WO2010040337A1 - Optoelektronischer halbleiterkörper - Google Patents

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WO2010040337A1
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electrical connection
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connection layer
body according
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Karl Engl
Matthias Sabathil
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Osram Opto Semiconductors GmbH
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Definitions

  • the present application relates to an optoelectronic semiconductor body.
  • the semiconductor layer sequence contains an active layer suitable for generating electromagnetic radiation.
  • the active layer contains a pn junction, a double heterostructure or a quantum well structure such as a single quantum well structure (SQW) or multiple quantum well structure
  • the semiconductor layer sequence has at least one opening.
  • the opening completely penetrates the semiconductor layer sequence in the direction from a front side to a rear side opposite the front side.
  • the semiconductor layer sequence has a recess, for example a hole, which extends over the entire thickness of the semiconductor layer sequence.
  • the thickness is the extent of the semiconductor layer sequence in the direction from the front to the back.
  • the optoelectronic semiconductor body is provided for emitting electromagnetic radiation from a front side.
  • a first electrical connection layer is arranged on the rear side of the semiconductor body. For example, it covers the semiconductor layer sequence locally or completely in a plan view of the back side. A portion of the first electrical connection layer extends from the rear side through the opening of the semiconductor layer sequence toward the front side and covers a first subregion of a front-side main surface of the semiconductor layer sequence.
  • the semiconductor layer sequence has a plurality of openings, which in plan view of the semiconductor body, for example, at the grid points of a rectangular, square or hexagonal
  • Gratings are arranged.
  • each opening is associated with a portion of the first electrical connection layer which extends through the respective opening.
  • each opening is associated with a first portion of the front-side main surface, which is covered by the respective portion.
  • a separating layer is arranged, which isolates the portion of the first electrical connection layer against the semiconductor layer sequence. In this way, the risk of a short circuit of the active layer is reduced by the arranged in the opening and through an opening of the active layer extending through portion of the first electrical connection layer.
  • the separating layer may be integrated with the first electrical connection layer, for example by oxidation of an edge region of a first electrical connection layer containing a metal.
  • the separation layer is different from the first electrical connection layer. It has, for example, a dielectric or consists of it.
  • it contains silicon dioxide or a silicon nitride or consists of one of these materials.
  • the front-side external electrical contacting of the semiconductor body can take place from its rear side.
  • An electrical connection layer for the external electrical connection - such as a bond pad - is advantageously not required on the radiation-emitting front.
  • Such an external electrical connection layer usually reduces the efficiency of the semiconductor body, for example because it impedes the decoupling of part of the radiation emitted by the active layer.
  • the electrical connection is
  • the front-side main surface completely.
  • a second portion of the front-side main surface of the first electrical Connection layer uncovered.
  • the second subregion is not covered by an electrically conductive layer in a plan view of the front-side main surface.
  • the second subregion of the front-side main surface represents an exposed outer surface of the semiconductor body. It is also conceivable that the second subregion is covered in top view of the front-side main surface by one or more, in particular radiation-permeable, layers. In this case, in particular, the layer or each of the layers which is the second
  • the quotient of the area content of a front-side contact area and the total area of the front-side main area has a value of greater than or equal to 0.05. Alternatively or additionally, it has a value of less than or equal to 0.15.
  • the term front side contact surface is used to denote the surface enclosed by the outer contour of the first subregion, and in the case of a plurality of first subregions, the sum of the surfaces respectively enclosed by the outer contours of the individual first subregions.
  • the area of the front-side contact surface is the difference between the total area and the area of the second portion of the front-side main surface.
  • the surface area of the front-side contact area, the area of the second area and the total area of the front-side main area are understood to be the areas of the projections of the corresponding areas parallel to a main extension plane of the semiconductor layer sequence.
  • the inventors have found that with a first partial area or, in the case of a plurality of openings, with a plurality of first partial areas which cover a total of 5% or more and in particular 15% or less of the total area of the front main area, a particularly large electro-optical area Overall efficiency of the semiconductor body is achieved.
  • the optoelectronic semiconductor body is a thin-film light-emitting diode chip.
  • a basic principle of a thin-film light-emitting diode chip is, for example, in the publication I. Schnitzer et al. , Appl. Phys. Lett. 63 (16) 18.
  • a thin-film light-emitting diode chip is, to a good approximation, a Lambertian surface radiator and is therefore, for example, well suited for use in a headlight, for example a motor vehicle headlight.
  • the thin-film light-emitting diode chip is distinguished in one embodiment by at least one, in particular by all of the following features:
  • the thin-film light-emitting diode chip has-preferably on the rear side-a carrier element which is not the growth substrate on which the semiconductor layer sequence has been grown epitaxially, but a separate carrier element which has subsequently been attached to the semiconductor layer sequence;
  • the semiconductor layer sequence has a thickness in the range of 10 ⁇ m or less, in particular in the range of 5 ⁇ m or less;
  • the semiconductor layer sequence is free of a growth substrate.
  • free from a growth substrate means that a growth substrate which may be used for growth is removed from the semiconductor layer sequence or at least heavily thinned. In particular, it is thinned so that it alone or together with the epitaxial layer sequence is not self-supporting. The remainder of the highly thinned growth substrate is in particular unsuitable as such for the function of a growth substrate; and
  • the semiconductor layer sequence contains at least one semiconductor layer having at least one surface which has a mixed-through structure which, in the ideal case, leads to an approximately ergodic distribution of the light in the semiconductor layer sequence, that is to say it has as ergodically stochastic scattering behavior as possible.
  • the formation of the opening in such a way that it completely penetrates the semiconductor layer sequence can be particularly marked. ders be advantageous.
  • a thin-film semiconductor chip with an opening which extends from the rear side in the direction of the front side into the semiconductor layer sequence but does not completely penetrate it there is a relatively great risk of damaging the semiconductor layer sequence upon removal of the growth substrate.
  • a comparatively large thickness of the semiconductor layer sequence is necessary in such a semiconductor body.
  • semiconductor bodies according to the present application can advantageously have a semiconductor layer sequence with a particularly small thickness.
  • the semiconductor layer sequence has a thickness of 3 ⁇ m or less, for example of 1 ⁇ m or less. In a further development, it has a thickness of 500 nm or less.
  • Such a small thickness is for example also particularly advantageous for an embodiment in which the semiconductor layer sequence has a structuring which represents a photonic crystal. Furthermore, such a small layer thickness is advantageous in the case of a semiconductor layer sequence whose front-side main surface and / or rear-side main surface has a structuring which extends as far as the active layer or even cuts through the active layer. With such a structuring of the so-called Purcell effect can be exploited, with which an increase in the emission rate of the active layer can be achieved.
  • the first subregion of the front-side main surface of the semiconductor layer sequence which is covered by an end section of the first sub-segment of the first electrical connection layer, encloses the at least one opening.
  • the first partial region has an outer contour that runs completely around the opening in a plan view of the front-side main surface.
  • the first portion encloses the opening in plan view of the front ring-like.
  • the first one has
  • Partial area in plan view of the front-side main surface a - at least substantially - circular, elliptical or n-angular outer contour, wherein in the case of a n-angular outer contour n ⁇ 3.
  • An inner contour of the first portion is formed, for example, by a front edge of the opening.
  • the semiconductor layer sequence has a plurality of openings which are each enclosed by a first subregion.
  • the portion of the first electrical connection layer - in particular together with the electrical separation layer - fills the opening completely or at least almost completely.
  • the semiconductor body has at least one depression which overlaps laterally with the at least one opening of its semiconductor layer sequence and extends from the front toward the back into the semiconductor body Semiconductor layer sequence extends into it.
  • the depression represents a subarea of the opening.
  • the depression is free of material of the semiconductor layer sequence and of material of the first electrical connection layer.
  • the recess is free of solid matter.
  • it may be filled by an encapsulating material such as a silicone material or epoxy resin.
  • the first electrical connection layer delimits the recess laterally and / or in the direction of the rear side.
  • the first electrical connection layer has the depression.
  • a bottom portion of the portion fills a rear portion of the opening.
  • a middle section of the section extends annularly around a central region of the opening.
  • the central region of the opening which is open in particular to the front, is in particular free of the first electrical connection layer and constitutes the depression.
  • the depression is free of solid material.
  • the recess may be filled with an encapsulant such as epoxy or a silicone material, such as with a semiconductor body built into an opto-electronic device.
  • the first electrical connection layer is expediently different from the semiconductor layer sequence and preferably free of semiconductor material.
  • it has at least in places a metal such as silver, gold, aluminum and / or copper or it consists of at least one of these metals.
  • the first electrical connection layer is formed at least in places translucent or transparent.
  • the section that runs through the opening or at least one or more sections of the section is designed to be translucent or transparent.
  • at least the end portion of the portion covering the first portion of the front-side main surface is made translucent or transparent.
  • the portion or the transparent portion (s) of the portion comprises or consists of a transparent, conductive oxide such as indium tin oxide (ITO).
  • ITO indium tin oxide
  • a translucent section may be particularly advantageous for the coupling-out efficiency, for example, if the semiconductor body has a depression bounded by the section in the region of the opening.
  • a particularly high overall efficiency of the semiconductor body can be achieved with a first electrical connection layer which is at least locally translucent and which, in particular, does not cover a second partial area of the front-side main area.
  • Radiation coupling-out structures are understood to mean elevations or depressions which are provided for decoupling electromagnetic radiation generated in the active layer to improve by scattering.
  • Radiation extraction structures have, in an expedient embodiment, dimensions in the range of a wavelength of an emission maximum of the semiconductor layer sequence.
  • adjacent protrusions or adjacent depressions have on average a distance and / or a height of greater than or equal to 100 nm, preferably greater than or equal to 300 nm. In particular, their distance and / or height is on average less than or equal to 1.5 ⁇ m preferably less than or equal to 1 micron, more preferably less than or equal to 500 nm.
  • the first subarea is free of the radiation decoupling structures.
  • the first subarea is not specifically provided with structures.
  • the first portion of the front-side main surface is, for example, a smooth, in particular a flat surface.
  • the inventors have found that a particularly good electrical conductivity of the end section of the first electrical connection layer can be achieved with a first section which is free of the radiation coupling-out structures. If the first subarea exhibits radiation decoupling structures, there is the risk that the lateral current distribution of the end section is unsatisfactory. Particularly advantageous is a first subregion, which is free of the radiation coupling-out structures for a semiconductor body, for operation with an operating current of 100 mA or more, in particular 500 mA or more, for example 1 A or more, based on an area of the front side Main area of one square millimeter, is operated.
  • the semiconductor body has a second electrical connection layer, which is likewise arranged on its rear side and which is electrically insulated by means of the separation layer or a further separation layer from the first electrical connection layer.
  • the semiconductor body is contacted on the n-side by means of the first electrical connection layer and p-side by means of the second electrical connection layer, or vice versa.
  • the semiconductor body with the first and the second electrical connection layer may be provided for external electrical contacting of both its n-side and its p-side from the rear side.
  • the first and / or second electrical connection layer may be pulled laterally next to the semiconductor layer sequence. In this way, the first and / or second electrical connection layer may be suitable for external electrical contacting from the front side.
  • the first electrical connection layer, the second electrical connection layer and the separation layer overlap laterally on the rear side of the semiconductor body.
  • Such a configuration is expedient, for example, for a semiconductor body having a plurality of openings in its semiconductor layer sequence in order to configure the first electrical connection layer in such a way that the sections running into the openings are electrically conductively connected to one another at the rear side of the semiconductor body.
  • the electrically conductive connection is produced in particular with the rear-side section of the first electrical connection layer.
  • a semiconductive or electrically insulating mirror layer is arranged between the semiconductor layer sequence and the first electrical connection layer.
  • the semiconductive or electrically insulating mirror layer has a plurality of recesses.
  • the semiconductor layer sequence is uncovered by the mirror layer, in particular in a plan view of the rear side of the semiconductor body.
  • the second electrical connection layer expediently extends through the recesses to the semiconductor layer sequence. In this way, an electrical connection between the second electrical connection layer and the semiconductor layer sequence is produced through the electrically insulating or semiconductive mirror layer.
  • the at least one opening tapers in the direction from the front side to the rear side.
  • the opening at the front has a larger cross-section than at the back.
  • the opening tapers in the direction from the back to the front. Such a configuration is particularly useful when the recess is completely filled by the first electrical connection layer.
  • annular peripheral side surface of the opening or the side surfaces of the opening extending substantially perpendicular to a main extension plane of the semiconductor layer sequence.
  • FIG. 1 shows a schematic sectional view of an opto-electronic semiconductor body according to a first
  • FIG. 2 shows a schematic sectional representation of an optoelectronic semiconductor body according to a second exemplary embodiment
  • FIG. 3 shows a schematic sectional view of an optoelectronic semiconductor body according to a third exemplary embodiment
  • FIG. 4 shows a schematic plan view of the optoelectronic semiconductor body according to the first exemplary embodiment
  • FIG. 5 shows a schematic plan view of a detail of an optoelectronic semiconductor body according to a variant of the first exemplary embodiment
  • FIG. 6 shows the relative total electro-optical efficiency of the
  • FIG. 1 shows a first exemplary embodiment of an optoelectronic semiconductor body.
  • the optoelectronic semiconductor body has an epitaxial semiconductor layer sequence 1, from which the growth substrate is separated.
  • a front-side main surface 10 of the semiconductor layer sequence 1 arranged on a front side 2 of the semiconductor body is provided for radiation decoupling.
  • the semiconductor layer sequence 1 contains an active Layer 100, which is intended to generate electromagnetic radiation.
  • the semiconductor layer sequence 1 in the present case has a thickness D of 1 ⁇ m. The thickness is the dimension of the rear main surface 15 to the front side main surface 10th
  • the semiconductor layer sequence 1 has a plurality of openings 110, of which only two are shown in FIG. 1 for the sake of simplicity.
  • the openings 110 completely penetrate the semiconductor layer sequence 1 in the direction from the front side 2 to the rear side 3. In particular, they also break through the active layer 100.
  • the openings 110 are free of material of the semiconductor layer sequence 1. In the present case, they have a circular cross-section. They are tapered in the direction of the semiconductor body of the first embodiment in the direction from the front side 2 to the rear side 3.
  • a first electrical connection layer 4 is arranged.
  • a part 40 of the first electrical connection layer 4 extends from the rear side 3 into an opening 110 of the semiconductor layer sequence 1 and runs through it as far as the front side 2 of the semiconductor body, where an end section 40A of the section 40 forms a first subregion 11 of the semiconductor body Front - more precisely, the front main surface 10 - covered.
  • the first partial regions 11 surround the respective openings 110 in an annular manner.
  • a second partial region 12 of the front-side main surface 10 is uncovered by the first electrical connection layer 4.
  • the second subregion 12 represents an exposed outer surface of the semiconductor body.
  • the second subregion 12 has light extraction structures 120 in the present exemplary embodiment.
  • the first partial regions 11 are free of the light coupling-out structures 120 and represent planar surface sections.
  • FIG. 4 shows this in a schematic plan view of the front side 2 of the semiconductor body.
  • the semiconductor layer sequence 1 has, for example, a square base area.
  • the openings 110 are arranged, for example, in seven rows and seven columns, in particular at the grid points of a square grid.
  • the end portions 40A of the portions 40 of the first electrical connection layer 4 that extend through the openings 110 cover the first portions 11 of the front-side main surface 10 and surround recesses 6.
  • a second portion 12 is uncovered by the first electrical connection layer 4.
  • the sections 40 of the first electrical connection layer 4 in the present embodiment do not completely fill the respective opening 110. Only a bottom portion of the portion 40 completely fills a rear portion of the opening 110. A downstream in the direction of the front side 2 center portion of the portion 40, which is arranged in the region of the opening 110, is formed only as a layer which surrounds the annular
  • the end portion 4OA of the portion 40 which adjoins the central portion in the direction of the front side 2 is likewise of annular design.
  • the section 40 thus has the form of a tube which is closed on the rear side by means of the bottom section and which has on the front side a collar formed by the end section 40A.
  • the middle section forms the side wall of the tube.
  • the recesses 6 of the semiconductor body are formed, which extend in each case in the region of an opening 110 from the front side 2 in the direction of the rear side 3 into the semiconductor layer sequence 1.
  • the extending through the opening portion 40 of the first electrical connection layer 4 is formed in the present case transparent. It has or consists of a transparent, conductive oxide such as indium tin oxide (ITO).
  • ITO indium tin oxide
  • the first electrical connection layer 4 which in particular in the direction of the rear side 3 adjacent to the portion 40, preferably comprises a metallic material or consists thereof.
  • the first electrical connection layer consists of the transparent section 40 extending through the opening 110 and the metallic rear section.
  • the portion 40 is electrically insulated by means of a separating layer 7 against the circumferential side surface of the opening 110.
  • the separating layer 7 is arranged in the lateral direction between the section 40 and the semiconductor layer sequence 1.
  • an electrical contact is made between the front-side main surface 10 of the semiconductor layer sequence 1 and the end portion 40A of the portion 40.
  • the separating layer 7 also isolates the first electrical connection layer 4 from a second electrical connection layer 5, which is likewise arranged on the rear side 3 of the semiconductor body.
  • the second electrical connection layer 5 extends from the rear side 3 through recesses 80 of the electrically insulating mirror layer 8 to the rear main surface 15 of the semiconductor layer sequence 1.
  • the first electrical connection layer for n-side connection and the second electrical connection layer for p-side provided side connection of the semiconductor body.
  • the individual sections 40 which are arranged in the respective openings 110 of the semiconductor layer sequence 1, are electrically conductively connected to one another in an electrically conductive manner by means of the rear-side section of the first electrical connection layer 4.
  • the semiconductor body is provided for the external electrical contacting of its n-side and its p-side from the back 3.
  • the first electrical connection layer 1 and / or the second electrical connection layer 5 can also be pulled laterally next to the semiconductor layer sequence 1, so that it is / are suitable for contacting from the front side.
  • Such embodiments are shown in connection with the embodiments of Figures 2 and 3.
  • FIG. 6 shows the relative total electro-optical efficiency Hrel of the semiconductor body according to the first embodiment as a function of the relative contact area A re ] _.
  • the relative contact area is the quotient of the area enclosed by the outer contours of the first partial areas 11 to the total area of the front main area 10 of the semiconductor layer sequence 1.
  • the total area is the sum of the first partial areas 11 and the second partial area 12 are to be understood in each case in projection onto the main extension plane of the semiconductor layer sequence 1, so that an enlargement of the actual area - for example, by the elevations forming the coupling-out structures 120 - is not taken into account.
  • the first portions 11 are also flat, but the thickness of the end portion 4OA is selected equal to 30 nm.
  • the first partial regions 11 have outcoupling structures 120 for comparison;
  • the thickness of the end portion 40A, which is applied to the coupling-out structures of the first portion 11, is 100 nm in the case shown in curve 63.
  • a preferred layer thickness of the end portions 40A of the first electrical connection layer is between 30 nm and 100 nm.
  • FIG. 2 shows a second exemplary embodiment of an optoelectronic semiconductor body.
  • the optoelectronic semiconductor body according to the second exemplary embodiment initially differs from that of the first exemplary embodiment in that both the first and the second electrical connection layers 4, 5 are pulled laterally next to the semiconductor layer sequence 1.
  • the semiconductor body is suitable for n-side and p-side external connection from its front side 2 ago.
  • the semiconductor body may also be provided for n-side and p-side external connection from its rear side 3, as explained in connection with the first embodiment.
  • the semiconductor body according to the second exemplary embodiment differs from that of the first exemplary embodiment in that the sections 40 of the first electrical connection layer 4 that extend through the openings 110 completely fill the openings 110 in each case.
  • the sections 40 in the region of the openings 110 are made of a metallic material.
  • Only end portions 40A which cover the first portions 110 of the front side major surface 10 are made of a transparent conductive oxide such as ITO.
  • the end portions 40A are present also not ring-shaped, as in the first embodiment, but have the shape of a solid cylinder or, in a variant, a cuboid.
  • Each end section Specifically, 40A abuts on a front end surface of the metallic portion of the portion 40, completely covers and projects laterally beyond this end surface.
  • FIG. 3 shows a third exemplary embodiment of an optoelectronic semiconductor body.
  • the third embodiment substantially corresponds to the first embodiment.
  • the second electrical connection layer is provided for external electrical connection from the front side, while the first electrical connection layer 4 is provided for external electrical connection from the rear side.
  • Such a configuration of the external electrical connections is also suitable for the remaining embodiments.
  • the first electrical connection layer 4 completely covers the front-side main surface 10 of the semiconductor layer sequence 1.
  • the radiation-transmissive section 40 extending through the openings 110 and having, for example, a TCO, extends over the entire front-side main surface 10.
  • a portion 12 of the front-side main surface 10 of the first electrical connection layer 4 may be uncovered.
  • FIG. 5 shows a schematic plan view of a section of the front-side main surface 10 of a semiconductor body according to a variant of the first exemplary embodiment.
  • the openings 110 are not arranged at the lattice points of a rectangular grid with the annularly enclosing first portions 11 of the front-side main surface 10. Instead, they are arranged at the grid points of a hexagonal grid, indicated by the dashed lines in FIG. 5.
  • Embodiments limited to these. Rather, it includes every new feature as well as any combination of features, even if this feature or this combination is not explicitly stated in the exemplary embodiments and / or patent claims.

Landscapes

  • Led Devices (AREA)
  • Led Device Packages (AREA)

Abstract

Es wird ein optoelektronischer Halbleiterkörper mit einer Halbleiterschichtenfolge (1), die eine zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung geeignete aktive Schicht (100) aufweist, und einer ersten elektrischen Anschlussschicht (4) angegeben. Der Halbleiterkörper ist zur Emission elektromagnetischer Strahlung von einer Vorderseite (2) vorgesehen. Die Halbleiterschichtenfolge (1) weist mindestens eine Öffnung (110) auf, welche die Halbleiterschichtenfolge (1) in Richtung von der Vorderseite (2) zu einer der Vorderseite (2) gegenüberliegenden Rückseite (3) vollständig durchdringt. Die erste elektrische Anschlussschicht (4) ist an der Rückseite (3) des Halbleiterkörpers angeordnet, ein Teilstück (40) der ersten elektrischen Anschlussschicht (4) verläuft von der Rückseite (3) her durch die Öffnung (110) zur Vorderseite (2) hin verläuft und bedeckt einen ersten Teilbereich (11) einer vorderseitigen Hauptfläche (10) der Halbleiterschichtenfolge (1). Ein zweiter Teilbereich (12) der vorderseitigen Hauptfläche (10) ist von der ersten elektrischen Anschlussschicht (4) unbedeckt.

Description

Beschreibung
Optoelektronischer Halbleiterkörper
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 102008051048.3, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Die vorliegende Anmeldung betrifft einen optoelektronischen Halbleiterkörper.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Anmeldung, einen optoelektronischen Halbleiterkörper anzugeben, der eine besonders hohe Gesamt-Effizienz aufweist und/oder der besonders kosten- günstig herstellbar ist.
Diese Aufgabe wird durch einen optoelektronischen Halbleiterkörper gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Halbleiterkörpers sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Der Offenbarungsgehalt der
Patentansprüche wird hiermit durch Rückbezug explizit in die Beschreibung mit aufgenommen.
Es wird ein optoelektronischer Halbleiterkörper angegeben, der eine Halbleiterschichtenfolge aufweist. Die Halbleiterschichtenfolge enthält eine zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung geeignete aktive Schicht . Die aktive Schicht enthält einen pn-Übergang, eine Doppelheterostruktur oder eine QuantentopfStruktur wie eine Einfachquantentopfstruktur (SQW, Single quantum well) oder MehrfachquantentopfStruktur
(MQW, multi quantum well) zur Strahlungserzeugung. Die Halbleiterschichtenfolge weist mindestens eine Öffnung auf. Die Öffnung durchdringt die Halbleiterschichtenfolge in Richtung von einer Vorderseite zu einer der Vorderseite gegenüberliegenden Rückseite vollständig. Anders ausgedrückt weist die Halbleiterschichtenfolge eine Aussparung, zum Beispiel ein Loch auf, das sich über die gesamte Dicke der Halbleiterschichtenfolge erstreckt. Die Dicke ist dabei die Ausdehnung der Halbleiterschichtenfolge in Richtung von der Vorderseite zur Rückseite.
Der optoelektronische Halbleiterkörper ist zur Emission elektromagnetischer Strahlung von einer Vorderseite vorgesehen. Eine erste elektrische Anschlussschicht ist an der Rückseite des Halbleiterkörpers angeordnet. Beispielsweise be- deckt sie die Halbleiterschichtenfolge in Draufsicht auf die Rückseite stellenweise oder vollständig. Ein Teilstück der ersten elektrischen Anschlussschicht verläuft von der Rückseite her durch die Öffnung der Halbleiterschichtenfolge zur Vorderseite hin und bedeckt einen ersten Teilbereich einer vorderseitigen Hauptfläche der Halbleiterschichtenfolge.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung weist die Halbleiterschichtenfolge eine Mehrzahl von Öffnungen auf, die in Draufsicht auf den Halbleiterkörper beispielsweise an den Gitter- punkten eines rechteckigen, quadratischen oder hexagonalen
Gitters angeordnet sind. Bei einem Halbleiterkörper mit einer Mehrzahl von Öffnungen ist jeder Öffnung ein Teilstück der ersten elektrischen Anschlussschicht zugeordnet, das durch die jeweilige Öffnung verläuft. Zudem ist jeder Öffnung ein erster Teilbereich der vorderseitigen Hauptfläche zugeordnet, der von dem jeweiligen Teilstück bedeckt ist. In der Öffnung, oder zumindest in einem rückseitigen Teilbereich der Öffnung, ist bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung eine Trennschicht angeordnet, welche das Teilstück der ersten elektrischen Anschlussschicht gegen die Halbleiterschichten- folge isoliert. Auf diese Weise ist die Gefahr eines Kurzschlusses der aktiven Schicht durch das in der Öffnung angeordnete und durch einen Durchbruch der aktiven Schicht hindurch verlaufende Teilstück der ersten elektrischen Anschlussschicht vermindert. Die Trennschicht kann mit der ersten elektrischen Anschlussschicht integriert ausgebildet sein, beispielsweise durch Oxidation eines Randbereichs einer ersten elektrischen Anschlussschicht, die ein Metall enthält. Vorzugsweise ist die Trennschicht von der ersten elektrischen Anschlussschicht verschieden. Sie weist zum Beispiel ein Dielektrikum auf oder besteht daraus. Beispielsweise enthält sie Siliziumdioxid oder ein Siliziumnitrid oder besteht aus einem dieser Materialien.
Mit der ersten elektrischen Anschlussschicht kann die vorder- seitige externe elektrische Kontaktierung des Halbleiterkörpers von seiner Rückseite her erfolgen. Eine elektrische Anschlussschicht für den externen elektrischen Anschluss - etwa ein Bondpad - ist auf der Strahlungsemittierenden Vorderseite vorteilhafterweise nicht erforderlich. Eine solche externe elektrische Anschlussschicht vermindert in der Regel die Effizienz des Halbleiterkörpers, beispielsweise da sie die Auskopplung eines Teils der von der aktiven Schicht emittierten Strahlung behindert .
Bei einer Ausgestaltung bedeckt die elektrische Anschluss-
Schicht die vorderseitige Hauptfläche vollständig. Bei einer alternativen Ausgestaltung ist ein zweiter Teilbereich der vorderseitigen Hauptfläche von der ersten elektrischen Anschlussschicht unbedeckt. Insbesondere ist der zweite Teilbereich in Draufsicht auf die vorderseitige Hauptfläche nicht von einer elektrisch leitfähigen Schicht überdeckt. Beispielsweise stellt der zweite Teilbereich der vorderseitigen Hauptfläche eine freiliegende Außenfläche des Halbleiterkörpers dar. Es ist auch denkbar, dass der zweite Teilbereich in Draufsicht auf die vorderseitige Hauptfläche von einer oder mehreren, insbesondere strahlungsdurchlässigen, Schichten überdeckt ist. In diesem Fall ist insbesondere die Schicht oder jede der Schichten, welche den zweiten
Teilbereich in Draufsicht auf die vorderseitige Hauptfläche überdeckt, elektrisch isolierend.
Bei einer Weiterbildung hat der Quotient aus dem Flächen- inhalt einer Vorderseiten-Kontaktfläche und der Gesamtfläche der vorderseitigen Hauptfläche einen Wert von größer oder gleich 0,05. Alternativ oder zusätzlich hat er ein Wert von kleiner oder gleich 0,15. Mit dem Begriff Vorderseiten- Kontaktfläche wird die von der Außenkontur des ersten Teil- bereichs umschlossene Fläche bezeichnet, bei einer Mehrzahl erster Teilbereiche die Summe der von den Außenkonturen der einzelnen ersten Teilbereiche jeweils umschlossenen Flächen. Der Flächeninhalt der Vorderseiten-Kontaktfläche ist die Differenz zwischen der Gesamtfläche und dem Flächeninhalt des zweiten Teilbereichs der vorderseitigen Hauptfläche. Unter dem Flächeninhalt der Vorderseiten-Kontaktfläche, dem Flächeninhalt des zweiten Teilbereichs und der Gesamtfläche der vorderseitigen Hauptfläche werden im vorliegenden Zusammenhang jeweils die Flächeninhalte der Projektionen der ent- sprechenden Flächen auf eine zu einer Haupterstreckungsebene der Halbleiterschichtenfolge parallele Ebene verstanden. Eine von einer planen Fläche abweichende Topografie - etwa aufgrund einer Strukturierung der vorderseitigen Hauptfläche zur Verbesserung der Lichtauskopplung - bleibt dabei unberücksichtigt .
Die Erfinder haben festgestellt, dass mit einem ersten Teil- bereich beziehungsweise - bei einer Mehrzahl von Öffnungen - mit einer Mehrzahl von ersten Teilbereichen, die insgesamt 5% oder mehr und insbesondere 15% oder weniger der Gesamtfläche der vorderseitigen Hauptfläche bedecken, eine besonders große elektrooptische Gesamteffizienz des Halbleiterkörpers erzielt wird.
Bei einer Ausgestaltung ist der optoelektronische Halbleiterkörper ein DünnfiIm-Leuchtdiodenchip . Ein Grundprinzip eines Dünnfilm-Leuchtdiodenchips ist beispielsweise in der Druck- schrift I. Schnitzer et al . , Appl . Phys . Lett . 63 (16) 18.
Oktober 1993, Seiten 2174 - 2176 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt insofern hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird. Beispiele für Dünnfilm-Leuchtdiodenchips sind in den Druckschriften EP 0905797 A2 und WO 02/13281 Al beschrieben, deren Offenbarungsgehalt insofern hiermit ebenfalls durch Rückbezug aufgenommen wird.
Ein Dünnfilm-Leuchtdiodenchip ist in guter Näherung ein Lambert' scher Oberflächenstrahler und eignet sich von daher bei- spielsweise gut für die Anwendung in einem Scheinwerfer, etwa einem Kraftfahrzeugscheinwerfer.
Der DünnfiIm-Leuchtdiodenchip zeichnet sich bei einer Ausgestaltung durch mindestens eines, insbesondere durch alle der folgenden Merkmale aus :
- an einer der vorderseitigen Hauptfläche gegenüberliegenden rückseitigen Hauptfläche der Halbleiterschichtenfolge, bei der es sich insbesondere um eine Strahlungserzeugende Epi- taxie-Schichtenfolge handelt, ist eine reflektierende Schicht aufgebracht oder ausgebildet, die zumindest einen Teil der in der Halbleiterschichtenfolge erzeugten elektromagnetischen Strahlung in diese zurückreflektiert; - der Dünnfilm-Leuchtdiodenchip weist - vorzugsweise an der Rückseite - ein Trägerelement auf, bei dem es sich nicht um das Wachstumssubstrat handelt, auf dem die Halbleiterschichtenfolge epitaktisch gewachsen wurde, sondern um ein separates Trägerelement, das nachträglich an der Halbleiterschich- tenfolge befestigt wurde;
- die Halbleiterschichtenfolge weist eine Dicke im Bereich von 10 μm oder weniger, insbesondere im Bereich von 5 μm oder weniger auf;
- die Halbleiterschichtenfolge ist frei von einem Aufwachs- substrat. Vorliegend bedeutet „frei von einem Aufwachssubstrat, dass ein gegebenenfalls zum Aufwachsen benutztes Aufwachssubstrat von der Halbleiterschichtenfolge entfernt oder zumindest stark gedünnt ist . Insbesondere ist es derart gedünnt, dass es für sich oder zusammen mit der Epitaxie- Schichtenfolge alleine nicht freitragend ist. Der verbleibende Rest des stark gedünnten Aufwachssubstrats ist insbesondere als solches für die Funktion eines Aufwachssubstrates ungeeignet; und
- die Halbleiterschichtenfolge enthält mindestens eine HaIb- leiterschicht mit zumindest einer Fläche, die eine Durchmischungsstruktur aufweist, die im Idealfall zu einer annähernd ergodischen Verteilung des Lichtes in der Halbleiterschichtenfolge führt, das heißt, sie weist ein möglichst ergodisch stochastisches Streuverhalten auf .
Bei der Herstellung des Halbleiterkörpers als Dünnfilmleucht- diodenchip kann die Ausbildung der Öffnung derart, dass sie die Halbleiterschichtenfolge vollständig durchdringt, beson- ders vorteilhaft sein. Bei einem Dünnfilmhalbleiterchip mit einer Öffnung, welche von der Rückseite her in Richtung der Vorderseite in die Halbleiterschichtenfolge hinein verläuft, diese jedoch nicht vollständig durchdringt, besteht eine re- lativ große Gefahr, die Halbleiterschichtenfolge beim Entfernen des Aufwachssubstrates zu beschädigen. Im Gegensatz zum Halbleiterkörper gemäß der vorliegenden Anmeldung ist bei einem derartigen Halbeiterkörper eine vergleichsweise große Dicke der Halbleiterschichtenfolge notwendig.
Halbleiterkörper gemäß der vorliegenden Anmeldung können vorteilhafterweise eine Halbleiterschichtenfolge mit einer besonders geringen Dicke aufweisen. Bei einer Ausgestaltung hat die Halbleiterschichtenfolge eine Dicke von 3 μm oder weni- ger, beispielsweise von 1 μm oder weniger. Bei einer Weiterbildung hat sie eine Dicke von 500 nm oder weniger.
Auf diese Weise ist die zur Herstellung der Halbleiterschichtenfolge benötigte Zeit besonders kurz . Die Herstellung des Halbleiterkörpers ist so besonders kostengünstig. Eine derart geringe Dicke ist zum Beispiel auch besonders vorteilhaft für eine Ausgestaltung, bei der die Halbleiterschichtenfolge eine Strukturierung aufweist, die einen photonischen Kristall darstellt. Des Weiteren ist eine derart geringe Schichtdicke vorteilhaft bei einer Halbleiterschichtenfolge, deren vorderseitige Hauptfläche und/oder rückseitige Hauptfläche eine Strukturierung aufweist, die sich bis zur aktiven Schicht hin erstreckt oder die aktive Schicht sogar durchtrennt. Mit einer derartigen Strukturierung kann der so genannte Purcell- Effekt ausgenutzt werden, mit dem eine Erhöhung der Emissionsrate der aktiven Schicht erzielt werden kann. Strukturierungen, die einen photonischen Kristall darstellen oder mit denen der Purcell-Effekt ausgenutzt werden kann, sind dem Fachmann im Prinzip bekannt und werden daher an dieser Stelle nicht näher erläutert . In Verbindung mit einem Halbleiterkörper geringer Schichtdicke kann mit solchen Strukturierungen eine besonders große optische Effizienz erzielt werden.
Bei einer Ausgestaltung des Halbleiterkörpers umschließt erste Teilbereich der vorderseitigen Hauptfläche der Halbleiterschichtenfolge, der von einem Endabschnitt des ersten Teilstücks der ersten elektrischen Anschlussschicht bedeckt ist, die mindestens eine Öffnung. Anders ausgedrückt hat der erste Teilbereich bei dieser Ausgestaltung eine Außenkontur, welche in Draufsicht auf die vorderseitige Hauptfläche vollständig um die Öffnung herum verläuft. Insbesondere umschließt der erste Teilbereich die Öffnung in Draufsicht auf die Vorderseite ring-artig. Beispielsweise hat der erste
Teilbereich in Draufsicht auf die vorderseitige Hauptfläche eine - zumindest im Wesentlichen - kreisförmige, ellipsen- förmige oder n-eckige Außenkontur, wobei im Fall einer n- eckigen Außenkontur n ≥ 3 ist . Eine Innenkontur des ersten Teilbereichs wird zum Beispiel von einem vorderseitigen Rand der Öffnung gebildet. Bei einer Weiterbildung hat die Halbleiterschichtenfolge eine Mehrzahl von Öffnungen, die jeweils von einem ersten Teilbereich umschlossen sind.
Bei einer Ausführungsform füllt das Teilstück der ersten elektrischen Anschlussschicht - insbesondere zusammen mit der elektrischen Trennschicht - die Öffnung vollständig oder zumindest nahezu vollständig aus .
Bei einer anderen Ausführungsform weist der Halbleiterkörper mindestens eine Vertiefung auf, die mit der mindestens einen Öffnung seiner Halbleiterschichtenfolge lateral überlappt und sich von der Vorderseite in Richtung zur Rückseite hin in die Halbleiterschichtenfolge hinein erstreckt. Insbesondere stellt die Vertiefung ein Teilgebiet der Öffnung dar. Die Vertiefung ist frei von Material der Halbleiterschichtenfolge und von Material der ersten elektrischen Anschlussschicht . Vorzugsweise ist die Vertiefung frei von fester Materie.
Alternativ kann sie von einem Verkapselungsmaterial wie einem Silikon-Material oder Epoxidharz gefüllt sein.
Bei einer zweckmäßigen Weiterbildung dieser Ausführungsform begrenzt die erste elektrische Anschlussschicht, insbesondere das Teilstück der ersten elektrischen Anschlussschicht, die Vertiefung lateral und/oder in Richtung zur Rückseite hin. Insbesondere weist die erste elektrische Anschlussschicht die Vertiefung auf . Beispielsweise füllt ein Bodenabschnitt des Teilstücks einen der Rückseite zugewandten Teilbereich der Öffnung. Alternativ oder zusätzlich verläuft ein Mittelabschnitt des Teilstücks ringförmig um einen Mittelbereich der Öffnung herum. Der insbesondere zur Vorderseite offene Mittelbereich der Öffnung ist insbesondere frei von der ersten elektrischen Anschlussschicht und stellt die Vertiefung dar. Insbesondere ist die Vertiefung frei von festem Material . Alternativ kann die Vertiefung - etwa bei einem Halbleiterkörper, der in ein optoelektronisches Bauteil eingebaut ist - mit einer Verkapselungsmasse wie Epoxidharz oder einem Silikonmaterial gefüllt sein.
Die erste elektrische Anschlussschicht ist zweckmäßigerweise von der Halbleiterschichtenfolge verschieden und vorzugsweise frei von Halbleitermaterial. Insbesondere weist sie zumindest stellenweise ein Metall wie Silber, Gold, Aluminium und/oder Kupfer auf oder sie besteht aus mindestens einem dieser Metalle. Bei einer Weiterbildung ist die erste elektrische Anschluss- schicht zumindest stellenweise lichtdurchlässig oder transparent ausgebildet. Beispielsweise ist das Teilstück, das durch die Öffnung hindurch verläuft, oder zumindest ein oder mehre- re Abschnitte des Teilstücks lichtdurchlässig oder transparent ausgebildet. Insbesondere ist zumindest der Endabschnitt des Teilstücks, der den ersten Teilbereich der vorderseitigen Hauptfläche bedeckt, lichtdurchlässig oder transparent ausgebildet. Beispielsweise weist das Teilstück oder der/die transparente (n) Abschnitt (e) des Teilstücks ein transparentes, leitfähiges Oxid wie Indium-Zinn-Oxid (ITO, indium tin oxide) auf oder besteht daraus. Ein lichtdurchlässiges Teilstück kann für die Auskoppel-Effizienz beispielsweise besonders vorteilhaft sein, wenn der Halbleiterkörper im Bereich der Öffnung eine von dem Teilstück begrenzte Vertiefung aufweist .
Ein von dem durch die Öffnung verlaufenden Teilstück verschiedenes weiteres, rückseitiges Teilstück der ersten elektrischen Anschlussschicht weist bei einer anderen
Weiterbildung ein Metall auf oder besteht daraus. Mit einer zumindest stellenweise lichtdurchlässigen ersten elektrischen Anschlussschicht, die insbesondere einen zweiten Teilbereich der vorderseitigen Hauptfläche nicht bedeckt, kann eine be- sonders hohe Gesamt-Effizienz des Halbleiterkörpers erzielt werden .
Bei einer anderen Ausgestaltung weist die vorderseitige Hauptfläche der Halbleiterschichtenfolge Strahlungsauskoppel- Strukturen auf. Unter "Strahlungsauskoppelstrukturen" werden im vorliegenden Zusammenhang Erhebungen oder Vertiefungen verstanden, die dazu vorgesehen sind, die Auskoppelung von in der aktiven Schicht erzeugter elektromagnetischer Strahlung durch Streuung zu verbessern. Strahlungsauskoppelstrukturen weisen bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung Abmessungen im Bereich einer Wellenlänge eines Emissionsmaximums der Halbleiterschichtenfolge auf. Zum Beispiel haben benachbarte Erhebungen oder benachbarte Vertiefungen im Mittel einen Abstand und/oder eine Höhe von größer oder gleich 100 nm, vorzugsweise von größer oder gleich 300 nm. Insbesondere ist ihr Abstand und/oder ihre Höhe im Mittel kleiner oder gleich 1,5 μm vorzugsweise kleiner oder gleich 1 μm, besonders bevorzugt kleiner oder gleich 500 nm. Solche
Auskoppelstrukturen sind dem Fachmann im Prinzip bekannt und werden daher an dieser Stelle nicht näher erläutert.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung ist der erste Teilbereich frei von den Strahlungsauskoppelstrukturen. Insbesondere ist der erste Teilbereich nicht gezielt mit Strukturen versehen. Der erste Teilbereich der vorderseitigen Hauptfläche ist zum Beispiel eine glatte, insbesondere eine ebene Fläche.
Die Erfinder haben festgestellt, dass mit einem ersten Teilbereich, der frei von den Strahlungsauskoppelstrukturen ist, eine besonders gute elektrische Leitfähigkeit des Endabschnitts der ersten elektrischen Anschlussschicht erzielt werden kann. Weist der erste Teilbereich Strahlungsauskoppel- Strukturen auf, besteht die Gefahr, dass die laterale Stromverteilung des Endabschnitts unbefriedigend ist. Besonders vorteilhaft ist ein erster Teilbereich, der frei von den Strahlungsauskoppelstrukturen ist für einen Halbleiterkörper, der zum Betrieb mit einem Betriebsstrom von 100 mA oder mehr, insbesondere von 500 mA oder mehr, zum Beispiel von 1 A oder mehr, bezogen auf einen Flächeninhalt der vorderseitigen Hauptfläche von einem Quadratmillimeter, betrieben wird. Bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung weist der Halbleiterkörper eine zweite elektrische AnschlussSchicht auf, die ebenfalls an seiner Rückseite angeordnet ist und die mittels der Trennschicht oder einer weiteren Trennschicht elektrisch gegen die erste elektrische Anschlussschicht isoliert ist. Bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung wird mittels der ersten elektrischen Anschlussschicht der Halbleiterkörper n-seitig und mittels der zweiten elektrischen Anschlussschicht p- seitig kontaktiert, oder umgekehrt. Der Halbleiterkörper mit der ersten und der zweiten elektrischen Anschlussschicht kann zur externen elektrischen Kontaktierung sowohl seiner n-Seite als auch seiner p-Seite von der Rückseite her vorgesehen sein. Die erste und/oder zweite elektrische Anschlussschicht können seitlich neben die Halbleiterschichtenfolge gezogen sein. Auf diese Weise kann die erste und/oder zweite elektrische Anschlussschicht zur externen elektrischen Kontaktierung von der Vorderseite her geeignet sein.
Bei einer zweckmäßigen Weiterbildung überlappen die erste elektrische Anschlussschicht, die zweite elektrische An- schlussschicht und die Trennschicht an der Rückseite des Halbleiterkörpers lateral. Eine derartige Ausgestaltung ist beispielsweise für einen Halbleiterkörper mit einer Mehrzahl von Öffnungen in seiner Halbleiterschichtenfolge zweckmäßig, um die erste elektrische Anschlussschicht so auszugestalten, dass die in die Öffnungen jeweils hinein verlaufenden Teilstücke an der Rückseite des Halbleiterkörpers elektrisch leitend miteinander verbunden sind. Die elektrisch leitende Verbindung ist insbesondere mit dem rückseitigen Teilstück der ersten elektrischen AnschlussSchicht hergestellt.
Bei einer weiteren Ausgestaltung ist zwischen der Halbleiterschichtenfolge und der zweiten elektrischen Anschlussschicht und/oder zwischen der Halbleiterschichtenfolge und der ersten elektrischen Anschlussschicht zumindest stellenweise eine halbleitende oder elektrisch isolierende Spiegelschicht angeordnet. Mittels der Spiegelschicht wird ein von der aktiven Schicht in Richtung der Rückseite emittierter Anteil der elektromagnetischen Strahlung vorteilhafterweise in Richtung der Vorderseite emittiert. Auf diese Weise kann eine besonders hohe Effizienz der Strahlungsauskopplung erzielt werden.
Bei einer zweckmäßigen Weiterbildung weist die halbleitende oder elektrisch isolierende Spiegelschicht eine Mehrzahl von Ausnehmungen auf . Im Bereich der Ausnehtnungen ist die Halbleiterschichtenfolge insbesondere in Draufsicht auf die Rückseite des Halbleiterkörpers von der Spiegelschicht unbedeckt. Die zweite elektrische Anschlussschicht erstreckt sich zweckmäßigerweise durch die Ausnehmungen hindurch zu der Halbleiterschichtenfolge hin. Auf diese Weise wird eine elektrische Verbindung zwischen der zweiten elektrischen Anschlussschicht und der Halbleiterschichtenfolge durch die elektrisch isolie- rende oder halbleitende Spiegelschicht hindurch hergestellt.
Bei einer weiteren Ausgestaltung verjüngt sich die mindestens eine Öffnung in Richtung von der Vorderseite zur Rückseite hin. Anders ausgedrückt hat die Öffnung an der Vorderseite einen größeren Querschnitt als an der Rückseite. Auf diese Weise kann - insbesondere bei einer Ausgestaltung, bei der der Mittelbereich der Öffnung frei von der ersten elektrischen Anschlussschicht ist und der Halbleiterkörper in diesem Bereich die Vertiefung aufweist - eine besonders gute Auskop- pelung elektromagnetischer Strahlung von den Flanken der Vertiefung erfolgen. Bei einer anderen Ausgestaltung verjüngt sich die Öffnung in Richtung von der Rückseite zur Vorderseite hin. Eine derartige Ausgestaltung ist insbesondere zweckmäßig, wenn die Vertiefung vollständig von der ersten elektrischen Anschluss- Schicht gefüllt ist.
Bei einer alternativen Ausführungsform verläuft die ringförmig umlaufende Seitenfläche der Öffnung oder verlaufen die Seitenflächen der Öffnung im wesentlichen senkrecht zu einer Haupterstreckungsebene der Halbleiterschichtenfolge.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Halbleiterkörpers ergeben sich aus den im Zusammenhang mit den Figuren 1 bis 6 erläuterten exemplarischen Ausführungsbeispielen.
Es zeigen:
Figur 1 eine schematisch Schnittdarstellung eines opto- elektronischen Halbleiterkörpers gemäß einem ersten
Ausführungsbeispiel ,
Figur 2 eine schematische Schnittdarstellung eines optoelektronischen Halbleiterkörpers gemäß einem zwei- ten Ausführungsbeispiel,
Figur 3 eine schematische Schnittdarstellung eines optoelektronischen Halbleiterkörpers gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel,
Figur 4 eine schematische Draufsicht auf den optoelektronischen Halbleiterkörper gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, Figur 5 eine schematische Draufsicht auf einen Ausschnitt eines optoelektronischen Halbleiterkörpers gemäß einer Variante des ersten Ausführungsbeispiels, und
Figur 6 die relative elektrooptische Gesamteffizienz des
Halbleiterkörpers gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel in Abhängigkeit von der Bedeckung einer vorderseitigen Hauptfläche durch die erste elektrische Anschlussschicht .
In den Ausführungsbeispielen und Figuren sind ähnliche oder ähnlich wirkende Bestandteile mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente sind nicht als maßstabsgetreu zu betrachten, es sei denn, eine Skala ist explizit angegeben. Vielmehr können einzelne Elemente, zum Beispiel Schichten, übertrieben groß beziehungsweise dick dargestellt sein, um die Darstellbarkeit und/oder die Verständlichkeit der Fi- guren zu verbessern.
Figur 1 zeigt ein erstes exemplarisches Ausführungsbeispiel eines optoelektronischen Halbleiterköpers. Der optoelektronische Halbleiterkörper weist eine epitaktische Halbleiter- schichtenfolge 1 auf, von der das Aufwachssubstrat abgetrennt ist. Eine an einer Vorderseite 2 des Halbleiterkörpers angeordnete vorderseitige Hauptfläche 10 der Halbleiterschichtenfolge 1 ist zur Strahlungsauskopplung vorgesehen. An einer der Vorderseite 2 gegenüberliegenden Rückseite 3 ist auf der rückseitigen Hauptfläche 15 der Halbleiterschichtenfolge 1 eine dielektrische Spiegelschicht 8 aufgebracht. Zwischen der vorderseitigen Hauptfläche 10 und der rückseitigen Hauptfläche 15 enthält die Halbleiterschichtenfolge 1 eine aktive Schicht 100, die zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung vorgesehen ist . Die Halbleiterschichtenfolge 1 hat vorliegend eine Dicke D von 1 μm. Die Dicke ist dabei die Abmessung von der rückseitigen Hauptfläche 15 zur vorderseitigen Hauptfläche 10.
Die Halbleiterschichtenfolge 1 weist eine Mehrzahl von Öffnungen 110 auf, von denen in Figur 1 zur Vereinfachung nur zwei dargestellt sind. Die Öffnungen 110 durchdringen die Halbleiterschichtenfolge 1 in Richtung von der Vorderseite 2 zur Rückseite 3 vollständig. Insbesondere durchbrechen sie auch die aktive Schicht 100. Die Öffnungen 110 sind frei von Material der Halbleiterschichtfolge 1. Vorliegend haben sie einen kreisförmigen Querschnitt. Sie verjüngen sich bei dem Halbleiterkörper des ersten Ausführungsbeispiels in Richtung von der Vorderseite 2 zur Rückseite 3 hin.
An der Rückseite 3 des Halbleiterkörpers ist eine erste elektrische Anschlussschicht 4 angeordnet. Jeweils ein Teil- stück 40 der ersten elektrischen Anschlussschicht 4 erstreckt sich ausgehend von der Rückseite 3 in eine Öffnung 110 der Halbleiterschichtenfolge 1 hinein und verläuft durch diese hindurch bis zur Vorderseite 2 des Halbleiterkörpers, wo ein Endabschnitt 40A des Teilstücks 40 einen ersten Teilbereich 11 der Vorderseite - genauer der vorderseitigen Hauptfläche 10 - bedeckt. Die ersten Teilbereiche 11 umgeben die jeweiligen Öffnungen 110 ringförmig. Ein zweiter Teilbereich 12 der vorderseitigen Hauptfläche 10 ist von der ersten elektrischen AnschlussSchicht 4 unbedeckt. Der zweite Teilbereich 12 stellt vorliegend eine freiliegende Außenfläche des Halbleiterkörpers dar. Der zweite Teilbereich 12 weist bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel Lichtauskoppelstrukturen 120 auf. Dagegen sind die ersten Teilbereiche 11 frei von den Lichtauskoppelstrukturen 120 und stellen plane Flächenabschnitte dar.
In Figur 4 ist dies in einer schematischen Draufsicht auf die Vorderseite 2 des Halbleiterkörpers dargestellt. Die Halbleiterschichtenfolge 1 hat beispielsweise eine quadratische Grundfläche. Die Öffnungen 110 sind beispielsweise in sieben Reihen und sieben Spalten - insbesondere an den Gitterpunkten eines quadratischen Gitters - angeordnet. Die Endabschnitte 40A der durch die Öffnungen 110 verlaufenden Teilstücke 40 der ersten elektrischen Anschlussschicht 4 bedecken die ersten Teilbereiche 11 der vorderseitigen Hauptfläche 10 und um- geben Vertiefungen 6. Ein zweiter Teilbereich 12 ist von der ersten elektrischen Anschlussschicht 4 unbedeckt.
Die Teilstücke 40 der ersten elektrischen Anschlussschicht 4 füllen bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die jeweilige Öffnung 110 nicht vollständig auf. Lediglich ein Bodenabschnitt des Teilstücks 40 füllt einen rückseitigen Teilbereich der Öffnung 110 vollständig aus. Ein in Richtung der Vorderseite 2 nachfolgender Mittelabschnitt des Teilstücks 40, der im Bereich der Öffnung 110 angeordnet ist, ist nur als Schicht ausgebildet, welche die ringförmig umlaufende
Seitenfläche der Öffnung 110 überdeckt. Der in Richtung der Vorderseite 2 an den Mittelabschnitt angrenzende Endabschnitt 4OA des Teilstücks 40 ist ebenfalls ringförmig ausgebildet. Das Teilstück 40 weist also vorliegend die Form eines rück- seitig mittels des Bodenabschnitts geschlossenen Rohrs auf, das vorderseitig einen von dem Endabschnitt 40A gebildeten Kragen aufweist. Der Mittelabschnitt bildet die Seitenwand des Rohrs . So ist ein zur Vorderseite 2 hin geöffneter Mittelbereich der Öffnung 110 frei von Material der ersten elektrischen Anschlussschicht 4 und insbesondere frei von Material des Teil- Stücks 40 der elektrischen Anschlussschicht 4. Auf diese
Weise sind die Vertiefungen 6 des Halbleiterkörpers gebildet, die sich jeweils im Bereich einer Öffnung 110 von der Vorderseite 2 her in Richtung zur Rückseite 3 in die Halbleiterschichtenfolge 1 hinein erstrecken.
Das durch die Öffnung 110 verlaufende Teilstück 40 der ersten elektrischen Anschlussschicht 4 ist vorliegend transparent ausgebildet. Es weist ein transparentes, leitfähiges Oxid wie Indium-Zinn-Oxid (ITO) auf oder besteht daraus.
Ein weiteres, rückseitiges Teilstück der ersten elektrischen Anschlussschicht 4, das insbesondere in Richtung zur Rückseite 3 hin an das Teilstück 40 angrenzt, weist vorzugsweise ein metallisches Material auf oder besteht daraus. Vorliegend besteht die erste elektrische Anschlussschicht aus dem transparenten, durch die Öffnung 110 hindurch verlaufenden Teilstück 40 und dem metallischen, rückseitigen Teilstück.
Das Teilstück 40 ist mittels einer Trennschicht 7 gegen die umlaufende Seitenfläche der Öffnung 110 elektrisch isoliert. Im Bereich der Öffnung 10 ist die Trennschicht 7 in lateraler Richtung zwischen dem Teilstück 40 und der Halbleiterschichtenfolge 1 angeordnet. Zwischen der vorderseitigen Hauptfläche 10 der Halbleiterschichtenfolge 1 und dem Endabschnitt 4OA des Teilstücks 40 ist im Gegensatz hierzu ein elektrischer Kontakt hergestellt. Die Trennschicht 7 isoliert die erste elektrische Anschluss- schicht 4 vorliegend auch von einer zweiten elektrischen Anschlussschicht 5, die ebenfalls an der Rückseite 3 des Halbleiterkörpers angeordnet ist. Die zweite elektrische An- schlussschicht 5 erstreckt sich von der Rückseite 3 her durch Ausnehmungen 80 der elektrisch isolierenden Spiegelschicht 8 hindurch zur rückseitigen Hauptfläche 15 der Halbleiterschichtenfolge 1. Vorliegend ist die erste elektrische Anschlussschicht zum n-seitigen Anschließen und die zweite elektrische Anschlussschicht zum p-seitigen Anschließen des Halbleiterkörpers vorgesehen.
Ein Teilbereich der ersten elektrischen Anschlussschicht 4, ein Teilbereich der Trennschicht 7 und ein Teilbereich der zweiten elektrischen Anschlussschicht 5 überlappen an der Rückseite 3 des Halbleiterkörpers lateral. Dies ist beispielsweise im mittleren Bereich der Figur 1 der Fall, wo die erste elektrische Anschlussschicht 4, die Trennschicht 7 und die zweite elektrische Anschlussschicht 5 in Richtung von der Rückseite 3 zur Vorderseite 2 aufeinander folgen. Auf diese
Weise sind die einzelnen Teilstücke 40, die in den jeweiligen Öffnungen 110 der Halbleiterschichtenfolge 1 angeordnet sind, elektrisch leitend mittels des rückseitigen Teilstücks der ersten elektrischen Anschlussschicht 4 miteinander elektrisch leitend verbunden.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Halbleiterkörper zur externen elektrischen Kontaktierung seiner n-Seite und seiner p-Seite von der Rückseite 3 her vorgesehen. Alter- nativ kann die erste elektrische Anschlussschicht 1 und/oder die zweite elektrische Anschlussschicht 5 auch seitlich neben die Halbleiterschichtenfolge 1 gezogen sein, so dass sie zur Kontaktierung von der Vorderseite her geeignet ist/sind. Der- artige Ausgestaltungen sind im Zusammenhang mit den Ausführungsbeispielen der Figuren 2 und 3 gezeigt.
Figur 6 zeigt die relative elektrooptische Gesamteffizienz Hrel des Halbleiterkörpers gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel in Abhängigkeit von der relativen Kontaktfläche Are]_ .
Die relative Kontaktfläche ist dabei der Quotient aus der Fläche, die von den Außenkonturen der ersten Teilbereiche 11 eingeschlossen wird, zur Gesamtfläche der vorderseitigen Hauptfläche 10 der Halbleiterschichtenfolge 1. Die Gesamtfläche ist die Summe aus den ersten Teilflächen 11 und der zweiten Teilfläche 12. Die Flächen sind dabei jeweils in Projektion auf die Haupterstreckungsebene der Halbleiterschichtenfolge 1 zu verstehen, so dass eine Vergrößerung der tatsächlichen Fläche - beispielsweise durch die Erhebungen, welche die Auskoppelstrukturen 120 bilden - nicht berücksichtigt wird.
In Figur 6 sind drei Kurven dargestellt. Die Kurve 61 be- schreibt die elektrooptische Gesamteffizienz ηrel für den
Fall planer erster Teilbereiche 11, die von einem 100 nm dicken Endabschnitt 40A der ersten elektrischen Anschluss- schicht 4 bedeckt sind, der aus ITO besteht. Bei der Kurve 62 sind die ersten Teilbereiche 11 ebenfalls plan, jedoch ist die Dicke des Endabschnitts 4OA gleich 30 nm gewählt. Bei der Kurve 63 weisen die ersten Teilbereiche 11 zum Vergleich Auskoppelstrukturen 120 auf; die Dicke des Endabschnittes 40A, welcher auf die Auskoppelstrukturen des ersten Teilbereichs 11 aufgebracht ist, beträgt bei dem in Kurve 63 dargestellten Fall 100 nm.
Aus diesen Berechnungen geht klar hervor, dass bei planen ersten Teilbereichen 11 die elektrooptischen Gesamteffizienz ηre]_ im Vergleich zu aufgerauten ersten Teilbereichen erhöht ist. Ein Maximum der elektrooptischen Gesamteffizienz ergibt sich bei einer relativen Kontaktfläche Are}_ zwischen 5% und
15%, vorzugsweise zwischen 7% und 12%. Eine bevorzugte Schichtdicke der Endabschnitte 40A der ersten elektrischen Anschlussschicht beträgt zwischen 30 nm und 100 nm.
Figur 2 zeigt ein zweites exemplarisches Ausführungsbeispiel eines optoelektronischen Halbleiterkörpers. Der optoelektro- nische Halbleiterkörper gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel unterscheidet sich zunächst dadurch von dem des ersten Ausführungsbeispiels, dass sowohl die erste als auch die zweite elektrische Anschlussschicht 4, 5 seitlich neben die Halbleiterschichtenfolge 1 gezogen sind. So ist der Halbleiterkörper zum n-seitigen und p-seitigen externen Anschließen von seiner Vorderseite 2 her geeignet. Der Halbleiterkörper kann auch zum n-seitigen und p-seitigen externen Anschließen von seiner Rückseite 3 her vorgesehen sein, wie in Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel erläutert.
Weiterhin unterscheidet sich der Halbleiterkörper gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel von demjenigen des ersten Ausführungsbeispiels darin, dass die durch die Öffnungen 110 verlaufenden Teilstücke 40 der ersten elektrischen Anschluss- Schicht 4 die Öffnungen 110 jeweils vollständig ausfüllen.
Vorliegend bestehen die Teilstücke 40 im Bereich der Öffnungen 110 aus einem metallischen Material. Lediglich Endabschnitte 40A, welche die ersten Teilbereiche 110 der vorderseitigen Hauptfläche 10 bedecken, bestehen aus einem transpa- renten, leitfähigen Oxid wie ITO. Die Endabschnitte 40A sind vorliegend auch nicht ringförmig, wie beim ersten Ausführungsbeispiel, sondern haben die Form eines Vollzylinders oder, bei einer Variante, eines Quaders. Jeder Endabschnitt 40A grenzt insbesondere an eine vorderseitige Endfläche des metallischen Abschnitts des Teilstücks 40 an, bedeckt diese Endfläche vollständig und ragt seitlich über sie hinaus.
Figur 3 zeigt ein drittes exemplarisches Ausführungsbeispiel eines optoelektronischen Halbleiterkörpers. Das dritte Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem ersten Ausführungsbeispiel. Abweichend von diesem ist die zweite elektrische Anschlussschicht zum externen elektrischen Anschluss von der Vorderseite her vorgesehen, während die erste elektrische Anschlussschicht 4 zum externen elektrischen Anschluss von der Rückseite her vorgesehen ist . Eine solche Ausgestaltung der externen elektrischen Anschlüsse ist auch für die übrigen Ausführungsbeispiele geeignet.
Zusätzlich bedeckt bei dem Halbleiterkörper gemäß dem dritten exemplarischen Ausführungsbeispiel beispielsweise die erste elektrische Anschlussschicht 4 die vorderseitige Hauptfläche 10 der Halbleiterschichtenfolge 1 vollständig. Insbesondere erstreckt sich vorliegend das durch die Öffnungen 110 verlaufende, strahlungsdurchlässige Teilstück 40, das beispielsweise ein TCO aufweist oder daraus besteht, über die gesamte vorderseitige Hauptfläche 10. Eine derartige Ausgestaltung kann beispielsweise vorteilhaft sein, wenn der Halbleiter- körper zum Betrieb mit besonders großen Betriebsströmen vorgesehen ist. Alternativ kann auch, wie beim ersten Ausführungsbeispiel, ein Teilbereich 12 der vorderseitigen Hauptfläche 10 von der ersten elektrischen Anschlussschicht 4 unbedeckt sein.
Figur 5 zeigt eine schematische Draufsicht auf einen Ausschnitt der vorderseitigen Hauptfläche 10 eines Halbleiterkörpers gemäß einer Variante des ersten Ausführungsbeispiels. Im Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel sind die Öffnungen 110 mit den sie ringförmig umschließenden ersten Teilbereichen 11 der vorderseitigen Hauptfläche 10 nicht an den Gitterpunkten eines rechteckigen Gitters angeordnet. Statt- dessen sind sie an den Gitterpunkten eines hexagonalen Gitters angeordnet, angedeutet durch die gestrichelten Linien in Figur 5.
Mittels einer derartigen Anordnung kann eine besonders homo- gene Stromverteilung erzielt werden. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn der Halbleiterkörper eine große Anzahl von Öffnungen 110 - zum Beispiel 100 Öffnungen oder mehr - aufweist .
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der
Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst sie jedes neues Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination in den Ausführungsbeispielen und/oder Patentansprüchen nicht explizit angegeben ist.

Claims

Patentansprüche
1. Optoelektronischer Halbleiterkörper mit einer Halbleiterschichtenfolge (1) , die eine zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung geeignete aktive Schicht
(100) aufweist, und einer ersten elektrischen Anschlussschicht (4) , wobei
- der Halbleiterkörper zur Emission elektromagnetischer Strahlung von einer Vorderseite (2) vorgesehen ist, - die Halbleiterschichtenfolge (1) eine Öffnung (110) aufweist, welche die Halbleiterschichtenfolge (1) in Richtung von der Vorderseite (2) zu einer der Vorderseite (2) gegenüberliegenden Rückseite (3) vollständig durchdringt , - die erste elektrische Anschlussschicht (4) an der Rückseite (3) des Halbleiterkörpers angeordnet ist,
- ein Teilstück (40) der ersten elektrischen Anschlussschicht (4) von der Rückseite (3) her durch die Öffnung (110) zur Vorderseite (2) hin verläuft und einen ersten Teilbereich (11) einer vorderseitigen Hauptfläche (10) der Halbleiterschichtenfolge (1) bedeckt, und
- ein zweiter Teilbereich (12) der vorderseitigen Hauptfläche (10) von der ersten elektrischen Anschlussschicht (4) unbedeckt ist.
2. Optoelektronischer Halbleiterkörper gemäß Anspruch 1, bei dem in Draufsicht auf die vorderseitige Hauptfläche
(10) der erste Teilbereich (11) die mindestens eine Öffnung (110) umschließt.
3. Optoelektronischer Halbleiterkörper gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem das Teilstück (40) die Öffnung ausfüllt.
4. Optoelektronischer Halbleiterkörper gemäß Anspruch 1 oder 2, der eine Vertiefung (6) aufweist, die mit der Öffnung (110) lateral überlappt und sich von der Vorderseite (2) in Richtung zur Rückseite (3) hin in die HaIb- ■ leiterschichtenfolge (1) hinein erstreckt.
5. Optoelektronischer Halbleiterkörper gemäß Anspruch 4 , bei dem die erste elektrische Anschlussschicht (4) die Vertiefung lateral und/oder in Richtung zur Rückseite (3) hin begrenzt.
6. Optoelektronischer Halbleiterkörper gemäß Anspruch 5, bei dem die erste elektrische Anschlussschicht (4) die Vertiefung (6) aufweist.
7. Optoelektronischer Halbleiterkörper gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die erste elektrische Anschlussschicht (4) zumindest stellenweise lichtdurchlässig ausgebildet ist.
8. Optoelektronischer Halbleiterkörper gemäß Anspruch 7, bei dem das Teilstück (40, 40A) der ersten elektrischen Anschlussschicht (4) ein transparentes leitfähiges Oxid aufweist oder daraus besteht.
9. Optoelektronischer Halbleiterkörper gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die vorderseitige Hauptfläche (10) Strahlungsauskoppelstrukturen (120) aufweist und der erste Teilbereich (11) frei von den Strahlungs- auskoppelStrukturen (120) ist.
10. Optoelektronischer Halbleiterkörper gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer zweiten elektrischen An- Schlussschicht (5) , die ebenfalls an der Rückseite (3) angeordnet ist und die mittels einer Trennschicht (7) elektrisch gegen die erste elektrische Anschlussschicht (4) isoliert ist.
11. Optoelektronischer Halbleiterkörper gemäß Anspruch 10, bei dem an der Rückseite (3) des Halbleiterkörpers die erste elektrische Anschlussschicht (4) , die zweite elektrische Anschlussschicht (5) und die Trennschicht (7) lateral überlappen.
12. Optoelektronischer Halbleiterkörper gemäß einem der Ansprüche 10 oder 11, wobei zwischen der Halbleiterschichtenfolge (1) und der zweiten elektrischen Anschluss- Schicht (5) stellenweise eine halbleitende oder elektrisch isolierende Spiegelschicht (8) angeordnet ist, die eine Mehrzahl von Ausnehmungen (80) aufweist, und sich die zweite elektrische Anschlussschicht (5) durch die Ausnehmungen (80) hindurch zu der Halbleiterschich- tenfolge (1) hin erstreckt.
13. Optoelektronischer Halbleiterkörper gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Halbleiterschichtenfolge (1) eine Dicke (D) von 3 μm oder weniger hat.
14. Optoelektronischer Halbleiterkörper gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Quotient aus dem Flächeninhalt einer Vorderseiten-Kontaktfläche und der Gesamtfläche der vorderseitigen Hauptfläche (10) einen Wert von größer oder gleich 0,05 und kleiner oder gleich 0,15 hat, wobei der Flächeninhalt der Vorderseiten-Kontaktfläche gleich der Differenz zwischen der Gesamtflä- che und dem Flächeninhalt des zweiten Teilbereichs (12) ist.
15. Optoelektronischer Halbleiterkörper gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem sich die Öffnung (110) in Richtung von der Vorderseite (2) zur Rückseite (3) hin oder in Richtung von der Rückseite (3) zur Vorderseite (2) hin verjüngt.
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