WO2017009377A1 - Optoelektronischer halbleiterchip - Google Patents
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- H01L33/62—Arrangements for conducting electric current to or from the semiconductor body, e.g. lead-frames, wire-bonds or solder balls
Definitions
- Optoelectronic Semiconductor Chip An optoelectronic semiconductor chip is specified.
- This task is among others by a
- the optoelectronic semiconductor chip is a light-emitting diode chip, a laser diode chip or a photodetector.
- the semiconductor chip is a light-emitting diode chip and adapted for the emission of electromagnetic radiation.
- the semiconductor chip emits in
- the semiconductor layer sequence is preferably based on a III-V compound semiconductor material.
- the semiconductor material is, for example, a nitride compound semiconductor material such as Al n In] __ n _ m Ga m N or a phosphide compound semiconductor material such as Al n In] __ n _ m Ga m P or an arsenide compound semiconductor material such as Al is n In] __ n _ m m Ga As, where in each case 0 ⁇ n ⁇ 1, 0 ⁇ m ⁇ 1 and n + m -S. 1 In this case, the semiconductor layer sequence may have dopants and additional constituents.
- Conductivity type refers to n-type or p-type.
- the first semiconductor region is n-doped and the second
- the active zone is preferably set up to generate the radiation emitted by the semiconductor chip during operation.
- the two semiconductor regions as well as the intermediate active zone along a growth direction of the semiconductor layer sequence are stacked one above the other.
- the active zone preferably directly adjoins the two semiconductor regions.
- Optoelectronic semiconductor chip a first electrical
- the first electrical contact layer is located in places directly on the first semiconductor region.
- the electrical contact layer is further adapted to Stromeinlessness to serve in the first semiconductor region.
- the first electrical contact layer is accordingly adapted to the first semiconductor region with regard to an electrical contact resistance and with regard to an electrical work function.
- a current injection takes place directly in the first
- the semiconductor area exclusively via the first electrical contact layer. According to at least one embodiment, the
- Semiconductor range is set up.
- current injection takes place directly into the second semiconductor region exclusively via the second electrical contact layer.
- Semiconductor chip at least two metallic power supply lines.
- Metallic means in particular that the power supply lines consist of one or more metals and show an ohmic current-carrying characteristic.
- the power supplies may be contact metallizations.
- the power supply lines are located directly on the first electrical contact layer, preferably exclusively on the first electrical contact layer. A current injection into the first and / or second electrical contact layer preferably takes place exclusively by means of the power supply lines.
- one of the power supply lines as an anode contact and a further of the power supply lines is arranged as a cathode contact.
- the power supply is the
- the semiconductor chip comprises at least one electrical insulating layer. Through the electrical insulating layer is in
- the insulating layer is located in places directly on the second semiconductor region and thus covers the second semiconductor region in places. According to at least one embodiment, the rises
- Insulating layer over the second semiconductor region may mean that the insulating layer on the second
- Semiconductor region is applied, without that in the second semiconductor region, a recess or a depression is provided for the insulating region.
- a recess or a depression is provided for the insulating region.
- Insulating layer under the power supply via which the second semiconductor region is electrically connected.
- the insulating layer between the second semiconductor region and the associated power supply preferably has no direct physical contact with this power supply.
- both a material of the first electrical contact layer and a material of the second electrical current are located between this power supply line and the insulating layer
- the two are
- Contact layers each made of one or more transparent conductive oxides, also referred to as
- Transparent Conductive Oxide or TCO for short.
- Transparent conductive oxides are usually metal oxides, such as
- zinc oxide for example, zinc oxide, tin oxide, cadmium oxide, titanium oxide, indium oxide or indium tin oxide (ITO).
- binary oxide for example, zinc oxide, tin oxide, cadmium oxide, titanium oxide, indium oxide or indium tin oxide (ITO).
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- Metal oxygen compounds such as ZnO, SnO 2 or ⁇ 2 ⁇ 3 also include ternary metal oxygen compounds such as Zn 2 SnO 2, Cd Sn 3, Zn SnO 3, Mgln 2Ozi, GalnO 3, 2 ⁇ 5 or In 4 Sn 3 O 2 or mixtures of different transparent conductive oxides into the group of TCOs.
- TCOs do not necessarily correspond to one
- stoichiometric composition and may also be p-doped or n-doped.
- the first covers
- the second contact layer preferably lies directly on the insulating layer and the first contact layer directly on the second contact layer.
- the first contact layer overmoulds the insulating layer.
- the elevation passing through the insulating layer is above the second
- Semiconductor region is formed, cap-like or cover-like covered by the first contact layer.
- insulating layer is then over the entire insulating layer, in Top view, a material of the first contact layer and preferably also a material of the second contact layer.
- Optoelectronic semiconductor chip a first
- a semiconductor region of a first conductivity type and a second semiconductor region of a second conductivity type. Between these two semiconductor regions is an active zone, which is preferably set up to produce visible light.
- a first electrical contact layer is located in places directly on the first
- the semiconductor chip includes two metallic power supply lines and an insulating layer. In places, the insulating layer directly covers the second semiconductor region and rises above it. Furthermore, the insulating layer is under the
- the two contact layers are each made of a transparent conductive oxide and the first contact layer overmolded in the region of the insulating layer, the second
- LED chips in short LED chips comprising sapphire growth substrates, have electrical
- Insulating through which an immediate flow of current from a metallic power supply in a
- Insulating layers prevents light from being generated directly under the metallic power leads. If in this area produces light, this would only be one
- contact layers of transparent conductive oxides have a comparatively low light transmission at high electrical conductivity
- Insulating layer so that an electrical contact between the contact layer and the metallic power supply in the region of the insulating layer may be interrupted, resulting in a low yield in the production of
- the second contact layer which extends over the second surface
- Insulating layer is additionally locally formed by the first contact layer. Even if no continuous electrical contact can be achieved through the second contact layer from the current supply into the second semiconductor region, this is ensured by the first contact layer that over-forms the insulating layer.
- Growth direction of the semiconductor layer sequence is in the second contact layer preferably by at least a factor of 10 or a factor 100 greater than in the second semiconductor region.
- the first contact layer projects laterally beyond the insulating layer, as seen in plan view, by at least 200 nm or 0.5 ⁇ m or 1 ⁇ m or 5 ⁇ m.
- this projection of the first contact layer over the insulating layer, seen in plan view is at most 100 ym or 50 ym or 20 ym or 10 ym.
- Insulating layer again seen in plan view, at
- the width of the insulating layer is at least 5 ym or 20 ym, seen in plan view. Alternatively or additionally, the width of the insulating layer is at most 0.2 mm or 0.1 mm or 50 ym or 30 ym.
- a thickness of the first contact layer is greater than a thickness of the second contact layer by at least a factor of 2 or 3 or 5.
- the thickness of the first contact layer exceeds the thickness of the second contact layer by at most a factor of 20 or 15 or 10.
- the thicknesses of the two contact layers are smaller than a thickness of the two contact layers
- the thickness of the insulating layer preferably exceeds the thickness of the first contact layer by at least a factor of 1.5 or 2 or 3 and / or by at most a factor of 5 or 3.5 or 2.
- the thickness of the first contact layer is at least 30 nm or 50 nm or 100 nm and / or at most 500 nm or 300 nm or 150 nm. It may also be true that the thickness of the second
- Contact layer is at least 5 nm or 10 nm or 15 nm and / or at most 100 nm or 70 nm or 50 nm or 30 nm. In other words, the second contact layer is then made comparatively thin. According to at least one embodiment, the
- Insulating layer has a thickness which is at least 70 nm or 100 nm or 150 nm. Alternatively or additionally, the thickness of the insulating layer is at most 1 ⁇ m or 500 nm or 300 nm. In particular, the thickness of the insulating layer is selected so that the thickness of a penetration depth of an evanescent field of light, which is totally reflected at the insulating layer and in the semiconductor chip in Operation is generated exceeds.
- the penetration depth of the light is here
- Insulating layer may also be formed as a Bragg mirror.
- a material of the first contact layer has a smaller average grain size than a material of the second contact layer.
- an average grain size of the material is the first
- Contact layer at least 5 nm or 10 nm and / or at most 50 nm or 20 nm. Furthermore, it may be true that a grain size of the material of the second contact layer at least 1 nm or 100 nm or 200 nm or 1 ym and / or at most 2 ym or 1 ym or 0.5 ym or 2 nm.
- the base material is, for example, zinc oxide or indium tin oxide.
- the two contact layers differ from one another in one or more of the following properties: doping, mean grain size, electrical conductivity, electrical contact resistance, surface roughness.
- doping mean grain size, electrical conductivity, electrical contact resistance, surface roughness.
- the second one Contact layer has a greater surface roughness than the first contact layer.
- both are identical to each other.
- a tin content is preferably at least 3% or 5% and / or at most 10% or 8%.
- the first contact layer preferably has a higher tin content than the second contact layer, for example at least 0.5 percentage points or at least 1
- Percentage point increased tin content.
- the tin contents relate in particular to percent by mass.
- the insulating layer is made of an electrically insulating oxide, nitride or oxynitride.
- the insulating layer is made of
- a material of the insulating layer is preferably permeable to the radiation generated in the semiconductor chip during operation.
- the two are identical to each other. In accordance with at least one embodiment, the two are identical to each other.
- Contact layers made of mutually different materials then includes one of
- Insulating layer seen in cross section and in the direction away from the second semiconductor region, to at least to an average thickness of the insulating layer continuously narrower.
- the insulating layer is preferably free of undercuts. Undercut may mean that in
- the first covers
- the second contact layer covers the second semiconductor region, as seen in plan view, to at least 90% or 95% or even completely.
- an efficient current spreading in the lateral direction through the second contact layer can be ensured.
- edges of the second semiconductor region are free of the second contact layer and also free of the first contact layer. This makes it possible that a current supply of the second semiconductor region is prevented near such edges.
- the edges in a strip having a width of at least 1 ym or 2 ym and / or at most 5 ym or 3 ym are free from the second contact layer.
- n-contact area is around the second one Surrounded semiconductor area, seen in plan view.
- the n-contact region is located in a recess of the second semiconductor region.
- Semiconductor layer sequence is located, seen in plan view. It is also possible that more than one n-contact area
- Power supply the semiconductor layer sequence, seen in plan view, preferably at most 10% or 5% and / or at least 2% or 4%.
- semiconductor region the following components in the order listed directly on each other: first semiconductor region, active region, second semiconductor region, insulating layer, second contact layer, first contact layer, metallic power supply for the second semiconductor region.
- FIGS 1A, 2, 3 and 4 are schematic sectional views of embodiments of optoelectronic semiconductor chips described herein, and
- Figure 1B is a schematic plan view of a
- FIG. 1A schematically shows an embodiment of an optoelectronic semiconductor chip 1 in a sectional illustration and in FIG. 1B in a plan view.
- the semiconductor layer sequence 2 comprises an n-doped first semiconductor region 21 and a p-doped second semiconductor region 23. Between the semiconductor regions 21, 23 there is an active zone 22 for generating light, in particular blue light.
- the semiconductor layer sequence 2 is based on the AlInGaN material system. A thickness of
- Semiconductor layer sequence 2 is for example about 8 ⁇ m.
- the semiconductor layer sequence 2 is over metallic,
- the power supply lines 41, 43 preferably have a plurality of metals and are in particular multi-layer systems of aluminum, gold, platinum, titanium, ruthenium and / or
- the insulating layer 5 is located between the second semiconductor region 23 and the second
- Power supply 43 in the active zone 22 radiation is generated.
- the insulating layer 5 is symmetrically shaped with respect to an axis perpendicular to the active zone 22. According to FIG. 1A, the insulating layer 5 has a
- an insulating layer 5 directly on the second semiconductor region 23 is about 20 ⁇ m, and a thickness D5 of the insulating layer 5 is about 250 nm, for example.
- the insulating layer 5 is made of a transparent one
- Semiconductor layer sequence 2 generated radiation preferably has an absorption coefficient of at most 400 / cm or 120 / cm on. For example, at most 0.3% or 1% of the radiation is absorbed by the insulating layer.
- Semiconductor region 23 takes place through a second
- Contact layer 33 is in particular made of ITO.
- the second contact layer 33 has at a radiation exit side 20 of FIG
- the thickness D3 is about 15 nm to 60 nm, in particular about 20 nm. Due to the small thickness of the second contact layer 33, it is problematic, which rises above the second semiconductor region 23
- Insulating layer 5 to form without fractures or cracks in the second contact layer 33 arise. About such cracks an electrical line from the power supply 43 would be endangered in the second semiconductor region 23, if
- Contact layer 31 is a contact layer which, for an n-contact, leads to the first semiconductor region 21 is provided. At an n-contact region, which is located in a recess of the second semiconductor region 23, the first contact layer 31 is locally applied directly to the first semiconductor region 21. The first contact layer 31 immediately follows the first power supply 41 in this n-contact region.
- a thickness D1 of the first contact layer 31 preferably exceeds the thickness D3 of the second contact layer 33
- the thickness D1 of the first contact layer 31 is about 100 nm to 150 nm.
- the first contact layer 31 completely overmolds the insulating layer 5 and extends, as seen in plan view, in places adjacent to the insulating layer 5.
- Contact layer 33 is given at the radiation exit side 20. In the direction away from the insulating layer 5, the first contact layer 31 runs on the radiation exit side 20
- Insulating layer 5 is present. From the first contact layer 31 there is no current injection directly into the second one
- the first contact layer 31 is located in the n-contact region preferably completely in a recess in the second semiconductor region 23.
- This recess has, in Top view, for example, a rectangular
- Semiconductor layer sequence 2 be moved, seen in plan view. Likewise, a base of the recess,
- the first power supply 41 projects beyond
- the second power supply 43 is preferably designed strip-shaped and thus to a current distribution over the
- the second power supply 43 is preferably, seen in plan view, surrounded all around by a material of the first contact layer 31. There is no direct electrical current between the first contact layer 31 on the insulating layer 5 and the first contact layer 31 on the n-contact region
- the first contact layer 33 is preferably applied first, followed by the first contact layer 31.
- a mask is shaped accordingly so that the first contact layer 31 fits
- a flank angle of the first contact layer 31 on the insulating layer 5 is, for example adjustable by means of photomasks with undercuts, wherein the contact layers 31, 33 are then preferably applied by means of sputtering.
- Such masks with undercuts are known, for example, from document WO 2015/078919 A1, the disclosure of which is incorporated by reference back with regard to the mask shape and the application of materials with the aid of such masks.
- the two contact layers 31, 33 are both formed from ITO, for example. However, the two contact layers 31, 33 are preferably applied with different process parameters, so that the first contact layer 31 is produced as an n-contact and the second contact layer 33 as a p-contact.
- FIG. 2 shows a further exemplary embodiment of the invention
- the insulating layer 5 is an approximately rectangular
- Insulating layer 5 is achieved by the first contact layer 31, which is approximately trapezoidal in cross-section.
- the insulating layer 5 has a greater width than the second power supply 43.
- the power supply 43 seen in plan view, surmounted by the insulating layer 5 all around.
- the insulating layer 5 seen in cross-section an undercut on.
- one material of the insulating layer 5 covers another portion of the side surface of the insulating layer 5 as viewed in plan. Accordingly, in the area of
- Insulating layer 5 comparatively large extensions, which extend relatively far to the radiation exit side 20. This results in a comparatively smooth transition from the first contact layer 31 to the second
- the insulating layer 5 is shown as a single layer. Notwithstanding this, it is possible in each case that the insulating layer 5 is composed of several partial layers. For example, the Insulating layer 5 then have a Bragg mirror for improved reflection of radiation.
- the contact layers 31, 33 are particularly preferably formed only from a single layer. As an alternative, however, it is optionally possible for one or both contact layers 31, 33 to be composed of several partial layers.
Landscapes
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- Power Engineering (AREA)
- Led Devices (AREA)
Abstract
In einer Ausführungsform umfasst der optoelektronische Halbleiterchip (1) einen ersten Halbleiterbereich (21) eines ersten und einen zweiten Halbleiterbereich (23) eineszweiten Leitfähigkeitstyps. Zwischen diesen beiden Halbleiterbereichen (21, 23) befindet sich eine aktive Zone (22), die zur Erzeugung von Licht eingerichtet ist. Eine erste elektrische Kontaktschicht (31)befindet sich stellenweise direkt an dem ersten Halbleiterbereich (21). Ferner befindet sich eine zweite elektrische Kontaktschicht (32) stellenweise direkt an dem zweiten Halbleiterbereich (23), wobei die Halbleiterbereiche (21, 23) über die Kontaktschichten (31, 33) bestromt werden. Weiterhin sind zweimetallische Stromzuführungen (41, 43) und eine Isolierschicht(5) vorhanden. Die Isolierschicht (5) bedeckt stellenweise direkt den zweiten Halbleiterbereich (23) und erhebt sich über diesen. Ferner befindet sich die Isolierschicht (5) unter der Stromzuführung (43) für den zweiten Halbleiterbereich (23). Beide Kontaktschichten (31, 33) sind aus einem transparenten leitfähigen Oxid hergestellt und die erste Kontaktschicht (31) überformt die zweite Kontaktschicht (33) direkt und auch die Isolierschicht (5).
Description
Beschreibung
Optoelektronischer Halbleiterchip Es wird ein optoelektronischer Halbleiterchip angegeben.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, einen
optoelektronischen Halbleiterchip mit einer hohen externen Quanteneffizienz anzugeben.
Diese Aufgabe wird unter anderem durch einen
optoelektronischen Halbleiterchip mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Bevorzugte
Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich bei dem optoelektronischen Halbleiterchip um einen Leuchtdiodenchip, einen Laserdiodenchip oder um einen Fotodetektor. Besonders bevorzugt ist der Halbleiterchip ein Leuchtdiodenchip und zur Emission von elektromagnetischer Strahlung eingerichtet.
Beispielsweise emittiert der Halbleiterchip im
bestimmungsgemäßen Gebrauch Strahlung mit einer Wellenlänge maximaler Intensität von mindestens 350 nm oder 400 nm und/oder von höchstens 550 nm oder 480 nm oder 460 nm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der
optoelektronische Halbleiterchip eine
Halbleiterschichtenfolge. Die Halbleiterschichtenfolge basiert bevorzugt auf einem III-V- Verbindungshalbleitermaterial. Bei dem Halbleitermaterial handelt es sich zum Beispiel um ein Nitrid- Verbindungshalbleitermaterial wie AlnIn]__n_mGamN oder um ein Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial wie AlnIn]__n_mGamP
oder auch um ein Arsenid-Verbindungshalbleitermaterial wie AlnIn]__n_mGamAs, wobei jeweils 0 ^ n < 1, 0 ^ m < 1 und n + m -S 1 ist. Dabei kann die Halbleiterschichtenfolge Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen. Der Einfachheit halber sind jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters der Halbleiterschichtenfolge, also AI, As, Ga, In, N oder P, angegeben, auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt und/oder ergänzt sein können .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform beinhaltet die
Halbleiterschichtenfolge einen ersten Halbleiterbereich eines ersten Leitfähigkeitstyps und einen zweiten Halbleiterbereich eines zweiten, anderen Leitfähigkeitstyps. Leitfähigkeitstyp bezeichnet dabei n-leitend oder p-leitend. Bevorzugt ist der erste Halbleiterbereich n-dotiert und der zweite
Halbleiterbereich p-dotiert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform befindet sich zwischen dem ersten Halbleiterbereich und dem zweiten
Halbleiterbereich eine aktive Zone. Die aktive Zone ist bevorzugt zur Erzeugung der von dem Halbleiterchip im Betrieb emittierten Strahlung eingerichtet. Damit sind die beiden Halbleiterbereiche sowie die dazwischenliegende aktive Zone entlang einer Wachstumsrichtung der Halbleiterschichtenfolge übereinander gestapelt angeordnet. Bevorzugt grenzt die aktive Zone unmittelbar an die beiden Halbleiterbereiche.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der
optoelektronische Halbleiterchip eine erste elektrische
Kontaktschicht. Die erste elektrische Kontaktschicht befindet sich stellenweise direkt an dem ersten Halbleiterbereich. Die elektrische Kontaktschicht ist ferner dazu eingerichtet, zur
Stromeinprägung in den ersten Halbleiterbereich zu dienen. Insbesondere ist damit die erste elektrische Kontaktschicht hinsichtlich eines elektrischen Kontaktwiderstands und hinsichtlich einer elektrischen Austrittsarbeit entsprechend an den ersten Halbleiterbereich angepasst. Insbesondere erfolgt eine Stromeinprägung unmittelbar in den ersten
Halbleiterbereich ausschließlich über die erste elektrische Kontaktschicht . Gemäß zumindest einer Ausführungsform beinhaltet der
Halbleiterchip eine zweite elektrische Kontaktschicht, die sich stellenweise direkt an dem zweiten Halbleiterbereich befindet und die zur Stromeinprägung in den zweiten
Halbleiterbereich eingerichtet ist. Insbesondere erfolgt eine Stromeinprägung direkt in den zweiten Halbleiterbereich ausschließlich über die zweite elektrische Kontaktschicht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform beinhaltet der
Halbleiterchip zumindest zwei metallische Stromzuführungen. Metallisch bedeutet insbesondere, dass die Stromzuführungen aus einem oder mehreren Metallen bestehen und eine ohmsche Stromleitcharakteristik aufzeigen. Bei den Stromzuführungen kann es sich um Kontaktmetallisierungen handeln. Bevorzugt befinden sich die Stromzuführungen unmittelbar an der ersten elektrischen Kontaktschicht, bevorzugt ausschließlich an der ersten elektrischen Kontaktschicht. Eine Stromeinprägung in die erste und/oder zweite elektrische Kontaktschicht erfolgt bevorzugt ausschließlich mittels der Stromzuführungen.
Insbesondere ist eine der Stromzuführungen als Anodenkontakt und eine weitere der Stromzuführungen als Kathodenkontakt eingerichtet. Über die Stromzuführungen ist der
optoelektronische Halbleiterchip extern elektrisch
kontaktierbar .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der Halbleiterchip zumindest eine elektrische Isolierschicht. Durch die elektrische Isolierschicht hindurch ist im
bestimmungsgemäßen Gebrauch des Halbleiterchips ein
Stromfluss unterbunden. Die Isolierschicht befindet sich stellenweise direkt an dem zweiten Halbleiterbereich und bedeckt somit den zweiten Halbleiterbereich stellenweise. Gemäß zumindest einer Ausführungsform erhebt sich die
Isolierschicht über den zweiten Halbleiterbereich. Dies kann bedeuten, dass die Isolierschicht auf den zweiten
Halbleiterbereich aufgebracht ist, ohne dass in dem zweiten Halbleiterbereich eine Ausnehmung oder eine Senke für den Isolierbereich vorgesehen ist. Sind verbleibende Gebiete des zweiten Halbleiterbereichs, auf denen sich die Isolierschicht nicht befindet, mit einer Aufrauung beispielsweise zur
Verbesserung einer Lichtauskoppeleffizienz versehen, so erhebt sich die Isolierschicht über eine solche Aufrauung.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform befindet sich die
Isolierschicht unter derjenigen Stromzuführung, über die der zweite Halbleiterbereich elektrisch angeschlossen ist. Mit anderen Worten liegt dann die Isolierschicht zwischen dem zweiten Halbleiterbereich und der zugehörigen Stromzuführung. Dabei weist die Isolierschicht bevorzugt keinen unmittelbaren physischen Kontakt zu dieser Stromzuführung auf. Insbesondere liegt zwischen dieser Stromzuführung und der Isolierschicht sowohl ein Material der ersten elektrischen Kontaktschicht als auch ein Material der zweiten elektrischen
Kontaktschicht .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die beiden
Kontaktschichten je aus einem oder aus mehreren transparenten leitfähigen Oxiden hergestellt, auch bezeichnet als
Transparent Conductive Oxide oder kurz TCO. Transparente leitende Oxide sind in der Regel Metalloxide, wie
beispielsweise Zinkoxid, Zinnoxid, Cadmiumoxid, Titanoxid, Indiumoxid oder Indiumzinnoxid (ITO). Neben binären
Metallsauerstoff erbindungen, wie ZnO, Sn02 oder Ιη2θ3 gehören auch ternäre MetallsauerstoffVerbindungen, wie beispielsweise Zn2SnOzi, CdSn03, ZnSn03, Mgln20zi, Galn03, Ζη2ΐη2θ5 oder In4Sn30]_2 oder Mischungen unterschiedlicher transparenter leitender Oxide zu der Gruppe der TCOs .
Weiterhin entsprechen die TCOs nicht zwingend einer
stöchiometrischen Zusammensetzung und können auch p-dotiert oder n-dotiert sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform bedeckt die erste
Kontaktschicht im Bereich der Isolierschicht die zweite
Kontaktschicht. Dabei liegt die zweite Kontaktschicht bevorzugt unmittelbar auf der Isolierschicht und die erste Kontaktschicht unmittelbar auf der zweiten Kontaktschicht. Somit erfolgt eine Stromeinprägung von der metallischen
Stromzuführung für den zweiten Halbleiterbereich in die erste Kontaktschicht, von dort aus in die zweite Kontaktschicht und von dort aus in lateraler Richtung versetzt in den zweiten Halbleiterbereich .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform überformt die erste Kontaktschicht die Isolierschicht. Mit anderen Worten ist die Erhebung, die durch die Isolierschicht über dem zweiten
Halbleiterbereich gebildet ist, kappenartig oder deckenartig von der ersten Kontaktschicht abgedeckt. Insbesondere
befindet sich dann über der gesamten Isolierschicht, in
Draufsicht gesehen, ein Material der ersten Kontaktschicht und bevorzugt auch ein Material der zweiten Kontaktschicht.
In mindestens einer Ausführungsform umfasst der
optoelektronische Halbleiterchip einen ersten
Halbleiterbereich eines ersten Leitfähigkeitstyps und einen zweiten Halbleiterbereich eines zweiten Leitfähigkeitstyps. Zwischen diesen beiden Halbleiterbereichen befindet sich eine aktive Zone, die bevorzugt zur Erzeugung von sichtbarem Licht eingerichtet ist. Eine erste elektrische Kontaktschicht befindet sich stellenweise direkt an dem ersten
Halbleiterbereich und ist zur Stromeinprägung in diesen eingerichtet. Ferner befindet sich eine zweite elektrische Kontaktschicht stellenweise direkt an dem zweiten
Halbleiterbereich, wobei der zweite Halbleiterbereich über die zweite Kontaktschicht bestromt wird. Weiterhin beinhaltet der Halbleiterchip zwei metallische Stromzuführungen und eine Isolierschicht. Die Isolierschicht bedeckt stellenweise direkt den zweiten Halbleiterbereich und erhebt sich über diesen. Ferner befindet sich die Isolierschicht unter der
Stromzuführung für den zweiten Halbleiterbereich. Dabei sind die beiden Kontaktschichten je aus einem transparenten leitfähigen Oxid hergestellt und die erste Kontaktschicht überformt im Bereich der Isolierschicht die zweite
Kontaktschicht direkt und auch die Isolierschicht selbst.
Speziell Leuchtdiodenchips, kurz LED-Chips, die Saphir- Aufwachssubstrate umfassen, weisen elektrische
Isolierschichten auf, durch die ein unmittelbarer Stromfluss von einer metallischen Stromzuführung hin in eine
Halbleiterschichtenfolge verhindert wird. Durch solche
Isolierschichten ist verhindert, dass direkt unter den metallischen Stromzuführungen Licht erzeugt wird. Würde in
diesem Bereich Licht erzeugt, würde dies nur zu einem
geringen Anteil aus dem LED-Chip ausgekoppelt werden. Zudem absorbieren metallische Strukturen vergleichsweise stark. Um eine laterale Stromaufweitung zu erzielen, sind solche
Isolierschichten mit einer transparenten leitenden Schicht überformt, wobei eine solche Schicht eine Kontaktschicht für den entsprechenden Halbleiterbereich darstellt.
Kontaktschichten aus transparenten leitfähigen Oxiden weisen jedoch bei einer hohen elektrischen Leitfähigkeit eine vergleichsweise geringe Lichtdurchlässigkeit auf und
umgekehrt. Damit ist zu einer hohen Lichtauskoppeleffizienz eine dünne Kontaktschicht vorteilhaft, um eine
Strahlungsabsorption zu reduzieren. Jedoch treten bei dünnen Kontaktschichten Probleme bei der Überformung der
Isolierschicht auf, sodass ein elektrischer Kontakt zwischen der Kontaktschicht und der metallischen Stromzuführung im Bereich der Isolierschicht unterbrochen sein kann, was zu einer geringen Ausbeute bei der Herstellung der
Halbleiterchips führen kann.
Bei dem hier beschriebenen Halbleiterchip kann die zweite Kontaktschicht, die sich flächig über den zweiten
Halbleiterbereich erstreckt, erheblich dünner gewählt werden, da die Isolierschicht von der ersten Kontaktschicht lokal zusätzlich überformt wird. Selbst wenn kein durchgehender elektrischer Kontakt durch die zweite Kontaktschicht von der Stromzuführung hin in den zweiten Halbleiterbereich erzielbar ist, wird dies durch die die Isolierschicht überformende erste Kontaktschicht sichergestellt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist durch die
Isolierschicht eine Stromeinprägung von der Stromzuführung für den zweiten Halbleiterbereich in den zweiten
Halbleiterbereich hinein in Richtung senkrecht zum zweiten Halbleiterbereich unterbunden. Mit anderen Worten wird durch diese Stromzuführung dann Strom in die zweite Kontaktschicht eingeprägt und die zweite Kontaktschicht weitet den Strom in einer lateralen Richtung über den zweiten Halbleiterbereich hinweg auf. Damit ist eine flächige Bestromung des zweiten Halbleiterbereichs möglich. Eine elektrische Leitfähigkeit in lateraler Richtung, also in Richtung senkrecht zu einer
Wachstumsrichtung der Halbleiterschichtenfolge, ist dabei in der zweiten Kontaktschicht bevorzugt um mindestens einen Faktor 10 oder einen Faktor 100 größer als in dem zweiten Halbleiterbereich .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform überragt die erste Kontaktschicht die Isolierschicht, in Draufsicht gesehen, seitlich um mindestens 200 nm oder 0,5 ym oder 1 ym oder 5 ym. Alternativ oder zusätzlich liegt dieser Überstand der ersten Kontaktschicht über die Isolierschicht, in Draufsicht gesehen, bei höchstens 100 ym oder 50 ym oder 20 ym oder 10 ym. Ferner ist es alternativ oder zusätzlich möglich, dass dieser Überstand der ersten Kontaktschicht über die
Isolierschicht, wiederum in Draufsicht gesehen, bei
mindestens 1 % oder 5 % oder 15 % oder 20 % und/oder bei höchstens 150 % oder 90 % oder 60 % einer mittleren Breite der Isolierschicht liegt. Durch einen solchen Überstand der ersten Kontaktschicht über die Isolierschicht, in Draufsicht gesehen, ist es möglich, dass eine Stromeinprägung in den zweiten Halbleiterbereich einerseits sichergestellt ist und andererseits Absorptionsverluste durch die erste
Kontaktschicht gering gehalten sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform läuft die erste
Kontaktschicht, im Querschnitt gesehen und ausgehend von der
Isolierschicht, keilförmig und sich kontinuierlich verdünnend aus. Mit anderen Worten reduziert sich eine Dicke der ersten Kontaktschicht in Richtung weg von der Isolierschicht. Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt die Breite der Isolierschicht bei mindestens 5 ym oder 20 ym, in Draufsicht gesehen. Alternativ oder zusätzlich liegt die Breite der Isolierschicht bei höchstens 0,2 mm oder 0,1 mm oder 50 ym oder 30 ym.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist eine Dicke der ersten Kontaktschicht um mindestens einen Faktor 2 oder 3 oder 5 größer als eine Dicke der zweiten Kontaktschicht.
Alternativ oder zusätzlich übersteigt die Dicke der ersten Kontaktschicht die Dicke der zweiten Kontaktschicht um höchstens einen Faktor 20 oder 15 oder 10.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Dicken der beiden Kontaktschichten je kleiner als eine Dicke der
Isolierschicht. Dabei übersteigt die Dicke der Isolierschicht die Dicke der ersten Kontaktschicht bevorzugt um mindestens einen Faktor 1,5 oder 2 oder 3 und/oder um höchstens einen Faktor 5 oder 3,5 oder 2. Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt die Dicke der ersten Kontaktschicht bei mindestens 30 nm oder 50 nm oder 100 nm und/oder bei höchstens 500 nm oder 300 nm oder 150 nm. Es kann auch gelten, dass die Dicke der zweiten
Kontaktschicht bei mindestens 5 nm oder 10 nm oder 15 nm liegt und/oder bei höchstens 100 nm oder 70 nm oder 50 nm oder 30 nm. Mit anderen Worten ist die zweite Kontaktschicht dann vergleichsweise dünn gestaltet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die
Isolierschicht eine Dicke auf, die bei mindestens 70 nm oder 100 nm oder 150 nm liegt. Alternativ oder zusätzlich beträgt die Dicke der Isolierschicht höchstens 1 ym oder 500 nm oder 300 nm. Insbesondere ist die Dicke der Isolierschicht so gewählt, dass die Dicke eine Eindringtiefe eines evaneszenten Feldes von Licht, das an der Isolierschicht totalreflektiert wird und das in dem Halbleiterchip im Betrieb erzeugt wird, übersteigt. Die Eindringtiefe des Lichts ist dabei
insbesondere diejenige Tiefe, bei der eine
Strahlungsintensität auf 1/e abgefallen ist. Die
Isolierschicht kann auch als Bragg-Spiegel ausgebildet sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist ein Material der ersten Kontaktschicht eine kleinere mittlere Korngröße auf als ein Material der zweiten Kontaktschicht. Beispielsweise liegt eine mittlere Korngröße des Materials der ersten
Kontaktschicht bei mindestens 5 nm oder 10 nm und/oder bei höchstens 50 nm oder 20 nm. Weiterhin kann gelten, dass eine Korngröße des Materials der zweiten Kontaktschicht bei mindestens 1 nm oder 100 nm oder 200 nm oder 1 ym und/oder bei höchstens 2 ym oder 1 ym oder 0,5 ym oder 2 nm liegt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die erste
Kontaktschicht und die zweite Kontaktschicht aus demselben Basismaterial hergestellt. Bei dem Basismaterial handelt es sich beispielsweise um Zinkoxid oder um Indium-Zinn-Oxid.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform unterscheiden sich die beiden Kontaktschichten in einer oder mehreren der folgenden Eigenschaften voneinander: Dotierung, mittlere Korngröße, elektrische Leitfähigkeit, elektrischer Kontaktwiderstand, Oberflächenrauigkeit . Beispielsweise weist die zweite
Kontaktschicht eine größere Oberflächenrauigkeit auf als die erste Kontaktschicht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind beide
Kontaktschichten aus Indium-Zinn-Oxid hergestellt. Dabei liegt ein Zinnanteil je bevorzugt bei mindestens 3 % oder 5 % und/oder bei höchstens 10 % oder 8 %. In diesem Fall weist die erste Kontaktschicht bevorzugt einen höheren Zinnanteil auf als die zweite Kontaktschicht, beispielsweise einen um mindestens 0,5 Prozentpunkte oder um mindestens 1
Prozentpunkt erhöhten Zinnanteil. Die Zinnanteile beziehen sich hierbei insbesondere auf Masseprozent.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Isolierschicht aus einem elektrisch isolierenden Oxid, Nitrid oder Oxinitrid hergestellt. Insbesondere ist die Isolierschicht aus
Siliziumdioxid oder Aluminiumnitrid gefertigt. Dabei ist ein Material der Isolierschicht bevorzugt durchlässig für die in dem Halbleiterchip im Betrieb erzeugte Strahlung.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die beiden
Kontaktschichten aus voneinander verschiedenen Materialien hergestellt. Beispielsweise beinhaltet dann eine der
Kontaktschichten Indium-Zinn-Oxid, kurz ITO, und die andere Kontaktschicht Zinkoxid.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird die
Isolierschicht, im Querschnitt gesehen und in Richtung weg von dem zweiten Halbleiterbereich, bis mindestens hin zu einer mittleren Dicke der Isolierschicht kontinuierlich schmäler. Dabei ist die Isolierschicht bevorzugt frei von Unterschnitten. Unterschnitt kann bedeuten, dass in
Draufsicht gesehen nicht gesamte Seitenflächen der
Isolierschicht sichtbar sind. Alternativ ist es möglich, dass die Isolierschicht, etwa bedingt durch ein
Herstellungsverfahren, einen Unterschnitt aufweist. Gemäß zumindest einer Ausführungsform bedeckt die erste
Kontaktschicht die beiden Halbleiterbereiche, in Draufsicht gesehen, zu höchstens 20 % oder 10 % oder 5 %. Alternativ oder zusätzlich liegt dieser Bedeckungsgrad bei mindestens 0,5 % oder 1 % oder 2 %. Mit anderen Worten ist die
Halbleiterschichtenfolge dann in Draufsicht gesehen, mit Ausnahme eines Kontaktbereichs für den ersten
Halbleiterbereich, im Wesentlichen frei von der ersten
Kontaktschicht .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform bedeckt die zweite Kontaktschicht den zweiten Halbleiterbereich, in Draufsicht gesehen, zu mindestens 90 % oder 95 % oder auch vollständig. Hierdurch ist eine effiziente Stromaufweitung in lateraler Richtung durch die zweite Kontaktschicht gewährbar. Dabei ist es möglich, dass Kanten des zweiten Halbleiterbereichs frei von der zweiten Kontaktschicht und auch frei von der ersten Kontaktschicht sind. Hierdurch ist es möglich, dass eine Bestromung des zweiten Halbleiterbereichs nahe solcher Kanten verhindert wird. Beispielsweise sind die Kanten in einem Streifen mit einer Breite von mindestens 1 ym oder 2 ym und/oder von höchstens 5 ym oder 3 ym frei von der zweiten Kontaktschicht .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der
Halbleiterchip einen n-Kontaktbereich auf, in dem die erste Kontaktschicht den ersten Halbleiterbereich berührt und in dem Strom in den ersten Halbleiterbereich eingeprägt wird. Der n-Kontaktbereich ist ringsum von dem zweiten
Halbleiterbereich umgeben, in Draufsicht gesehen. Mit anderen Worten befindet sich der n-Kontaktbereich in einer Ausnehmung des zweiten Halbleiterbereichs. Alternativ ist es möglich, dass sich der n-Kontaktbereich an einem Rand der
Halbleiterschichtenfolge befindet, in Draufsicht gesehen. Es ist auch möglich, dass mehr als ein n-Kontaktbereich
vorliegt .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform bildet die
Stromzuführung für den zweiten Halbleiterbereich eine
StromaufWeitungsstruktur . Beispielsweise ist die
Stromzuführung für den zweiten Halbleiterbereich in Form von Stegen ausgebildet, die sich über die
Halbleiterschichtenfolge erstrecken. Dabei bedeckt die
Stromzuführung die Halbleiterschichtenfolge, in Draufsicht gesehen, bevorzugt zu höchstens 10 % oder 5 % und/oder zu mindestens 2 % oder 4 %.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform folgen im Bereich der Isolierschicht und in Richtung senkrecht zum zweiten
Halbleiterbereich die nachfolgend genannten Komponenten in der angegebenen Reihenfolge unmittelbar aufeinander: erster Halbleiterbereich, aktive Zone, zweiter Halbleiterbereich, Isolierschicht, zweite Kontaktschicht, erste Kontaktschicht, metallische Stromzuführung für den zweiten Halbleiterbereich.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der
Halbleiterchip in einem elektrischen Kontaktbereich für den ersten Halbleiterbereich die folgenden Komponenten auf, die in Richtung senkrecht zum ersten Halbleiterbereich in der angegebenen Reihenfolge unmittelbar aufeinanderfolgen: erster Halbleiterbereich, erste Kontaktschicht, metallische
Stromzuführung für den ersten Halbleiterbereich.
Nachfolgend wird ein hier beschriebener optoelektronischer Halbleiterchip unter Bezugnahme auf die Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen geben dabei gleiche Elemente in den einzelnen Figuren an. Es sind dabei jedoch keine maßstäblichen Bezüge dargestellt, vielmehr können einzelne Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein. Es zeigen:
Figuren 1A, 2, 3 und 4 schematische Schnittdarstellungen von Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterchips, und
Figur 1B eine schematische Draufsicht auf ein
Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterchips . In Figur 1A ist in einer Schnittdarstellung und in Figur 1B in einer Draufsicht schematisch ein Ausführungsbeispiel eines optoelektronischen Halbleiterchips 1 gezeigt.
Auf einem Träger 6, bei dem es sich um ein Aufwachssubstrat handeln kann, ist eine Halbleiterschichtenfolge 2 angebracht. Die Halbleiterschichtenfolge 2 umfasst einen n-dotierten ersten Halbleiterbereich 21 und einen p-dotierten zweiten Halbleiterbereich 23. Zwischen den Halbleiterbereichen 21, 23 befindet sich eine aktive Zone 22 zur Erzeugung von Licht, insbesondere von blauem Licht. Die Halbleiterschichtenfolge 2 basiert auf dem Materialsystem AlInGaN. Eine Dicke der
Halbleiterschichtenfolge 2 liegt beispielsweise bei ungefähr 8 ym.
Die Halbleiterschichtenfolge 2 wird über metallische,
elektrische Stromzuführungen 41, 43 extern elektrisch
kontaktiert. Die Stromzuführungen 41, 43 weisen bevorzugt mehrere Metalle auf und sind insbesondere Mehrschichtsysteme aus Aluminium, Gold, Platin, Titan, Ruthenium und/oder
Wolfram. Über die erste Stromzuführung 41 erfolgt eine
Bestromung des n-dotierten ersten Halbleiterbereichs und über die zweite Stromzuführung 43 des zweiten p-dotierten
Halbleiterbereichs 23.
Auf dem zweiten Halbleiterbereich 23 befindet sich eine elektrische Isolierschicht 5, insbesondere aus
Siliziumdioxid. Die Isolierschicht 5 befindet sich zwischen dem zweiten Halbleiterbereich 23 und der zweiten
Stromzuführung 43. Durch die Isolierschicht 5 ist verhindert, dass in Draufsicht gesehen unterhalb der zweiten
Stromzuführung 43 in der aktiven Zone 22 Strahlung erzeugt wird .
Im Querschnitt gesehen ist die Isolierschicht 5 symmetrisch geformt, bezüglich einer Achse senkrecht zu der aktiven Zone 22. Gemäß Figur 1A weist die Isolierschicht 5 eine
trapezförmige Gestalt auf und verjüngt sich in Richtung weg von dem zweiten Halbleiterbereich 23. Eine Breite B der
Isolierschicht 5 direkt an dem zweiten Halbleiterbereich 23 liegt beispielsweise bei ungefähr 20 ym und eine Dicke D5 der Isolierschicht 5 liegt beispielsweise bei ungefähr 250 nm. Die Isolierschicht 5 ist aus einem lichtdurchlässigen
Material gebildet und weist für die in der
Halbleiterschichtenfolge 2 erzeugte Strahlung bevorzugt einen Absorptionskoeffizienten von höchstens 400/cm oder 120/cm
auf. Beispielsweise wird dann durch die Isolierschicht höchstens 0,3 % oder 1 % der Strahlung absorbiert.
Eine laterale Stromaufweitung über den zweiten
Halbleiterbereich 23 hinweg erfolgt durch eine zweite
Kontaktschicht 33, die flächig auf den zweiten
Halbleiterbereich 23 aufgebracht ist. Die in der
Halbleiterschichtenfolge 2 erzeugte Strahlung tritt
mindestens zum Teil durch die zweite Kontaktschicht 33 hindurch aus dem Halbleiterchip 1 aus. Die zweite
Kontaktschicht 33 ist insbesondere aus ITO hergestellt.
Um eine hohe Transparenz der zweiten Kontaktschicht 33 und um damit eine hohe Auskoppeleffizienz von Strahlung aus dem Halbleiterchip 1 zu erzielen, weist die zweite Kontaktschicht 33 an einer Strahlungsaustrittsseite 20 der
Halbleiterschichtenfolge 2 nur eine geringe Dicke D3 auf. Bevorzugt liegt die Dicke D3 bei ungefähr 15 nm bis 60 nm, insbesondere bei ungefähr 20 nm. Aufgrund der geringen Dicke der zweiten Kontaktschicht 33 ist es problematisch, die sich über den zweiten Halbleiterbereich 23 erhebende
Isolierschicht 5 zu überformen, ohne dass Brüche oder Risse in der zweiten Kontaktschicht 33 entstehen. Über solche Risse wäre eine elektrische Leitung von der Stromzuführung 43 hin in den zweiten Halbleiterbereich 23 gefährdet, falls
lediglich die zweite Kontaktschicht 33 vorhanden wäre.
Um eine elektrische Verbindung zwischen dem zweiten
Halbleiterbereich 23 und der zweiten Stromzuführung 43 zu gewährleisten, ist die Isolierschicht 5 zusätzlich mit einer ersten Kontaktschicht 31 überformt. Bei der ersten
Kontaktschicht 31 handelt es sich um eine Kontaktschicht, die für einen n-Kontakt hin zum ersten Halbleiterbereich 21
vorgesehen ist. An einem n-Kontaktbereich, der sich in einer Ausnehmung des zweiten Halbleiterbereichs 23 befindet, ist die erste Kontaktschicht 31 lokal unmittelbar auf den ersten Halbleiterbereich 21 aufgebracht. Der ersten Kontaktschicht 31 folgt in diesem n-Kontaktbereich unmittelbar die erste Stromzuführung 41 nach.
Eine Dicke Dl der ersten Kontaktschicht 31 übersteigt die Dicke D3 der zweiten Kontaktschicht 33 bevorzugt um
mindestens einen Faktor 3. Insbesondere liegt die Dicke Dl der ersten Kontaktschicht 31 bei ungefähr 100 nm bis 150 nm. Die erste Kontaktschicht 31 überformt die Isolierschicht 5 vollständig und erstreckt sich, in Draufsicht gesehen, stellenweise neben die Isolierschicht 5. Damit ist
sichergestellt, dass eine zuverlässige elektrische Verbindung zwischen der zweiten Stromzuführung 43 und der zweiten
Kontaktschicht 33 an der Strahlungsaustrittsseite 20 gegeben ist . In Richtung weg von der Isolierschicht 5 läuft die erste Kontaktschicht 31 an der Strahlungsaustrittsseite 20
kontinuierlich aus. Mit anderen Worten weist die erste
Kontaktschicht 31 in Bereichen, die in Draufsicht gesehen neben der Isolierschicht 5 liegen, einen dreieckigen
Querschnitt auf, wobei eine größte Breite nahe der
Isolierschicht 5 vorliegt. Von der ersten Kontaktschicht 31 aus erfolgt keine Stromeinprägung direkt in den zweiten
Halbleiterbereich 23, sondern lediglich in die zweite
Kontaktschicht 33.
Die erste Kontaktschicht 31 befindet sich in dem n- Kontaktbereich bevorzugt vollständig in einer Ausnehmung in dem zweiten Halbleiterbereich 23. Diese Ausnehmung weist, in
Draufsicht gesehen, beispielsweise einen rechteckigen
Grundriss auf. Abweichend von der Darstellung in Figur 1B kann diese Ausnehmung auch an einen Rand der
Halbleiterschichtenfolge 2 gerückt sein, in Draufsicht gesehen. Ebenso kann eine Grundfläche der Ausnehmung,
abweichend von Figur 1B, auch rund oder oval oder hexagonal gestaltet sein. Die erste Stromzuführung 41 überragt
bevorzugt die Ausnehmung in dem zweiten Halbleiterbereich 23. Die zweite Stromzuführung 43 ist bevorzugt streifenförmig gestaltet und somit zu einer Stromverteilung über die
Strahlungsaustrittsseite 20 hinweg eingerichtet. In einem Bereich, in dem in Figur 1B vertikal und horizontal
verlaufende Stege der zweiten Stromzuführung 43
zusammenstoßen, kann die zweite Stromzuführung 43 eine
Verbreiterung aufweisen, in der beispielsweise ein Bonddraht, nicht gezeichnet, anbringbar ist.
Die zweite Stromzuführung 43 ist bevorzugt, in Draufsicht gesehen, ringsum von einem Material der ersten Kontaktschicht 31 umgeben. Zwischen der ersten Kontaktschicht 31 an der Isolierschicht 5 und der ersten Kontaktschicht 31 an dem n- Kontaktbereich besteht keine unmittelbare elektrische
Verbindung, sondern lediglich eine elektrische Verbindung mittelbar durch die aktive Zone 22 hindurch.
Bei dem Halbleiterchip 1, wie in Figur 1 dargestellt, wird bevorzugt zuerst die zweite Kontaktschicht 33 aufgebracht und erst nachfolgend die erste Kontaktschicht 31. Beim Aufbringen der ersten Kontaktschicht 31 wird eine Maske entsprechend geformt, sodass die erste Kontaktschicht 31 passend
strukturiert aufgebracht wird. Ein Flankenwinkel der ersten Kontaktschicht 31 an der Isolierschicht 5 ist beispielsweise
mittels Fotomasken mit Hinterschneidungen einstellbar, wobei die Kontaktschichten 31, 33 dann bevorzugt mittels Sputtern aufgebracht werden. Solche Masken mit Hinterschneidungen sind beispielsweise aus der Druckschrift WO 2015/078919 AI bekannt, deren Offenbarungsgehalt hinsichtlich der Maskenform und des Aufbringens von Materialien mit Hilfe solcher Masken durch Rückbezug mit aufgenommen wird.
Die beiden Kontaktschichten 31, 33 sind zum Beispiel beide aus ITO gebildet. Jedoch werden die beiden Kontaktschichten 31, 33 bevorzugt mit unterschiedlichen Verfahrensparametern aufgebracht, sodass die erste Kontaktschicht 31 als n-Kontakt erzeugt wird und die zweite Kontaktschicht 33 als p-Kontakt. In Figur 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des
Halbleiterchips 1 illustriert. Abweichend von Figur 1 weist die Isolierschicht 5 einen näherungsweise rechteckigen
Querschnitt auf. Hierdurch ist es möglich, dass Seitenflächen der Isolierschicht 5 von der relativ dünnen zweiten
Kontaktschicht 43 nur teilweise bedeckt sind. Eine
elektrische Verbindung über die Seitenflächen der
Isolierschicht 5 hinweg ist durch die im Querschnitt gesehen näherungsweise trapezförmig gestaltete erste Kontaktschicht 31 erzielt.
Wie auch in allen anderen Ausführungsbeispielen ist es möglich, dass die Isolierschicht 5 eine größere Breite aufweist als die zweite Stromzuführung 43. Somit wird die Stromzuführung 43, in Draufsicht gesehen, ringsum von der Isolierschicht 5 überragt.
Beim Ausführungsbeispiel des Halbleiterchips 1, wie in Figur 3 gezeigt, weist die Isolierschicht 5 im Querschnitt gesehen
einen Unterschnitt auf. Mit anderen Worten bedeckt im Bereich des Unterschnitts ein Material der Isolierschicht 5 einen anderen Abschnitt der Seitenfläche der Isolierschicht 5, in Draufsicht gesehen. Entsprechend kann im Bereich des
Unterschnitts an der Isolierschicht 5 kein Material der zweiten Kontaktschicht 33 abgeschieden werden, da die zweite Kontaktschicht 33 nur dünn gestaltet ist. Das Überformen auch des Unterschnitts erfolgt durch die deutlich dickere erste Kontaktschicht 31. Zum Beispiel weist die erste
Kontaktschicht 31 dabei im Bereich der Isolierschicht 5 näherungsweise einen rechteckigen Umriss auf. Hierdurch überragt die zweite Kontaktschicht 31 die Isolierschicht 5 nur vergleichsweise wenig.
Beim Ausführungsbeispiel, wie in Verbindung mit Figur 4 dargestellt, weist die erste Kontaktschicht 31 an der
Isolierschicht 5 vergleichsweise große Ausläufer auf, die sich relativ weit auf die Strahlungsaustrittsseite 20 erstrecken. Dadurch ist ein vergleichsweise sanfter Übergang von der ersten Kontaktschicht 31 hin zur zweiten
Kontaktschicht 33 erzielbar. Ein Ausläufer der ersten
Kontaktschicht 31 über die Isolierschicht 5 hinaus, in
Draufsicht gesehen, liegt bei ungefähr 50 % einer Breite der Isolierschicht 5. Es läuft die zweite Kontaktschicht 31 näherungsweise an beiden Seiten der Isolierschicht 5
symmetrisch und in gleicher Weise aus. Solche Ausläufer aus der ersten Kontaktschicht 31 können auch in allen anderen Ausführungsbeispielen vorhanden sein. In den Figuren 1 bis 4 ist die Isolierschicht 5 jeweils als eine einzelne Schicht dargestellt. Abweichend hiervon ist es jeweils möglich, dass die Isolierschicht 5 aus mehreren Teilschichten zusammengesetzt ist. Beispielsweise kann die
Isolierschicht 5 dann einen Bragg-Spiegel zur verbesserten Reflexion von Strahlung aufweisen. Die Kontaktschichten 31, 33 sind besonders bevorzugt je nur aus einer einzigen Schicht gebildet. Optional ist es aber abweichend von der Darstellung möglich, dass eine oder beide Kontaktschichten 31, 33 aus mehreren Teilschichten zusammengesetzt sind.
Die hier beschriebene 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 Ausführungsbeispielen angegeben ist .
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2015 111 301.5, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Bezugs zeichenliste
1 optoelektronischer Halbleiterchip
2 Halbleiterschichtenfolge
20 Strahlungsaustrittsseite
21 erster, n-dotierter Halbleiterbereich
22 aktive Zone
23 zweiter, p-dotierter Halbleiterbereich
31 erste elektrische Kontaktschicht aus einem TCO
33 zweite elektrische Kontaktschicht aus einem TCO
41 Stromzuführung für den n-dotierten Halbleiterbereich
43 Stromzuführung für den p-dotierten Halbleiterbereich
5 Isolierschicht
6 Träger
B Breite der Isolierschicht
Dl Dicke der ersten Kontaktschicht
D3 Dicke der zweiten Kontaktschicht
D5 Dicke der Isolierschicht
Claims
Patentansprüche
Optoelektronischer Halbleiterchip (1) mit
- einem ersten Halbleiterbereich (21) eines ersten Leitfähigkeitstyps und einem zweiten Halbleiterbereich (23) eines zweiten Leitfähigkeitstyps, zwischen denen eine aktiven Zone (22) liegt,
- einer ersten elektrischen Kontaktschicht (31), die sich stellenweise direkt an dem ersten
Halbleiterbereich (21) befindet und zur Stromeinprägung in diesen eingerichtet ist,
- einer zweiten elektrischen Kontaktschicht (33) , die sich stellenweise direkt an dem zweiten
Halbleiterbereich (33) befindet und zur Stromeinprägung in diesen eingerichtet ist,
- zumindest zwei metallischen Stromzuführungen (41, 43) , und
- einer Isolierschicht (5) , die stellenweise direkt den zweiten Halbleiterbereich (23) bedeckt, sich über diesen erhebt und sich unter der Stromzuführung für den zweiten Halbleiterbereich (23) befindet,
wobei
- die beiden Kontaktschichten (31, 33) je aus einem transparenten leitfähigen Oxid hergestellt sind,
- die erste Kontaktschicht (31) im Bereich der
Isolierschicht (5) die zweite Kontaktschicht (33) direkt bedeckt und die Isolierschicht (5) überformt.
Optoelektronischer Halbleiterchip (1) nach dem
vorhergehenden Anspruch,
bei dem durch die Isolierschicht (5) eine
Stromeinprägung von der Stromzuführung (43) für den zweiten Halbleiterbereich (23) in diesen in Richtung
senkrecht zum zweiten Halbleiterbereich (23)
unterbunden ist,
wobei die zweite Kontaktschicht (33) eine laterale Stromaufweitung von dieser Stromzuführung (43) bewirkt, und
wobei, in Draufsicht gesehen, die erste Kontaktschicht (31) die Isolierschicht (5) seitlich um mindestens 200 nm und um höchstens 90 % einer Breite (B) der
Isolierschicht (5) überragt.
Optoelektronischer Halbleiterchip (1) nach dem
vorhergehenden Anspruch,
bei dem die erste Kontaktschicht (31), im Querschnitt gesehen und ausgehend von der Isolierschicht (5) , sich kontinuierlich verdünnt und keilförmig ausläuft, wobei die erste Kontaktschicht (31), in Draufsicht gesehen, die Isolierschicht (5) seitlich um mindestens 15 % der Breite (B) überragt, und
wobei die Breite (B) zwischen einschließlich 5 ym und 100 ym beträgt.
Optoelektronischer Halbleiterchip (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem eine Dicke (Dl) der ersten Kontaktschicht (31) um mindestens einen Faktor 3 und um höchstens einen Faktor 20 größer ist als eine Dicke (D3) der zweiten Kontaktschicht (33) ,
wobei die Dicken (Dl, D3) der Kontaktschichten (31, 33) je kleiner sind als eine Dicke (D5) der Isolierschicht (5) .
Optoelektronischer Halbleiterchip (1) nach dem
vorhergehenden Anspruch,
bei dem die Dicke (Dl) der ersten Kontaktschicht (31)
zwischen einschließlich 50 nm und 500 nm und die Dicke (D3) der zweiten Kontaktschicht (33) zwischen
einschließlich 5 nm und 70 nm liegt,
wobei die Dicke (D5) der Isolierschicht (5) zwischen einschließlich 100 nm und 1 ym liegt.
6. Optoelektronischer Halbleiterchip (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem ein Material der ersten Kontaktschicht (31) eine kleinere mittlere Korngröße aufweist als ein
Material der zweiten Kontaktschicht (33) .
7. Optoelektronischer Halbleiterchip (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem die beiden Kontaktschichten (31, 33) aus demselben Basismaterial hergestellt sind, sich jedoch in mindestens einer der folgenden Eigenschaften
unterscheiden: Dotierung, mittlere Korngröße,
elektrische Leitfähigkeit, elektrischer
Kontaktwiderstand, Oberflächenrauigkeit .
8. Optoelektronischer Halbleiterchip (1) nach dem
vorhergehenden Anspruch,
bei dem die beiden Kontaktschichten (31, 33) aus
Indium-Zinn-Oxid hergestellt sind mit einem Zinn-Anteil von mindestens 3 % und höchstens 10 %,
wobei die Isolierschicht (5) aus Siliziumdioxid
hergestellt ist und die Halbleiterbereiche (21, 23) sowie die aktive Zone (22) auf dem Materialsystem
AlInGaN basieren.
9. Optoelektronischer Halbleiterchip (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
bei dem die beiden Kontaktschichten (31, 33) aus voneinander verschiedenen Materialien hergestellt sind.
Optoelektronischer Halbleiterchip (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem sich die Isolierschicht (5) , im Querschnitt gesehen, in Richtung weg von dem zweiten
Halbleiterbereich (23) bis hin zu einer mittleren Dicke (D5) der Isolierschicht (5) kontinuierlich schmäler wird und frei von Unterschnitten ist.
Optoelektronischer Halbleiterchip (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem die erste Kontaktschicht (31) die beiden
Halbleiterbereiche (21, 23), in Draufsicht gesehen, zu höchstens 20 % bedeckt,
wobei die zweite Kontaktschicht (33) den zweiten
Halbleiterbereich (23) , in Draufsicht gesehen, zu mindestens 90 % bedeckt.
Optoelektronischer Halbleiterchip (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem die erste Kontaktschicht (31) nur in einem n- Kontaktbereich direkt nur an den ersten
Halbleiterbereich (21), der n-dotiert ist, und an die Stromzuführung (41) grenzt,
wobei die erste Kontaktschicht (31) an der
Isolierschicht (5) nicht durch ein Material der ersten Kontaktschicht selbst mit dem n-Kontaktbereich
verbunden ist.
13. Optoelektronischer Halbleiterchip (1) nach dem
vorhergehenden Anspruch,
bei dem der n-Kontaktbereich ringsum von dem zw
Halbleiterbereich (23) , der p-dotiert ist, umgeben ist, in Draufsicht gesehen, sodass sich der n-Kontaktbereich in einer Ausnehmung des zweiten Halbleiterbereichs (23) befindet .
Optoelektronischer Halbleiterchip (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem im Bereich der Isolierschicht (5) die folgenden Komponenten in Richtung senkrecht zum zweiten
Halbleiterbereich (23) in der angegebenen Reihenfolge direkt aufeinander folgen: erster Halbleiterbereich (21), aktive Zone (22), zweiter Halbleiterbereich (23), Isolierschicht (5) , zweite Kontaktschicht (33) , erste Kontaktschicht (31), Stromzuführung (43) für den zweiten Halbleiterbereich (23) ,
wobei in einem elektrischen Kontaktbereich für den ersten Halbleiterbereich (21) die folgenden Komponenten in Richtung senkrecht zum ersten Halbleiterbereich (21) in der angegebenen Reihenfolge direkt aufeinander folgen: erster Halbleiterbereich (21), erste
Kontaktschicht (31), Stromzuführung (41) für den ersten Halbleiterbereich (21).
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