsweise 10 nm und einer Höhe von einigen 100 nm strukturiert sein. Dadurch kann die Auskoppeleffizienz weiter erhöht werden.
Gemäß den unter Bezugnahme auf die 1A bis 1E beschriebenen Ausführungsformen können beispielsweise die Kontaktelemente 137, die die erste Stromverteilungsstruktur 130 mit der ersten Halbleiterschicht 140 verbinden, in einem zentralen Bereich der ersten Stromverteilungsstrukturen 130 angeordnet sein. Gemäß weiteren Ausführungsformen können die Kontaktelemente 137 jedoch auch seitlich an der ersten Stromverteilungsstruktur 130 angeordnet sein. Beispielsweise können die Kontaktelemente 137 seitlich an der zweiten Stromverteilungsstruktur 135 vorbeigeführt werden. Beispielsweise kann die Kontaktöffnung 138 seitlich an der zweiten Stromverteilungsstruktur 135 vorbeigeführt werden. Dadurch kann die Prozessführung zur Herstellung der Kontaktelemente vereinfacht werden. Gleichzeitig wird der Platzbedarf zur Herstellung der Kontaktelemente 137 nur unwesentlich erhöht. Die spezielle Ausgestaltung der Kontaktelemente 137, wie in 4A dargestellt kann auf alle beschriebenen Ausführungsformen angewandt werden.
4B zeigt eine schematische horizontale Querschnittsansicht des in 4A dargestellten optoelektronischen Bauelements. Wie zu sehen ist, sind gemäß 4B die Kontaktelemente 137 seitlich neben der ersten Stromverteilungsstruktur 130 angeordnet.
5 zeigt eine vertikale Querschnittsansicht des optoelektronischen Bauelements gemäß weiteren Ausführungsformen. Zusätzlich zu den vorstehend beschriebenen Elementen ist eine isolierende Schicht 203 zwischen der transparenten leitfähigen Schicht 170 und der ersten Stromverteilungsstruktur 130 angeordnet. Beispielsweise kann ein Konvertermaterial 205 in der isolierenden Schicht 203 angeordnet sein. Die isolierende Schicht kann beispielsweise eine Polymer- oder Harzschicht sein. Eine Schichtdicke der isolierenden Schicht 203 kann beispielsweise 10 bis 50 um, beispielsweise 25 bis 35 um betragen.
Beispielsweise kann das optoelektronische Bauelement derart ausgestaltet sein, dass die dielektrische Spiegelschicht 160 mindestens abschnittsweise zwischen zweiter Stromverteilungsstruktur 135 und zweiter Halbleiterschicht 150 angeordnet ist. Weiterhin kann eine zweite dielektrische Spiegelschicht 167 auf der Unterseite der ersten Stromverteilungsstruktur 130, d.h. auf der Seite der ersten Stromverteilungsstruktur 130, die der zweiten Stromverteilungsstruktur 135 zugewandt ist, angeordnet sein. Entsprechend wird die Absorption der elektromagnetischen Strahlung durch die erste Stromverteilungsstruktur 130 verringert. Die zweite dielektrische Spiegelschicht 167 kann in direktem Kontakt zu der ersten Stromverteilungsstruktur 130 angeordnet sein.
Das optoelektronische Halbleiterbauelement kann ferner eine nanostrukturierte Auskoppelschicht 207 aufweisen. Die nanostrukturierte Auskoppelschicht 207 kann ähnlich wie die unter Bezugnahme auf 3C beschriebene ausgestaltet sein.
Beispielsweise kann das optoelektronische Halbleiterbauelement hergestellt werden, indem nach Aufbringen der transparenten leitfähigen Schicht 170 ein dünnes Wasserglas mit Konverter auf die sich ergebende Oberfläche gebondet wird. Anschließend werden in dem sich ergebenden Schichtstapel Kontaktöffnungen 138 ausgebildet. Anschließend wird ein leitendes Material in die Kontaktöffnungen 138 eingebracht, beispielsweise Gold. Sodann werden die dielektrische Spiegelschicht 167 und die erste Stromverteilungsstruktur 130 ausgebildet. Dadurch, dass die den Halbleiterschichten zugewandte Seite der ersten und zweiten Stromverteilungsstruktur 130, 135 jeweils mit der dielektrischen Spiegelschicht 160, 167 versehen ist, wird die Absorption der emittierten Strahlung weiter verringert. Ähnlich wie bei optoelektronischen Halbleiterbauelementen, bei denen ein Konverter oberhalb der ersten Stromverteilungsstruktur 130 angeordnet ist, kann auch bei dem in 5 gezeigten optoelektronischen Halbleiterbauelement vermieden werden, dass bereits konvertiertes Licht von der ersten Stromverteilungsstruktur 130 absorbiert wird. Dadurch, dass die dielektrische Spiegelschicht 167 zwischen erster Stromverteilungsstruktur und Konverterelement angeordnet ist, kann bei einer Anordnung des Konverterelements zwischen zweiter Halbleiterschicht 150 und erster Kontaktstruktur 130 eine Absorption der erzeugten elektromagnetischen Strahlung verhindert werden.
Gemäß den beschriebenen Ausführungsformen kann das Konvertermaterial Quantenpunkte oder optisch gepumpte Nano-Säulen oder Quantendrähte umfassen. Beispielsweise kann das Konvertermaterial ein geeignetes Halbleitermaterial, beispielsweise ein epitaktisch gewachsenes Halbleitermaterial enthalten.
6 zeigt eine optoelektronische Vorrichtung 20 gemäß Ausführungsformen. Wie unter Bezugnahme auf 1A beschrieben, kann erzeugte elektromagnetische Strahlung 15 über die erste Hauptoberfläche 115 des optoelektronischen Halbleiterbauelements 10 emittiert werden. Gemäß weiteren Ausführungsformen ist es auch möglich, dass erzeugte elektromagnetische Strahlung 15 über die zweite Hauptoberfläche 120 des transparenten Substrats 100 emittiert wird. Beispielsweise kann das beschriebene optoelektronische Halbleiterbauelement 10 derart auf einen geeigneten Träger 209 aufgebracht werden, dass die erste Hauptoberfläche 110 des Halbleiterschichtstapels dem Träger 209 zugewandt ist, während die zweite Hauptoberfläche 120 des transparenten Substrats 100 vom Träger 209 abgewandt ist. In diesem Fall ist, wie in 6 veranschaulicht, keine dielektrische Spiegelschicht angrenzend an die zweite Hauptoberfläche 120 des transparenten Substrats 100 angeordnet. Beispielsweise können in diesem Fall der erste und der zweite Anschlussbereich 190, 195 derart ausgebildet sein, dass sie von einer Oberfläche des optoelektronischen Halbleiterbauelements hervorstehen. Beispielsweise können sich der erste und der zweite Anschlussbereich 190, 195 jeweils bis zur selben Höhe erstrecken, so dass sie jeweils mit dem Träger 209 zusammengefügt werden können. Beispielsweise kann der Träger 209 einen ersten Kontakt 213 und einen zweiten Kontakt 211 umfassen. Der erste Anschlussbereich 190 kann mit dem ersten Kontakt 213 verbunden werden, und der zweite Anschlussbereich 195 kann mit dem zweiten Kontakt 211 verbunden werden. Dadurch ergibt sich eine optoelektronische Vorrichtung 20 mit kompakter Abmessung.
BEZUGSZEICHENLISTE

10: optoelektronisches Halbleiterbauelement
15: emittierte elektromagnetische Strahlung
20: optoelektronische Vorrichtung
100: Saphirsubstrat
110: erste Hauptoberfläche des Halbleiterschichtstapels
115: erste Hauptoberfläche des optoelektronischen Halbleiterbauelements
120: zweite Hauptoberfläche des Saphirsubstrats
130: erste Stromverteilungsstruktur
135: zweite Stromverteilungsstruktur
137: Kontaktelement
138: Kontaktöffnung
140: erste Halbleiterschicht
150: zweite Halbleiterschicht
160: erste dielektrische Spiegelschicht
165: dielektrische Spiegelschicht
167: zweite dielektrische Spiegelschicht
168: dritte dielektrische Spiegelschicht
170: erste transparente leitfähige Schicht
172: zweite transparente leitfähige Schicht
173: isolierende Zwischenschicht
174: Winkelfilterschicht
175: Verbindungselement
180: Isolatorschicht
185: isolierende Schicht
190: erster Anschlussbereich
195: zweiter Anschlussbereich
196: Seitenwandisolierung
197: Kontaktöffnung
203: isolierende Schicht
205: Konvertermaterial
207: Auskoppelschicht
209: Träger
211: zweiter Kontakt
213: erster Kontakt

Claims

Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) mit einer ersten Halbleiterschicht (140) von einem ersten Leitfähigkeitstyp, einer zweiten Halbleiterschicht (150) von einem zweiten Leitfähigkeitstyp, die über einem Substrat (100) angeordnet sind, wobei die erste Halbleiterschicht (140) zwischen der zweiten Halbleiterschicht (150) und dem Substrat (100) angeordnet ist, einer ersten Stromverteilungsstruktur (130), die mit der ersten Halbleiterschicht (140) elektrisch leitend verbunden ist, einer zweiten Stromverteilungsstruktur (135), die mit der zweiten Halbleiterschicht (150) elektrisch leitend verbunden ist, wobei die erste Stromverteilungsstruktur (130) in einem größeren Abstand von der ersten Halbleiterschicht (140) angeordnet ist als die zweite Stromverteilungsstruktur (135), und das optoelektronische Halbleiterbauelement (10) geeignet ist, emittierte Strahlung (15) über eine von dem Substrat (100) abgewandte Hauptoberfläche (115) des optoelektronischen Halbleiterbauelementes (10) auszugeben, ferner mit einer ersten isolierenden Zwischenschicht, die zwischen der zweiten Stromverteilungsstruktur (135) und der zweiten Halbleiterschicht (150) angeordnet ist, wobei die erste isolierende Zwischenschicht eine erste dielektrische Spiegelschicht (160) umfasst und bei dem die erste und die zweite Stromverteilungsstruktur (130, 135) in einer zu einer Hauptoberfläche des Substrats (100) senkrechten Ebene miteinander überlappen.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) nach Anspruch 1, bei dem die erste isolierende Zwischenschicht abschnittsweise unterbrochen ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die erste dielektrische Spiegelschicht (160) in direktem Kontakt mit der zweiten Stromverteilungsstruktur (135) angeordnet ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die erste Stromverteilungsstruktur (130) über Kontaktelemente (137) mit der ersten Halbleiterschicht (140) verbunden ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) nach Anspruch 4, bei dem die Kontaktelemente (137) die zweite Stromverteilungsstruktur (135) durchdringen.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) nach Anspruch 4 oder 5, ferner umfassend eine vertikale dielektrische Spiegelschicht (185), die an den Seitenwänden der Kontaktelemente (137) angeordnet ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend eine erste transparente leitfähige Schicht (170) in einem Bereich außerhalb der ersten und zweiten Stromverteilungsstruktur (130, 135) .
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) nach Anspruch 7, bei dem die erste transparente leitfähige Schicht (170) in einer Ebene zwischen der ersten und der zweiten Stromverteilungsstruktur (130, 135) angeordnet ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) nach Anspruch 8, ferner umfassend eine zweite transparente leitfähige Schicht (172), die zwischen der zweiten Halbleiterschicht (150) und der ersten transparenten leitfähigen Schicht (170) angeordnet ist, sowie eine zweite isolierende Zwischenschicht (173, 174), die zwischen der ersten transparenten leitfähigen Schicht (170) und der zweiten transparenten leitfähigen Schicht (172) angeordnet ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit einer zweiten dielektrischen Spiegelschicht (167), die zwischen der ersten und der zweiten Stromverteilungsstruktur (130, 135) angeordnet ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) nach Anspruch 10, bei dem die zweite dielektrische Spiegelschicht (167) in direktem Kontakt mit der ersten Stromverteilungsstruktur (130) angeordnet ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit einer dritten dielektrischen Spiegelschicht (168), die über der ersten Stromverteilungsstruktur (130) angeordnet ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin mit einer isolierenden Schicht (203) zwischen der ersten und der zweiten Stromverteilungsstruktur (130, 135), wobei die isolierende Schicht (203) ein Konvertermaterial (205) enthält.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) nach Anspruch 13, bei dem das Konvertermaterial (205) Quantenpunkte, Quantentöpfe oder Quantendrähte enthält.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) nach Anspruch 13, bei dem das Konvertermaterial (205) eine epitaktisch gewachsene Halbleiterschicht umfasst.
Optoelektronisches nach Halbleiterbauelement (10) einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit einer nanostrukturierten Auskoppelschicht (207) über der zweiten Halbleiterschicht (150) .
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit einem ersten Anschlussbereich (190) in Kontakt mit der ersten Stromverteilungsstruktur (130) und einem zweiten Anschlussbereich (195) in Kontakt mit der zweiten Stromverteilungsstruktur (135), wobei der erste Anschlussbereich (190) und der zweite Anschlussbereich (195) gegenüber einer Oberfläche des optoelektronischen Halbleiterbauelements (10) hervorstehen.
Optoelektronische Vorrichtung mit einem optoelektronischen Halbleiterbauelement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und einem Träger (209), wobei das optoelektronische Halbleiterbauelement (10) derart mit dem Träger (209) verbunden ist, dass die zweite Halbleiterschicht (150) einen kürzeren Abstand zu dem Träger (209) hat als die erste Halbleiterschicht (140).