WO2010022694A1 - Optoelektronischer halbleiterchip - Google Patents

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WO2010022694A1
WO2010022694A1 PCT/DE2009/001038 DE2009001038W WO2010022694A1 WO 2010022694 A1 WO2010022694 A1 WO 2010022694A1 DE 2009001038 W DE2009001038 W DE 2009001038W WO 2010022694 A1 WO2010022694 A1 WO 2010022694A1
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structural units
semiconductor chip
layer
chip according
semiconductor
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PCT/DE2009/001038
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Norbert Linder
Christopher Wiesmann
Ralph Wirth
Ross Stanley
Romuald Houdre
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Osram Opto Semiconductors Gmbh
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Publication date
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    • H01L33/46—Reflective coating, e.g. dielectric Bragg reflector

Definitions

  • the present application relates to an electromagnetic radiation emitting semiconductor chip having an active layer, which is provided for the emission of the electromagnetic radiation.
  • the chip has a two-dimensional arrangement of structural units, which is arranged downstream of the active layer in a main emission direction of the semiconductor chip.
  • Radiation-emitting semiconductor chips are known in which a two-dimensional photonic crystal is arranged downstream of the active layer in a main emission direction.
  • a two-dimensional photonic crystal in the literal sense has a two-dimensional and in two dimensions periodic arrangement of regions with different refractive indices. Photonic crystals influence the propagation of electromagnetic radiation by diffraction and interference.
  • photonic crystals Analogous to crystals that have an electronic band structure, photonic crystals have a photonic band structure.
  • the photonic band structure may include areas of forbidden energy in which electromagnetic waves can not propagate within the crystal. This is called photonic band gaps.
  • An example of a radiation-emitting semiconductor chip with a two-dimensional photonic crystal is described in US Pat. No. 5,955,749. In this document it is stated that an increased radiation decoupling from the semiconductor chip can be realized by means of such a photonic crystal.
  • the semiconductor chip should have a directional emission characteristic in which the electromagnetic radiation is emitted for the most part within a relatively narrow emission cone.
  • the so-called Lambert 'radiation characteristic of a Lambert' see surface radiator could be referred to, which has an approximately direction-independent radiation density.
  • a radiation may be desirable in which a large part of the electromagnetic radiation is emitted in shallow angle (sublambert 'see emission).
  • An electromagnetic radiation-emitting semiconductor chip which has an active layer which is provided for the emission of the electromagnetic radiation.
  • the semiconductor chip comprises a two-dimensional arrangement of structural units arranged downstream of the active layer in a main emission direction of the semiconductor chip.
  • the structural units are arranged in an arbitrary statistical distribution.
  • the arbitrary statistical distribution of the structural units satisfies the Framework condition that the distribution of the distances of the next adjacent structural units one
  • the structural units are volumes laterally adjacent to regions of different refractive index. In other words, there is a refractive index jump between the structural units and the laterally adjacent regions.
  • lateral is previously used in the sense of “lateral”. By “lateral” is meant a direction parallel to a main extension plane of the active layer or the semiconductor chip. Vertical is according to a direction perpendicular to a main extension plane of the active layer or the semiconductor chip.
  • the structural units may in particular be recesses in a material layer or elevations extending away from a material layer.
  • the material layer may in particular be a semiconductor layer.
  • the structural units may have solid material and laterally adjoin a region filled with a gas, in particular air.
  • the structural units may also be areas which are filled with a gas, in particular air, and laterally adjoin a region comprising a solid material.
  • both the structural units or the laterally adjacent region to comprise a solid material, it being possible for the refractive index of the structural units to be both smaller and larger than that of the laterally delimiting regions.
  • a two-dimensional array is an array along a surface. The surface can be even. However, it can basically also be a curved surface.
  • the structural units are arranged in an arbitrary statistical distribution, that is, they are not arranged according to a deterministic mathematical algorithm.
  • the arrangement of the structural units does not follow any regularity, it is not a periodic arrangement and in particular also no aperiodic arrangement, which is created according to a predetermined regularity. Quasicrystalline arrangements also do not fall under an arbitrary, statistical distribution.
  • the arrangement of the structural units is not an arrangement starting from a periodic arrangement in which the position of the structural units arbitrarily but slightly deviates from the regular structure, with deviations of, for example, 10% or 20% of a lattice constant of the periodic arrangement.
  • it is nevertheless a substantially periodic arrangement.
  • a regular diffraction pattern is obtained.
  • the diffraction pattern is merely smeared but the same diffraction pattern remains.
  • the arbitrary statistical distribution of the structural units is not subject to any deterministic mathematical algorithm, but in one embodiment satisfies the constraint that the distribution of nearest neighbor distances has a standard deviation of at least +/- 10% and at most +/- 25% from an average.
  • a pair distribution function which describes the lateral distances of the adjacent structural units may have a maximum at a certain distance or a plurality of specific distances.
  • standard deviation implies that some distances may be less than 10% or more than 25% different from the mean.
  • standard deviation is a well-known and well-defined expression in the statistics.
  • an arbitrary statistical distribution of structural units may be suitable for acting in a manner similar to a photonic crystal.
  • a scattering of the electromagnetic radiation at the structural units generates in the far field, in particular, a ring with no recognizable substructure.
  • a directional radiation characteristic can be realized.
  • the directional radiation characteristic is a larger proportion of a electromagnetic radiation emitted in a certain Abstrahlkegel, for example, plus / minus 30 °, as without the arrangement of the structural units.
  • the structural units are suitable for influencing the electromagnetic radiation in its propagation.
  • the structural units each have a first lateral extent, a second lateral extent measured perpendicular to the first lateral extent, and / or a vertical extent greater than or equal to 0.2 times a wavelength of the emission maximum of the electromagnetic radiation is less than or equal to five times a wavelength of the emission maximum of the electromagnetic radiation.
  • the first lateral extent is measured along any first lateral direction.
  • extension the term “extension” or “spatial extension” can be used in principle. It is a one-dimensional size of the structural unit over which the structural unit extends along the first lateral direction.
  • the second lateral extension is the one-dimensional extension of the structural unit, which is measured perpendicular to the first extension, that is to the first lateral direction.
  • the first lateral direction for measuring the first lateral extension is preferably the same for all structural units, ie the first lateral extensions are aligned parallel to one another.
  • the maximum lateral extent is selected for each structural unit as the first lateral extent.
  • a radiation-emitting semiconductor chip emits not only radiation of a single wavelength but an emission spectrum having a maximum.
  • the first lateral extension, the second lateral extension and the vertical extent of the structural units are each greater than 0.2 times a wavelength of the emission maximum of the electromagnetic radiation. Additionally or alternatively, the first lateral extension, the second lateral extension and the vertical extension of the structural units are in each case less than five times a wavelength of the emission maximum of the electromagnetic radiation according to a further embodiment.
  • An additional embodiment provides that the first lateral extension, the second lateral extension and / or the vertical extension of the structural units deviates by less or at most 10% from the corresponding value of the respective remaining structural units.
  • the area of a projection of the structural units onto a main extension plane of the active layer differs at most slightly from the corresponding area of the remaining structural units.
  • the deviation of the area may be less than or not more than 20%, preferably less than or at most 15%, particularly preferably less than or at most 10%.
  • the surface of the structural units is not substantially different from each other.
  • the first lateral extent, the second lateral extent and / or the vertical extent are, according to a further embodiment, substantially the same for the major part of the structural units or for all structural units. According to a further embodiment, the majority of
  • the structural units are formed in a layer comprising semiconductor material.
  • the layer preferably terminates a semiconductor layer sequence of the semiconductor chip in the main emission direction. It can consist of a single layer of material or have multiple layers with different material compositions.
  • the structural units are formed in multiple layers. The structural units can extend over a plurality of layers of a semiconductor layer sequence of the semiconductor chip and in particular also over all semiconductor layers of the semiconductor chip.
  • the active layer of the chip is in one embodiment part of an epitaxial semiconductor layer sequence.
  • the semiconductor layer sequence is provided on one of the main emission side of the semiconductor chip opposite side with a reflector layer.
  • a reflector layer in combination with the structural units can have an additional positive influence on the realization of a directional emission characteristic of the semiconductor chip.
  • the semiconductor chip is free of an epitaxial substrate.
  • the semiconductor chip has epitaxial semiconductor layers which are grown on an epitaxial substrate during manufacture. However, the epitaxial substrate is subsequently at least partially removed so that the resulting semiconductor chip is free of an epitaxial substrate.
  • a carrier element is contained in the semiconductor chip.
  • the reflector layer is arranged between the carrier element and the semiconductor layer sequence.
  • FIG. 1 shows a schematic side sectional view of the semiconductor chip according to a first embodiment
  • FIG. 2 shows a lateral schematic sectional view of the semiconductor chip according to a second exemplary embodiment
  • FIG. 3 shows a lateral schematic sectional view of the semiconductor chip according to a third exemplary embodiment
  • FIG. 4 shows a schematic plan view of an arrangement of structural elements that is suitable for the semiconductor chip
  • FIGS. 5a, 6a, 7a and 8a show schematic lateral sectional views of structural elements according to various exemplary embodiments
  • FIGS. 5a, 6a, 7a and 8a show schematic lateral sectional views of structural elements according to various exemplary embodiments
  • FIGS. 5a, 6a, 7a and 8a show schematic lateral sectional views of structural elements according to various exemplary embodiments
  • Figures 5b, 6b, 7b and 8b are schematic plan views of the structural units shown in Figures 5a, 6a, 7a and 8a according to the various embodiments.
  • a side view is meant a representation from an angle of view that extends in a lateral direction to the semiconductor chip or to the cross section of the semiconductor chip.
  • top view is meant an illustration from a viewpoint that is vertical to the semiconductor chip.
  • the semiconductor chip shown in FIG. 1 has epitaxial semiconductor layers 2, 3, 4. Each of these semiconductor layers may basically have a plurality of epitaxial sublayers which are not shown.
  • the semiconductor chip has structural units 5 in the form of protrusions or protrusions.
  • the structural units may also comprise or consist of epitaxial semiconductor material. They are formed in a layer 50. It It is also possible that the layer 50 does not comprise an epitaxial semiconductor material, but instead has, for example, an inorganic material such as glass or is formed from this.
  • the layer 50 is arranged downstream of epitaxial semiconductor layers 2, 3, 4 in the main emission direction 6. If the layer 50 comprises a semiconductor material, it closes off the semiconductor layer sequence of the semiconductor chip in the main emission direction 6, for example. It is possible that the layer 50 and the structural units 5 in the main emission direction 6 is followed by additional material, which is not shown in the figures for reasons of clarity.
  • the semiconductor layer sequence has, for example, an active layer 2, a first cladding layer 3 and a second cladding layer 4.
  • the first cladding layer 3 and the second cladding layer 4 are each doped with at least one dopant, and have a different conductivity type from each other.
  • the first cladding layer 3 is n-doped and the second cladding layer 4 is p-doped.
  • it can also be the other way round.
  • the semiconductor chip may for example be based on a nitride, phosphide or arsenide compound semiconductor.
  • nitride compound semiconductor material in the present context means that the semiconductor layers of the chip or at least a part thereof, particularly preferably at least the active zone, a nitride compound semiconductor material, preferably Al n Ga m In 1-n - m N or has where O ⁇ n ⁇ l, O ⁇ m ⁇ l and n + m ⁇ 1.
  • This material does not necessarily have to have a mathematically exact composition according to the above formula. Rather, it may, for example, have one or more dopants and additional constituents.
  • the above formula contains only the essential constituents of the crystal lattice (Al, Ga, In, N), even if these can be partially replaced and / or supplemented by small amounts of further substances.
  • phosphide compound semiconductor material means that the semiconductor layer sequence or at least a part thereof, particularly preferably at least the active zone, preferably Al n Ga m Ini-n m P or As n Ga m Ini nm P where 0 ⁇ n ⁇ 1, 0 ⁇ m ⁇ 1 and n + m ⁇ 1.
  • this material does not necessarily have to have a mathematically exact composition according to the above formula. Rather, it may have one or more dopants as well as additional ingredients.
  • the above formula contains only the essential constituents of the crystal lattice (Al or As, Ga, In, P), even if these may be partially replaced by small amounts of other substances.
  • based on arsenide compound semiconductor material means that the semiconductor layer sequence or at least a part thereof, particularly preferably at least the active zone, preferably comprises Al n Ga n- As, where 0 ⁇ n ⁇ 1 not necessarily have a mathematically exact composition according to the above formula. Rather, it may have one or more dopants as well as additional ingredients.
  • the above formula contains only the essential components of the Crystal lattice (Al, Ga, As), although these may be partially replaced by small amounts of other substances.
  • the structural units 5 are formed in a continuous or closed layer 50.
  • the layer 50 has, for example, a continuous or closed part, from which the structural units 5 protrude in the main emission direction 6.
  • the layer 50 in which the structural units are formed may also be a non-continuous or non-closed layer, e.g. essentially consists of the spaced-apart structural units 5, see Figure 2.
  • the layer 50 may have corresponding breakthroughs.
  • the structural units 5 are formed by recesses in a layer 50.
  • the regions between the structural units 5 are filled with air, for example.
  • the structural units consist, for example, of air-filled recesses.
  • the regions between structural units 5 or the structural units 5 themselves may in principle have any other gaseous, liquid and / or solid substances. It is important that there is a significant jump in refractive index between the structural units 5 and the laterally adjacent regions.
  • the refractive indices of the structural units and lateral adjacent areas may be different by, for example, 1, 2, or more than 2.
  • the structural units 5 are, for example, all or at least substantially the same size and the same shape. However, they may also have slight differences in one or more of their characteristic size parameters.
  • Possible characteristic size parameters are, for example, a first lateral extent, a second lateral extent measured perpendicular to the first lateral extent, and the vertical extent. For example, at least one of these parameters may deviate from the corresponding size parameter of the remaining structural units by at most 10%, at most 8% or at most 5% in the case of the structural units.
  • Another possible characteristic size parameter of the structural units is the area of a projection of the structural units onto a main extension plane of the active layer 2.
  • the area of the structural units 5 can deviate, for example, by 17%, 13% or 7% from the corresponding area of the other structural units.
  • the size parameters may, in principle, also deviate to a greater extent from the corresponding size parameters of the other structural units.
  • the structural units 5 are arranged in an arbitrary statistical distribution.
  • the distribution of the structural units fulfills the general condition that the distribution of nearest neighbor distances has a standard deviation of at least +/- 10% and at most +/- 25% of an average. Such a distribution is illustrated, for example, in FIG. 4, in which a schematic plan view of an arrangement of structural units 5 is shown.
  • Such an arrangement of structural units 5 with an arbitrary statistical distribution can be produced for example by means of natural lithography.
  • beads or differently shaped bodies can be used as mask body for an etching process.
  • the layer 50 in which the structural units 5 are to be formed is selectively etched at the locations which are not covered by a mask body.
  • a dry etching method can be used.
  • the mask body for example, polystyrene bodies or silica bodies can be used. These are applied to the layer 50, for example, by means of a liquid containing water, alcohol or a mixture of water and alcohol. The application is carried out, for example, by immersing the body, on which the mask body are to be applied, in the liquid. Alternatively, the liquid may be e.g. be spun on the body.
  • the mask bodies may first be applied with a lower density than is ultimately provided. Subsequently, the bodies can then be selectively pushed together, for example mechanically. An arbitrary statistical distribution remains.
  • structural units in the form of recesses can also be produced by the same method. For example, a negative photoresist may be applied to the layer 50 and the mask bodies used as an exposure mask for it. Subsequently, the photoresist in the areas where the mask bodies were arranged can be selectively removed, and a plurality of structural units 5 can be formed in the form of recesses by means of etching, for example dry etching.
  • Further exemplary production methods may additionally or alternatively include the use of nanoimprinting, electron beam lithography, interference lithography and / or phase mask lithography.
  • Embodiments of the semiconductor chip each have a reflector layer 7, which is arranged upstream of the semiconductor layers 2, 3, 4 with respect to the main emission direction 6.
  • the reflector layer 7 has an electrically insulating layer 71 and a metallically conductive layer 72.
  • the electrically insulating layer 71 has openings 73, so that the metallic conductive material of the layer 72 can be passed therethrough.
  • the metallically conductive material 72 serves to feed electrical current into the semiconductor layers of the semiconductor chip.
  • a layer with a transparent, electrically conductive oxide (TCO) can be arranged between the semiconductor layers 2, 3, 4 and the reflector layer 7.
  • the semiconductor chips may also be free of a reflector 7.
  • a reflector 7 is advantageous for generating a directional radiation characteristic of the semiconductor chip in combination with the arrangement of the structural units 5.
  • the main emission direction 6 and emission directions 9 are illustrated by means of arrows at a critical angle 91.
  • a semiconductor chip without the structural units 5 with a semiconductor chip as illustrated in FIGS. 1 to 3, it is possible to achieve that a much greater proportion of the electromagnetic radiation is emitted within a radiation angle 91.
  • a large part of the electromagnetic radiation is emitted within a radiation cone of +/- 30 °.
  • the semiconductor chip illustrated in FIG. 1 has a carrier body 8.
  • the reflector layer 7 is arranged between the carrier body 8 and the semiconductor layers 2, 3, 4.
  • a carrier body for example, an electrically conductive semiconductor material can be used.
  • the semiconductor chip are, for example, free of an epitaxial substrate.
  • the semiconductor chip can also be realized with an epitaxial substrate.
  • the epitaxial substrate for producing the semiconductor chip is at least partially or completely removed.
  • the structural units 5 can also extend over a plurality of layers, ie the recesses can also be formed deeper than shown in the figures.
  • the layer 50 may comprise multiple layers of different material. It is also possible for the recesses to form structural units 5 to extend partly into or completely through the semiconductor layer sequence 2, 3, 4.
  • FIGS. 5A, 5B to 8A, 8B schematically show four different exemplary embodiments of a possible structural unit 5, both in a side view and in a plan view.
  • the structural unit 5 is a body which has a lateral cross-sectional area which is substantially constant in the vertical direction.
  • the structural unit 5 has an approximately circular surface (see FIG. 5B), although other surface shapes such as rectangles, squares, etc. are also possible.
  • FIG. 5A the vertical extent 53 and in FIG. 5B a first lateral extent 51, the second lateral extent 52 and the area 54 are identified.
  • the area 54 corresponds to the area of a projection of the structural unit 5 on a main extension plane of the active zone of the chip.
  • the structural unit 5 illustrated in FIGS. 6A and 6B likewise has an approximately circular shape in plan view. Generally speaking, the first lateral extent 51 and the second lateral extent 52 of FIG Structural unit 5 be about the same size. In contrast to the above-described structural unit, the structural unit 5 illustrated in FIGS. 6A and 6B has a shape that tapers in the vertical direction or in the main emission direction, see FIG. 6A.
  • the structural unit 5 illustrated in Figs. 7A and 7B has a main radiation direction side, e.g. contains several vaults.
  • the first lateral extension 51 and the second lateral extension 52 have different sizes.
  • the structural unit 5 has an irregular and asymmetrical shape.
  • FIGS. 8A and 8B illustrate an example of a structural unit 5 formed with a recess in a layer 50.
  • the vertical extent 52 is the depth of the recess.

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Abstract

Es wird ein Halbleiterchip angegeben, mit einer aktiven Schicht (2), die zur Emission einer elektromagnetischen Strahlung vorgesehen ist, und einer zweidimensionalen Anordnung von Struktureinheiten (5), die der aktiven Schicht in einer Hauptabstrahlrichtung (6) des Halbleiterchips nachgeordnet ist. Die Struktureinheiten (5) sind in einer willkürlichen statistischen Verteilung angeordnet. Durch eine derartige Anordnung von Struktureinheiten kann ein Halbleiterchip mit einer gerichteten Abstrahlcharakteristik realisiert werden.

Description

Beschreibung
Optoelektronischer Halbleiterchip
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2008 045 028.6, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Die vorliegende Anmeldung betrifft einen elektromagnetische Strahlung emittierenden Halbleiterchip mit einer aktiven Schicht, die zur Emission der elektromagnetischen Strahlung vorgesehen ist. Der Chip weist eine zweidimensionale Anordnung von Struktureinheiten auf, die der aktiven Schicht in einer Hauptabstrahlrichtung des Halbleiterchips nachgeordnet ist.
Es sind Strahlungsemittierende Halbleiterchips bekannt, bei denen der aktiven Schicht in einer Hauptabstrahlrichtung ein zweidimensionaler photonischer Kristall nachgeordnet ist. Ein zweidimensionaler photonischer Kristall im wörtlichen Sinne weist eine zweidimensionale und in zwei Dimensionen periodische Anordnung von Bereichen mit unterschiedlichem Brechungsindex auf. Photonische Kristalle beeinflussen durch Beugung und Interferenz die Ausbreitung von elektromagnetischer Strahlung.
Analog zu Kristallen, die eine elektronische Bandstruktur aufweisen, haben photonische Kristalle eine photonische Bandstruktur. Die photonische Bandstruktur kann insbesondere Bereiche verbotener Energie aufweisen, in denen sich elektromagnetische Wellen nicht innerhalb des Kristalls ausbreiten können. Man spricht hierbei von photonischen Bandlücken. Ein Beispiel für einen Strahlungsemittierenden Halbleiterchip mit einem zweidimensionalen photonischen Kristall ist in der US 5,955,749 beschrieben. In dieser Druckschrift ist angegeben, dass durch einen solchen photonischen Kristall eine erhöhte Strahlungsauskopplung aus dem Halbleiterchip realisiert werden kann.
Es ist eine Aufgabe, einen Halbleiterchip der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem eine für bestimmte Anwendungen vorteilhafte Abstrahlcharakteristik eingestellt ist. Der Halbleiterchip soll insbesondere eine gerichtete Abstrahlcharakteristik aufweisen, bei der die elektromagnetische Strahlung zum Großteil innerhalb eines relativ engen Abstrahlkegels emittiert wird. Als eine Referenz zu einer gerichteten Abstrahlcharakteristik könnte die so genannte Lambert ' sehe Abstrahlcharakteristik eines Lambert ' sehen Oberflächenstrahlers bezeichnet werden, der eine näherungsweise richtungsunabhängige Strahlungsdichte aufweist. Daneben kann auch eine Abstrahlung wünschenswert sein, bei der ein Großteil der elektromagnetischen Strahlung in flache Winkel emittiert wird (sublambert ' sehe Emission) .
Es wird ein elektromagnetische Strahlung emittierender Halbleiterchip angegeben, der eine aktive Schicht, die zur Emission der elektromagnetischen Strahlung vorgesehen ist, aufweist. Der Halbleiterchip umfasst eine zweidimensionale Anordnung von Struktureinheiten, die der aktiven Schicht in einer Hauptabstrahlrichtung des Halbleiterchips nachgeordnet ist. Die Struktureinheiten sind in einer willkürlichen statistischen Verteilung angeordnet.
In einer Ausführungsform erfüllt die willkürliche statistische Verteilung der Struktureinheiten die Rahmenbedingung, dass die Verteilung der Abstände von am nächsten benachbarten Struktureinheiten eine
Standardabweichung von mindestens +/- 10 % und höchstens +/- 25 % von einem Mittelwert aufweist.
Die Struktureinheiten sind Volumina, die seitlich an Bereiche mit einem unterschiedlichen Brechungsindex angrenzen. Mit anderen Worten gibt es zwischen den Struktureinheiten und den seitlich angrenzenden Bereichen einen Brechungsindexsprung.
Der Ausdruck "seitlich" ist vorhergehend im Sinne von "lateral" verwendet. Unter "lateral" ist eine Richtung parallel zu einer Haupterstreckungsebene der aktiven Schicht oder des Halbleiterchips gemeint. Vertikal ist entsprechend einer Richtung senkrecht zu einer Haupterstreckungsebene der aktiven Schicht oder des Halbleiterchips .
Die Struktureinheiten können insbesondere Ausnehmungen in einer Materialschicht oder Erhebungen, die sich von einer Materialschicht weg erstrecken, sein. Die Materialschicht kann insbesondere eine Halbleiterschicht sein. Die Struktureinheiten können festes Material aufweisen und lateral an einen mit einem Gas, insbesondere Luft, gefüllten Bereich angrenzen. Umgekehrt können die Struktureinheiten auch Bereiche sein, die mit einem Gas, insbesondere Luft, gefüllt sind und die lateral an einen Bereich angrenzen, der ein festes Material aufweist. Es ist jedoch auch möglich, dass sowohl die Struktureinheiten oder der lateral angrenzenden Bereich ein festes Material aufweisen, wobei der Brechungsindex der Struktureinheiten sowohl kleiner als auch größer sein kann als derjenige der lateral abgrenzenden Bereiche. Eine zweidimensionale Anordnung ist eine Anordnung entlang einer Fläche. Die Fläche kann eben sein. Sie kann jedoch grundsätzlich auch eine gekrümmte Fläche sein.
Die Struktureinheiten sind in einer willkürlichen statistischen Verteilung angeordnet, das heißt sie sind nicht gemäß eines deterministischen mathematischen Algorithmus angeordnet. Die Anordnung der Struktureinheiten folgt keiner Regelmäßigkeit, sie ist keine periodische Anordnung und insbesondere auch keine aperiodische Anordnung, die nach einer vorbestimmten Regelmäßigkeit erstellt wird. Quasikristalline Anordnungen fallen auch nicht unter eine willkürliche, statistische Verteilung.
Die Anordnung der Struktureinheiten ist auch keine Anordnung, die von einer periodischen Anordnung ausgeht und bei der die Position der Struktureinheiten willkürlich, aber in geringfügigem Maße von der regelmäßigen Struktur abweichen, mit Abweichungen von beispielsweise 10 % oder 20 % einer Gitterkonstante der periodischen Anordnung. Bei einer Anordnung, die von einer periodischen Anordnung ausgeht und bei der die Struktureinheiten mit willkürlichen geringfügigen Abweichungen von den Plätzen der periodischen Anordnung angeordnet sind, handelt es sich dennoch um eine im Wesentlichen periodische Anordnung. Bei einer präzisen Anordnung erhält man bei Durchstrahlen mit elektromagnetischer Strahlung im Fernfeld ein regelmäßiges Beugungsmuster. Im Fall von geringfügigen willkürlichen Abweichungen von der regelmäßigen Anordnung ist das Beugungsmuster lediglich verschmiert, es bleibt jedoch das gleiche Beugungsmuster. Die willkürliche statistische Verteilung der Struktureinheiten unterliegt keinem deterministischen mathematischen Algorithmus, erfüllt jedoch gemäß einer Ausführungsform die Rahmenbedingung, dass die Verteilung der Abstände der nächsten Nachbarn eine Standardabweichung von mindestens +/- 10 % und höchstens +/- 25 % von einem Mittelwert aufweist. Bei der Anordnung der Struktureinheiten kann insbesondere eine Paarverteilungsfunktion, welche die lateralen Abstände der benachbarten Struktureinheiten beschreibt, bei einem bestimmten Abstand oder mehreren bestimmten Abständen ein Maximum aufweisen.
Der Ausdruck Standardabweichung impliziert, dass einige Abstände auch in weniger als 10 % oder um mehr als 25 % von dem Mittelwert abweichen können. Der Ausdruck Standardabweichung ist ein dem Fachmann aus der Statistik wohl bekannter und wohl definierter Ausdruck.
Es wurde herausgefunden, dass eine willkürliche statistische Verteilung von Struktureinheiten insbesondere unter den oben genannten Rahmenbedingungen geeignet sein kann, ähnlich wie ein photonischer Kristall zu wirken. Es lässt sich insbesondere eine gerichtete Abstrahlcharakteristik realisieren. Durch die vollständig unregelmäßige, statistisch verteilte Anordnung lässt sich, verglichen mit einem periodischen Kristall, eine homogenere Abstrahlcharakteristik realisieren. Eine Streuung der elektromagnetischen Strahlung an den Struktureinheiten erzeugt im Fernfeld insbesondere einen Ring ohne erkennbare Substruktur.
Mit der Anordnung der Struktureinheiten kann eine gerichtete Abstrahlcharakteristik realisiert werden. Bei der gerichteten Abstrahlcharakteristik wird ein größerer Anteil einer elektromagnetischen Strahlung in einen bestimmten Abstrahlkegel, beispielsweise plus/minus 30 °, emittiert als ohne die Anordnung der Struktureinheiten.
Die Struktureinheiten sind dazu geeignet, die elektromagnetische Strahlung in ihrer Ausbreitung zu beeinflussen. Hierzu weisen die Struktureinheiten gemäß einer zweckmäßigen Ausführungsform jeweils eine erste laterale Erstreckung, eine senkrecht zur ersten lateralen Erstreckung gemessene zweite laterale Erstreckung und/oder eine vertikale Erstreckung auf, die größer oder gleich dem 0,2-fachen einer Wellenlängen des Emissionsmaximums der elektromagnetischen Strahlung und kleiner oder gleich dem fünffachen einer Wellenlänge des Emissionsmaximums der elektromagnetischen Strahlung ist .
Die erste laterale Erstreckung wird entlang einer beliebigen ersten lateralen Richtung gemessen. Statt "Erstreckung" kann grundsätzlich auch der Ausdruck "Ausdehnung" oder "räumliche Ausdehnung" verwendet werden. Es ist eine eindimensionale Größe der Struktureinheit, über die sich die Struktureinheit entlang der ersten lateralen Richtung erstreckt. Die zweite laterale Erstreckung ist die eindimensionale Erstreckung der Struktureinheit, die senkrecht zur ersten Erstreckung, das heißt zur ersten lateralen Richtung gemessen wird.
Die erste laterale Richtung zur Messung der ersten lateralen Erstreckung ist bevorzugt für alle Struktureinheiten gleich, d.h. die ersten lateralen Erstreckungen sind parallel zueinander ausgerichtet. Alternativ ist es z.B. möglich, dass für jede Struktureinheit als erste laterale Erstreckung jeweils die maximale laterale Erstreckung gewählt wird. Ein strahlungsemittierender Halbleiterchip emittiert nicht nur Strahlung einer einzigen Wellenlänge, sondern ein Emissionsspektrum, das ein Maximum aufweist.
In einer Ausführungsform sind die erste laterale Erstreckung, die zweite laterale Erstreckung und die vertikale Erstreckung der Struktureinheiten jeweils größer als das 0,2-fache einer Wellenlänge des Emissionsmaximums der elektromagnetischen Strahlung. Zusätzlich oder alternativ sind die erste laterale Erstreckung, die zweite laterale Erstreckung und die vertikale Erstreckung der Struktureinheiten gemäß einer weiteren Ausführungsform jeweils kleiner als das fünffache einer Wellenlänge des Emissionsmaximums der elektromagnetischen Strahlung.
Eine zusätzliche Ausführungsform sieht vor, dass die erste laterale Erstreckung, die zweite laterale Erstreckung und/oder die vertikale Erstreckung der Struktureinheiten um weniger oder höchstens 10 % von dem entsprechenden Wert der jeweils übrigen Struktureinheiten abweicht.
Bei einer Ausgestaltung des Halbleiterchips weicht die Fläche einer Projektion der Struktureinheiten auf eine Haupterstreckungsebene der aktiven Schicht jeweils höchstens geringfügig von der entsprechenden Fläche der übrigen Struktureinheiten ab. Die Abweichung der Fläche kann weniger als oder höchstens 20 %, bevorzugt weniger als oder höchstens 15 %, besonders bevorzugt weniger als oder höchstens 10 % betragen. Selbstverständlich ist es auch möglich, dass die Fläche der Struktureinheiten im Wesentlichen nicht voneinander abweicht . Die erste laterale Erstreckung, die zweite laterale Erstreckung und/oder die vertikale Erstreckung sind gemäß einer weiterführenden Ausführungsform jeweils für den Großteil der Struktureinheiten oder für alle Struktureinheiten im Wesentlichen gleich groß. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung sind der Großteil der
Struktureinheiten oder alle Struktureinheiten im Wesentlichen gleich groß und gleich geformt.
In einer zweckmäßigen Ausführungsform des Halbleiterchips sind die Struktureinheiten in einer Schicht gebildet, die Halbleitermaterial aufweist. Die Schicht schließt bevorzugt eine Halbleiterschichtenfolge des Halbleiterchips in der Hauptabstrahlrichtung ab. Sie kann aus einer einzigen Materialschicht bestehen oder mehrere Schichten mit unterschiedlichen Materialzusammensetzungen aufweisen. In einer weiteren Ausführungsform des Halbleiterchips sind die Struktureinheiten in mehreren Schichten gebildet. Die Struktureinheiten können sich über mehrere Schichten einer Halbleiterschichtenfolge des Halbleiterchips und insbesondere auch über alle Halbleiterschichten des Halbleiterchips erstrecken.
Die aktive Schicht des Chips ist bei einer Ausgestaltung Bestandteil einer epitaktischen Halbleiterschichtenfolge. Die Halbleiterschichtenfolge ist auf einer der Hauptabstrahlseite des Halbleiterchips gegenüberliegenden Seite mit einer Reflektorschicht versehen. Eine derartige Reflektorschicht in Kombination mit den Struktureinheiten kann zusätzlichen positiven Einfluss auf die Realisierung einer gerichteten Abstrahlcharakteristik des Halbleiterchips haben. - S -
In einer weiteren Ausführungsform ist der Halbleiterchip frei von einem Epitaxiesubstrat. Der Halbleiterchip weist epitaktische Halbleiterschichten auf, die bei der Herstellung auf einem Epitaxiesubstrat aufgewachsen werden. Das Epitaxiesubstrat wird nachfolgend jedoch zumindest teilweise entfernt, so dass der resultierende Halbleiterchip frei von einem Epitaxiesubstrat ist.
Im Zusammenhang mit der Reflektorschicht ist gemäß einer zusätzlichen Ausgestaltung vorgesehen, dass ein Trägerelement in dem Halbleiterchip enthalten ist. Die Reflektorschicht ist zwischen dem Trägerelement und der Halbleiterschichtenfolge angeordnet .
Weitere Vorteile, Ausführungsformen und Weiterbildungen des Halbleiterchips ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren erläuterten Ausführungsbeispielen. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische seitliche Schnittansicht des Halbleiterchips gemäß eines ersten Ausführungsbeispiels,
Figur 2 eine seitliche schematische Schnittansicht des Halbleiterchips gemäß eines zweiten Ausführungsbeispiels,
Figur 3 eine seitliche schematische Schnittansicht des Halbleiterchips gemäß eines dritten Ausführungsbeispiels,
Figur 4 eine schematische Draufsicht auf eine Anordnung von Strukturelementen, die für den Halbleiterchip geeignet ist, Figuren 5a, 6a, 7a und 8a schematische seitliche Schnittansichten von Strukturelementen gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen, und
Figuren 5b, 6b, 7b und 8b schematische Draufsichten auf die in den Figuren 5a, 6a, 7a und 8a dargestellten Struktureinheiten gemäß der verschiedenen Ausführungsbeispiele .
Unter einer seitlichen Ansicht ist eine Darstellung unter einem Blickwinkel gemeint, der in lateraler Richtung zum Halbleiterchip oder zu dem Querschnitt des Halbleiterchips verläuft. Unter einer Draufsicht ist eine Darstellung unter einem Blickwinkel gemeint, die vertikal zu dem Halbleiterchip verläuft .
In den Ausführungsbeispielen und Figuren sind gleiche oder gleich wirkende Bestandteile jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die dargestellten Bestandteile sowie die Größenverhältnisse der Bestandteile untereinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen. Vielmehr sind einige Details der Figuren zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt .
Der in Figur 1 dargestellte Halbleiterchip weist epitaktische Halbleiterschichten 2, 3, 4 auf. Jede dieser Halbleiterschichten kann grundsätzlich mehrere epitaktische Unterschichten aufweisen, die nicht dargestellt sind.
Der Halbleiterchip weist Struktureinheiten 5 in Form von Erhebungen oder Vorsprüngen auf. Die Struktureinheiten können ebenfalls epitaktisches Halbleitermaterial aufweisen oder aus diesem bestehen. Sie sind in einer Schicht 50 gebildet. Es ist auch möglich, dass die Schicht 50 kein epitaktisches Halbleitermaterial aufweist, sondern beispielsweise ein anorganisches Material wie Glas aufweist oder aus diesem gebildet ist.
Die Schicht 50 ist epitaktischen Halbleiterschichten 2, 3, 4 in Hauptabstrahlrichtung 6 nachgeordnet. Falls die Schicht 50 ein Halbleitermaterial aufweist, schließt sie die Halbleiterschichtenfolge des Halbleiterchips in der Hauptabstrahlrichtung 6 beispielsweise ab. Es ist möglich, dass der Schicht 50 und den Struktureinheiten 5 in Hauptabstrahlrichtung 6 zusätzliches Material nachgeordnet ist, das in den Figuren aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt ist.
Die Halbleiterschichtenfolge weist beispielsweise eine aktive Schicht 2, eine erste Mantelschicht 3 und eine zweite Mantelschicht 4 auf. Die erste Mantelschicht 3 und die zweite Mantelschicht 4 sind jeweils mit mindestens einem Dotierstoff dotiert, und weisen einen voneinander unterschiedlichen Leitungstyp auf. Beispielsweise ist die erste Mantelschicht 3 n- leitend dotiert und die zweite Mantelschicht 4 p- leitend dotiert. Es kann jedoch auch umgekehrt sein.
Der Halbleiterchip kann beispielsweise auf einem Nitrid- , Phosphid- oder Arsenid-Verbindungshalbleiter basieren.
"Auf Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial basierend" bedeutet im vorliegenden Zusammenhang, dass die Halbleiterschichten des Chips oder zumindest ein Teil davon, besonders bevorzugt zumindest die aktive Zone, ein Nitrid- Verbindungshalbleitermaterial, vorzugsweise AlnGamIn1-n-mN aufweist oder aus diesem besteht, wobei O ≤ n ≤ l, O ≤ m ≤ l und n+m ≤ 1. Dabei muss dieses Material nicht zwingend eine mathematisch exakte Zusammensetzung nach obiger Formel aufweisen. Vielmehr kann es beispielsweise ein oder mehrere Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen. Der Einfachheit halber beinhaltet obige Formel jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters (Al, Ga, In, N) , auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt und/oder ergänzt sein können.
"Auf Phosphid-Verbindungs -Halbleitermaterial basierend" bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Halbleiterschichtenfolge oder zumindest ein Teil davon, besonders bevorzugt zumindest die aktive Zone, vorzugsweise AlnGamIni-n-mP oder AsnGamIni-n-mP umfasst, wobei 0 ≤ n ≤ 1, 0 ≤ m ≤ 1 und n+m ≤ 1. Dabei muss dieses Material nicht zwingend eine mathematisch exakte Zusammensetzung nach obiger Formel aufweisen. Vielmehr kann es ein oder mehrere Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen. Der Einfachheit halber beinhaltet obige Formel jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters (Al bzw. As, Ga, In, P) , auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt sein können.
"Auf Arsenid-Verbindungs-Halbleitermaterial basierend" bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Halbleiterschichtenfolge oder zumindest ein Teil davon, besonders bevorzugt zumindest die aktive Zone, vorzugsweise AlnGai-nAs umfasst, wobei 0 ≤ n ≤ 1. Dabei muss dieses Material nicht zwingend eine mathematisch exakte Zusammensetzung nach obiger Formel aufweisen. Vielmehr kann es ein oder mehrere Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen. Der Einfachheit halber beinhaltet obige Formel jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters (Al, Ga, As), auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt sein können.
Bei dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Struktureinheiten 5 in einer durchgehenden oder geschlossenen Schicht 50 ausgebildet. Die Schicht 50 weist beispielsweise einen durchgehenden oder geschlossenen Teil auf, von dem die Struktureinheiten 5 in der Hauptabstrahlrichtung 6 wegragen.
Die Schicht 50, in der die Struktureinheiten ausgebildet sind, kann jedoch auch eine nicht durchgehende oder nicht geschlossene Schicht sein, die z.B. im Wesentlichen aus den voneinander beabstandeten Struktureinheiten 5 besteht, siehe Figur 2. In dem Fall, dass die Struktureinheiten Ausnehmungen in der Schicht 50 sind, kann die Schicht 50 entsprechend Durchbrüche aufweisen.
Bei dem in Figur 3 veranschaulichten Ausführungsbeispiel sind die Struktureinheiten 5 durch Ausnehmungen in einer Schicht 50 ausgebildet.
Bei den in den Figuren 1 und 2 veranschaulichten Ausführungsbeispielen sind die Bereiche zwischen den Struktureinheiten 5 beispielsweise mit Luft gefüllt. Bei dem in Figur 3 veranschaulichten Ausführungsbeispiel bestehen die Struktureinheiten beispielsweise aus mit Luft gefüllten Ausnehmungen. Statt Luft können die Bereiche zwischen Struktureinheiten 5 oder die Struktureinheiten 5 selbst grundsätzlich beliebige andere gasförmige, flüssige und/oder feste Stoffe aufweisen. Wichtig ist, dass zwischen den Struktureinheiten 5 und den lateral angrenzenden Bereichen ein signifikanter Brechungsindexsprung besteht. Die Brechungsindizes der Struktureinheiten und der lateral angrenzenden Bereiche können sich beispielsweise um 1, um 2 oder um mehr als 2 voneinander unterscheiden.
Die Struktureinheiten 5 sind beispielsweise alle oder zumindest zum Großteil im Wesentlichen gleich groß und gleich geformt. Sie können jedoch auch geringfügige Unterschiede hinsichtlich einem oder mehrerer ihrer charakteristischen Größenparameter aufweisen.
Mögliche charakteristische Größenparameter sind zum Beispiel eine erste laterale Ausdehnung, eine senkrecht zur ersten lateralen Ausdehnung gemessene zweite laterale Ausdehnung und die vertikale Ausdehnung. Mindestens einer dieser Parameter kann bei den Struktureinheiten beispielsweise um höchstens 10 %, um höchstens 8 % oder um höchstens 5 % von dem entsprechenden Größenparameter der übrigen Struktureinheiten abweichen.
Ein weiterer möglicher charakteristischer Größenparameter der Struktureinheiten ist die Fläche einer Projektion der Struktureinheiten auf eine Haupterstreckungsebene der aktiven Schicht 2. Die Fläche der Struktureinheiten 5 kann beispielsweise um 17 %, um 13 % oder um 7 % von der entsprechenden Fläche der jeweils übrigen Struktureinheiten abweichen. Bei einem Teil der Struktureinheiten können die Größenparameter grundsätzlich auch in höherem Maße von den entsprechenden Größenparametern der übrigen Struktureinheiten abweichen.
Bei den in den Figuren 1 bis 3 veranschaulichten Halbleiterchips sind die Struktureinheiten 5 in einer willkürlichen statistischen Verteilung angeordnet. Die Verteilung der Struktureinheiten erfüllt die Rahmenbedingung, dass die Verteilung der Abstände der nächsten Nachbarn eine Standardabweichung von mindestens +/- 10 % und höchstens +/- 25 % von einem Mittelwert aufweist. Eine derartige Verteilung ist beispielsweise in Figur 4 veranschaulicht, in der eine schematische Draufsicht auf eine Anordnung von Struktureinheiten 5 gezeigt ist.
Eine derartige Anordnung von Struktureinheiten 5 mit einer willkürlichen statistischen Verteilung lässt sich beispielsweise mittels natürlicher Lithografie erzeugen. Hierzu können beispielsweise Kügelchen oder andersartig geformte Körper als Maskenkörper für einen Ätzprozess verwendet werden. Dabei wird die Schicht 50, in der die Struktureinheiten 5 auszubilden sind, an den Stellen selektiv geätzt, die nicht durch einen Maskenkörper bedeckt sind.
Es kann beispielsweise ein Trockenätzverfahren angewendet werden. Als Maskenkörper können beispielsweise Polystyrol- Körper oder Siliziumdioxidkörper verwendet werden. Diese werden zum Beispiel mittels einer Flüssigkeit, die Wasser, Alkohol oder eine Mischung aus Wasser und Alkohol enthält, auf die Schicht 50 aufgebracht. Das Aufbringen erfolgt beispielsweise mittels Eintauchen des Körpers, auf den die Maskenkörper aufzubringen sind, in die Flüssigkeit. Alternativ kann die Flüssigkeit z.B. auf den Körper aufgeschleudert werden.
Damit die oben genannte Rahmenbedingung erfüllt wird, können die Maskenkörper beispielsweise zunächst mit einer geringeren Dichte aufgebracht werden, als letztlich vorgesehen ist. Nachfolgend können die Körper dann gezielt zusammen geschoben werden, beispielsweise mechanisch. Dabei bleibt eine willkürliche statistische Verteilung erhalten. Mit dem gleichen Verfahren können grundsätzlich auch Struktureinheiten in Form von Ausnehmungen erzeugt werden. Es kann beispielsweise ein negativer Fotolack auf die Schicht 50 aufgebracht werden und die Maskenkörper als Belichtungsmaske für diesen verwendet werden. Nachfolgend kann der Fotolack in den Bereichen, in denen die Maskenkörper angeordnet waren, selektiv entfernt werden und es kann mittels Ätzen, beispielsweise Trockenätzen, eine Vielzahl von Struktureinheiten 5 in Form von Ausnehmungen erzeugt werden.
Weitere beispielhafte Herstellungsverfahren können zusätzlich oder alternativ die Verwendung von Nano-Einprägen (englisch "Nano-Imprint" ) , Elektronenstrahl-Lithographie, Interferenz- Lithografie und/oder Phasenmasken-Lithografie umfassen.
Die in den Figuren 1 bis 3 veranschaulichten
Ausführungsbeispiele des Halbleiterchips weisen jeweils eine Reflektorschicht 7 auf, die den Halbleiterschichten 2, 3, 4 in Bezug auf die Hauptabstrahlrichtung 6 vorgeordnet ist. Die Reflektorschicht 7 weist eine elektrisch isolierende Schicht 71 und eine metallisch- leitfähige Schicht 72 auf. Die elektrisch isolierende Schicht 71 hat Durchbrüche 73, sodass das metallisch- leitfähige Material der Schicht 72 durch diese hindurchgeführt werden kann. Das metallisch- leitfähige Material 72 dient zur Einspeisung elektrischen Stroms in die Halbleiterschichten des Halbleiterchips. Zwischen der Reflektorschicht 7 und den Halbleiterschichten 2, 3, 4 kann grundsätzlich mindestens eine elektrisch leitfähige Schicht angeordnet sein, die nicht aus einem Halbleitermaterial besteht oder ein solches aufweist. Beispielsweise kann zwischen den Halbleiterschichten 2, 3, 4 und der Reflektorschicht 7 eine Schicht mit einem transparenten, elektrisch leitfähigen Oxid (TCO) angeordnet sein. Grundsätzlich können die Halbleiterchips auch frei von einem Reflektor 7 sein. Ein Reflektor 7 ist jedoch für die Erzeugung einer gerichteten Abstrahlcharakteristik des Halbleiterchips in Kombination mit der Anordnung der Struktureinheiten 5 vorteilhaft.
In Figur 1 sind mittels Pfeilen die Hauptabstrahlrichtung 6 und Abstrahlrichtungen 9 unter einem Grenzwinkel 91 veranschaulicht. Verglichen mit einem Halbleiterchip ohne die Struktureinheiten 5 lässt sich mit einem Halbleiterchip, wie er in den Figuren 1 bis 3 veranschaulicht ist, erreichen, dass ein sehr viel größerer Anteil der elektromagnetischen Strahlung innerhalb eines Abstrahlwinkels 91 emittiert wird. Beispielsweise wird ein Großteil der elektromagnetischen Strahlung innerhalb eines Abstrahlkegels von +/- 30° emittiert .
Der in Figur 1 veranschaulichte Halbleiterchip weist einen Trägerkörper 8 auf. Die Reflektorschicht 7 ist zwischen dem Trägerkörper 8 und den Halbleiterschichten 2, 3, 4 angeordnet. Als Trägerkörper kann beispielsweise ein elektrisch leitfähiges Halbleitermaterial verwendet werden.
Alle vorhergehend beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen des Halbleiterchips sind zum Beispiel frei von einem Epitaxiesubstrat. Selbstverständlich kann der Halbleiterchip auch mit einem Epitaxiesubstrat realisiert werden. Für die Erzeugung einer gerichteten Abstrahlcharakteristik ist es jedoch vorteilhaft, wenn das Epitaxiesubstrat zum Herstellen des Halbleiterchips zumindest teilweise oder vollständig entfernt wird. Zusätzlich oder alternativ zu den anhand der Figuren 1 bis 3 erläuterten Ausführungsbeispielen können sich die Struktureinheiten 5 auch über mehrere Schichten erstrecken, d.h. die Ausnehmungen können auch tiefer ausgebildet sein als in den Figuren dargestellt. Beispielsweise kann die Schicht 50 mehrere Schichten unterschiedlichen Materials aufweisen. Es ist auch möglich, dass sich die Ausnehmungen zur Bildung Struktureinheiten 5 teilweise in die Halbleiterschichtenfolge 2, 3, 4 hinein oder vollständig durch diese hindurch erstrecken.
In den Figuren 5A, 5B bis 8A, 8B sind vier verschiedene Ausführungsbeispiele für eine mögliche Struktureinheit 5 jeweils sowohl in einer Seitenansicht als auch in einer Draufsicht schematisch dargestellt.
Bei dem in den Figuren 5A und 5B veranschaulichten Ausführungsbeispiel ist die Struktureinheit 5 ein Körper, der eine in vertikaler Richtung im Wesentlichen gleich bleibende laterale Querschnittsfläche aufweist. In einer Draufsicht weist die Struktureinheit 5 eine in etwa kreisförmige Fläche auf (siehe Figur 5B) , wobei jedoch auch andere Flächenformen wie Rechtecke, Quadrate, etc. möglich sind. In Figur 5A ist die vertikale Erstreckung 53 und in Figur 5B eine erste laterale Erstreckung 51, die zweite laterale Erstreckung 52 und die Fläche 54 gekennzeichnet. Die Fläche 54 entspricht der Fläche einer Projektion der Struktureinheit 5 auf einer Haupterstreckungsebene der aktiven Zone des Chips .
Die in den Figuren 6A und 6B veranschaulichte Struktureinheit 5 weist in Draufsicht ebenfalls eine in etwa kreisrunde Form auf . Allgemein ausgedrückt kann die erste laterale Erstreckung 51 und die zweite laterale Erstreckung 52 der Struktureinheit 5 in etwa gleich groß sein. Im Unterschied zur vorhergehend beschriebenen Struktureinheit weist die in den Figuren 6A und 6B veranschaulichte Struktureinheit 5 eine sich in vertikaler Richtung oder in Hauptabstrahlrichtung verjüngende Form auf, siehe Figur 6A.
Die in den Figuren 7A und 7B veranschaulichte Struktureinheit 5 weist eine in Hauptabstrahlrichtung gewandte Seite auf, die z.B. mehrere Wölbungen enthält. Die erste laterale Erstreckung 51 und die zweite laterale Erstreckung 52 sind unterschiedlich groß. In einer Draufsicht weist die Struktureinheit 5 eine unregelmäßige und unsymmetrische Form auf .
In den Figuren 8A und 8B ist ein Beispiel für eine Struktureinheit 5 veranschaulicht, die mit einer Ausnehmung in einer Schicht 50 ausgebildet ist. Die vertikale Erstreckung 52 ist die Tiefe der Ausnehmung.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung der Erfindung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.

Claims

Patentansprüche
1. Optoelektronischer Halbleiterchip mit einer aktiven Schicht (2) , die zur Emission einer elektromagnetischen Strahlung vorgesehen ist, und einer zweidimensionalen Anordnung von Struktureinheiten (5) , die der aktiven Schicht in einer Hauptabstrahlrichtung (6) des Halbleiterchips nachgeordnet ist, wobei die Struktureinheiten (5) jeweils eine erste laterale Erstreckung, eine senkrecht zur ersten lateralen Erstreckung gemessene zweite laterale Erstreckung und/oder eine vertikale Erstreckung aufweisen, die größer oder gleich dem 0,2-fachen einer Wellenlänge des Emissionsmaximums der elektromagnetischen Strahlung und kleiner oder gleich dem 5-fachen einer Wellenlänge des Emissionsmaximums der elektromagnetischen Strahlung ist, und die Struktureinheiten in einer willkürlichen statistischen Verteilung angeordnet sind, mit der Rahmenbedingung, dass die Verteilung der Abstände der nächsten Nachbarn eine Standardabweichung von mindestens +/- 10 % und höchstens +/- 25 % von einem Mittelwert aufweist .
2. Halbleiterchip nach Anspruch 1, wobei die erste laterale Erstreckung, die zweite laterale Erstreckung und die vertikale Erstreckung der Struktureinheiten (5) jeweils größer sind als das 0,2- fache einer Wellenlänge des Emissionsmaximums der elektromagnetischen Strahlung.
3. Halbleiterchip nach einem der vorhergehenden Patentansprüche , wobei die erste laterale Erstreckung, die zweite laterale Erstreckung und die vertikale Erstreckung der Struktureinheiten (5) jeweils kleiner sind als das 5- fache einer Wellenlänge des Emissionsmaximums der elektromagnetischen Strahlung.
4. Halbleiterchip nach einem der vorhergehenden Patentansprüche , wobei die erste laterale Erstreckung, die zweite laterale Erstreckung und/oder die vertikale Erstreckung der Struktureinheiten jeweils um weniger als oder höchstens 10 % von dem entsprechenden Wert der übrigen Struktureinheiten abweicht.
5. Halbleiterchip nach einem der vorhergehenden Patentansprüche , wobei die Fläche einer Projektion der Struktureinheiten auf eine Haupterstreckungsebene der aktiven Schicht jeweils um weniger als oder höchstens 20 %, bevorzugt um weniger als oder höchstens 15 %, besonders bevorzugt um weniger als oder höchstens 10 % von der entsprechenden Fläche der übrigen Struktureinheiten abweicht.
6. Halbleiterchip nach einem der vorhergehenden Patentansprüche , wobei die erste laterale Erstreckung, die zweite laterale Erstreckung und/oder die vertikale Erstreckung jeweils für den Großteil der Struktureinheiten (5) oder für alle Struktureinheiten (5) im Wesentlichen gleich groß ist.
7. Halbleiterchip nach einem der vorhergehenden Patentansprüche , wobei der Großteil der Struktureinheiten (5) oder alle Struktureinheiten im Wesentlichen gleich groß und gleich geformt sind.
8. Halbleiterchip nach einem der vorhergehenden Patentansprüche , wobei die Struktureinheiten (5) in einer Schicht (50) , die Halbleitermaterial aufweist, gebildet sind.
9. Halbleiterchip nach Anspruch 8 , wobei die Schicht (50) eine Halbleiterschichtenfolge des Halbleiterchips in der Hauptabstrahlrichtung (6) abschließt .
10. Halbleiterchip nach einem der vorhergehenden Patentansprüche , wobei die aktive Schicht (2) Bestandteil einer epitaktischen Halbleiterschichtenfolge ist, die auf einer der Hauptabstrahlseite des Halbleiterchips gegenüberliegenden Seite mit einer Reflektorschicht (7) versehen ist.
11. Halbleiterchip gemäß Anspruch 10, wobei der Halbleiterchip frei von einem Epitaxiesubstrat ist.
12. Halbleiterchip gemäß Anspruch 10 oder 11, wobei ein Trägerelement (8) enthalten ist und die Reflektorschicht (7) zwischen dem Trägerelement (8) und der Halbleiterschichtenfolge angeordnet ist.
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