DE20019477U1 - Semiconductor chip for optoelectronics - Google Patents

Semiconductor chip for optoelectronics

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Description

Die Erfindung betrifft einen Halbleiterchip für die Optoelektronik mit einer aktiven Schicht, die eine Photonen emittierende Zone aufweist und die auf einer Befestigungsseite an einem Trägerkörper angebracht ist.The invention relates to a semiconductor chip for optoelectronics with an active layer which has a photon-emitting zone and which is attached to a carrier body on a fastening side.

Derartige in Dünnschichttechnik hergestellte Halbleiterchips sind aus der EP 0 905 797 A2 bekannt. Zur Herstellung des bekannten Halbleiterchips wird üblicherweise eine aktive Schicht auf einem Substrat durch ein Epitaxieverfahren aufgebracht. Auf der Oberseite der aktiven Schicht wird daraufhin ein Trägerkörper befestigt und das Substrat entfernt. Vorteilhafterweise befindet sich zwischen dem Trägerkörper und der aktiven Schicht eine metallische Reflexionsschicht, so daß kein Licht vom Trägerkörper absorbiert wird. Die bekannten Halbleiterchips eignen sich insbesondere für Anwendungen, in denen eine hohe optische Leistung erforderlich ist.Such semiconductor chips produced using thin-film technology are known from EP 0 905 797 A2. To produce the known semiconductor chip, an active layer is usually applied to a substrate using an epitaxy process. A carrier body is then attached to the top of the active layer and the substrate is removed. A metallic reflection layer is advantageously located between the carrier body and the active layer so that no light is absorbed by the carrier body. The known semiconductor chips are particularly suitable for applications in which high optical performance is required.

Ein Nachteil der bekannten, in Dünnschichttechnik hergestellten Halbleiterchips ist, daß die zwischen Trägerkörper und der aktiven Schicht angeordnete metallische Reflexionsschicht bei kurzen Wellenlängen im allgemeinen keine zufriedenstellende Reflektität aufweisen. Insbesondere bei einer Wellenlänge von weniger als 600 nm kommt nur noch Gold für die metallische Reflexionsschicht in Frage.A disadvantage of the known semiconductor chips produced using thin-film technology is that the metallic reflection layer arranged between the carrier body and the active layer generally does not have satisfactory reflectivity at short wavelengths. In particular, at a wavelength of less than 600 nm, gold is the only material that can be used for the metallic reflection layer.

Außerdem können große Flächen, wie die metallische Reflexionsschicht, nur schwer gebondet werden. Durch das Bonden und das Legieren der metallischen Kontaktschicht wird außerdem die Qualität der metallischen Reflexionsschicht im allgemeinen beeinträchtigt.In addition, large areas such as the metallic reflective layer are difficult to bond. Bonding and alloying of the metallic contact layer also generally impairs the quality of the metallic reflective layer.

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Weiter ist aus der DE 198 07 758 Al ein pyramidenstumpfförmiger Halbleiterchip bekannt, der eine aktive, Licht emittie-Furthermore, from DE 198 07 758 Al a truncated pyramid-shaped semiconductor chip is known which has an active, light-emitting

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rende Zone zwischen einer oberen Fensterschicht und einer unteren Fensterschicht aufweist. Die Ausrichtung der Seitenwände bewirkt, daß auf die Seitenwände auftreffendes Licht totalreflektiert wird und nahezu rechtwinklig auf die Oberfläche des Halbleiterelements auftrifft. Dadurch tritt ein Teil des von der aktiven Zone emittierten Lichts innerhalb des Austrittkegels des Halbleiterelements auf die Oberfläche. Um zu einer signifikanten Steigerung der Lichtausbeute zu führen, setzt dieses Konzept eine Mindestdicke für die obere und untere Fensterschicht voraus. Bei dem bekannten pyramidenstumpf förmigen Halbleiterelement beträgt die Dicke der oberen und unteren Fensterschicht wenigstens 50,8 &mgr;&idiagr;&eegr;.zone between an upper window layer and a lower window layer. The alignment of the side walls means that light striking the side walls is totally reflected and strikes the surface of the semiconductor element at almost a right angle. As a result, part of the light emitted by the active zone hits the surface within the exit cone of the semiconductor element. In order to lead to a significant increase in the light output, this concept requires a minimum thickness for the upper and lower window layers. In the known truncated pyramid-shaped semiconductor element, the thickness of the upper and lower window layers is at least 50.8 μηη.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen in Dünnschichttechnik herstellbaren Halbleiterchip mit verbesserter Lichtauskopplung zu schaffen.Based on this prior art, the invention is based on the object of creating a semiconductor chip that can be produced using thin-film technology and has improved light extraction.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die aktive Zone durch eine in die aktive Schicht von der Befestigungsseite her eingebrachte Ausnehmung unterbrochen ist, deren Querschnittsfläche mit zunehmender Tiefe abnimmt.This object is achieved according to the invention in that the active zone is interrupted by a recess made in the active layer from the fastening side, the cross-sectional area of which decreases with increasing depth.

Durch Ausnehmungen kann die Befestigungsseite des Halbleiterchips wesentlich verkleinert werden, so'daß das Bonden der aktiven Schicht auf dem Trägerkörper problemlos durchgeführt werden kann. Durch die Ausnehmungen werden außerdem Seitenflächen geschaffen, an denen ein Teil der von der aktiven Zone emittierten Photonen so reflektiert wird, daß die Photonen innerhalb des Austrittkegels auf die der Befestigungsfläche gegenüberliegende Austrittsfläche der aktiven Schicht auftreffen. Bei dem Halbleiterchip gemäß der Erfindung wird gewissermaßen die Reflexion an der durchgehenden Reflexionsschicht durch die Reflexion an den Seitenflächen der Ausnehmungen ersetzt.The recesses allow the fastening side of the semiconductor chip to be made significantly smaller, so that the active layer can be bonded to the carrier body without any problems. The recesses also create side surfaces on which some of the photons emitted by the active zone are reflected in such a way that the photons within the exit cone impinge on the exit surface of the active layer opposite the fastening surface. In the semiconductor chip according to the invention, the reflection on the continuous reflection layer is, to a certain extent, replaced by the reflection on the side surfaces of the recesses.

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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind durch die Ausnehmungen Erhebungen auf einer Verbindungsschicht der aktiven Schicht gebildet.In a preferred embodiment of the invention, elevations are formed on a connecting layer of the active layer by the recesses.

Derartige Erhebungen wirken als Kollimatoren, die die Trajektorien der von der aktiven Zone emittierten Photonen nahezu im rechten Winkel zu der Austrittsfläche des Halbleiterchips ausrichten. Dadurch trifft ein Großteil der emittierten Photonen innerhalb des Austrittskegels auf die Austrittsfläche auf und kann den Halbleiterchip verlassen.Such elevations act as collimators that align the trajectories of the photons emitted from the active zone almost at right angles to the exit surface of the semiconductor chip. As a result, a large proportion of the emitted photons hit the exit surface within the exit cone and can leave the semiconductor chip.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Verbindungsschicht so ausgebildet, daß wenigstens eine Trajektorie der von der aktiven Zone emittierten Photonen von der jeweiligen Erhebung zu einer der benachbarten Erhebungen führt.In a further preferred embodiment, the connecting layer is designed such that at least one trajectory of the photons emitted by the active zone leads from the respective elevation to one of the neighboring elevations.

Durch die optische Kopplung der Erhebungen können Photonen, die nicht an einer der Seitenflächen der ursprünglichen Erhebung reflektiert worden sind, in eine der benachbarten Erhebungen gelangen und dort an den Seitenflächen der jeweiligen Erhebung so reflektiert werden, daß sie innerhalb des Austrittskegels auf die Austrittsfläche treffen.Due to the optical coupling of the elevations, photons that have not been reflected on one of the side surfaces of the original elevation can reach one of the neighboring elevations and be reflected there on the side surfaces of the respective elevation in such a way that they hit the exit surface within the exit cone.

Ferner sind bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung die Erhebungen mit konkaven Seitenflächen ausgestattet.Furthermore, in an advantageous embodiment of the invention, the elevations are equipped with concave side surfaces.

Durch diese Maßnahmen werden Photonen, die an der Austrittsfläche zunächst reflektiert werden mit jeder weiteren Reflexion an der Seitenfläche der Erhebungen zunehmend aufgestellt, so daß sie schließlich innerhalb des Austrittskegels auf die Austrittsfläche treffen.Through these measures, photons that are initially reflected at the exit surface are increasingly aligned with each subsequent reflection on the side surface of the elevations, so that they finally hit the exit surface within the exit cone.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform, sind die Erhebungen mit einer Reflexionsschicht bedeckt.In a further preferred embodiment, the elevations are covered with a reflective layer.

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Durch diese Maßnahme werden sämtliche auf die Seitenfläche der Erhebungen treffenden Lichtstrahlen in Richtung auf die Austrittsseite des Halbleiterchips gelenkt.This measure directs all light rays hitting the side surface of the elevations towards the exit side of the semiconductor chip.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.Further advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.

Nachfolgend wird die Erfindung im einzelnen anhand der beigefügten Zeichnung erläutert. Es zeigen:The invention is explained in detail below with reference to the accompanying drawings. They show:

Figur 1 einen Querschnitt durch einen Halbleiterchip gemäß der Erfindung;Figure 1 shows a cross section through a semiconductor chip according to the invention;

Figur 2 einen Querschnitt durch ein.weiteres Ausführungsbeispiel eines Halbleiterchips gemäß der Erfindung,Figure 2 shows a cross section through a further embodiment of a semiconductor chip according to the invention,

bei dem die aktive Zone jeweils innerhalb von pyramidenstumpf förmigen Erhebungen angeordnet ist;in which the active zone is arranged within truncated pyramid-shaped elevations;

Figur 3 einen Querschnitt durch einen Halbleiterchip gemäß der Erfindung, der mit Erhebungen ausgestattet ist,Figure 3 shows a cross section through a semiconductor chip according to the invention, which is equipped with elevations,

die konkave Seitenflächen aufweisen; undwhich have concave side surfaces; and

Figur 4 ein Diagramm, das die Steigerung der Lichtausbeute bei dem Halbleiterchips gemäß der Erfindung im Vergleich zu herkömmlichen Halbleiterchips zeigt.Figure 4 is a diagram showing the increase in light output of the semiconductor chip according to the invention compared to conventional semiconductor chips.

Der in Figur 1 dargestellte Halbleiterchip weist einen Trägerkörper 1 auf, auf dem die aktive Schicht 2 angebracht ist. Der Deutlichkeit halber ist in Figur 1 die Dicke der aktiven Schicht 2 im Verhältnis zu der Dicke des Trägerkörpers 1 übertrieben gezeichnet. Die aktive Schicht 2 weist eine Photonen emittierende, aktive Zone 3 auf, die jeweils auf einer mittleren Höhe in Erhebungen 4 ausgebildet ist. Die Erhebungen 4 können pyramidenstumpfartig oder kegelstumpfartig ausgebildet sein.The semiconductor chip shown in Figure 1 has a carrier body 1 on which the active layer 2 is applied. For the sake of clarity, the thickness of the active layer 2 is exaggerated in relation to the thickness of the carrier body 1 in Figure 1. The active layer 2 has a photon-emitting, active zone 3, which is formed in elevations 4 at a medium height. The elevations 4 can be truncated pyramid-shaped or truncated cone-shaped.

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Die Erhebungen 4 sind auf einer Verbindungsschicht 5 angeordnet, die auf einer flachen Vorderseite 6 eine zentrale vorderseitige Kontaktstelle 7 aufweist, die von einer Metallisierungsschicht gebildet ist. Die rückseitigen, von Ausnehmungen 8 gebildeten Erhebungen 4 sind mit einer Reflexionsschicht bedeckt, die aus einer dielektrischen Isolierschicht 9 und einer darauf aufgebrachten Metallisierungsschicht 10 besteht. Die Isolierschicht 9 ist entlang einer Grundfläche 11 der Erhebungen 4 durch Durchkontaktierungen 12 unterbrochen, die von metallisierten Abschnitten gebildet werden.The elevations 4 are arranged on a connecting layer 5, which has a central front-side contact point 7 on a flat front side 6, which is formed by a metallization layer. The rear elevations 4, formed by recesses 8, are covered with a reflection layer, which consists of a dielectric insulating layer 9 and a metallization layer 10 applied thereto. The insulating layer 9 is interrupted along a base area 11 of the elevations 4 by vias 12, which are formed by metallized sections.

Zur Herstellung des in Figur 1 dargestellten Halbleiterchips wird zunächst auf einem Grundsubstrat die aktive Schicht 2 epitaktisch aufgewachsen. Die aktive Schicht 2 kann beispielsweise auf der Basis von InGaAlP hergestellt werden. Dabei wird zunächst die Verbindungsschicht 5 auf dem Grundsubstrat ausgebildet 'und anschließend mit einer Konzentration oberhalb von 1018 cm"3 dotiert, um eine gute Leitfähigkeit der Verbindungsschicht 5 zu gewährleisten. Denn eine gute Leitfähigkeit der Verbindungsschicht 5 ist Voraussetzung dafür, daß auf der Vorderseite 6 eine zentrale Kontaktstelle 7 für die Versorgung der aktiven Zone 3 mit Strom genügt. Außerdem ist die Zusammensetzung der Verbindungsschicht 5 so gewählt, daß sie für die in der aktiven Zone erzeugten Photonen transparent ist. Dies läßt sich üblicherweise über eine Einstellung der Bandlücke durch die Zusammensetzung des Materials der Verbindungsschicht 5 bewerkstelligen.To produce the semiconductor chip shown in Figure 1, the active layer 2 is first grown epitaxially on a base substrate. The active layer 2 can be produced, for example, on the basis of InGaAlP. The connecting layer 5 is first formed on the base substrate and then doped with a concentration above 10 18 cm" 3 in order to ensure good conductivity of the connecting layer 5. Good conductivity of the connecting layer 5 is a prerequisite for a central contact point 7 on the front side 6 to be sufficient to supply the active zone 3 with current. In addition, the composition of the connecting layer 5 is selected such that it is transparent to the photons generated in the active zone. This can usually be achieved by adjusting the band gap through the composition of the material of the connecting layer 5.

Anschließend wird eine weitere Schicht auf der Verbindungs-Schicht 5 aufgebracht, in die die Erhebungen 4 mit geeigneten naß- oder trockenchemischen Ätzverfahren eingebracht werden. Derartige Ätzverfahren sind bekannt und sind nicht Gegenstand der Anmeldung. Die Erhebungen 4 werden vorzugsweise in den für die Halbleiterchips vorgesehene Bereichen ausgebildet. Dies sind Bereich mit typischen Außenabmessungen von 400 &khgr; 400 &mgr;&idiagr;&eegr;2. Die Erhebungen 4 weisen Außenabmessungen auf, die im Bereich der Schichtdicke der aktiven Schicht 2 liegen. DieThen a further layer is applied to the connecting layer 5, into which the elevations 4 are introduced using suitable wet or dry chemical etching processes. Such etching processes are known and are not the subject of the application. The elevations 4 are preferably formed in the areas intended for the semiconductor chips. These are areas with typical external dimensions of 400 x 400 μm 2 . The elevations 4 have external dimensions that are in the range of the layer thickness of the active layer 2. The

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Außenabmessungen der Erhebungen 4 liegen daher im Bereich von 10 &mgr;&iacgr;&tgr;&igr;.The external dimensions of the elevations 4 are therefore in the range of 10 μm.

In einem weiteren Verfahrensschritt erfolgt das Abscheiden der Isolierschicht 9 auf den Erhebungen 4 und das Ausbilden der Durchkontaktierungen 12. Danach wird die Metallisierungsschicht 10 aufgebracht.In a further process step, the insulating layer 9 is deposited on the elevations 4 and the vias 12 are formed. The metallization layer 10 is then applied.

Anschließend wird die aktive Schicht 3 entsprechend der vorgesehenen Zahl von Halbleiterchips aufgetrennt. Dies erfolgt beispielsweise durch Naßätzen.The active layer 3 is then separated according to the intended number of semiconductor chips. This is done, for example, by wet etching.

Dann werden die vereinzelten aktiven Schichten am Trägerkörper 1 beispielsweise durch eutektisches Bonden befestigt und das Grundsubstrat durch Naßätzen entfernt. Abschließend werden die Kontaktstellen 7 auf der freigelegten Vorderseite der aktiven Schicht 2 ausgebildet und die Halbleiterchips, durch Trennen des Trägerkörpers 1 vereinzelt.Then the isolated active layers are attached to the carrier body 1, for example by eutectic bonding, and the base substrate is removed by wet etching. Finally, the contact points 7 are formed on the exposed front side of the active layer 2 and the semiconductor chips are isolated by separating the carrier body 1.

Der in Figur 1 dargestellte Halbleiterchip weist den Vorteil auf, daß die von der aktiven Zone 3 erzeugten Photonen nicht auf Komponenten des Halbleiterchips treffen, die diese absorbieren. Denn durch die Metallisierungsschicht 10 werden die Photonen vom Trägerkörper 1 ferngehalten.The semiconductor chip shown in Figure 1 has the advantage that the photons generated by the active zone 3 do not hit components of the semiconductor chip, which absorb them. This is because the metallization layer 10 keeps the photons away from the carrier body 1.

Ein weiterer Vorteil ist, daß bei dem Halbleiterchip aus Figur 1 ein Großteil der von der aktiven Zone 3 emittierten Photonen an Seitenflächen 13 der Erhebungen 4 totalreflektiert wird. Die an den Seitenflächen 13 totalreflektierten Photonen treffen auf die Vorderseite 6 unter einem großen Winkel. Insbesondere trifft ein Teil der Photonen, der ohne Reflexion an den Seitenflächen 13 an der Vorderseite totalreflektiert würde, auf die Vorderseite 6 innerhalb des Austrittskegels und kann daher den Halbleiterchip verlassen. Bei dem Halbleiterchip gemäß Figur 1 wird daher die Reflexion an der aus dem Stand der Technik bekannten durchgehenden Grundfläche zumindest teilweise durch die Totalreflexion an denA further advantage is that in the semiconductor chip of Figure 1, a large proportion of the photons emitted by the active zone 3 are totally reflected at the side surfaces 13 of the elevations 4. The photons totally reflected at the side surfaces 13 strike the front side 6 at a large angle. In particular, a portion of the photons that would be totally reflected at the front without reflection at the side surfaces 13 strike the front side 6 within the exit cone and can therefore leave the semiconductor chip. In the semiconductor chip according to Figure 1, the reflection at the continuous base surface known from the prior art is therefore at least partially compensated for by the total reflection at the

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Seitenflächen 13 ersetzt. Daher weist der Halbleiterchip aus Figur 1 im Vergleich zu herkömmlichen Halbleiterchips ohne Ausnehmungen 8 eine nahezu um den Faktor 2 gesteigerte Lichtausbeute auf.
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side surfaces 13. Therefore, the semiconductor chip from Figure 1 has a light yield that is increased by a factor of almost 2 compared to conventional semiconductor chips without recesses 8.
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Der beschriebene Effekt sei im folgenden anhand der in der Figur 2 und 3 dargestellten weiteren Ausführungsbeispiele im einzelnen erläutert.The described effect will be explained in detail below using the further embodiments shown in Figures 2 and 3.

Betrachtet seien eine Reihe von Lichtstrahlen, wobei der Begriff Lichtstrahlen nicht als eine Einschränkung auf eine bestimmte Wellenlänge, sondern als Bezugnahme auf die Methoden der geometrischen Optik, unabhängig von der Wellenlänge, verstanden werden soll.Consider a series of light rays, whereby the term light rays should not be understood as a restriction to a specific wavelength, but as a reference to the methods of geometric optics, independent of the wavelength.

Bei dem in Figur 2 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Erhebungen 4 pyramidenstumpfförmig ausgebildet und lediglich an der Grundfläche 11 der Erhebungen 4 über eine Kontaktschicht 14 am Trägerkörper 1 befestigt. Durch die Kontaktschicht 14 wird die aktive Zone 3 mit Strom versorgt.In the embodiment shown in Figure 2, the elevations 4 are truncated pyramid-shaped and are only attached to the base surface 11 of the elevations 4 via a contact layer 14 on the carrier body 1. The active zone 3 is supplied with current through the contact layer 14.

Aufgrund der großen Differenz zwischen den Brechungsindizes von Halbleitern zu Gießharz von 3,5 zu Werten zwischen 1,5 und 2 können an der Grenzfläche zwischen Halbleiter und Gießharz nur Lichtstrahlen aus dem Halbleiter auskoppeln, die innerhalb eines Austrittskegels mit einem Öffnungswinkel von etwa 16° auf die Grenzfläche auftreffen. Bei einem winkelmäßig gleich verteilten Einfall der Lichtstrahlen entspricht dies etwa 2% der auf eine Flächeneinheit einfallenden Lichtstrahlen. Due to the large difference between the refractive indices of semiconductors and casting resin, from 3.5 to values between 1.5 and 2, only light rays that hit the interface within an exit cone with an opening angle of about 16° can be coupled out of the semiconductor at the interface between semiconductor and casting resin. If the light rays are distributed evenly in terms of angle, this corresponds to about 2% of the light rays incident on a unit area.

Durch die Erhebungen 4 werden die von der aktiven Schicht 2 ausgehende Lichtstrahlen in Richtung auf die Vorderseite 6 gelenkt. Die Erhebungen 4 wirken daher als Kollimatoren, in deren Brennfläche sich die aktive Zone 3 befindet. Die Erhebungen 4 bewirken, daß die auf die Seitenflächen 13 auftreffenden Lichtstrahlen in Richtung auf die Vorderseite 6 aufge-The elevations 4 direct the light rays emanating from the active layer 2 in the direction of the front side 6. The elevations 4 therefore act as collimators, in whose focal surface the active zone 3 is located. The elevations 4 cause the light rays impinging on the side surfaces 13 to be directed in the direction of the front side 6.

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stellt werden und dort innerhalb des Austrittskegels auftreffen, so daß sie den Halbleiterchip verlassen können. Die Lichtausbeute kann dabei durch eine geeignete Wahl der Abmessungen der Grundfläche 11, des Neigungswinkels der Seitenfläehe 13 und der Höhe der Erhebungen 4 sowie die Lage der aktiven Zone 3 optimiert werden.and hit within the exit cone so that they can leave the semiconductor chip. The light output can be optimized by a suitable choice of the dimensions of the base area 11, the angle of inclination of the side area 13 and the height of the elevations 4 as well as the position of the active zone 3.

In Figur 2 ist ein Lichtstrahl 15 gezeigt, der zunächst an der Seitenfläche 13 totalreflektiert und von dort zur Vorderseite 6 gelenkt wird. Auf der Vorderseite 6 trifft der Lichtstrahl 15 innerhalb des Austrittskegels auf die Grenzfläche auf und kann daher den Halbleiterchip verlassen. Ohne die Totalreflexion an der Seitenfläche 13 wäre der Lichtstrahl 15 an der Vorderseite 6 totalreflektiert und zu einer der aus dem Stand der Technik bekannten Reflexionsschichten zurückgelenkt worden, wo er erneut reflektiert worden wäre. Insofern wird bei dem in Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel die Reflexion an der herkömmlichen durchgehenden Reflexionsschicht durch die Reflexion an den Seitenflächen 13 ersetzt.Figure 2 shows a light beam 15 that is initially totally reflected at the side surface 13 and from there directed to the front side 6. On the front side 6, the light beam 15 hits the interface within the exit cone and can therefore leave the semiconductor chip. Without the total reflection at the side surface 13, the light beam 15 would have been totally reflected at the front side 6 and directed back to one of the reflection layers known from the prior art, where it would have been reflected again. In this respect, in the embodiment shown in Figure 2, the reflection at the conventional continuous reflection layer is replaced by the reflection at the side surfaces 13.

Dies gilt auch für einen Lichtstrahl 16, der zunächst an der Grundfläche 11 und dann an der Seitenfläche 13 reflektiert wird. Auch der Lichtstrahl 16 wird nach der zweiten Reflexion zu der Vorderseite 6 gelenkt, wo er innerhalb des Austrittskegeis auftrifft. Ohne die Reflexion an der Seitenfläche 13 wäre der Lichtstrahl 16 ebenfalls an der Vorderseite 6 totalreflektiert und zu einer rückseitigen Reflexionsschicht zurückgelenkt worden.This also applies to a light beam 16 that is first reflected at the base surface 11 and then at the side surface 13. The light beam 16 is also directed to the front side 6 after the second reflection, where it impinges within the exit cone. Without the reflection at the side surface 13, the light beam 16 would also have been totally reflected at the front side 6 and directed back to a rear reflective layer.

Von Vorteil ist ferner, daß die Erhebungen 4 über die Verbindungsschicht 5 optisch gekoppelt sind. Unter der optischen Kopplung soll in diesem Zusammenhang verstanden werden, daß wenigstens einer der von der aktiven Schicht 2 ausgehenden Lichtstrahlen über eine Mittellinie 17 hinweg von dem Bereich einer der Erhebungen 4 in den Bereich einer der benachbarten Erhebungen 4 gelangen kann. Denn durch die optische Kopplung mit Hilfe der Verbindungsschicht 5 kann ein Lichtstrahl 18,It is also advantageous that the elevations 4 are optically coupled via the connecting layer 5. In this context, optical coupling is to be understood as meaning that at least one of the light beams emanating from the active layer 2 can pass over a center line 17 from the area of one of the elevations 4 into the area of one of the neighboring elevations 4. This is because the optical coupling with the aid of the connecting layer 5 enables a light beam 18,

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der nicht auf eine der Seitenflächen 13 der jeweiligen Erhebungen 4 trifft, auf eine der Seitenflächen 13 einer der benachbarten Erhebungen 4 treffen und dort zur Vorderseite 6 gelenkt werden, wo er innerhalb des Austrittskegels auftrifft. Durch die optische Kopplung über die Verbindungsschicht 5 wird daher die Lichtausbeute weiter gesteigert.which does not strike one of the side surfaces 13 of the respective elevations 4, strike one of the side surfaces 13 of one of the adjacent elevations 4 and are directed there to the front side 6, where it strikes within the exit cone. The light yield is therefore further increased by the optical coupling via the connecting layer 5.

In Figur 3 ist schließlich ein Querschnitt durch ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel des Halbleiterchips dargestellt, bei dem die Erhebungen 4 kegelstumpfförmig mit konkaven Seitenflächen 13 ausgebildet sind. Die Ausgestaltung der Seitenflächen 13 führt dazu, daß ein zwischen der Vorderseite 6 und der Seitenfläche 13 hin und her reflektierter Lichtstrahl 18 bei Annäherung an die Mittellinie 17 zunehmend aufgestellt wird, bis er innerhalb des Austrittskegels auf die Vorderseite 6 auftrifft. Das gleiche gilt für Lichtstrahlen 9, die zunächst über die Verbindungsschicht 5 von jeweils einer Erhebung 4 zur benachbarten Erhebung 4 gelangen und dort in einem großen Winkel zur Vorderseite 6 gebracht werden.Finally, Figure 3 shows a cross-section through a modified embodiment of the semiconductor chip, in which the elevations 4 are truncated cone-shaped with concave side surfaces 13. The design of the side surfaces 13 means that a light beam 18 reflected back and forth between the front side 6 and the side surface 13 is increasingly aligned as it approaches the center line 17 until it strikes the front side 6 within the exit cone. The same applies to light beams 9, which initially pass from one elevation 4 to the neighboring elevation 4 via the connecting layer 5 and are brought there at a large angle to the front side 6.

In Figur 4 ist schließlich ein Diagramm dargestellt, in dem eine Meßkurve 20 die Abhängigkeit der Lichtausbeute in relativen Einheiten vom Betriebsstrom bei Pulsbetrieb für eine herkömmliche, in Dünnfilmtechnik hergestellte Leuchtdiode darstellt. Eine weitere Meßkurve 21 veranschaulicht die Abhängigkeit der Lichtausbeute in relativen Einheiten in Abhängigkeit vom Betriebsstrom für eine Leuchtdiode gemäß dem in Figur 3 dargestellten Ausführungsbeispiel. Figur 4 ist zu entnehmen, daß die Lichtausbeute bei dem in Figur 3 dargestellten Ausführungsbeispielen etwa das Doppelte der Lichtausbeute von herkömmlichen Halbleiterchips ohne Ausnehmungen 8 aufweist.Finally, Figure 4 shows a diagram in which a measurement curve 20 shows the dependence of the light output in relative units on the operating current in pulsed operation for a conventional light-emitting diode produced using thin-film technology. A further measurement curve 21 illustrates the dependence of the light output in relative units on the operating current for a light-emitting diode according to the embodiment shown in Figure 3. It can be seen from Figure 4 that the light output in the embodiment shown in Figure 3 is approximately twice the light output of conventional semiconductor chips without recesses 8.

Claims (13)

1. Halbleiterchip für die Optoelektronik mit einer aktiven Schicht (2), die eine Photonen emittierende Zone (3) aufweist und die auf einer Befestigungsseite (11) an einem Trägerkörper angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß die aktive Zone (3) durch eine in die aktive Schicht (2) von der Befestigungsseite (11) her eingebrachte Ausnehmung (8) unterbrochen ist, deren Querschnittsfläche mit zunehmender Tiefe abnimmt. 1. Semiconductor chip for optoelectronics with an active layer ( 2 ) which has a photon-emitting zone ( 3 ) and which is attached to a carrier body on a fastening side ( 11 ), characterized in that the active zone ( 3 ) is interrupted by a recess ( 8 ) made in the active layer ( 2 ) from the fastening side ( 11 ), the cross-sectional area of which decreases with increasing depth. 2. Halbleiterchip nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine Vielzahl von Ausnehmungen (8) Erhebungen (4) auf einer Verbindungsschicht (5) der aktiven Schicht (2) gebildet sind. 2. Semiconductor chip according to claim 1, characterized in that elevations ( 4 ) are formed on a connecting layer ( 5 ) of the active layer ( 2 ) by a plurality of recesses ( 8 ). 3. Halbleiterchip nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Trajektorie (18) der von der aktiven Zone (3) emittierten Photonen von der jeweiligen Erhebung (4) zu einer der benachbarten Erhebungen (4) führt. 3. Semiconductor chip according to claim 2, characterized in that at least one trajectory ( 18 ) of the photons emitted by the active zone ( 3 ) leads from the respective elevation ( 4 ) to one of the adjacent elevations ( 4 ). 4. Halbleiterchip nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Erhebungen (4) zum Trägerkörper hin verjüngen. 4. Semiconductor chip according to claim 2 or 3, characterized in that the elevations ( 4 ) taper towards the carrier body. 5. Halbleiterchip nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhebungen (4) konkave Seitenflächen (13) aufweisen. 5. Semiconductor chip according to claim 4, characterized in that the elevations ( 4 ) have concave side surfaces ( 13 ). 6. Halbleiterchip nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhebungen (4) pyramidenstumpfförmig ausgebildet sind. 6. Semiconductor chip according to one of claims 2 to 5, characterized in that the elevations ( 4 ) are truncated pyramid-shaped. 7. Halbleiterchip nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die aktive Zone (2) auf mittlerer Höhe in den Erhebungen (4) angeordnet ist. 7. Semiconductor chip according to one of claims 2 to 6, characterized in that the active zone ( 2 ) is arranged at a medium height in the elevations ( 4 ). 8. Halbleiterchip nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsschicht (5) für die von der aktiven Zone (3) emittierten Photonen transparent ist. 8. Semiconductor chip according to one of claims 2 to 7, characterized in that the connecting layer ( 5 ) is transparent to the photons emitted by the active zone ( 3 ). 9. Halbleiterchip nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsschicht (5) hoch dotiert ist. 9. Semiconductor chip according to one of claims 2 to 8, characterized in that the connecting layer ( 5 ) is highly doped. 10. Halbleiterchip nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhebungen (4) mit einer Reflexionsschicht (9, 10) bedeckt sind. 10. Semiconductor chip according to one of claims 2 to 9, characterized in that the elevations ( 4 ) are covered with a reflection layer ( 9 , 10 ). 11. Halbleiterchip nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflexionsschicht eine mit einer Isolierschicht (9) unterlegte Metallisierungsschicht (10) aufweist. 11. Semiconductor chip according to claim 10, characterized in that the reflection layer has a metallization layer ( 10 ) underlaid with an insulating layer ( 9 ). 12. Halbleiterchip nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die aktive Schicht (2) eine Dicke von weniger als 50 µm aufweist. 12. Semiconductor chip according to one of claims 1 to 11, characterized in that the active layer ( 2 ) has a thickness of less than 50 µm. 13. Halbleiterchip nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die aktive Schicht (2) eine Dicke von weniger als 30 µm aufweist. 13. Semiconductor chip according to claim 12, characterized in that the active layer ( 2 ) has a thickness of less than 30 µm.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7294866B2 (en) 2004-03-01 2007-11-13 Epistar Corporation Flip-chip light-emitting device with micro-reflector
DE102012107795A1 (en) * 2012-08-23 2014-02-27 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optoelectronic semiconductor body and optoelectronic semiconductor chip

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7294866B2 (en) 2004-03-01 2007-11-13 Epistar Corporation Flip-chip light-emitting device with micro-reflector
DE102012107795A1 (en) * 2012-08-23 2014-02-27 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optoelectronic semiconductor body and optoelectronic semiconductor chip
US9306114B2 (en) 2012-08-23 2016-04-05 Osram Opto Semiconductors Gmbh III-V compound semiconductor-based-light-emitting diode device with embedded charge carrier barrier
DE102012107795B4 (en) 2012-08-23 2022-02-03 OSRAM Opto Semiconductors Gesellschaft mit beschränkter Haftung Optoelectronic semiconductor body and optoelectronic semiconductor chip

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