WO2013045574A1 - Photovoltaischer halbleiterchip - Google Patents

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WO2013045574A1
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semiconductor chip
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semiconductor layer
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PCT/EP2012/069124
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Norwin Von Malm
Hans-Jürgen LUGAUER
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Osram Opto Semiconductors Gmbh
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    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • Photovoltaic Semiconductor Chip The present application relates to a photovoltaic semiconductor chip.
  • Concentrated photovoltaic with 1000 times or more concentrated solar radiation can dissipate the
  • One task is to use a semiconductor chip
  • the semiconductor layer sequence has one for generating electrical energy
  • the semiconductor body with the semiconductor layer sequence is on a carrier body arranged.
  • the first semiconductor layer is on the
  • Semiconductor layer sequence has at least one recess which extends from the carrier body through the second semiconductor layer. At least in regions, between the carrier body and the semiconductor body is a first
  • Connected structure which is electrically connected in the recess with the first semiconductor layer.
  • a photovoltaic semiconductor chip is understood in particular to be a semiconductor chip in which, upon irradiation with electromagnetic radiation, in particular solar radiation, in the active region by radiation absorption
  • Charge pairs ie electrons and holes, are spatially separated, so that external contacts of the
  • the first connection structure is outside the
  • Semiconductor body formed and further provided for electrically contacting the first semiconductor layer from a the carrier body facing the main surface of the semiconductor body forth.
  • a main surface of the semiconductor body facing away from the carrier body can be free of electrical contacts. The danger of reducing efficiency
  • radiopaque contact layers can be avoided.
  • charge carriers of the first conductivity type generated in the active region ie
  • Electrons in case of an n-type first Semiconductor layer or holes in the case of a p-type first semiconductor layer are discharged via the first connection structure.
  • the semiconductor body has a plurality of recesses, in which the first
  • Semiconductor layer is respectively connected to the first connection structure. The higher the number of recesses, the lower the average distance can be
  • the first connection structure in the recess directly adjoins the first semiconductor layer.
  • the first connection structure is expediently of the second
  • the second semiconductor layer in particular in the region of the recess, electrically insulated.
  • the second semiconductor layer is preferably connected in an electrically conductive manner to a second connection structure.
  • the second connection structure is preferably between the
  • both the first connection structure and the second connection structure can be formed in regions between the semiconductor body and the carrier body.
  • the second connection structure is provided for the charge carrier removal from the second semiconductor layer.
  • the second connection structure preferably directly adjoins, at least in regions, a semiconductor material from the second
  • the second semiconductor layer may directly adjacent to the second connection structure or via intermediate layers, in particular via further layers of the semiconductor body, be electrically conductively connected to the second connection structure.
  • Terminal structure in a plan view of the semiconductor chip with the first connection structure.
  • Carrier body the entire surface of the carrier body
  • the first connection structure and the second connection structure can thus be formed over a large area, so that the carrier removal under irradiation is particularly
  • Connection structure and the semiconductor body arranged.
  • the second connection structure can directly adjoin the semiconductor body.
  • the second connection structure has a mirror layer.
  • the mirror layer is intended to reflect the portion of the incident radiation passing through the semiconductor body back into the semiconductor body.
  • the reflectivity of the Mirror layer at least in a wavelength range of the spectral range to be absorbed at least 50%, more preferably at least 70%.
  • a radiation absorption in the carrier body can be avoided by means of the mirror layer.
  • Carrier body serves the mechanical stabilization of
  • the carrier body does not have the high
  • a high thermal and / or electrical conductivity and / or a high mechanical stability can be selected.
  • the a high thermal and / or electrical conductivity and / or a high mechanical stability can be selected.
  • the a high thermal and / or electrical conductivity and / or a high mechanical stability can be selected.
  • III-V compound semiconductor material a III-V compound semiconductor material
  • III-V compound semiconductor materials are known for
  • nitridischem semiconductor material in particular Al x In y Ga x - y N, one of the bandgap
  • Phosphidic semiconductor material in particular
  • Al x In y Gai x - y P is suitable for a cut-off wavelength in the yellow to red spectral range, arsenide
  • a second active region provided for generating electrical energy is formed between the second semiconductor layer and the carrier body.
  • Range is preferably less than a bandgap of the first active region. Radiation having a wavelength which is above a cut-off wavelength corresponding to the bandgap of the first active region can thus be absorbed by the second active region and converted into electrical energy
  • the first active Region and the second active region monolithically integrated into the semiconductor body. That is, the first active area and the second active area may be in one
  • Semiconductor body is preferably between
  • the active areas are preferably each
  • the first connection structure directly adjoins the first
  • Semiconductor layer which is assigned to the active region, which is located farthest from the carrier body.
  • the second connection structure directly adjoins the second semiconductor layer, which is assigned to the active region which is closest to the carrier body.
  • the first active region and the second active region are electrically connected to each other in series
  • a tunnel region can be formed between the first active region and the second active region.
  • a tunnel region is preferably arranged between two adjacent active regions.
  • the recess extends completely through the semiconductor body, that is also completely through the first semiconductor layer.
  • Embodiment variant is the first semiconductor layer, preferably with a radiation-transmissive
  • Terminal layer covered with the first Connection structure is electrically connected.
  • the radiation-transmissive contains
  • Terminal layer a TCO material.
  • Transparent conductive oxides are transparent, conductive materials, usually metal oxides, such as zinc oxide, tin oxide, cadmium oxide, titanium oxide, indium oxide or indium tin oxide (ITO), in addition to binary metal oxygen compounds, such as
  • ZnO, SnO 2 or ⁇ 2 ⁇ 3 also include ternary metal oxygen compounds, such as Zn 2 SnO 2 , CdSnO 3, ZnSnO 3, Mgln 2 04, GalnO 3, Zn 2 In 2 05 or In 4 Sn 3 0i 2 or mixtures of different transparent conductive oxides to the group of TCOs.
  • the TCOs do not necessarily correspond to a stoichiometric composition and may also be p- or n-doped.
  • the radiation-transmissive connection layer is so
  • Semiconductor bodies are formed, for example by sputtering or vapor deposition.
  • the radiation-transmissive connection layer By means of the radiation-transmissive connection layer, a homogeneous and efficient charge carrier removal from the first semiconductor layer can be achieved even with a comparatively low lateral electrical conductivity of the first
  • Semiconductor layer and / or a short average free path of the charge carriers in the first semiconductor layer can be achieved.
  • semiconductor layer and / or a short average free path of the charge carriers in the first semiconductor layer can be achieved.
  • the recess thus represents a blind hole.
  • the active area is subdivided into a first subarea and into a second subarea spaced from the first subarea.
  • the active areas of the subregions thus go to the
  • the active regions are the active regions
  • Partial areas electrically interconnected, in particular at least partially electrically connected in series By a series circuit, the from the semiconductor chip to
  • the semiconductor chip has a
  • connection region in which the first connection region of the first subregion is electrically connected to the second connection region of the second subregion.
  • Wire connections can be dispensed with.
  • Semiconductor chip preferably has a first electrical contact and a second electrical contact. The contacts thus form the voltage poles of the photovoltaic
  • At least one of the electrical contacts is on a semiconductor body
  • the electrical contact is arranged facing side of the carrier body. It is also possible to arrange both electrical contacts on this side.
  • An upper side, that is, radiation entrance side, contacting the semiconductor chip is simplified.
  • the top-side contact or the top-side contacts are expediently arranged in the lateral direction next to the semiconductor body in this case. In other words, the electrical contact
  • the external electrical contact can thus be made from the top of the semiconductor chip, without the contacts shading the active area
  • Carrier body may be arranged.
  • the contacting of the semiconductor chip can be simplified by the The radiation entrance surface facing away from the backside of the semiconductor chip.
  • first connection structure and / or the second connection structure is formed by means of a layer formed on the carrier body.
  • first connection structure and / or the second connection structure can thus be at least partially already on the carrier body
  • Figures 1A and 1B a first embodiment of a photovoltaic semiconductor chip in a schematic
  • FIGS. 2 to 5 each show a further exemplary embodiment of a photovoltaic semiconductor chip.
  • FIGS. 1A and 1B show a first exemplary embodiment of a photovoltaic semiconductor chip 1.
  • the semiconductor chip has a semiconductor body 2 with a
  • Semiconductor layer sequence forms the semiconductor body.
  • the semiconductor body extends between a main surface 28 and a radiation entrance surface 29.
  • the semiconductor body 2 On the side of the main surface 28, the semiconductor body 2 is arranged on a carrier body 5.
  • the semiconductor body 2 is connected by means of a connecting layer 51, for example a solder or an electrically conductive adhesive layer
  • Carrier body 5 electrically connected.
  • Semiconductor body 2 by way of example three stacked active areas 20, 20a, 20b.
  • the active regions are respectively arranged between a first semiconductor layer 21, 21a, 21b and a second semiconductor layer 22, 22a, 22b.
  • the first semiconductor layers may be n-type and second semiconductor layers p-type or
  • the active regions can each by means of a pn junction or by means of an intrinsic, ie undoped semiconductor layer may be formed between the first semiconductor layer 21, 21a, 21b and the associated second semiconductor layer 22, 22a, 22b. Between two adjacent active areas is one each
  • Tunnel area 23, 23 a arranged.
  • the tunnel regions each have a first semiconductor layer of a first
  • the layers of the tunnel region are preferably formed highly doped, ie with a
  • the semiconductor body 2 has a plurality of recesses 25 extending from the main surface 28 in the
  • Semiconductor body 2 extends into it.
  • the recesses 25 extend through all active regions of the semiconductor body and extend into the first semiconductor layer 21 of the first closest to the radiation entrance surface 29
  • the first connection structure 31 is formed by means of a first layer 311 adjoining the first semiconductor layer 21 and a second layer 312. Deviating from this, however, a single-layer configuration may also be expedient.
  • a side surface 250 of the recesses 25 is at least in the region of the active regions 20, 20a, 20b and the second Semiconductor layers 22, 22a, 22b covered by an insulating layer 41. An electrical short circuit of the active regions through the first connection structure 31 can thus be avoided.
  • Semiconductor layer 22b is electrically conductively connected to a second connection structure 32.
  • the second connection structure 32 directly adjoins the second semiconductor layer 20b over a large area, that is, with a surface coverage of at least 50%.
  • the second connection structure 32 extends in regions between the first connection structure 31 and the
  • Both the first connection structure 31 and the second connection structure 32 can therefore cover the carrier body 5 over a large area, in particular with an area fraction of more than 50% in each case.
  • Charge carrier removal of the charge carriers separated in the active regions can thus be carried out particularly efficiently.
  • the second connection structure 32 has in this case
  • Embodiment a first layer 321 and a second layer 322 on. Deviating from that, the second
  • connection structure but also be formed only single-layered or have more than two layers.
  • the second connection structure has a layer which is formed as a mirror layer for the radiation to be absorbed in the active regions 20, 20a, 20b.
  • the first layer 321 adjoining the semiconductor body 2 may be formed as a mirror layer.
  • the second layer may also be appropriate to form the second layer as a mirror layer and to form the first layer as a radiation-transmissive layer, which serves primarily for electrical contacting.
  • the reflectivity of the mirror layer for radiation in the visible spectral range is preferably at least 50%, particularly preferably at least 70%.
  • the mirror layer of the second connection structure preferably contains silver, aluminum, rhodium, palladium, gold, chromium or nickel or a metallic alloy with at least one of the materials mentioned.
  • a laterally laterally arranged side of the semiconductor body 2 region of the second terminal region 32 forms a second external contact 62.
  • Semiconductor body from external influences such as moisture and serves to avoid an electrical
  • the side surface 285 may be formed by a patterning process.
  • the structuring in the wafer composite can take place after the semiconductor layer sequence from which the semiconductor bodies emerge is already attached to a carrier, from which the carrier bodies are formed when singulated into semiconductor chips.
  • the side surfaces 285 be formed before the semiconductor layer sequence is connected to the carrier.
  • a dielectric radiation-transmissive material such as an oxide, for example silicon oxide or a nitride, for example silicon nitride, is suitable for the passivation layer.
  • the semiconductor body 2 is preferably based on a III-V compound semiconductor material.
  • the band gaps of the active regions 20, 20a, 20b are formed such that the
  • the radiation entrance surface 29 of the semiconductor body 2 is completely free of external electrical, in particular radiopaque metallic, contact structures, so that shading of the active regions 20, 20a, 20b can be avoided.
  • a growth substrate for the semiconductor layer sequence of the semiconductor body 2 is completely removed and therefore not shown in FIG. 1A.
  • the carrier body 5 assumes the function of mechanical stabilization of
  • carrier body 5 is for example a
  • Semiconductor material such as germanium or silicon.
  • Semiconductor material can increase the electrical
  • Recesses 25 are formed so that they extend completely through the semiconductor body 2 therethrough. In a plan view of the semiconductor chip, the recesses 25, as shown in FIG. 1B, are formed such that the semiconductor layers of the semiconductor body 2, despite the recesses 25
  • Radiation entrance surface 29 a radiation-permeable connection layer 315, which is connected in the region of the recesses 25 in an electrically conductive manner with the first connection structure 31.
  • TCO material for example ITO or ZnO.
  • ITO indium tin oxide
  • ZnO zinc oxide
  • the recesses 25 have a cross-section that tapers toward the carrier body 5.
  • Such recesses can be formed, for example, by means of a wet-chemical or dry-chemical method, after the semiconductor layer sequence of the
  • Semiconductor body 2 already attached to the carrier body 5 and the growth substrate for the semiconductor layer sequence is removed. Deviating from the described embodiment, however, the side surfaces of the recesses 25 can also run vertically. A cross section for the recesses 25, which becomes larger towards the carrier body 5, can also be used.
  • Connection structure 31 and the second connection structure 32 takes place by means of a second insulation layer 42 between these connection structures.
  • FIG. 1 A further exemplary embodiment of a photovoltaic semiconductor chip 1 is shown schematically in FIG.
  • This third embodiment substantially corresponds to the first embodiment described in connection with FIGS. 1A and 1B.
  • first contact 61 and the second contact 62 are arranged on the side of the carrier body 5 facing the semiconductor body 2. Both contacts are thus accessible from the top of the semiconductor chip. In supervision of the semiconductor chip are both contacts
  • Carrier body arranged so that a shading of the
  • Radiation entrance surface 29 can be avoided by the contacts. Such an arrangement of the contacts is particularly suitable for the embodiments described in connection with FIGS. 1A, 1B and 2.
  • an electrically conductive material may be used for the carrier body 5 as described in connection with FIGS. 1A and 1B.
  • an electrically insulating material for example an undoped one
  • first connection structure 31 and the second connection structure 32 are partially by means of on the
  • the second layer 312 of the first connection structure 31 is embodied as a layer formed on the carrier body 5. Between the second layer 312 and the carrier body 5, an insulating layer 52 is formed, which electrically isolates the second layer 312 and the carrier body 5 from each other.
  • the second connection structure 32 is by means of a first
  • Layer 324 is embodied as a layer formed on the carrier body 5, wherein a further insulation layer 53 is arranged between the fourth layer 324 and the layer 312 of the first connection structure 31.
  • Semiconductor layer sequence 2 is attached to the carrier body and electrically conductively connected.
  • the fourth exemplary embodiment illustrated in FIG. 4 essentially corresponds to the third exemplary embodiment described in conjunction with FIG.
  • the semiconductor chip 1 is designed as a surface-mountable semiconductor chip, in which both electrical contacts on the
  • the contacts 61, 62 are thus on the side facing away from the semiconductor body 2 of the
  • Carrier body 5 is formed.
  • the carrier body 5 has
  • the recesses 25 partially filled with an electrically insulating filler 24.
  • Filler material is for example polyimide or BCB.
  • the filling material By means of the filling material, the mechanical stability of the semiconductor chip can be increased.
  • the illustrated in Figure 5 fifth embodiment corresponds substantially to that in connection with the
  • Figures 1A and 1B described first embodiment.
  • the semiconductor body 2 has at least two partial regions 26, 27.
  • the active regions of these subregions are completely separated from one another in a lateral view in a lateral view of the semiconductor chip.
  • connection region 33 is the second
  • the sum of the individual voltages of the partial regions 26, 27 therefore drops at the external electrical contacts 61, 62.
  • the operating voltage of the semiconductor chip can be increased, wherein the electrical interconnection of the subregions takes place within the semiconductor chip.
  • the subregions may be at least partially in series with each other and / or partially in parallel
  • Photovoltaic semiconductor chips are characterized in particular by an efficient charge carrier removal, so that even at high current densities, as with concentrated

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Abstract

Es wird ein photovoltaischer Halbleiterchip (1) mit einem Halbleiterkörper (2), der eine Halbleiterschichtenfolge mit einem zur Erzeugung von elektrischer Energie vorgesehenen aktiven Bereich (20) aufweist, angegeben. Der aktive Bereich (20) ist zwischen einer ersten Halbleiterschicht (21) eines ersten Leitungstyps und einer zweiten Halbleiterschicht (22) eines vom ersten Leitungstyp verschiedenen zweiten Leitungstyps ausgebildet ist. Der Halbleiterkörper (2) ist auf einem Trägerkörper (5) angeordnet. Die erste Halbleiterschicht (21) ist auf der dem Trägerkörper (5) abgewandten Seite der zweiten Halbleiterschicht (22) angeordnet. Der Halbleiterkörper (2) weist zumindest eine Ausnehmung (25) auf, die sich vom Trägerkörper (5) durch die zweite Halbleiterschicht (22) hindurch erstreckt. Zumindest bereichsweise zwischen dem Trägerkörper (5) und dem Halbleiterkörper (2) ist eine erste Anschlussstruktur (31) angeordnet, die in der Ausnehmung (25) mit der ersten Halbleiterschicht (21) elektrisch leitend verbunden ist.

Description

Beschreibung
Photovoltaischer Halbleiterchip Die vorliegende Anmeldung betrifft einen photovoltaischen Halbleiterchip .
Für den effizienten Betrieb von Halbleiterchips für die
Photovoltaik müssen die generierten Ladungsträger möglichst effektiv abgeführt werden. Insbesondere bei der
konzentrierten Photovoltaik mit 1000-fach oder stärker konzentrierter Sonnenstrahlung können die abzuführenden
Stromdichten sehr hoch werden und beispielsweise in einem Bereich von 30 - 50 A/cm2 liegen.
Eine Aufgabe ist es, einen Halbleiterchip mit einem
effizienten Ladungsträgertransport und einer hohen Effizienz der Energieerzeugung anzugeben. Diese Aufgabe wird durch einen photovoltaischen
Halbleiterchip mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen und Zweckmäßigkeiten sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche. In einer Ausführungsform weist ein photovoltaischer
Halbleiterchip einen Halbleiterkörper mit einer
Halbleiterschichtenfolge auf. Die Halbleiterschichtenfolge weist einen zur Erzeugung von elektrischer Energie
vorgesehenen aktiven Bereich auf, der zwischen einer ersten Halbleiterschicht eines ersten Leitungstyps und einer zweiten Halbleiterschicht eines vom ersten Leitungstyp verschiedenen zweiten Leitungstyps ausgebildet ist. Der Halbleiterkörper mit der Halbleiterschichtenfolge ist auf einem Trägerkörper angeordnet. Die erste Halbleiterschicht ist auf der dem
Trägerkörper abgewandten Seite der zweiten Halbleiterschicht angeordnet. Der Halbleiterkörper mit der
Halbleiterschichtenfolge weist zumindest eine Ausnehmung auf, die sich vom Trägerkörper durch die zweite Halbleiterschicht hindurch erstreckt. Zumindest bereichsweise ist zwischen dem Trägerkörper und dem Halbleiterkörper eine erste
Anschlussstruktur angeordnet, die in der Ausnehmung mit der ersten Halbleiterschicht elektrisch verbunden ist.
Unter einem photovoltaischen Halbleiterchip wird insbesondere ein Halbleiterchip verstanden, in dem bei Bestrahlung mit elektromagnetischer Strahlung, insbesondere Sonnenstrahlung, im aktiven Bereich durch Strahlungsabsorption erzeugte
Ladungsträgerpaare, also Elektronen und Löcher, räumlich getrennt werden, so dass an externen Kontakten des
Halbleiterchips eine elektrische Spannung abfällt.
Die erste Anschlussstruktur ist außerhalb des
Halbleiterkörpers ausgebildet und weiterhin dafür vorgesehen, die erste Halbleiterschicht von einer dem Trägerkörper zugewandten Hauptfläche des Halbleiterkörpers her elektrisch zu kontaktieren. Eine vom Trägerkörper abgewandte Hauptfläche des Halbleiterkörpers kann frei von elektrischen Kontakten sein. Die Gefahr einer die Effizienz vermindernden
Abschattung des aktiven Bereichs durch
strahlungsundurchlässige Kontaktschichten kann so vermieden werden . Bei Einstrahlung elektromagnetischer Strahlung, insbesondere konzentrierter Sonnenstrahlung, können im aktiven Bereich generierte Ladungsträger des ersten Leitungstyps, also
Elektronen im Falle einer n-leitenden ersten Halbleiterschicht oder Löcher im Fall einer p-leitenden ersten Halbleiterschicht, über die erste Anschlussstruktur abgeführt werden. Vorzugsweise weist der Halbleiterkörper eine Mehrzahl von Ausnehmungen auf, in denen die erste
Halbleiterschicht jeweils mit der ersten Anschlussstruktur verbunden ist. Je höher die Anzahl der Ausnehmungen ist, desto geringer kann die mittlere Entfernung sein, die
generierte Ladungsträger in der ersten Halbleiterschicht zurücklegen müssen, bevor sie zu einer der Ausnehmungen gelangen.
Zweckmäßigerweise grenzt die erste Anschlussstruktur in der Ausnehmung unmittelbar an die erste Halbleiterschicht an. Zur Vermeidung eines elektrischen Kurzschlusses ist die erste Anschlussstruktur zweckmäßigerweise von der zweiten
Halbleiterschicht, insbesondere im Bereich der Ausnehmung, elektrisch isoliert. Die zweite Halbleiterschicht ist vorzugsweise elektrisch leitend mit einer zweiten Anschlussstruktur verbunden. Die zweite Anschlussstruktur ist vorzugsweise zwischen dem
Halbleiterkörper und dem Trägerkörper angeordnet. Es können also sowohl die erste Anschlussstruktur als auch die zweite Anschlussstruktur bereichsweise zwischen dem Halbleiterkörper und dem Trägerkörper ausgebildet sein.
Die zweite Anschlussstruktur ist für die Ladungsträgerabfuhr aus der zweiten Halbleiterschicht vorgesehen. Die zweite Anschlussstruktur grenzt vorzugsweise zumindest bereichsweise unmittelbar an ein Halbleitermaterial vom zweiten
Leitungstyp, also vom Leitungstyp der zweiten
Halbleiterschicht, an. Die zweite Halbleiterschicht kann unmittelbar an die zweite Anschlussstruktur angrenzen oder über Zwischenschichten, insbesondere über weitere Schichten des Halbleiterkörpers, mit der zweiten Anschlussstruktur elektrisch leitend verbunden sein.
In einer bevorzugten Weiterbildung überlappt die zweite
Anschlussstruktur in Aufsicht auf den Halbleiterchip mit der ersten Anschlussstruktur. Insbesondere kann in Aufsicht auf den Halbleiterchip die Summe der von der ersten
Anschlussstruktur bedeckten Fläche des Trägerkörpers und der von der zweiten Anschlussstruktur bedeckten Fläche des
Trägerkörpers die gesamte Fläche des Trägerkörpers
übersteigen . Die erste Anschlussstruktur und die zweite Anschlussstruktur können also großflächig ausgebildet werden, so dass der Ladungsträgerabtransport unter Bestrahlung besonders
effizient erfolgen kann. In einer bevorzugten Weiterbildung ist die zweite
Anschlussstruktur bereichsweise zwischen der ersten
Anschlussstruktur und dem Halbleiterkörper angeordnet.
Insbesondere kann die zweite Anschlussstruktur unmittelbar an den Halbleiterkörper angrenzen. Vorzugsweise sind mindestens 50 %, besonders bevorzugt mindestens 70 %, der dem
Trägerkörper zugewandten Hauptfläche des Halbleiterkörpers mit der zweiten Anschlussstruktur bedeckt.
Weiterhin bevorzugt weist die zweite Anschlussstruktur eine Spiegelschicht auf. Die Spiegelschicht ist dafür vorgesehen, den durch den Halbleiterkörper hindurch tretenden Anteil der auftreffenden Strahlung in den Halbleiterkörper zurück zu reflektieren. Vorzugsweise beträgt die Reflektivität der Spiegelschicht zumindest in einem Wellenlängenbereich des zu absorbierenden Spektralbereichs mindestens 50 %, besonders bevorzugt mindestens 70 %. Mittels der Spiegelschicht kann der beim einfachen Durchgang nicht absorbierte Anteil der Sonnenstrahlung in den
Halbleiterkörper zurück reflektiert werden. Aufgrund des so erzielbaren zumindest zweifachen Durchgangs durch den
Halbleiterkörper kann eine gleich hohe Gesamtabsorption auch mit dünneren Halbleiterschichten erzielt werden.
Solche dünnen Halbleiterschichten können vergleichsweise hoch dotiert werden, ohne dass sich die damit einhergehende reduzierte Ladungsträgerbeweglichkeit negativ auf die
Effizienz des photovoltaischen Halbleiterchips auswirkt. Eine höhere Dotierkonzentration bewirkt weiterhin eine größere LeerlaufSpannung (Open Circuit Voltage V0c) ·
Weiterhin kann eine Strahlungsabsorption im Trägerkörper mittels der Spiegelschicht vermieden werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist der
Halbleiterchip frei von einem Aufwachssubstrat für die
Halbleiterschichtenfolge des Halbleiterkörpers. Der
Trägerkörper dient der mechanischen Stabilisierung der
Halbleiterschichtenfolge des Halbleiterkörpers. Nach der vorzugsweise epitaktischen Abscheidung der
Halbleiterschichtenfolge auf dem Aufwachssubstrat ist dieses nicht mehr erforderlich und kann daher vollständig entfernt oder aber auch nur bereichsweise gedünnt oder entfernt werden. Der Trägerkörper muss also nicht die hohen
kristallinen Anforderungen an ein Aufwachssubstrat erfüllen, sondern kann im Hinblick auf andere Eigenschaften, beispielsweise eine hohe thermische und/oder elektrische Leitfähigkeit und/oder eine hohe mechanische Stabilität gewählt werden. In einer bevorzugten Ausgestaltung enthält der
Halbleiterkörper ein III-V-Verbindungshalbleitermaterial .
III-V-Verbindungshalbleitermaterialien sind zur
Strahlungsabsorption von Strahlung im infraroten, sichtbaren und ultravioletten Spektralbereich besonders geeignet.
Beispielsweise kann mit nitridischem Halbleitermaterial, insbesondere mit Alx Iny Gai-x-y N, eine der Bandlücke
entsprechende Grenzwellenlänge (cut-off wavelength) im ultravioletten, blauen oder grünen Spektralbereich erzielt werden. Phosphidisches Halbleitermaterial, insbesondere
Alx Iny Gai-x-y P, eignet sich für eine Grenzwellenlänge im gelben bis roten Spektralbereich, arsenidisches
Halbleitermaterial, insbesondere Alx Iny Gai-x-y As, für eine Grenzwellenlänge im roten und infraroten Spektralbereich. Hierbei gilt jeweils O ^ x ^ l, O ^ y ^ l und x + y < 1, insbesondere mit x Φ 1, y Φ 1, x Φ 0 und/oder y Φ 0.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist zwischen der zweiten Halbleiterschicht und dem Trägerkörper ein zweiter zur Erzeugung von elektrischer Energie vorgesehener aktiver Bereich ausgebildet. Eine Bandlücke des zweiten aktiven
Bereichs ist vorzugsweise kleiner als eine Bandlücke des ersten aktiven Bereichs. Strahlung mit einer Wellenlänge, die oberhalb einer der Bandlücke des ersten aktiven Bereichs entsprechenden Grenzwellenlänge liegt, kann so vom zweiten aktiven Bereich absorbiert und in elektrische Energie
umgewandelt werden. Insbesondere können der erste aktive Bereich und der zweite aktive Bereich monolithisch in den Halbleiterkörper integriert sein. Das heißt, der erste aktive Bereich und der zweite aktive Bereich können in einem
gemeinsamen Epitaxieschritt nacheinander abgeschieden werden.
Die Anzahl der aktiven Bereiche innerhalb des
Halbleiterkörpers beträgt vorzugsweise zwischen
einschließlich 1 und einschließlich 10. Bei mehreren aktiven Bereichen sind die aktiven Bereiche bevorzugt jeweils
zwischen einer ersten Halbleiterschicht eines ersten
Leitungstyps und einer zweiten Halbleiterschicht eines zweiten Leitungstyps angeordnet. Vorzugsweise grenzt die erste Anschlussstruktur unmittelbar an die erste
Halbleiterschicht an, die dem aktiven Bereich zugeordnet ist, der am weitesten vom Trägerkörper entfernt angeordnet ist.
Entsprechend grenzt die zweite Anschlussstruktur unmittelbar an die zweite Halbleiterschicht an, die dem aktiven Bereich zugeordnet ist, der dem Trägerkörper am nächsten liegt. Zweckmäßigerweise sind der erste aktive Bereich und der zweite aktive Bereich elektrisch miteinander in Serie
verschaltet. Insbesondere kann zwischen dem ersten aktiven Bereich und dem zweiten aktiven Bereich ein Tunnelbereich ausgebildet sein. Bei mehr als zwei aktiven Bereichen ist vorzugsweise zwischen zwei benachbarten aktiven Bereichen jeweils ein Tunnelbereich angeordnet.
In einer Ausgestaltungsvariante erstreckt sich die Ausnehmung vollständig durch den Halbleiterkörper, also auch vollständig durch die erste Halbleiterschicht, hindurch. Bei dieser
Ausgestaltungsvariante ist die erste Halbleiterschicht vorzugsweise mit einer strahlungsdurchlässigen
Anschlussschicht überdeckt, die mit der ersten Anschlussstruktur elektrisch leitend verbunden ist.
Vorzugsweise enthält die strahlungsdurchlässige
Anschlussschicht ein TCO-Material. Transparente leitende Oxide (transparent conductive oxides, kurz „TCO") sind transparente, leitende Materialien, in der Regel Metalloxide, wie beispielsweise Zinkoxid, Zinnoxid, Cadmiumoxid, Titanoxid, Indiumoxid oder Indiumzinnoxid (ITO). Neben binären Metallsauerstoff erbindungen, wie
beispielsweise ZnO, Sn02 oder Ιη2θ3 gehören auch ternäre MetallsauerstoffVerbindungen, wie beispielsweise Zn2SnOzi, CdSn03, ZnSn03, Mgln204, Galn03, Zn2In205 oder In4Sn30i2 oder Mischungen unterschiedlicher transparenter leitender Oxide zu der Gruppe der TCOs . Weiterhin entsprechen die TCOs nicht zwingend einer stöchiometrischen Zusammensetzung und können auch p- oder n-dotiert sein.
Die strahlungsdurchlässige Anschlussschicht ist also
außerhalb des Halbleiterkörpers angeordnet. Bei der
Herstellung kann diese nach Abschluss der Epitaxie der
Halbleiterschichtenfolge des Halbleiterkörpers auf dem
Halbleiterkörper ausgebildet werden, beispielsweise mittels Sputterns oder Aufdampfens . Mittels der strahlungsdurchlässigen Anschlussschicht kann eine homogene und effiziente Ladungsträgerabfuhr aus der ersten Halbleiterschicht auch bei einer vergleichsweise geringen elektrischen Querleitfähigkeit der ersten
Halbleiterschicht und/oder einer kurzen mittleren freien Weglänge der Ladungsträger in der ersten Halbleiterschicht erzielt werden. In einer alternativen Ausgestaltungsvariante endet die
Ausnehmung in der ersten Halbleiterschicht, so dass sich die Ausnehmung nicht vollständig durch den Halbleiterkörper hindurch erstreckt. Die Ausnehmung stellt also ein Sackloch dar .
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist der aktive Bereich in einen ersten Teilbereich und in einen vom ersten Teilbereich beabstandeten zweiten Teilbereich unterteilt. Die aktiven Bereiche der Teilbereiche gehen also bei der
Herstellung aus derselben Halbleiterschichtenfolge hervor. In einer lateralen Richtung, also in einer in einer
Haupterstreckungsebene der Halbleiterschichten des
Halbleiterkörpers verlaufenden Richtung, sind der erste
Teilbereich und der zweite Teilbereich voneinander
beabstandet. Vorzugsweise sind die aktiven Bereiche der
Teilbereiche elektrisch miteinander verschaltet, insbesondere zumindest teilweise elektrisch in Serie verschaltet. Durch eine Serienschaltung kann die vom Halbleiterchip zur
Verfügung gestellte Spannung im Betrieb erhöht werden.
Alternativ oder ergänzend können Teilbereiche des
Halbleiterchips elektrisch parallel zueinander verschaltet sein. Durch eine Parallelverschaltung kann der im Betrieb zur Verfügung stehende elektrische Strom erhöht werden.
Vorzugsweise weist der Halbleiterchip einen
Verbindungsbereich auf, in dem der erste Anschlussbereich des ersten Teilbereichs mit dem zweiten Anschlussbereich des zweiten Teilbereichs elektrisch verbunden ist. Die
elektrische Serienverschaltung erfolgt also innerhalb des Halbleiterchips. Auf eine aufwändige externe Verschaltung der einzelnen Teilbereiche, beispielsweise mittels
Drahtverbindungen, kann verzichtet werden.
Zur externen elektrischen Kontaktierung weist der
Halbleiterchip vorzugsweise einen ersten elektrischen Kontakt und einen zweiten elektrischen Kontakt auf. Die Kontakte bilden also die Spannungspole des photovoltaischen
Halbleiterchips . In einer Ausgestaltungsvariante ist zumindest einer der elektrischen Kontakte auf einer dem Halbleiterkörper
zugewandten Seite des Trägerkörpers angeordnet. Es können auch beide elektrischen Kontakte auf dieser Seite angeordnet sein. Eine oberseitige, also strahlungseintrittsseitige, Kontaktierung des Halbleiterchips wird so vereinfacht. Der oberseitige Kontakt beziehungsweise die oberseitigen Kontakte sind in diesem Fall zweckmäßigerweise in lateraler Richtung neben dem Halbleiterkörper angeordnet. Mit anderen Worten sind der elektrische Kontakt
beziehungsweise die elektrischen Kontakte und der
Halbleiterkörper überlappungsfrei auf dem Trägerkörper angeordnet. Die externe elektrische Kontaktierung kann also von der Oberseite des Halbleiterchips erfolgen, ohne dass die Kontakte eine Abschattung des aktiven Bereichs
beziehungsweise der aktiven Bereiche verursachen.
Alternativ oder ergänzend kann einer der elektrischen
Kontakte, insbesondere können beide elektrischen Kontakte auf einer dem Halbleiterkörper abgewandten Seite des
Trägerkörpers angeordnet sein. Bei einer Anordnung beider elektrischer Kontakte auf dieser Seite des Trägerkörpers kann die Kontaktierung des Halbleiterchips vereinfacht seitens der der Strahlungseintrittsfläche abgewandten Rückseite des Halbleiterchips erfolgen.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die erste Anschlussstruktur und/oder die zweite Anschlussstruktur mittels einer auf dem Trägerkörper ausgebildeten Schicht gebildet. Bei der Herstellung des Halbleiterchips können die erste Anschlussstruktur und/oder die zweite Anschlussstruktur also zumindest teilweise bereits auf dem Trägerkörper
ausgebildet sein, bevor der Halbleiterkörper mit der
Halbleiterschichtenfolge an dem Trägerkörper befestigt wird. Die Herstellung des Halbleiterchips kann so vereinfacht werden . Weitere Merkmale, Ausgestaltungen und Zweckmäßigkeiten ergeben sich aus der folgenden Beschreibung der
Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Figuren.
Es zeigen:
Die Figuren 1A und 1B ein erstes Ausführungsbeispiel für einen photovoltaischen Halbleiterchip in schematischer
Schnittansicht (Figur 1A) und schematischer Aufsicht (Figur 1B) ; und die Figuren 2 bis 5 jeweils ein weiteres Ausführungsbeispiel für einen photovoltaischen Halbleiterchip.
Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren
Verständnis übertrieben groß dargestellt sein. In den Figuren 1A und 1B ist ein erstes Ausführungsbeispiel für einen photovoltaischen Halbleiterchip 1 gezeigt. Der Halbleiterchip weist einen Halbleiterkörper 2 mit einer
Halbleiterschichtenfolge auf. Die vorzugsweise epitaktisch, etwa mittels MBE oder MOVPE, abgeschiedene
Halbleiterschichtenfolge bildet den Halbleiterkörper. In einer vertikalen Richtung, also einer in einer senkrecht zu einer Haupterstreckungsebene der Halbleiterschichten des Halbleiterkörpers 2 verlaufenden Richtung erstreckt sich der Halbleiterkörper zwischen einer Hauptfläche 28 und einer Strahlungseintrittsfläche 29.
Seitens der Hauptfläche 28 ist der Halbleiterkörper 2 an einem Trägerkörper 5 angeordnet. Der Halbleiterkörper 2 ist mittels einer Verbindungsschicht 51, beispielsweise einem Lot oder einer elektrisch leitfähigen Klebeschicht, mit dem
Trägerkörper 5 elektrisch leitend verbunden.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel weist der
Halbleiterkörper 2 exemplarisch drei übereinander gestapelte aktive Bereiche 20, 20a, 20b auf. Die aktiven Bereiche sind jeweils zwischen einer ersten Halbleiterschicht 21, 21a, 21b und einer zweiten Halbleiterschicht 22, 22a, 22b angeordnet. Die ersten Halbleiterschichten können n-leitend und zweiten Halbleiterschichten p-leitend ausgebildet sein oder
umgekehrt.
Die aktiven Bereiche können jeweils mittels eines pn- Übergangs oder auch mittels einer intrinsischen, also undotierten, Halbleiterschicht zwischen der ersten Halbleiterschicht 21, 21a, 21b und der zugeordneten zweiten Halbleiterschicht 22, 22a, 22b, ausgebildet sein. Zwischen zwei benachbarten aktiven Bereichen ist jeweils ein
Tunnelbereich 23, 23a angeordnet. Die Tunnelbereiche weisen jeweils eine erste Halbleiterschicht eines ersten
Leitungstyps 231, 231a und eine zweite Schicht eines zweiten
Leitungstyps 232, 232a auf. Die Schichten des Tunnelbereichs sind vorzugsweise hoch dotiert ausgebildet, also mit einer
19 -3
Dotierung von mindestens 1*10 cm . Mittels der
Tunnelbereiche sind die aktiven Bereiche elektrisch in Serie verschaltet . Der Halbleiterkörper 2 weist eine Mehrzahl von Ausnehmungen 25 auf, die sich von der Hauptfläche 28 in den
Halbleiterkörper 2 hinein erstreckt. Die Ausnehmungen 25 verlaufen durch alle aktiven Bereiche des Halbleiterkörpers und erstrecken sich bis in die der Strahlungseintrittsfläche 29 nächstgelegene erste Halbleiterschicht 21 des
Halbleiterkörpers 2. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die erste Anschlussstruktur 31 mittels einer an die erste Halbleiterschicht 21 angrenzenden ersten Schicht 311 und einer zweiten Schicht 312 gebildet. Davon abweichend kann aber auch eine einschichtige Ausgestaltung zweckmäßig sein.
Mittels der ersten Anschlussstruktur 31 ist die erste
Halbleiterschicht 21 über die Verbindungsschicht 51 und den Trägerkörper 5 elektrisch leitend mit einem ersten
elektrischen Kontakt 61 verbunden.
Eine Seitenfläche 250 der Ausnehmungen 25 ist zumindest im Bereich der aktiven Bereiche 20, 20a, 20b und der zweiten Halbleiterschichten 22, 22a, 22b von einer Isolationsschicht 41 bedeckt. Ein elektrischer Kurzschluss der aktiven Bereiche durch die erste Anschlussstruktur 31 kann so vermieden werden .
Die dem Trägerkörper 5 nächstgelegene zweite
Halbleiterschicht 22b ist mit einer zweiten Anschlussstruktur 32 elektrisch leitend verbunden. Vorzugsweise grenzt die zweite Anschlussstruktur 32 großflächig, das heißt mit einer Flächenbelegung von mindestens 50 %, unmittelbar an die zweite Halbleiterschicht 20b an.
Die zweite Anschlussstruktur 32 verläuft bereichsweise zwischen der ersten Anschlussstruktur 31 und dem
Halbleiterkörper 2. Sowohl die erste Anschlussstruktur 31 als auch die zweite Anschlussstruktur 32 können den Trägerkörper 5 also großflächig, insbesondere mit einem Flächenanteil von jeweils mehr als 50 %, bedecken. Eine effiziente
Ladungsträgerabfuhr der in den aktiven Bereichen getrennten Ladungsträger kann so besonders effizient erfolgen.
Die zweite Anschlussstruktur 32 weist in diesem
Ausführungsbeispiel eine erste Schicht 321 und eine zweite Schicht 322 auf. Davon abweichend kann die zweite
Anschlussstruktur aber auch nur einschichtig ausgebildet sein oder mehr als zwei Schichten aufweisen. Vorzugsweise weist die zweite Anschlussstruktur eine Schicht auf, die als eine Spiegelschicht für die in den aktiven Bereichen 20, 20a, 20b zu absorbierenden Strahlung ausgebildet ist. Insbesondere kann die an den Halbleiterkörper 2 angrenzende erste Schicht 321 als Spiegelschicht ausgebildet sein. Für einen
verringerten Kontaktwiderstand kann es aber auch zweckmäßig sein, die zweite Schicht als Spiegelschicht auszubilden und die erste Schicht als eine strahlungsdurchlässige Schicht auszubilden, die vorwiegend der elektrischen Kontaktierung dient. Die Reflektivität der Spiegelschicht für Strahlung im sichtbaren Spektralbereich beträgt vorzugsweise mindestens 50 %, besonders bevorzugt mindestens 70 %. Vorzugsweise enthält die Spiegelschicht der zweiten Anschlussstruktur Silber, Aluminium, Rhodium, Palladium, Gold, Chrom oder Nickel oder eine metallische Legierung mit zumindest einem der genannten Materialien.
Ein lateral seitlich des Halbleiterkörpers 2 angeordneter Bereich des zweiten Anschlussbereichs 32 bildet einen zweiten externen Kontakt 62. Bei Bestrahlung des photovoltaischen Halbleiterchips 1, beispielsweise durch konzentrierte
Sonnenstrahlung, kann an den Kontakten 61, 62 eine
elektrische Spannung abgegriffen werden.
Die Strahlungseintrittsfläche 29 und eine den
Halbleiterkörper 2 in lateraler Richtung begrenzende
Seitenfläche 285 sind mit einer Passivierungsschicht 4 bedeckt. Die Passivierungsschicht 4 schützt den
Halbleiterkörper vor äußeren Einflüssen wie Feuchtigkeit und dient weiterhin der Vermeidung eines elektrischen
Kurzschlusses der aktiven Bereiche 20, 20a, 20b.
Bei der Herstellung kann die Seitenfläche 285 mittels eines Strukturierungsverfahrens ausgebildet werden. Insbesondere kann die Strukturierung im Waferverbund erfolgen, nachdem die Halbleiterschichtenfolge, aus der die Halbleiterkörper hervorgehen, bereits an einem Träger befestigt ist, aus dem bei der Vereinzelung in Halbleiterchips die Trägerkörper gebildet werden. Alternativ können die Seitenflächen 285 ausgebildet werden, bevor die Halbleiterschichtenfolge mit dem Träger verbunden wird.
Für die Passivierungsschicht eignet sich insbesondere ein dielektrisches strahlungsdurchlässiges Material wie ein Oxid, beispielsweise Siliziumoxid oder ein Nitrid, beispielsweise Siliziumnitrid.
Der Halbleiterkörper 2 basiert vorzugsweise auf einem III-V- Verbindungshalbleitermaterial. Die Bandlücken der aktiven Bereiche 20, 20a, 20b sind so ausgebildet, dass die
Bandlücken mit zunehmendem Abstand von der
Strahlungseintrittsfläche 29 abnehmen. Strahlung mit einer Wellenlänge, die oberhalb der Grenzwellenlänge des der
Strahlungseintrittsfläche nächstgelegenen aktiven Bereichs liegt und somit von diesem nicht absorbiert wird, kann von einem der nachgeordneten aktiven Bereiche absorbiert werden und so zur Erzeugung der elektrischen Energie beitragen. Die Strahlungseintrittsfläche 29 des Halbleiterkörpers 2 ist vollständig frei von externen elektrischen, insbesondere strahlungsundurchlässigen metallischen, Kontaktstrukturen, so dass eine Abschattung der aktiven Bereiche 20, 20a, 20b vermieden werden kann.
Ein Aufwachssubstrat für die Halbleiterschichtenfolge des Halbleiterkörpers 2 ist vollständig entfernt und in Figur 1A daher nicht dargestellt. Der Trägerkörper 5 übernimmt die Funktion der mechanischen Stabilisierung der
Halbleiterschichtenfolge des Halbleiterkörpers 2, so dass das Aufwachssubstrat hierfür nicht mehr erforderlich ist. Für den Trägerkörper 5 eignet sich beispielsweise ein
Halbleitermaterial, etwa Germanium oder Silizium. Das
Halbleitermaterial kann zur Steigerung der elektrischen
Leitfähigkeit dotiert sein.
Das in Figur 2 in Schnittansicht dargestellte zweite
Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem im
Zusammenhang mit den Figuren 1A und 1B beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel. Im Unterschied hierzu sind die
Ausnehmungen 25 so ausgebildet, dass sie sich vollständig durch den Halbleiterkörper 2 hindurch erstrecken. In Aufsicht auf den Halbleiterchip sind die Ausnehmungen 25, wie in Figur 1B dargestellt, so ausgebildet, dass die Halbleiterschichten des Halbleiterkörpers 2 trotz der Ausnehmungen 25
zusammenhängende Halbleiterschichten darstellen.
Weiterhin weist der Halbleiterchip 2 auf der
Strahlungseintrittsfläche 29 eine strahlungsdurchlässige Anschlussschicht 315 auf, die im Bereich der Ausnehmungen 25 elektrisch leitend mit der ersten Anschlussstruktur 31 verbunden ist. Für die strahlungsdurchlässige
Anschlussschicht eignet sich insbesondere ein TCO-Material, beispielsweise ITO oder ZnO. Es kann aber auch ein anderes der im allgemeinen Teil der Beschreibung genannten TCO- Materialien Anwendung finden.
Weiterhin weisen die Ausnehmungen 25 im Unterschied zu dem in Figur 1A dargestellten ersten Ausführungsbeispiel einen sich zum Trägerkörper 5 hin verjüngenden Querschnitt auf.
Derartige Ausnehmungen können beispielsweise mittels eines nasschemischen oder trockenchemischen Verfahrens ausgebildet werden, nachdem die Halbleiterschichtenfolge des
Halbleiterkörpers 2 bereits an dem Trägerkörper 5 befestigt ist und das Aufwachssubstrat für die Halbleiterschichtenfolge entfernt ist. Von dem beschriebenen Ausführungsbeispiel abweichend können die Seitenflächen der Ausnehmungen 25 jedoch auch senkrecht verlaufen. Auch ein zum Trägerkörper 5 hin größer werdender Querschnitt für die Ausnehmungen 25 kann Anwendung finden.
Die elektrische Isolation zwischen der ersten
Anschlussstruktur 31 und der zweiten Anschlussstruktur 32 erfolgt mittels einer zweiten Isolationsschicht 42 zwischen diesen Anschlussstrukturen.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel für einen photovoltaischen Halbleiterchip 1 ist schematisch in Figur 3 dargestellt.
Dieses dritte Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem im Zusammenhang mit den Figuren 1A und 1B beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel.
Im Unterschied hierzu sind der erste Kontakt 61 und der zweite Kontakt 62 auf der dem Halbleiterkörper 2 zugewandten Seite des Trägerkörpers 5 angeordnet. Beide Kontakte sind also von der Oberseite des Halbleiterchips zugänglich. In Aufsicht auf den Halbleiterchip sind beide Kontakte
überlappungsfrei mit dem Halbleiterkörper 2 auf dem
Trägerkörper angeordnet, so dass eine Abschattung der
Strahlungseintrittsfläche 29 durch die Kontakte vermieden werden kann. Eine derartige Anordnung der Kontakte ist insbesondere auch für die im Zusammenhang mit den Figuren 1A, 1B und 2 beschriebenen Ausführungsbeispiele geeignet.
In diesem Ausführungsbeispiel kann für den Trägerkörper 5, wie im Zusammenhang mit den Figuren 1A und 1B beschrieben, ein elektrisch leitfähiges Material verwendet werden. Alternativ kann auch ein elektrisch isolierendes Material Anwendung finden, beispielsweise ein undotiertes
Halbleitermaterial oder eine Keramik. Weiterhin sind die erste Anschlussstruktur 31 und die zweite Anschlussstruktur 32 bereichsweise mittels auf dem
Trägerkörper 5 aufgebrachten Schichten gebildet. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die zweite Schicht 312 der ersten Anschlussstruktur 31 als eine auf dem Trägerkörper 5 ausgebildete Schicht ausgeführt. Zwischen der zweiten Schicht 312 und dem Trägerkörper 5 ist eine Isolationsschicht 52 ausgebildet, die die zweite Schicht 312 und den Trägerkörper 5 elektrisch voneinander isoliert. Die zweite Anschlussstruktur 32 ist mittels einer ersten
Schicht 321, einer zweiten Schicht 322, einer dritten Schicht 323 und einer vierten Schicht 324 gebildet. Die vierte
Schicht 324 ist als eine auf dem Trägerkörper 5 ausgebildete Schicht ausgeführt, wobei zwischen der vierten Schicht 324 und der Schicht 312 der ersten Anschlussstruktur 31 eine weitere Isolationsschicht 53 angeordnet ist.
Bei der Herstellung des Halbleiterchips kann ein Teil der ersten Anschlussstruktur 31 und der zweiten Anschlussstruktur 32 also bereits vorgefertigt auf dem Trägerkörper 5
ausgebildet werden, bevor der Halbleiterkörper mit der
Halbleiterschichtenfolge 2 an dem Trägerkörper befestigt und elektrisch leitend verbunden wird. Das in Figur 4 dargestellte vierte Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem im Zusammenhang mit Figur 3 beschriebenen dritten Ausführungsbeispiel. Im Unterschied hierzu ist der Halbleiterchip 1 als ein oberflächenmontierbarer Halbleiterchip ausgeführt, bei dem sich beide elektrische Kontakte auf der der
Strahlungseintrittsfläche 29 abgewandten Rückseite des
Halbleiterchips 1 befinden. Die Kontakte 61, 62 sind also auf der dem Halbleiterkörper 2 abgewandten Seite des
Trägerkörpers 5 ausgebildet. Der Trägerkörper 5 weist
Durchkontaktierungen 55 auf, über die der erste Kontakt 61 mit der ersten Anschlussstruktur 31 und der zweite Kontakt 62 mit der zweiten Anschlussstruktur 32 elektrisch leitend verbunden sind.
Weiterhin sind im Unterschied zu dem dritten
Ausführungsbeispiel die Ausnehmungen 25 teilweise mit einem elektrisch isolierenden Füllmaterial 24 befüllt. Als
Füllmaterial eignet sich beispielsweise Polyimid oder BCB . Mittels des Füllmaterials kann die mechanische Stabilität des Halbleiterchips erhöht werden. Das in Figur 5 dargestellte fünfte Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem im Zusammenhang mit den
Figuren 1A und 1B beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel. Im Unterschied hierzu weist der Halbleiterkörper 2 zumindest zwei Teilbereiche 26, 27 auf. Die aktiven Bereiche dieser Teilbereiche sind in Aufsicht auf den Halbleiterchip in lateraler Richtung vollständig voneinander getrennt.
In einem Verbindungsbereich 33 ist die zweite
Anschlussstruktur 32 des ersten Teilbereichs 26 mit der ersten Anschlussstruktur 31 des zweiten Teilbereichs 27 elektrisch in Serie verschaltet. An den externen elektrischen Kontakten 61, 62 fällt im Betrieb des Halbleiterchips 1 also die Summe der Einzelspannungen der Teilbereiche 26, 27 ab. Mit der beschriebenen Ausgestaltung kann also die Betriebsspannung des Halbleiterchips erhöht werden, wobei die elektrische Verschaltung der Teilbereiche innerhalb des Halbleiterchips erfolgt. Eine aufwändige externe
Kontaktierung, beispielsweise über Drähte ist somit nicht erforderlich .
In dem Ausführungsbeispiel sind lediglich exemplarisch zwei Teilbereiche gezeigt. Davon abweichend kann der
Halbleiterchip aber auch mehr als zwei Teilbereiche
aufweisen. Die Teilbereiche können zumindest teilweise miteinander in Serie und/oder teilweise mit parallel
zueinander elektrisch verschaltet sein. Die in den Ausführungsbeispielen beschriebenen
photovoltaischen Halbleiterchips zeichnen sich insbesondere durch eine effiziente Ladungsträgerabfuhr aus, so dass auch bei hohen Stromdichten, wie sie bei konzentrierter
Sonnenstrahlung auftreten, eine effektive Erzeugung von elektrischer Energie erfolgen kann. Weiterhin kann mittels der Kontaktierung über die Ausnehmungen eine
abschattungsfreie Ausgestaltung der Strahlungseintrittsfläche des Halbleiterchips erzielt werden. Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2011 115 659.7, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele 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 den Ausführungsbeispielen angegeben ist .

Claims

Patentansprüche
1. Photovoltaischer Halbleiterchip (1) mit einem
Halbleiterkörper (2), der eine Halbleiterschichtenfolge mit einem zur Erzeugung von elektrischer Energie vorgesehenen aktiven Bereich (20) aufweist, wobei der aktive Bereich (20) zwischen einer ersten Halbleiterschicht (21) eines ersten Leitungstyps und einer zweiten Halbleiterschicht (22) eines vom ersten Leitungstyp verschiedenen zweiten Leitungstyps ausgebildet ist, wobei
- der Halbleiterkörper (2) auf einem Trägerkörper (5) angeordnet ist;
- die erste Halbleiterschicht (21) auf der dem Trägerkörper (5) abgewandten Seite der zweiten Halbleiterschicht (22) angeordnet ist;
- der Halbleiterkörper (2) zumindest eine Ausnehmung (25) aufweist, die sich vom Trägerkörper (5) durch die zweite Halbleiterschicht (22) hindurch erstreckt; und
- zumindest bereichsweise zwischen dem Trägerkörper (5) und dem Halbleiterkörper (2) eine erste Anschlussstruktur (31) angeordnet ist, die in der Ausnehmung (25) mit der ersten Halbleiterschicht (21) elektrisch leitend verbunden ist.
2. Halbleiterchip nach Anspruch 1,
wobei die zweite Halbleiterschicht elektrisch leitend mit einer zweiten Anschlussstruktur (32) verbunden ist.
3. Halbleiterchip nach Anspruch 2,
wobei die zweite Anschlussstruktur bereichsweise zwischen dem Halbleiterkörper und dem Trägerkörper angeordnet ist.
4. Halbleiterchip nach Anspruch 2 oder 3,
wobei die zweite Anschlussstruktur in Aufsicht auf den
Halbleiterchip mit der ersten Anschlussstruktur überlappt.
5. Halbleiterchip nach einem der Ansprüche 2 bis 4,
wobei die zweite Anschlussstruktur bereichsweise zwischen der ersten Anschlussstruktur und dem Halbleiterkörper angeordnet ist .
6. Halbleiterchip nach einem der Ansprüche 2 bis 5,
wobei die zweite Anschlussstruktur eine Spiegelschicht aufweist .
7. Halbleiterchip nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Halbleiterchip frei von einem Aufwachssubstrat für die Halbleiterschichtenfolge des Halbleiterkörpers ist.
8. Halbleiterchip nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwischen der zweiten Halbleiterschicht und dem
Trägerkörper ein weiterer zur Erzeugung von elektrischer
Energie vorgesehener aktiver Bereich (20a) ausgebildet ist.
9. Halbleiterchip nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ausnehmung in der ersten Halbleiterschicht endet.
10. Halbleiterchip nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
wobei sich die Ausnehmung vollständig durch den
Halbleiterkörper hindurch erstreckt und die erste
Halbleiterschicht zumindest bereichsweise mit einer
strahlungsdurchlässigen Anschlussschicht (315) überdeckt ist, die mit der ersten Anschlussstruktur elektrisch leitend verbunden ist.
11. Halbleiterchip nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der aktive Bereich in einen ersten Teilbereich (26) und in einen vom ersten Teilbereich beabstandeten zweiten
Teilbereich (27) unterteilt ist und die aktiven Bereiche der Teilbereiche elektrisch in Serie verschaltet sind.
12. Halbleiterchip nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Halbleiterchip einen ersten elektrischen Kontakt (61) und einen zweiten elektrischen Kontakt (62) aufweist und zumindest einer der elektrischen Kontakte auf einer dem
Halbleiterkörper zugewandten Seite des Trägerkörpers
angeordnet ist.
13. Halbleiterchip nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei der Halbleiterchip einen ersten elektrischen Kontakt
(61) und einen zweiten elektrischen Kontakt (62) aufweist und die elektrischen Kontakte auf einer dem Halbleiterkörper abgewandten Seite des Trägerkörpers angeordnet sind.
14. Halbleiterchip nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Anschlussstruktur und/oder die zweite
Anschlussstruktur mittels einer auf dem Trägerkörper
ausgebildeten Schicht gebildet ist.
15. Halbleiterchip nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Halbleiterkörper ein III-V- Verbindungshalbleitermaterial enthält .
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