WO2017072074A1 - Optoelektronisches bauelement - Google Patents

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WO2017072074A1
WO2017072074A1 PCT/EP2016/075555 EP2016075555W WO2017072074A1 WO 2017072074 A1 WO2017072074 A1 WO 2017072074A1 EP 2016075555 W EP2016075555 W EP 2016075555W WO 2017072074 A1 WO2017072074 A1 WO 2017072074A1
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semiconductor layer
contact structures
contact
layer sequence
spark gap
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PCT/EP2016/075555
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English (en)
French (fr)
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Berthold Hahn
Korbinian Perzlmaier
Christian LEIRER
Anna Kasprzak-Zablocka
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Osram Opto Semiconductors Gmbh
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Definitions

  • Optoelectronic component An optoelectronic component is specified.
  • this includes
  • optoelectronic component a semiconductor layer sequence with an active layer.
  • the active layer is set up in normal operation
  • electromagnetic radiation such as visible light or UV radiation or infrared radiation.
  • the semiconductor layer sequence is based for example on a III-V compound semiconductor material.
  • 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 even to an arsenide compound semiconductor material , such as Al n In ] __ n _ m Ga m As, where each 0 -S n ⁇ 1, 0 -S m ⁇ 1 and m + n ⁇ 1. It can the
  • the semiconductor layer sequence is preferably based on AlInGaN.
  • the active layer has, for example, at least one pn junction and / or one quantum well structure in the form of a single quantum well, in short SQW, or in the form of a quantum well
  • Multiquantentopf Korean, short MQW, on.
  • the component comprises a first contact structure and a second contact structure, via which the semiconductor layer sequence is electrically
  • the semiconductor layer of the semiconductor layer sequence are in direct electrical and mechanical contact.
  • the first contact structure is, for example, an
  • the second contact structure is, for example, a p-contact structure that is electrically conductively connected to a p-type semiconductor layer of the semiconductor layer sequence.
  • the contact structures comprise, for example, a metal, such as Ag, Al, Au, Ti, Pd, or consist thereof. But it is also possible that the contact structures have a transparent conductive material, short TCO, such as indium tin oxide, short ITO, or Zn02 or consist thereof.
  • a metal such as Ag, Al, Au, Ti, Pd, or consist thereof.
  • the contact structures have a transparent conductive material, short TCO, such as indium tin oxide, short ITO, or Zn02 or consist thereof.
  • the voltage is applied to the contact structures, wherein an operationally determined one of the contact structures
  • the semiconductor layers which are electrically contacted via the contact structures, are preferably at the same or almost the same potential as the associated contact structures. In particular occurs in the semiconductor layer sequence in the region of the active layer, a voltage drop of AU ⁇ e ⁇ or of almost AU ⁇ e ⁇ on.
  • operating voltages of optoelectronic components such as LEDs or laser diodes, which are preferred here are in the range between 1 V and 300 V or between 1 V and 10 V, in particular between 1 V and 5 V.
  • typical operating voltages or voltage drops are infrared 1.2V to 1.8V LEDs, 1.6V to 2.2V Red LEDs, 1.9V to 5V Yellow to Green LEDs, and Blue or UV LEDs in the range of 2.7 V to 4 V.
  • Infrared laser diodes are typically operated with operating voltages in the range from 1.8 V to 2.2 V. Components with several, for example connected in series, LEDs, so-called multi-junction LEDs, but can also have operating voltages up to 100 V or 300 V.
  • a first electrical flashover occurs in or on the first
  • the first electrical flashover is the first flashover, the voltage difference increase
  • a spark gap or, in other words, a current path is formed between the two contact structures for a short time. Over the current path charge carriers between the contact structures
  • Rollover occurs specifically in a particular medium and not anywhere in the device, different approaches can be followed.
  • the spacings of the contact structures in the region of the medium can be selected to be correspondingly small.
  • the shape of the contact structures can also play a role. For example, rollover in the area of peaks is more likely. Further, also by choice the dielectrics are affected between the contact structures where flashover occurs. Overall, therefore, several factors contribute to exactly where the spark gap
  • spark gap or the path traveled by the charge carriers is at least 50% or at least 70% or at least 90% or at least 95% or at least 99% or completely the
  • the spark gap can form a straight line in the Euclidean space.
  • the spark gap is preferably formed by the path which forms the least electrical resistance for the exchanged charge carriers.
  • the spark gap can therefore also have a curvature, for example
  • the gas may, for example, be air or an inert gas, such as nitrogen, or a noble gas, such as neon or xenon, or argon or helium.
  • the encapsulation can be, for example, a silicone or epoxy resin in which converter particles are optionally introduced,
  • the potting preferably has an encapsulating or protective or light-converting or efficiency-enhancing or beam-forming effect on the device.
  • a potting is, for example, a Understand element that can change the properties of the device, but that is not absolutely necessary to operate the device or to make it functional. In particular, the device can also without the
  • the encapsulation is not necessary in order to support and stabilize the semiconductor layer sequence of the component or the component itself.
  • the potting may then be the semiconductor layer sequence or the component
  • the potting is neither a carrier nor a substrate of the component.
  • the potting is neither a carrier nor a substrate of the component.
  • the first occurs
  • this includes
  • optoelectronic component a semiconductor layer sequence with an active layer, wherein the active layer is adapted to, in normal operation
  • the component comprises a first contact structure and a second contact structure via which the
  • Semiconductor layer sequence is electrically contacted.
  • the contact structures are at a voltage
  • Voltage difference AU ⁇ e ⁇ between the contact structures formed As the voltage difference increases, a first flashover occurs in or on the device between the two contact structures. A spark gap produced between the contact structures during the first flashover runs predominantly through an ambient medium in the form of gas or vacuum and / or through a casting around the latter
  • the first flashover occurs at the earliest at a voltage difference of 2 ⁇ U ⁇ Q - ⁇ .
  • the idea is made use of a potentially harmful for the device overvoltage over a flashover,
  • a maximum voltage which may occur in the optoelectronic component, can be defined in air over a defined distance of a p-contact structure and an n-contact structure from one another. At a distance of 100 ym, these are for example 300 V, for 10 ym only 30 V.
  • the prerequisite for the flashover or the spark gap occurring in air is that the structure and the materials of the component are selected accordingly.
  • the breakdown voltage of the diode formed by the semiconductor layer sequence should be higher than the voltage difference at which the first flashover occurs between the contact structures. Also the
  • the device has an area on a side surface or outside surface in which the dielectric strength is lowest over the entire component. This can be achieved in particular by a small distance of the contact structures in the region of this side surface.
  • the two contact structures form an ESD protection circuit of the two contact structures
  • the ESD protection circuitry within the device is then unnecessary or not provided in the device.
  • the ESD protection circuit operates independently of the current intensity occurring in the component and, for example, always switches on at the same electrical voltage difference, regardless of the current intensity.
  • the ESD protection circuit is preferably not destroyed or damaged and then works the same as before.
  • the first occurs
  • the contact structures border at least in some areas directly to the surrounding medium and / or the potting.
  • the contact structures are in the mounted or unmounted state of the device at least partially on side surfaces of the
  • the spark gap then extends exclusively through the surrounding medium and / or the casting. According to at least one embodiment is between the
  • Passivation layer is for example an electrically insulating layer, for example of silicon oxide, such as SiC> 2, or of silicon nitride, such as SiN, or from
  • the passivation layer protects the contact structures in particular against external influences.
  • the thickness of the passivation layer is, for example, between 5 nm and 100 nm inclusive. In this case, the spark gap between the contact structures may be the
  • Distance between the two contact structures in the region of the forming spark gap at most 50 ym or at most 40 ym or at most 30 ym.
  • the spark gap is formed in a region between the contact structures in which the distance between the contact structures is the lowest. In all other areas is the distance between the
  • contact structures are larger than in the area of the spark gap. According to at least one embodiment, the
  • Contact structures each have a tip or edge, wherein the spark gap is formed between the tips or edges of the two contact structures. Preferred are the
  • Tips or edges of the contact structure while facing each other.
  • An angle of the tip or edge is
  • a tip may be a triangular or pyramidal protruding portion of the
  • the tip does not have to be an ideal tip. Rather, the tip may be rounded, for example, with a radius of curvature of at most 10 ym or at most 1 ym. Preferably, the rounding is negligibly small compared to the extension of the tip.
  • the distance between the peaks or edges can therefore be made larger.
  • Contact structures each formed in one piece or contiguous. For example, the contact structures between one through the respective contact structure
  • Contact elements may be, for example, solder pads on side surfaces of the device. Also, it is possible that the
  • Component are.
  • the contact elements may protrude.
  • the contact structures may, for example, be defined lithographically, for example via a lift-off process or via an etching process or via sputtering or via
  • the power distribution structures preferably extend over a majority of the lateral extent of the semiconductor layer sequence.
  • a lateral direction is in particular a direction parallel to the active layer of the semiconductor layer sequence. According to at least one embodiment, the
  • the component comprises one of the radiation side opposite
  • the rear side and the radiation side are connected to one another by at least one transverse side.
  • the component comprises a carrier carrying the semiconductor layer sequence.
  • the carrier may be, for example, a substrate of
  • Semiconductor layer sequence such as a growth substrate, for
  • Growth substrate is different carrier, for example, a potting body, for example made of plastic or silicone, or a ceramic carrier or a
  • the carrier is preferably the only mechanically self-supporting element in the component.
  • Growth substrate is detached, for example.
  • the component next to the carrier should this be different from the growth substrate, also have the growth substrate of the semiconductor layer sequence.
  • the semiconductor layer sequence is then preferably arranged between the carrier and the growth substrate.
  • the carrier can, for example, between the
  • Semiconductor layer sequence one of the radiation side facing first semiconductor layer and one of the radiation side
  • the semiconductor layer and the second semiconductor layer can in turn form a composite of semiconductor layers
  • the first semiconductor layer is the entire layer composite between a first main side of the semiconductor layer sequence and the active layer.
  • the second semiconductor layer is preferably the entire layer composite between the active layer and a second main side of the semiconductor layer sequence.
  • the active layer is so
  • first semiconductor layer preferably disposed between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer.
  • the second contact structure is electrically conductive with the second semiconductor layer
  • the spark gap is formed in the region of the rear side or in the region of the radiation side or in the region of the transverse side of the component.
  • Contact structure is for example on a carrier
  • the recess thus completely traverses the first semiconductor layer and the active layer and terminates in the second semiconductor layer.
  • the first contact structure and the second contact structure are preferably exposed on the radiation side, so that the component faces away from the carrier
  • Radiation side can be contacted.
  • the second contact structure on the radiation side projects beyond the first one
  • the shortest connection traverses between the two
  • the shortest connection is in particular the shortest space connection, ie defined geometrically by a straight line.
  • Contact structures at least parts of vias through the carrier.
  • the contact structures are then exposed as contact elements in the unassembled state of the component on the rear side of the component.
  • the contact structures are then exposed as contact elements in the unassembled state of the component on the rear side of the component.
  • Spark gap then occurs, for example in the field of
  • an edge between the rear side and the lateral side is free from the
  • the spark gap occurs in the region of the transverse side and at a distance from the rear side.
  • the spark gap occurs, in particular, at a vertical distance of at least 20 ⁇ m or 50 ⁇ m or 100 ⁇ m from the rear side.
  • “Vertical” is a direction perpendicular to
  • a semiconductor chip is understood to mean a component, such as immediately after singulation, for example from a wafer or a wafer composite or a carrier or a carrier
  • the semiconductor chip is therefore a component, which after separation does not continue
  • the semiconductor layer sequence then corresponds, for example, substantially to the lateral extent of the semiconductor chip and / or of the carrier. "Substantially" means that the differences in the lateral extent, for example, at most 20% or at most 10% or at most 5%
  • Optoelectronic component a light emitting diode with a mounted on a support optoelectronic semiconductor chip. Unlike before, the semiconductor chip is already processed in this case and mounted on a support.
  • the semiconductor chip comprises the semiconductor layer sequence.
  • a lateral extent of the carrier is at least twice as large as the lateral extent of the
  • the optoelectronic component specified here is suitable for being operated with the method. That is, all in conjunction with the optoelectronic component
  • the method for operating an optoelectronic component comprises a step A), in which an optoelectronic component, in particular a component as described so far, having a first contact structure and a second
  • step B the optoelectronic component is electrically contacted via the first and second contact structures.
  • step C the optoelectronic component is then passed through
  • Optoelectronic device is located between the two contact structures a proper voltage difference ⁇ bet an ' ⁇ 3 ⁇ - "- emits the optoelectronic device electromagnetic radiation, preferably in the visible
  • a switched off state occur on the device, for example, occasionally and in particular uncontrolled voltage spikes.
  • the surge is preferred short-term increase in the voltage difference between the two contact structures to values greater than AU ⁇ g -) -.
  • a first electrical flashover forms in or on the device between the two contact structures.
  • Emerging spark gap between the contact structures runs predominantly by an ambient medium in the form of gas or vacuum and / or by a casting around the Component. At the earliest, the first flashover occurs at a voltage difference of 2 ⁇ U ⁇ Q - ⁇ .
  • the steps A) to C) are preferably carried out in the stated order.
  • FIGS. 1A to 1C show alternative optoelectronic components in a 3D view and a cross-sectional view
  • FIGS. 2A to 8D show exemplary embodiments of components in FIGS
  • FIG. 1A shows an alternative component in a 3D view. This is a semiconductor chip, as it is present immediately after the separation of a carrier composite. A semiconductor layer sequence 1, which is applied directly to a carrier 15, can be seen here. The carrier 15 differs from a growth substrate of the
  • Semiconductor layer sequence 1 mechanically.
  • the growth substrate of the semiconductor layer sequence is removed in the device 100.
  • Semiconductor layer sequence 1 opposite side of the carrier 15 is formed, exposed.
  • the rear side 102 is arranged opposite a radiation side 101, wherein the
  • Semiconductor layer sequence 1 between the radiation side 101 and the carrier 15 is arranged.
  • the rear side 102 and the radiation side 101 are connected to one another via a transverse side 103.
  • electromagnetic radiation from the component 100 is emitted via the radiation side 101
  • the carrier 15 is, for example, a ceramic carrier or a plastic carrier or a
  • Metal carrier or a semiconductor carrier Metal carrier or a semiconductor carrier.
  • the semiconductor layer sequence 1 is preferably not mechanically self-supporting and is based, for example, on GaN.
  • the semiconductor layer sequence 1 comprises a first
  • the first contact structure 11 and the second contact structure 12 are formed, for example, from a metal, such as silver or aluminum or gold, and are spaced from each other at the rear side 102 by the carrier 15 and are electrically insulated. In particular, the contact structures 11, 12 are completely surrounded in each case by the carrier 15 and terminate flush with the carrier 15 on the rear side 102.
  • the first contact structure 11 is electrically conductively connected to the first semiconductor layer 13
  • the second Contact structure 12 is electrically conductively connected to second semiconductor layer 14. During operation, the contact structures 11, 12 exposed on the rear side 102 can thus serve for external electrical contacting.
  • the device 100 of Figure 1A is a surface mountable device.
  • a voltmeter which measures a voltage difference AU between the two contact structures 11, 12, is arranged between the first contact structure 11 and the second contact structure 12.
  • the voltage difference AU is equal to a voltage difference AU ⁇ g - ) .
  • FIG. 1B shows a component 100 in a cross-sectional view along the plane ⁇ ⁇ from FIG. 1A. It can be seen that the first contact structure 11 is exposed on the rear side 102 and is in direct electrical and mechanical contact with the first semiconductor layer 13. In particular, the first contact structure 11 is a plated-through hole through the carrier 15. In the region of the semiconductor layer sequence 1, the first contact structure 11 forms a plurality of
  • Semiconductor layer 13 formed continuously contiguous.
  • IC is a side cross-sectional view taken along the plane BB is ⁇ shown in the figure 1A. Shown are the first contact structure 11 and the second contact structure 12, which extend through the carrier 15 and are each formed integrally.
  • Contact structure 12 is located on the back side 102 of the device 100 free and in direct contact with the second
  • the first contact structure 11 is electrically insulated from the second contact structure 12 by the carrier 15.
  • spark gaps 3 are as
  • Double arrows are shown between the first contact structure 11 and the second contact structure 12. Such a
  • Spark gap 3 may cause damage, such as burns, within the carrier 15 or the semiconductor layer sequence 1.
  • Soldering pads applied to the contact structures 11, 12, which now each form part of the contact structures 11, 12 and projecting on the back 102.
  • the contact elements are for example produced lithographically by a lift-off or an etching process or sputtering or vapor deposition or by a galvanic process. Overall, the spacing of the contact structures 11, 12 in the area of the rear side 102 is reduced by the application of the contact elements. If the voltage difference between the first contact structure 11 and the second contact structure 12 now continuously from AU ⁇ Q - ⁇ increased, so enters a first electrical flashover on or within the device 100 between the first contact structure 11 and the second
  • spark gap 3 extends to at least 95% through an adjacent to the device 100
  • Device 100 shown in cross-sectional view along the plane BB ⁇ .
  • the distance between the first contact structure 11 and the second contact structure 12, starting from the rear side 102, initially increases continuously.
  • the growth substrate 16 is still arranged on the semiconductor layer sequence 1.
  • the semiconductor layer sequence 1 is in this case between the growth substrate 16 and the carrier 15.
  • the growth substrate 16 is
  • a transparent substrate such as a
  • Contact structure 11 and the second contact structure 12 have in each case on the back 102 a tip, which are trimmed to each other. More precisely, they are
  • the bulges for example, each have a height, measured from the base side formed by the edge to tip, between 5 ym and 100 ym inclusive. Particularly high field strengths occur between the tips between the first contact structure 11 and the second
  • the support 15 is here by the growth substrate, for example, a sapphire substrate, the
  • Semiconductor layer sequence 1 is formed. Another support for stabilizing the device 100 is not required and not used.
  • the semiconductor layer sequence 1 is formed between the rear side 102 and the carrier 15.
  • Radiation side 101 is formed in this case by the carrier 15.
  • the contact structures 11, 12 are formed as protruding contact elements, between which the flashover and the spark gap 3 occurs. The distance between the contact structures 11, 12 at the
  • first contact structure 11 is formed in one piece and in direct electrical and mechanical contact with the first one
  • the second contact structure 12 is also integrally formed and is in direct electrical and mechanical contact with the second
  • connection carrier 2 for example soldered or glued on.
  • the contact structures 11, 12 are in this case facing the connection carrier 2 and in each case with a corresponding connection contact 21, 22 of the connection carrier 2 electrically connected.
  • the contact structures 11, 12 are in this case facing the connection carrier 2 and in each case with a corresponding connection contact 21, 22 of the connection carrier 2 electrically connected.
  • the flip chips are encapsulated with a potting 4, for example made of silicone or epoxy resin.
  • the encapsulation 4 also fills the region between the two contact structures 11, 12. The first rollover or the
  • FIGS. 5A to 5C a component 100 which is similar to the components of FIGS. 1A to 3E is again shown. Again, the carrier 15 is between the backside 102 and the semiconductor layer sequence 1
  • the distance between the contact structures 11, 12 in the center of the rear side 102 is chosen such that there is no first one
  • Figures 6A to 6C differs from the embodiment of Figures 5A to 5C, characterized in that the first contact structure 11 and the second contact structure 12 between the transverse side 103 and the
  • Rear side 102 is not exposed throughout. Rather, the contact structures 11, 12 are not exposed in the region of the edge between the transverse side 103 and the rear side 102, but instead are covered by the material of the carrier 15.
  • the first flashover and the spark gap 3 occur in the region of the transverse side 103, in which the contact structures 11, 12 are guided closer to one another than in the region of the rear side 102.
  • the spark gap 3 occurs at a distance from the edge or the backside 102 of the component 100 on.
  • the back 102 is spared from any damage by the spark gap 3.
  • FIGS. 7A to 7F a further exemplary embodiment of a component 100 is shown. Again, a semiconductor chip 100 is shown, in which the carrier 15 through the growth substrate of
  • Semiconductor layer sequence 1 is formed.
  • Semiconductor layer sequence 1 is between the
  • sapphire chip for example, a so-called sapphire chip
  • Growth substrate is in this case sapphire.
  • Contact structure 11 is formed as a current distribution structure on the first semiconductor layer 13.
  • Contact structure 11 is exposed on the radiation side 101 and is in direct contact with the first
  • the second contact structure 12 is arranged in a recess in the semiconductor layer sequence 1 and is in direct electrical and mechanical contact with the second semiconductor layer 14.
  • the recess extends completely from the radiation side 101 through the first layer 13 and the active layer 10 and opens into the second semiconductor layer 14.
  • the distance between the first contact structure 11 and the second contact structure 12 on the radiation side 101 is selected so that the first flashover and the spark gap 3 occurs in the region of the radiation side 101 and there
  • FIGS. 7E and 7F are plan views of FIGS.
  • the contact structures 11, 12 form current distribution structures and are configured somewhat differently than in FIG. 7A.
  • the first contact structure 11 and the second one are configured somewhat differently than in FIG. 7A.
  • the first contact structure 11 and the second one are configured somewhat differently than in FIG. 7A.
  • Contact structure 12 is intended to incorporate tips from which flashover between first contact structure 11 and second contact structure 12 preferably occurs.
  • FIGS. 8A to 8B an exemplary embodiment of a component 100 in the form of a light-emitting diode is shown in FIGS. 8A to 8B.
  • the carrier 15 is provided with plated-through holes, which form parts of the contact structures 11, 12.
  • the semiconductor chip is placed on the second contact structure 12 and electrically contacted via the contact structure 12. to
  • Contact structure 11 is a bonding wire used.
  • FIG. 8B unlike in FIG. 8A, the distance between the contact structures 11, 12 in the direction away from the rear side 102 is reduced continuously. As a result, the danger of a rollover within the carrier 15 is further reduced.
  • FIG. 8C shows a plan view of the rear side 102 of the component 100 from FIGS. 8A, 8B. It can be seen that the contact structures 11, 12 are brought together correspondingly close to the rear side 102.
  • FIG. 8D is an alternative embodiment of
  • the distance between the contact structures 11, 12 on the rear side 102 can therefore be selected to be greater than in FIG. 8C.
  • the contact structures 11, 12 can also be guided to the transverse side 103, so that the
  • Spark gap 3 in the region of the transverse side 103 forms.
  • the invention is not by the description based on the

Abstract

Ein optoelektronisches Bauelement (100) umfasst eine Halbleiterschichtenfolge (1) mit einer aktiven Schicht (10), wobei die aktive Schicht (10) dazu eingerichtet ist, im bestimmungsgemäßen Betrieb elektromagnetische Strahlung zu erzeugen oder zu absorbieren. Weiter umfasst das Bauelement (100) eine erste Kontaktstruktur (11) und eine zweite Kontaktstruktur (12), über die die Halbleiterschichtenfolge (1) im bestimmungsgemäßen Betrieb elektrisch kontaktierbar ist. Im Betrieb sind die Kontaktstrukturen (11, 12) mit einer Spannung beaufschlagt, wobei sich eine betriebsbedingte Spannungsdifferenz ΔUbet zwischen den Kontaktstrukturen (11, 12) ausbildet. Bei Erhöhung der Spannungsdifferenz tritt ein erster Überschlag in oder an dem Bauelement (100) zwischen den beiden Kontaktstrukturen (11, 12) auf. Eine bei dem ersten Überschlag entstehende Funkenstrecke (3) zwischen den Kontaktstrukturen (11, 12) verläuft dabei überwiegend durch ein Umgebungsmedium in Form von Gas oder Vakuum und/oder durch einen Verguss. Der erste Überschlag tritt frühestens bei einer Spannungsdifferenz von 2∙ΔUbet auf.

Description

Beschreibung
Optoelektronisches Bauelement Es wird ein optoelektronisches Bauelement angegeben.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein einfach
aufgebautes optoelektronisches Bauelement anzugeben, welches weniger schadanfällig bei Überspannungen ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das
optoelektronische Bauelement eine Halbleiterschichtenfolge mit einer aktiven Schicht. Die aktive Schicht ist dazu eingerichtet, im bestimmungsgemäßen Betrieb
elektromagnetische Strahlung, wie sichtbares Licht oder UV- Strahlung oder Infrarotstrahlung, zu erzeugen oder zu absorbieren .
Die Halbleiterschichtenfolge basiert beispielsweise auf einem III-V-Verbindungs-Halbleitermaterial . Bei dem
Halbleitermaterial handelt es sich zum Beispiel um ein
Nitrid-Verbindungs-Halbleitermaterial , wie AlnIn]__n_mGamN, oder um ein Phosphid-Verbindungs-Halbleitermaterial , wie AlnIn]__n_mGamP, oder auch um ein Arsenid-Verbindungs- Halbleitermaterial, wie AlnIn]__n_mGamAs, wobei jeweils 0 -S n < 1, 0 -S m < 1 und m + n < 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.
Bevorzugt basiert die Halbleiterschichtenfolge auf AlInGaN. Die aktive Schicht weist beispielsweise wenigstens einen pn- Übergang und/oder eine Quantentopfstruktur in Form eines einzelnen Quantentopfs, kurz SQW, oder in Form einer
Multiquantentopfstruktur, kurz MQW, auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Bauelement eine erste Kontaktstruktur und eine zweite Kontaktstruktur, über die die Halbleiterschichtenfolge elektrisch
kontaktierbar ist oder im bestimmungsgemäßen Betrieb
kontaktiert ist. Sowohl die erste als auch die zweite
Kontaktstruktur können dabei jeweils mit einer
Halbleiterschicht der Halbleiterschichtenfolge in direktem elektrischem und mechanischem Kontakt stehen. Die erste Kontaktstruktur ist beispielsweise eine n-
Kontaktstruktur und mit einer n-leitenden Halbleiterschicht der Halbleiterschichtenfolge elektrisch leitend verbunden. Die zweite Kontaktstruktur ist beispielsweise eine p- Kontaktstruktur, die elektrisch leitend mit einer p- Halbleiterschicht der Halbleiterschichtenfolge verbunden ist.
Die Kontaktstrukturen weisen beispielsweise ein Metall, wie Ag, AI, Au, Ti, Pd, auf oder bestehen daraus. Es ist aber auch möglich, dass die Kontaktstrukturen ein transparent leitfähiges Material, kurz TCO, wie Indiumzinnoxid, kurz ITO, oder Zn02 aufweisen oder daraus bestehen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind im Betrieb die Kontaktstrukturen mit einer Spannung beaufschlagt, wobei sich zwischen den Kontaktstrukturen eine betriebsbestimmte
Spannungsdifferenz AU^Q-^ einstellt. Im bestimmungsgemäßen Betrieb liegen die erste Kontaktstruktur und die zweite
Kontaktstruktur also auf unterschiedlichen elektrischen Potenzialen. Die Halbleiterschichten, die über die Kontaktstrukturen elektrisch kontaktiert sind, befinden sich bevorzugt auf dem gleichen oder nahezu gleichen Potenzial wie die zugeordneten Kontaktstrukturen. Insbesondere tritt in der Halbleiterschichtenfolge im Bereich der aktiven Schicht ein Spannungsabfall von AU^e^ oder von nahezu AU^e^ auf.
Übliche Betriebsspannungen von hier bevorzugt gemeinten optoelektronischen Bauelementen, wie LEDs oder Laserdioden, liegen im Bereich zwischen einschließlich 1 V und 300 V oder zwischen einschließlich 1 V und 10 V insbesondere zwischen einschließlich 1 V und 5 V. Zum Beispiel liegen typische Betriebsspannungen oder Spannungsabfälle für Infrarot-LEDs im Bereich 1,2 V bis 1,8 V, für rote LEDs im Bereich 1,6 V bis 2,2 V, für gelb bis grüne LEDs im Bereich 1,9 V bis 5 V und für blaue oder UV-LEDs im Bereich 2,7 V bis 4 V. Infrarot- Laserdioden werden typischerweise mit Betriebsspannungen im Bereich 1,8 V bis 2,2 V betrieben. Bauelemente mit mehreren, zum Beispiel in Reihe geschalteten, LEDs, sogenannte Multi- Junction-LEDs , können aber auch Betriebsspannungen bis hin zu 100 V oder 300 V aufweisen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform kommt es bei Erhöhung der Spannungsdifferenz zwischen den beiden Kontaktstrukturen zu einem ersten elektrischen Überschlag in oder an dem
Bauelement. Der erste elektrische Überschlag ist dabei der erste Überschlag, der bei Spannungsdifferenzerhöhung
überhaupt in dem Bauelement oder an dem Bauelement auftritt. Bei weiterer Spannungsdifferenzerhöhung kann es zu weiteren Überschlägen in Bereichen des Bauelements kommen. Der erste elektrische Überschlag jedoch tritt ausschließlich und immer zwischen den beiden Kontaktstrukturen auf. Insbesondere ist also die Durchschlagsfestigkeit zwischen beiden
Kontaktelementen am geringsten.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die
Kontaktstrukturen derart konstruiert oder ausgebildet, dass eine bei dem ersten Überschlag entstehende Funkenstrecke zwischen den Kontaktstrukturen überwiegend durch ein an das Bauelement grenzendes Umgebungsmedium in Form von Gas oder Vakuum und/oder durch einen Verguss um das Bauelement
verläuft. Bei dem ersten Überschlag bildet sich zwischen den beiden Kontaktstrukturen also kurzzeitig eine Funkenstrecke oder anders ausgedrückt ein Strompfad aus. Über den Strompfad werden Ladungsträger zwischen den Kontaktstrukturen
ausgetauscht, so dass die Spannungsdifferenz zwischen den Kontaktstrukturen reduziert wird. Der Großteil des dabei von den ausgetauschten Ladungsträgern entlang des Strompfades zurückgelegten Weges verläuft durch das Umgebungsmedium und/oder durch den Verguss.
Beispielsweise sind dazu die erste und die zweite
Kontaktstruktur an eine Seitenfläche oder Außenfläche oder Randfläche des Bauelements geführt. Die Seitenfläche grenzt zum Beispiel teilweise oder vollständig an das
Umgebungsmedium oder an den Verguss.
Um zu erreichen, dass die Funkenstrecke des ersten
Überschlags gezielt in einem bestimmten Medium auftritt und nicht irgendwo im Bauelement, können verschiedene Ansätze verfolgt werden. Es können zum Beispiel die Abstände der Kontaktstrukturen im Bereich des Mediums entsprechend klein gewählt werden. Auch die Form der Kontaktstrukturen kann eine Rolle spielen. Beispielsweise ist ein Überschlag im Bereich von Spitzen wahrscheinlicher. Ferner kann auch durch die Wahl der Dielektrika zwischen den Kontaktstrukturen beeinflusst werden, wo ein Überschlag auftritt. Insgesamt tragen also mehrere Faktoren dazu bei, wo genau die Funkenstrecke
auftritt. Je nach Bedarf können die Abstände und die
Geometrien sowie die verwendeten Materialien aufeinander abgestimmt werden, um die Funkenstrecke im gewünschten
Bereich zu erhalten.
Unter dem Begriff „überwiegend" wird hier und im Folgenden verstanden, dass die Funkenstrecke beziehungsweise der von den Ladungsträgern zurückgelegte Weg zumindest zu 50 % oder zumindest zu 70 % oder zumindest zu 90 % oder zumindest zu 95 % oder zumindest zu 99 % oder vollständig durch das
Umgebungsmedium verläuft.
Die Funkenstrecke kann im euklidischen Raum einer Gerade bilden. Jedoch ist die Funkenstrecke bevorzugt durch den Weg gebildet, der für die ausgetauschten Ladungsträger den geringsten elektrischen Widerstand bildet. Die Funkenstrecke kann also auch eine Krümmung aufweisen, um zum Beispiel
Bereiche mit höherem Widerstand nicht durchkreuzen zu müssen, sondern zu umgehen.
Bei dem Gas kann es sich beispielsweise um Luft oder ein Schutzgas, wie Stickstoff, oder um ein Edelgas, wie Neon oder Xenon oder Argon oder Helium, handeln.
Der Verguss kann zum Beispiel ein Silikon oder Epoxidharz, in welchem optional Konverterpartikel eingebracht sind,
aufweisen oder daraus bestehen. Der Verguss hat bevorzugt eine verkapselnde oder schützende oder lichtkonvertierende oder effizienzsteigernde oder strahlformende Wirkung auf das Bauelement. Unter einem Verguss ist dabei beispielsweise ein Element zu verstehen, welches die Eigenschaften des Bauelements verändern kann, das aber nicht zwingend nötig ist, um das Bauelement zu betreiben oder funktionsfähig zu machen. Insbesondere kann das Bauelement auch ohne den
Verguss elektromagnetische Strahlung abstrahlen oder
absorbieren. Bevorzugt ist der Verguss nicht nötig, um die Halbleiterschichtenfolge des Bauelements oder das Bauelement selbst zu tragen und zu stabilisieren. Der Verguss kann der Halbleiterschichtenfolge oder dem Bauelement dann
beispielsweise höchstens eine zusätzliche Stabilität
verleihen. Der Verguss ist also zum Beispiel weder ein Träger noch ein Substrat des Bauelements. Bevorzugt bildet der
Verguss auch keinen Bestandteil des Bauelements, sondern ist eine separate Komponente.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform tritt der erste
Überschlag frühestens bei einer Spannungsdifferenz von
2-AU]3E -|- oder 2,5-AUbe-|- oder 3-AUbe-|- auf. Alternativ oder zusätzlich kann der erste Überschlag spätestens bei einer Spannungsdifferenz von 1000 · AU^Q^ oder 500-AUke-|- oder
lOO'AUket oder 20-AUke-|- oder 10-AUke-|- oder 5-AUbe-|- auftreten.
In mindestens einer Ausführungsform umfasst das
optoelektronische Bauelement eine Halbleiterschichtenfolge mit einer aktiven Schicht, wobei die aktive Schicht dazu eingerichtet ist, im bestimmungsgemäßen Betrieb
elektromagnetische Strahlung zu erzeugen oder zu absorbieren. Weiter umfasst das Bauelement eine erste Kontaktstruktur und eine zweite Kontaktstruktur, über die die
Halbleiterschichtenfolge elektrisch kontaktierbar ist. Im Betrieb sind die Kontaktstrukturen mit einer Spannung
beaufschlagt, wobei sich eine betriebsbedingte
Spannungsdifferenz AU^e^ zwischen den Kontaktstrukturen ausbildet. Bei Erhöhung der Spannungsdifferenz tritt ein erster Überschlag in oder an dem Bauelement zwischen den beiden Kontaktstrukturen auf. Eine bei dem ersten Überschlag entstehende Funkenstrecke zwischen den Kontaktstrukturen verläuft dabei überwiegend durch ein Umgebungsmedium in Form von Gas oder Vakuum und/oder durch einen Verguss um das
Bauelement. Der erste Überschlag tritt frühestens bei einer Spannungsdifferenz von 2 · U^Q-^ auf. Bei der hier beschriebenen Erfindung wird insbesondere von der Idee Gebrauch gemacht, eine potenziell für das Bauelement schädliche Überspannung über einen Gasüberschlag,
insbesondere Luftüberschlag, abzuleiten. Luft hat, abhängig von Temperatur und Feuchtigkeit, eine Durchschlagsfestigkeit von circa 3 kV/mm. Entsprechend kann über einen definierten Abstand einer p-Kontaktstruktur und einer n-Kontaktstruktur voneinander in Luft eine maximale Spannung definiert werden, die in dem optoelektronischen Bauelement auftreten darf. Bei einem Abstand von 100 ym sind dies beispielsweise 300 V, für 10 ym nur noch 30 V. Voraussetzung dafür, dass der Überschlag beziehungsweise die Funkenstrecke in Luft auftritt, ist, dass die Struktur und die Materialien des Bauelements entsprechend gewählt sind. Insbesondere sollte zum Beispiel die Durchbruchsspannung der durch die Halbleiterschichtenfolge gebildeten Diode höher sein als die Spannungsdifferenz, bei der der erste Überschlag zwischen den Kontaktstrukturen auftritt. Auch die
Durchschlagsfestigkeit der in dem Bauelement verbauten
Materialien zwischen den Kontaktstrukturen sollte
entsprechend groß gewählt werden. Auf diese Weise können Überschläge durch Dielektrika oder Epitaxieschichten
innerhalb des Bauelements vermieden werden. Tritt der Überschlag in einem Umgebungsgas, wie Luft auf, so kommt es bevorzugt zu keiner oder nur einer geringen Beschädigung des Bauelements . Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Bauelement einen Bereich an einer Seitenfläche oder Außenfläche auf, in dem die Durchschlagsfestigkeit über das gesamte Bauelement gesehen am geringsten ist. Dies kann insbesondere durch einen geringen Abstand der Kontaktstrukturen im Bereich dieser Seitenfläche erzielt werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist durch die beiden Kontaktstrukturen eine ESD-Schutzschaltung des
optoelektronischen Bauelements realisiert. Eine weitere
Schutzschaltung innerhalb des Bauelements, wie eine ESD- Diode, ist dann nicht nötig oder in dem Bauelement nicht vorgesehen. Die ESD-Schutzschaltung funktioniert insbesondere unabhängig von der im Bauelement auftretenden Stromstärke und schaltet beispielsweise unabhängig von der Stromstärke immer bei der gleichen elektrischen Spannungsdifferenz durch. Durch ein Durchschalten der ESD-Schutzschaltung, also durch das Auftreten des ersten Überschlags, wird die ESD- Schutzschaltung bevorzugt nicht zerstört oder beschädigt und funktioniert anschließend genauso wie zuvor.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform tritt der erste
elektrische Überschlag frühestens bei einer
Spannungsdifferenz von 3 V oder 5 V oder 10 V oder 25 V auf. Alternativ oder zusätzlich tritt der erste elektrische
Überschlag spätestens bei einer Spannungsdifferenz von 8000 V oder 3000 V oder 1000 V oder 500 V oder 100 V oder 80 V oder 50 V oder 10 V oder 5 V auf. Gemäß zumindest einer Ausführungsform grenzen die Kontaktstrukturen zumindest in Teilbereichen direkt an das Umgebungsmedium und/oder den Verguss. Beispielsweise liegen die Kontaktstrukturen im montierten oder unmontierten Zustand des Bauelements zumindest teilweise an Seitenflächen des
Bauelements frei oder grenzen dort an den Verguss. Bevorzugt verläuft die Funkenstrecke dann ausschließlich durch das Umgebungsmedium und/oder den Verguss. Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist zwischen den
Kontaktstrukturen und dem Umgebungsmedium zumindest teilweise eine Passivierungsschicht angeordnet. Die
Passivierungsschicht ist beispielsweise eine elektrisch isolierende Schicht, beispielsweise aus Siliziumoxid, wie SiC>2, oder aus Siliziumnitrid, wie SiN, oder aus
Aluminiumoxid, wie AI2O3. Die Passivierungsschicht schützt die Kontaktstrukturen insbesondere vor äußeren Einflüssen. Die Dicke der Passivierungsschicht beträgt beispielsweise zwischen einschließlich 5 nm und 100 nm. In diesem Fall kann die Funkenstrecke zwischen den Kontaktstrukturen die
Passivierungsschicht durchqueren und beispielsweise zu zumindest 90 % durch das Umgebungsmedium und/oder den Verguss verlaufen . Gemäß zumindest einer Ausführungsform beträgt der minimale
Abstand zwischen den beiden Kontaktstrukturen in dem Bereich der sich ausbildenden Funkenstrecke höchstens 50 ym oder höchstens 40 ym oder höchstens 30 ym. Alternativ oder
zusätzlich ist der minimale Abstand in diesem Bereich
zumindest 5 ym oder zumindest 10 ym oder zumindest 20 ym.
Beispielsweise bildet sich die Funkenstrecke in einem Bereich zwischen den Kontaktstrukturen aus, in denen der Abstand zwischen den Kontaktstrukturen am geringsten ist. In allen anderen Bereichen ist der Abstand zwischen den
Kontaktstrukturen beispielsweise größer als in dem Bereich der Funkenstrecke. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die
Kontaktstrukturen jeweils eine Spitze oder Kante auf, wobei sich die Funkenstrecke zwischen den Spitzen oder Kanten der beiden Kontaktstrukturen ausbildet. Bevorzugt sind die
Spitzen oder Kanten der Kontaktstruktur dabei einander zugewandt. Ein Winkel der Spitze oder Kante ist
beispielsweise höchstens 90° oder höchstens 60° oder
höchstens 30°. Alternativ oder zusätzlich ist der Winkel mindestens 10° oder mindestsens 20° oder mindestens 30°. Bei einer Spitze kann es sich insbesondere um einen dreieckförmig oder pyramidenförmig hervorstehenden Bereich der
Kontaktstruktur handeln. Dabei versteht sich von selbst, dass es sich bei der Spitze nicht um eine ideale Spitze handeln muss. Vielmehr kann die Spitze abgerundet sein, zum Beispiel mit einem Krümmungsradius von höchstens 10 ym oder höchstens 1 ym. Bevorzugt ist die Abrundung vernachlässigbar klein im Vergleich zur Ausdehnung der Spitze.
Im Bereich von Spitzen oder Kanten treten besonders hohe Feldstärken auf, weshalb in diesen Bereichen die
Überschlagswahrscheinlichkeit erhöht ist. Bei der Verwendung von Spitzen oder Kanten kann der Abstand zwischen den Spitzen oder Kanten daher größer gewählt werden. Beispielsweise ist der Abstand zwischen den Spitzen oder Kanten der
Kontaktstrukturen, zwischen denen der erste Überschlag auftritt, größer als der Abstand der beiden Kontaktstrukturen in einem anderen Bereich. Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die
Kontaktstrukturen jeweils einstückig oder zusammenhängend ausgebildet. Beispielsweise sind die Kontaktstrukturen zwischen einer durch die jeweilige Kontaktstruktur
kontaktierte Halbleiterschicht und der Seitenfläche des
Bauelements, an dem der erste Überschlag auftritt, einstückig oder zusammenhängend ausgebildet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die
Kontaktstrukturen Kontaktelemente zur externen elektrischen
Kontaktierung, die im unmontierten Zustand des Bauelements an einer Seitenfläche des Bauelements freiliegen. Die
Kontaktelemente können zum Beispiel Lötpads auf Seitenflächen des Bauelements sein. Auch ist es möglich, dass die
Kontaktelemente Teile von Durchkontaktierungen in dem
Bauelement sind. An einer Seitenfläche des Bauelements können die Kontaktelemente zum Beispiel hervorstehen.
Die Kontaktstrukturen können zum Beispiel lithographisch definiert sein, zum Beispiel über einen Lift-Off-Prozess oder über einen Ätzprozess oder über Sputtern oder über
Bedampfung. Auch können die Kontaktstrukturen über
elektrochemische Abscheidung hergestellt werden. Ferner können die Kontaktstrukturen an Seitenflächen
oberflächenveredelt sein, zum Beispiel über elektrochemische Abscheidung .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die
Kontaktstrukturen Stromverteilungsstrukturen der
Halbleiterschichtenfolge. Beispielsweise sind die
Stromverteilungsstrukturen streifenförmige oder gitterförmige Elemente in oder auf Halbleiterschichten der
Halbleiterschichtenfolge. Die Stromverteilungsstrukturen erstrecken sich bevorzugt über einen Großteil der lateralen Ausdehnung der Halbleiterschichtenfolge. Über die
Stromverteilungsstrukturen kann dann Strom effizient entlang der lateralen Ausdehnung der Halbleiterschichtenfolge verteilt und in die Halbleiterschichten der
Halbleiterschichtenfolge injiziert werden. Eine laterale Richtung ist insbesondere eine Richtung parallel zur aktiven Schicht der Halbleiterschichtenfolge. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das
optoelektronische Bauelement eine Strahlungsseite zur
Einkopplung oder Auskopplung der elektromagnetischen
Strahlung in oder aus dem Bauelement auf. Ferner umfasst das Bauelement eine der Strahlungsseite gegenüberliegende
Rückseite. Die Rückseite und die Strahlungsseite sind durch zumindest eine Querseite miteinander verbunden. Die
Strahlungsseite und die Rückseite verlaufen bevorzugt parallel oder im Wesentlichen parallel zur aktiven Schicht. Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Bauelement einen die Halbleiterschichtenfolge tragenden Träger. Bei dem Träger kann es sich beispielsweise um ein Substrat der
Halbleiterschichtenfolge, wie ein Aufwachssubstrat , zum
Beispiel aus Saphir oder GaN oder Si oder SiC, handeln. Auch ist es möglich, dass es sich bei dem Träger um einen vom
Aufwachssubstrat verschiedenen Träger handelt, zum Beispiel um einen Vergusskörper, beispielsweise aus Kunststoff oder Silikon, oder um einen Keramikträger oder um eine
Leiterplatte. Bevorzugt ist der Träger das einzige mechanisch selbsttragende Element in dem Bauelement. Das
Aufwachssubstrat ist beispielsweise abgelöst. Alternativ dazu kann das Bauelement neben dem Träger, sollte dieser vom Aufwachssubstrat unterschiedlich sein, auch noch das Aufwachssubstrat der Halbleiterschichtenfolge aufweisen. Die Halbleiterschichtenfolge ist dann bevorzugt zwischen dem Träger und dem Aufwachssubstrat angeordnet.
Der Träger kann beispielsweise zwischen der
Halbleiterschichtenfolge und der Strahlungsseite oder
zwischen der Halbleiterschichtenfolge und der Rückseite ausgebildet sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die
Halbleiterschichtenfolge eine der Strahlungsseite zugewandte erste Halbleiterschicht und eine der Strahlungsseite
abgewandte zweite Halbleiterschicht. Die erste
Halbleiterschicht und die zweite Halbleiterschicht können dabei wiederum einen Verbund aus Halbleiterschichten
umfassen. Insbesondere ist die erste Halbleiterschicht der gesamte Schichtverbund zwischen einer ersten Hauptseite der Halbleiterschichtenfolge und der aktiven Schicht. Die zweite Halbleiterschicht ist bevorzugt der gesamte Schichtverbund zwischen der aktiven Schicht und einer zweiten Hauptseite der Halbleiterschichtenfolge. Die aktive Schicht ist also
bevorzugt zwischen der ersten Halbleiterschicht und der zweiten Halbleiterschicht angeordnet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die erste
Kontaktstruktur elektrisch leitend mit der ersten
Halbleiterschicht verbunden, die zweite Kontaktstruktur ist elektrisch leitend mit der zweiten Halbleiterschicht
verbunden . Gemäß zumindest einer Ausführungsform bildet sich bei dem ersten elektrischen Überschlag die Funkenstrecke im Bereich der Rückseite oder im Bereich der Strahlungsseite oder im Bereich der Querseite des Bauelements.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die erste
Kontaktstruktur auf einer dem Träger abgewandten Seite der ersten Halbleiterschicht angeordnet. Die zweite
Kontaktstruktur ist zum Beispiel auf einer dem Träger
abgewandten Seite der zweiten Halbleiterschicht innerhalb einer Ausnehmung in der ersten Halbleiterschicht angeordnet. Die Ausnehmung durchquert also die erste Halbleiterschicht und die aktive Schicht vollständig und mündet in der zweiten Halbleiterschicht. Bevorzugt liegen die erste Kontaktstruktur und die zweite Kontaktstruktur an der Strahlungsseite frei, so dass das Bauelement von der dem Träger abgewandten
Strahlungsseite kontaktiert werden kann.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform überragt die zweite Kontaktstruktur an der Strahlungsseite die erste
Halbleiterschicht in Richtung weg vom Träger. Bevorzugt durchquert die kürzeste Verbindung zwischen den beiden
Kontaktstrukturen, insbesondere die Funkenstrecke zwischen den beiden Kontaktstrukturen, dann keinen Teil der
Halbleiterschichtenfolge. Die kürzeste Verbindung ist dabei insbesondere die kürzeste Raumverbindung, also geometrisch durch eine Gerade definiert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform bilden die
Kontaktstrukturen zumindest Teile von Durchkontaktierungen durch den Träger. Beispielsweise liegen die Kontaktstrukturen dann im unmontierten Zustand des Bauelements an der Rückseite des Bauelements als Kontaktelemente frei. Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die
Kontaktstrukturen im Bereich des Trägers sowohl an die
Rückseite als auch an die Querseite geführt und liegen bevorzugt im unmontierten Zustand des Bauelements sowohl an der Rückseite als auch an der Querseite frei. Die
Funkenstrecke tritt dann beispielsweise im Bereich der
Querseite auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist eine Kante zwischen der Rückseite und der Querseite frei von den
Kontaktstrukturen. Die im unmontierten Zustand an der
Querseite und Rückseite freiliegenden Bereiche der ersten und zweiten Kontaktstruktur sind also untereinander jeweils nicht zusammenhängend ausgebildet, sondern an der Kante
unterbrochen.
Bevorzugt tritt in diesem Fall die Funkenstrecke im Bereich der Querseite und beabstandet von der Rückseite auf. Die Funkenstrecke tritt insbesondere in einem vertikalen Abstand von zumindest 20 ym oder 50 ym oder 100 ym von der Rückseite auf. „Vertikal" ist dabei eine Richtung senkrecht zur
Haupterstreckungsrichtung der Rückseite. Auf diese Weise kann die Rückseite mit etwaigen Kontaktstrukturen vor
Beschädigungen durch den Überschlag geschützt werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die
Kontaktstrukturen an eine Kante zwischen der Querseite und der Rückseite geführt. Anders ausgedrückt sind die im
unmontierten Zustand des Bauelements an der Rückseite und an der Querseite freiliegenden Bereiche der ersten
Kontaktstruktur und der zweiten Kontaktstruktur jeweils zusammenhängend ausgebildet und an der Kante nicht
unterbrochen. Beispielsweise tritt in diesem Fall die Funkenstrecke im Bereich der Kante auf oder kann im Bereich der Kante auftreten.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das
optoelektronische Bauelement ein Halbleiterchip. Unter einem Halbleiterchip wird dabei ein Bauelement verstanden, wie es unmittelbar nach dem Vereinzeln, zum Beispiel aus einem Wafer oder einem Waferverbund oder einem Träger oder einem
Trägerverbund, entsteht. Der Halbleiterchip ist also ein Bauelement, was nach dem Vereinzeln noch nicht weiter
verarbeitet wurde, insbesondere noch nicht weiter auf andere Bauteile montiert wurde. Die laterale Ausdehnung der
Halbleiterschichtenfolge entspricht dann zum Beispiel im Wesentlichen der lateralen Ausdehnung des Halbleiterchips und/oder des Trägers. „Im Wesentlichen" bedeutet dabei, dass die Unterschiede in der lateralen Ausdehnung zum Beispiel höchstens 20 % oder höchstens 10 % oder höchstens 5 %
betragen . Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das
optoelektronische Bauelement eine Leuchtdiode mit einem auf einem Träger montierten optoelektronischen Halbleiterchip. Anders als zuvor ist der Halbleiterchip also in diesem Fall bereits weiterverarbeitet und auf einen Träger montiert. Der Halbleiterchip umfasst dabei die Halbleiterschichtenfolge.
Bevorzugt ist eine laterale Ausdehnung des Trägers mindestens doppelt so groß wie die laterale Ausdehnung der
Halbleiterschichtenfolge . Darüber hinaus wird ein Verfahren zum Betreiben eines
optoelektronischen Bauelements angegeben. Insbesondere eignet sich das hier angegebene optoelektronische Bauelement dafür, mit dem Verfahren betrieben zu werden. Das heißt, sämtliche in Verbindung mit dem optoelektronischen Bauelement
offenbarten Merkmale sind auch für das Verfahren offenbart und umgekehrt. Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren zum Betreiben eines optoelektronischen Bauelements einen Schritt A) , in dem ein optoelektronisches Bauelement, insbesondere ein wie bisher beschriebenes Bauelement, mit einer ersten Kontaktstruktur und einer zweiten
Kontaktstruktur bereitgestellt wird. In einem Schritt B) wird das optoelektronischen Bauelement über die erste und zweite Kontaktstruktur elektrisch kontaktiert. In einem Schritt C) wird dann das optoelektronische Bauelement durch
kontrolliertes Einschalten und Ausschalten eines Stromflusses durch das optoelektronische Bauelement eingeschalten und ausgeschalten. Im eingeschalteten Zustand des
optoelektronischen Bauelements liegt zwischen den beiden Kontaktstrukturen eine bestimmungsgemäße Spannungsdifferenz ^bet an ' ^3^-"- emittiert das optoelektronische Bauelement elektromagnetische Strahlung, bevorzugt im sichtbaren
Bereich. Sowohl im eingeschalteten wie auch im
ausgeschalteten Zustand treten an dem Bauelement zum Beispiel gelegentlich und insbesondere unkontrolliert Spannungsspitzen auf. Bei den Spannungsspitzen handelt es sich um bevorzugt kurzzeitige Erhöhungen in der Spannungsdifferenz zwischen den beiden Kontaktstrukturen auf Werte größer als AU^g-)-. Bei manchen Spannungsspitzen bildet sich ein erster elektrischer Überschlag in oder an dem Bauelement zwischen den beiden Kontaktstrukturen aus. Eine bei dem ersten Überschlag
entstehende Funkenstrecke zwischen den Kontaktstrukturen verläuft überwiegend durch ein Umgebungsmedium in Form von Gas oder Vakuum und/oder durch einen Verguss um das Bauelement. Dabei tritt der erste Überschlag frühestens bei einer Spannungsdifferenz von 2 · U^Q-^ auf.
Bevorzugt werden die Schritte A) bis C) in der angegebenen Reihenfolge ausgeführt.
Nachfolgend wird ein hier beschriebenes optoelektronisches Bauelement unter Bezugnahme auf Zeichnungen 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 bis IC alternative optoelektronische Bauelemente in 3D-Ansicht und Querschnittsansicht, Figuren 2A bis 8D Ausführungsbeispiele von Bauelementen in
3D-Ansicht, seitlichen Querschnittsansichten und Draufsichten .
In Figur 1A ist ein alternatives Bauelement in 3D-Ansicht gezeigt. Dabei handelt es sich um einen Halbleiterchip, wie er unmittelbar nach dem Vereinzeln eines Trägerverbundes vorliegt. Zu erkennen ist dabei eine Halbleiterschichtenfolge 1, die direkt auf einem Träger 15 aufgebracht ist. Der Träger 15 unterscheidet sich von einem Aufwachssubstrat der
Halbleiterschichtenfolge 1 und stabilisiert die
Halbleiterschichtenfolge 1 mechanisch. Das Aufwachssubstrat der Halbleiterschichtenfolge ist bei dem Bauelement 100 entfernt. Zu erkennen sind außerdem eine erste Kontaktstruktur 11 und eine zweite Kontaktstruktur 12, die auf einer Rückseite 102, vorliegend durch eine der
Halbleiterschichtenfolge 1 abgewandte Seite des Trägers 15 ausgebildet, freiliegen. Der Rückseite 102 gegenüberliegend angeordnet ist eine Strahlungsseite 101, wobei die
Halbleiterschichtenfolge 1 zwischen der Strahlungsseite 101 und dem Träger 15 angeordnet ist. Die Rückseite 102 und die Strahlungsseite 101 sind über eine Querseite 103 miteinander verbunden. Über die Strahlungsseite 101 wird im Betrieb elektromagnetische Strahlung aus dem Bauelement 100
ausgekoppelt oder in das Bauelement 100 eingekoppelt.
Bei dem Träger 15 handelt es sich beispielsweise um einen Keramik-Träger oder einen Kunststoff-Träger oder einen
Metall-Träger oder einen Halbleiter-Träger.
Die Halbleiterschichtenfolge 1 ist bevorzugt mechanisch nicht selbsttragend ausgebildet und basiert beispielsweise auf GaN. Die Halbleiterschichtenfolge 1 umfasst dabei eine erste
Halbleiterschicht 13 und eine zweite Halbleiterschicht 14, zwischen denen eine aktive Schicht 10 angeordnet ist. Über die aktive Schicht 10 wird im bestimmungsgemäßen Betrieb elektromagnetische Strahlung erzeugt oder absorbiert. Die erste Kontaktstruktur 11 und die zweite Kontaktstruktur 12 sind beispielsweise aus einem Metall, wie Silber oder Aluminium oder Gold, gebildet und sind an der Rückseite 102 durch den Träger 15 voneinander beabstandet und elektrisch isoliert. Insbesondere sind die Kontaktstrukturen 11, 12 jeweils ringsum vollständig von dem Träger 15 umgeben und schließen an der Rückseite 102 bündig mit dem Träger 15 ab. Die erste Kontaktstruktur 11 ist elektrisch leitend mit der ersten Halbleiterschicht 13 verbunden, die zweite Kontaktstruktur 12 ist elektrisch leitend mit der zweiten Halbleiterschicht 14 verbunden. Im Betrieb können also die an der Rückseite 102 freiliegenden Kontaktstrukturen 11, 12 zur externen elektrischen Kontaktierung dienen. Das Bauelement 100 der Figur 1A ist ein oberflächenmontierbares Bauelement.
Weiter ist in Figur 1A zu erkennen, dass zwischen der ersten Kontaktstruktur 11 und der zweiten Kontaktstruktur 12 ein Voltmeter angeordnet ist, das eine Spannungsdifferenz AU zwischen den beiden Kontaktstrukturen 11, 12 misst. Im bestimmungsgemäßen Betrieb ist die Spannungsdifferenz AU gleich einer Spannungsdifferenz AU^g-)-.
Figur 1B zeigt ein Bauelement 100 in Querschnittsansicht entlang der Ebene ΑΑλ aus der Figur 1A. Zu erkennen ist, dass die erste Kontaktstruktur 11 an der Rückseite 102 freiliegt und in direktem elektrischem und mechanischem Kontakt mit der ersten Halbleiterschicht 13 steht. Insbesondere ist die erste Kontaktstruktur 11 eine Durchkontaktierung durch den Träger 15. Im Bereich der Halbleiterschichtenfolge 1 bildet die erste Kontaktstruktur 11 eine Mehrzahl von
Durchkontaktierungen durch die zweite Halbleiterschicht 14 und die aktive Schicht 12, welche dann in die erste
Halbleiterschicht 13 münden. Dabei ist die erste
Kontaktstruktur 11 von der Rückseite 102 bis zur ersten
Halbleiterschicht 13 durchgehend zusammenhängend ausgebildet.
In der Figur IC ist eine seitliche Querschnittsansicht entlang der Ebene BB λ aus der Figur 1A gezeigt. Zu sehen sind die erste Kontaktstruktur 11 und die zweite Kontaktstruktur 12, die sich durch den Träger 15 hindurch erstrecken und jeweils zusammenhängend ausgebildet sind. Die zweite
Kontaktstruktur 12 liegt an der Rückseite 102 des Bauelements 100 frei und ist in direktem Kontakt mit der zweiten
Halbleiterschicht 14. Die erste Kontaktstruktur 11 ist von der zweiten Kontaktstruktur 12 durch den Träger 15 elektrisch isoliert .
Ferner ist in Figur IC angedeutet, in welchen Bereichen elektrische Überschläge und damit verbundene Funkenstrecken 3 auftreten können. Die Funkenstrecken 3 sind dabei als
Doppelpfeile zwischen der ersten Kontaktstruktur 11 und der zweiten Kontaktstruktur 12 dargestellt. Ein solcher
elektrischer Überschlag tritt auf, sobald die
Spannungsdifferenz AU zwischen der ersten Kontaktstruktur 11 und der zweiten Kontaktstruktur 12 die Durchschlagsfestigkeit des Materials zwischen der ersten Kontaktstruktur 11 und der zweiten Kontaktstruktur 12 überschreitet. In Figur IC treten die Überschläge innerhalb des Bauelements 100 auf, so dass die Funkenstrecke 3 im Bereich des Trägers 15 oder im Bereich der Halbleiterschichtenfolge 1 verlaufen. Durch die
Funkenstrecke 3 kann es zu Beschädigungen, wie Verbrennungen, innerhalb des Trägers 15 oder der Halbleiterschichtenfolge 1 kommen .
In dem Ausführungsbeispiel der Figuren 2A bis 2C ist im
Wesentlichen das gleiche Bauelement 100 wie in den Figuren 1A bis IC gezeigt. Anders als in den Figuren 1A bis IC sind nun aber im Bereich der Rückseite 102 Kontaktelemente, wie
Lötpads, auf die Kontaktstrukturen 11, 12 aufgebracht, die nun jeweils einen Teil der Kontaktstrukturen 11, 12 bilden und an der Rückseite 102 hervorragen. Die Kontaktelemente sind beispielsweise lithographisch durch einen Lift-Off oder einen Ätzprozess oder Sputtern oder Bedampfung oder durch einen galvanischen Prozess erzeugt. Insgesamt ist durch das Aufbringen der Kontaktelemente der Abstand der Kontaktstrukturen 11, 12 im Bereich der Rückseite 102 reduziert. Wird die Spannungsdifferenz zwischen der ersten Kontaktstruktur 11 und der zweiten Kontaktstruktur 12 nun kontinuierlich von AU^Q-^ erhöht, so tritt ein erster elektrischer Überschlag an oder in dem Bauelement 100 zwischen der ersten Kontaktstruktur 11 und der zweiten
Kontaktstruktur 12 im Bereich der Rückseite 102 auf.
Insbesondere verläuft die Funkenstrecke 3 dabei zu zumindest 95 % durch ein an das Bauelement 100 grenzendes
Umgebungsmedium aus Gas oder Vakuum. Anders als in Figur IC ist also die Funkenstrecke 3 aus dem Bauelement 100
herausgeführt, so dass es bei einem Überschlag zu keiner oder verringerten Beschädigungen an oder in dem Bauelement 100 kommt.
In Figur 2D ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines
Bauelements 100 in Querschnittsansicht entlang der Ebene BB λ gezeigt. Dabei vergrößert sich der Abstand zwischen der ersten Kontaktstruktur 11 und der zweiten Kontaktstruktur 12 ausgehend von der Rückseite 102 zunächst kontinuierlich.
In der 3D-Ansicht des Ausführungsbeispiels der Figur 2E ist anders als in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen das Aufwachssubstrat 16 noch auf der Halbleiterschichtenfolge 1 angeordnet. Die Halbleiterschichtenfolge 1 befindet sich in diesem Fall zwischen dem Aufwachssubstrat 16 und dem Träger 15. Bei dem Aufwachssubstrat 16 handelt es sich
beispielsweise um ein transparentes Substrat, wie ein
Saphirsubstrat, so dass über das Aufwachssubstrat 16
Strahlung aus dem Bauelement 100 ausgekoppelt oder
eingekoppelt werden kann. Im Ausführungsbeispiel der Figuren 3A bis 3C sind anders als im Ausführungsbeispiel der Figuren 2A bis 2C die
Kontaktstrukturen 11, 12 jeweils wieder einstückig
ausgebildet und schließen an der Rückseite 102 bündig mit dem Träger 15 ab. Es sind also keine separaten Kontaktelemente auf die Kontaktstrukturen 11, 12 an der Rückseite 102 aufgebracht. Dafür sind in der Figur 3 die Kontaktstrukturen 11, 12 selbst im Bereich der Rückseite 102 derart nah
zusammengeführt, dass ein erster Überschlag zwischen den Kontaktelementen 11, 12 im Bereich der Rückseite 102 auch ohne separate Kontaktelemente auftritt.
In der Figur 3D ist wie in der Figur 2D der Abstand zwischen den Kontaktstrukturen 11, 12 in Richtung weg von der
Rückseite 102 zunächst kontinuierlich verringert.
In der Figur 3E ist ein Ausführungsbeispiel alternativ zu dem Ausführungsbeispiel der Figur 3A gezeigt. Die erste
Kontaktstruktur 11 und die zweite Kontaktstruktur 12 weisen dabei an der Rückseite 102 jeweils eine Spitze auf, die einander zugerichtet sind. Genauer gesagt, sind die
Kontaktstrukturen 11, 12 in Draufsicht auf die Rückseite 102 rechteckförmige Elemente, die jeweils an einer Kante eine hervorstehende Spitze in Form einer dreieckförmigen
Auswölbung aufweisen. Die Auswölbungen haben beispielsweise jeweils eine Höhe, gemessen von der durch die Kante gebildete Grundseite bis zu Spitze, zwischen einschließlich 5 ym und 100 ym. Zwischen den Spitzen entstehen besonders hohe Feldstärken zwischen der ersten Kontaktstruktur 11 und der zweiten
Kontaktstruktur 12, sodass es zu dem ersten elektrischen Überschlag dann im Bereich zwischen den beiden einander zugerichteten Spitzen der Kontaktstrukturen 11, 12 kommt. Der tatsächliche Abstand zwischen den Spitzen muss dann nicht allzu klein gewählt werden, was für den Herstellungsprozess und für die Weiterverarbeitung vorteilhaft sein kann.
Im Ausführungsbeispiel der Figuren 4A bis 4C ist ein so genannter Flip-Chip gezeigt. Anders als bei den bisher besprochenen Bauelementen ist der Träger 15 hier durch das Aufwachssubstrat , zum Beispiel ein Saphirsubstrat, der
Halbleiterschichtenfolge 1 gebildet. Ein weiterer Träger zur Stabilisierung des Bauelements 100 ist nicht erforderlich und nicht verwendet. Die Halbleiterschichtenfolge 1 ist zwischen der Rückseite 102 und dem Träger 15 ausgebildet. Die
Strahlungsseite 101 ist in diesem Fall durch den Träger 15 gebildet. An der Rückseite 102 sind die Kontaktstrukturen 11, 12 als hervorstehende Kontaktelemente ausgebildet, zwischen denen der Überschlag und die Funkenstrecke 3 auftritt. Der Abstand zwischen den Kontaktstrukturen 11, 12 an der
Rückseite 102 ist dementsprechend gering gewählt.
In den Figuren 4B und 4C ist zu erkennen, dass die erste Kontaktstruktur 11 einstückig ausgebildet ist und in direktem elektrischem und mechanischem Kontakt mit der ersten
Halbleiterschicht 13 steht. Die zweite Kontaktstruktur 12 ist ebenfalls einstückig ausgebildet und steht in direktem elektrischem und mechanischem Kontakt mit der zweiten
Halbleiterschicht 14.
In den Figuren 4D und 4E ist der Flip-Chip der Figuren 4B und 4C auf einen Anschlussträger 2 aufgebracht, zum Beispiel aufgelötet oder aufgeklebt. Die Kontaktstrukturen 11, 12 sind dabei dem Anschlussträger 2 zugewandt und jeweils mit einem entsprechendem Anschlusskontakt 21, 22 des Anschlussträgers 2 elektrisch leitend verbunden. Über die Anschlusskontakte 21, 22 werden die Kontaktstrukturen 11, 12 und damit das
Bauelement 100 im Betrieb elektrisch kontaktiert und
bestromt .
In den Figuren 4D und 4E ist außerdem zu erkennen, dass die Flip-Chips mit einem Verguss 4, zum Beispiel aus Silikon oder Epoxidharz, umgössen sind. Insbesondere füllt der Verguss 4 dabei auch den Bereich zwischen den beiden Kontaktstrukturen 11, 12 auf. Der erste Überschlag beziehungsweise die
Funkenstrecke 3 verläuft durch den Verguss 4.
Im Ausführungsbeispiel der Figuren 5A bis 5C ist wiederum ein Bauelement 100 gezeigt, das ähnlich zu den Bauelementen der Figuren 1A bis 3E ist. Wiederum ist der Träger 15 zwischen der Rückseite 102 und der Halbleiterschichtenfolge 1
ausgebildet. Anders als in den vorherigen Figuren ist der Abstand zwischen den Kontaktstrukturen 11, 12 im Zentrum der Rückseite 102 aber so gewählt, dass dort kein erster
Überschlag auftritt. Vielmehr sind die Kontaktstrukturen 11, 12 erst im Bereich einer Kante zwischen der Querseite 103 und der Rückseite 102 näher zusammengeführt, so dass der erste Überschlag und die Funkenstrecke 3 im Bereich der Kante auftritt. Ferner ist zu erkennen, dass die Kontaktstrukturen 11, 12 auch an der Querseite freiliegen.
Das Ausführungsbeispiel der Figuren 6A bis 6C unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel der Figuren 5A bis 5C dadurch, dass die erste Kontaktstruktur 11 und die zweite Kontaktstruktur 12 zwischen der Querseite 103 und der
Rückseite 102 nicht durchgängig freiliegen. Vielmehr liegen die Kontaktstrukturen 11, 12 im Bereich der Kante zwischen der Querseite 103 und der Rückseite 102 nicht frei, sondern sind durch das Material des Trägers 15 überdeckt. Der erste Überschlag und die Funkenstrecke 3 treten dabei im Bereich der Querseite 103 auf, in dem die Kontaktstrukturen 11, 12 näher aneinander geführt sind als im Bereich der Rückseite 102. Die Funkenstrecke 3 tritt dabei beabstandet zu der Kante beziehungsweise zur Rückseite 102 des Bauelements 100 auf. Somit bleibt die Rückseite 102 von etwaigen Schäden durch die Funkenstrecke 3 verschont. In dem Ausführungsbeispiel der Figuren 7A bis 7F ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Bauelements 100 gezeigt. Wiederum ist ein Halbleiterchip 100 gezeigt, bei dem der Träger 15 durch das Aufwachssubstrat der
Halbleiterschichtenfolge 1 gebildet ist. Die
Halbleiterschichtenfolge 1 ist dabei zwischen der
Strahlungsfläche 101 und dem Träger 15 ausgebildet. Bei dem Halbleiterchip der Figuren 7A bis 7D handelt es sich
beispielsweise um einen so genannten Saphirchip, das
Aufwachssubstrat ist in diesem Fall also Saphir.
In der Figur 7A ist zu erkennen, dass die erste
Kontaktstruktur 11 als eine Stromverteilungsstruktur auf der ersten Halbleiterschicht 13 ausgebildet ist. Die erste
Kontaktstruktur 11 liegt dabei auf der Strahlungsseite 101 frei und ist in direktem Kontakt mit der ersten
Halbleiterschicht 13. Die zweite Kontaktstruktur 12 ist in einer Ausnehmung in der Halbleiterschichtenfolge 1 angeordnet und befindet sich in direktem elektrischem und mechanischem Kontakt mit der zweiten Halbleiterschicht 14. Die Ausnehmung erstreckt sich von der Strahlungsseite 101 aus vollständig durch die erste Schicht 13 und die aktive Schicht 10 und mündet in die zweite Halbleiterschicht 14. Dabei ist der Abstand zwischen der ersten Kontaktstruktur 11 und der zweiten Kontaktstruktur 12 an der Strahlungsseite 101 so gewählt, dass der erste Überschlag und die Funkenstrecke 3 im Bereich der Strahlungsseite 101 auftritt und dort
überwiegend durch das Umgebungsmedium verläuft.
In den Figuren 7B und 7C ist außerdem ersichtlich, dass die zweite Kontaktstruktur 12 innerhalb der Ausnehmung die
Halbleiterschichtenfolge 1 in Richtung weg von dem Träger 15 überragt. Die kürzeste Verbindung zwischen der ersten
Kontaktstruktur 11 und der zweiten Kontaktstruktur 12, insbesondere die Funkenstrecke 3, verläuft deshalb nicht durch Teile der Halbleiterschichtenfolge 1. Bei einem
Überschlag kommt es also zu keiner Beschädigung der
Halbleiterschichtenfolge 1.
Dagegen ist in Figur 7D dargestellt, wie eine Funkenstrecke 3 verlaufen könnte, sollte die zweite Kontaktstruktur 12 die Halbleiterschichtenfolge 1 in Richtung weg vom Träger 15 nicht überragen. Es ist ersichtlich, dass die Funkenstrecke 3 zumindest teilweise durch die Halbleiterschichtenfolge 1 verläuft und eventuell die Halbleiterschichtenfolge 1 dabei beschädigt . In den Figuren 7E und 7F sind Draufsichten auf die
Strahlungsseite 101 gezeigt. Die Kontaktstrukturen 11, 12 bilden Stromverteilungsstrukturen und sind etwas anders ausgestaltet als in der Figur 7A. Insbesondere in der Figur 7F weisen die erste Kontaktstruktur 11 und die zweite
Kontaktstruktur 12 beabsichtigt eingebrachte Spitzen auf, von denen aus ein Überschlag zwischen der ersten Kontaktstruktur 11 und der zweiten Kontaktstruktur 12 bevorzugt auftritt. In den Figuren 8A bis 8B ist ein Ausführungsbeispiel eines Bauelements 100 in Form einer Leuchtdiode jeweils in
Querschnittsansicht gezeigt. Auf einem Träger 15 ist dabei ein Halbleiterchip montiert. Die laterale Ausdehnung des Trägers 15 und des Bauelements 100 parallel zu einer
Haupterstreckungsrichtung der aktiven Schicht 10 ist
mindestens doppelt so groß wie die laterale Ausdehnung des Halbleiterchips oder der Halbleiterschichtenfolge 1. Der Träger 15 ist mit Durchkontaktierungen versehen, die Teile der Kontaktstrukturen 11, 12 bilden. Der Halbleiterchip ist dabei auf die zweite Kontaktstruktur 12 aufgesetzt und über die Kontaktstruktur 12 elektrisch kontaktiert. Zur
Kontaktierung des Halbleiterchips mit der ersten
Kontaktstruktur 11 ist ein Bonddraht verwendet.
An der Rückseite 102 der Leuchtdiode 100 sind die erste
Kontaktstruktur 11 und die zweite Kontaktstruktur 12 so nahe aneinander geführt, dass der erste Überschlag und die
Funkenstrecke 3 im Bereich der Rückseite 102 durch das
Umgebungsmedium verlaufen.
In der Figur 8B ist anders als in Figur 8A der Abstand zwischen den Kontaktstrukturen 11, 12 in Richtung weg von der Rückseite 102 kontinuierlich verringert. Dadurch wird die Gefahr eines Überschlags innerhalb des Trägers 15 weiter reduziert .
In der Figur 8C ist eine Draufsicht auf die Rückseite 102 des Bauelements 100 aus den Figuren 8A, 8B gezeigt. Zu erkennen ist, dass die Kontaktstrukturen 11, 12 an der Rückseite 102 entsprechend nahe zusammengeführt sind. In der Figur 8D ist eine alternative Ausgestaltung der
Rückseite 102 gezeigt, wobei die erste Kontaktstruktur 11 und die zweite Kontaktstruktur 12 jeweils einander zugewandte Spitzen aufweisen, in denen die sich ausbildenden Feldstärken besonders hoch sind, so dass die Funkenstrecke 3 zwischen den einander zugewandten Spitzen auftritt. Der Abstand zwischen den Kontaktstrukturen 11, 12 auf der Rückseite 102 kann daher größer als in Figur 8C gewählt werden. In den Ausführungsbeispielen der Figuren 8A bis 8D können wie in den Figuren 5A bis 6C die Kontaktstrukturen 11, 12 auch an die Querseite 103 geführt sein, so dass sich die
Funkenstrecke 3 im Bereich der Querseite 103 bildet. Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der
Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen aus den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn diese Merkmale oder diese Kombination selbst nicht explizit in den
Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 102015118234.3, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Bezugs zeichenliste
1 Halbleiterschichtenfolge
2 Anschlussträger
3 Funkenstrecke
4 Verguss
10 aktive Schicht
11 erste Kontaktstruktur
12 zweite Kontaktstruktur
13 erste Halbleiterschicht
14 zweite Halbleiterschicht
15 Träger
16 AufwachsSubstrat
21 Anschlusskontakt
22 Anschlusskontakt
100 optoelektronisches Bauelement
101 Strahlungsseite
102 Rückseite
103 Querseite

Claims

Patentansprüche
1. Optoelektronisches Bauelement (100), aufweisend:
- eine Halbleiterschichtenfolge (1) mit einer aktiven Schicht (10), wobei die aktive Schicht (10) dazu eingerichtet ist, im bestimmungsgemäßen Betrieb elektromagnetische Strahlung zu erzeugen oder zu absorbieren,
- eine erste Kontaktstruktur (11) und eine zweite
Kontaktstruktur (12), über die die
Halbleiterschichtenfolge (1) im bestimmungsgemäßen Betrieb elektrisch kontaktiert ist, wobei
- im Betrieb die Kontaktstrukturen (11, 12) mit einer Spannung beaufschlagt sind und eine betriebsbedingte Spannungsdifferenz AU^e^ zwischen den
Kontaktstrukturen (11, 12) auftritt,
- sich bei Erhöhung der Spannungsdifferenz ein erster elektrischer Überschlag in oder an dem Bauelement (100) zwischen den beiden Kontaktstrukturen (11, 12) ausbildet,
- eine bei dem ersten Überschlag entstehende
Funkenstrecke (3) zwischen den Kontaktstrukturen (11, 12) überwiegend durch ein Umgebungsmedium in Form von Gas oder Vakuum und/oder durch einen Verguss (4) um das Bauelement (100) verläuft,
- der erste Überschlag frühestens bei einer
Spannungsdifferenz von 2-AUke-|- auftritt.
2. Optoelektronisches Bauelement (100) nach Anspruch 1, wobei
- durch die beiden Kontaktstrukturen (11, 12) eine ESD Schutzschaltung des optoelektronischen Bauelements (100) realisiert ist, - der erste elektrische Überschlag frühestens bei einer Spannungsdifferenz von 3 V und spätestens bei einer Spannungsdifferenz von 80 V auftritt,
- die Funkenstrecke überwiegend durch das
Umgebungsmedium verläuft.
Optoelektronisches Bauelement (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei
- die Kontaktstrukturen (11, 12) zumindest in
Teilbereichen direkt an das Umgebungsmedium und/oder den Verguss (4) grenzen,
- die Funkenstrecke (3) zwischen den Kontaktstrukturen (11, 12) ausschließlich durch das Umgebungsmedium und/oder den Verguss (4) verläuft.
Optoelektronisches Bauelement (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei
- zwischen den Kontaktstrukturen (11, 12) und dem
Umgebungsmedium zumindest teilweise eine
Passivierungsschicht angeordnet ist,
- die Funkenstrecke (3) zwischen den Kontaktstrukturen (11, 12) die Passivierungsschicht durchquert und zu zumindest 90 % durch das Umgebungsmedium und/oder den Verguss (4) verläuft.
Optoelektronisches Bauelement (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei in dem Bereich der sich ausbildenden
Funkenstrecke (3) der minimale Abstand zwischen den beiden Kontaktstrukturen (11, 12) höchstens 50 ym beträgt .
6. Optoelektronisches Bauelement (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Kontaktstrukturen jeweils eine Spitze (111, 112) oder Kante (111, 112) aufweisen und sich die
Funkenstrecke (3) zwischen den Spitzen (111, 112) oder Kanten (111, 112) ausbildet.
7. Optoelektronisches Bauelement (100) nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, wobei
- die Kontaktstrukturen (11, 12) mit
Halbleiterschichten der Halbleiterschichtenfolge (1) in direktem Kontakt sind,
- die Kontaktstrukturen (11, 12) jeweils einstückig ausgebildet sind,
- die Kontaktstrukturen (11, 12) Metall aufweisen oder daraus bestehen.
8. Optoelektronisches Bauelement (100) nach einem der
vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Kontaktstrukturen (11, 12) Kontaktelemente zur externen elektrischen Kontaktierung sind, die im unmontierten Zustand des Bauelements (100) an einer Seitenfläche des Bauelements (100) freiliegen.
9. Optoelektronisches Bauelement (100) nach einem der
Ansprüche 1 bis 7,
wobei die Kontaktstrukturen (11, 12)
Stromverteilungsstrukturen der Halbleiterschichtenfolge (1) sind.
10. Optoelektronisches Bauelement (100) nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, weiter aufweisend:
- eine Strahlungsseite (101) zur Einkopplung oder Auskopplung der elektromagnetischen Strahlung in das oder aus dem Bauelement (100),
eine der Strahlungsseite (101) gegenüberliegende Rückseite (102) ,
zumindest eine die Strahlungsseite (101) und
Rückseite (102) verbindende Querseite (103),
einen die Halbleiterschichtenfolge (1) tragenden Träger (15) zwischen der Halbleiterschichtenfolge (1) und der Strahlungsseite (101) oder zwischen der
Halbleiterschichtenfolge (1) und der Rückseite (102), wobei
die Halbleiterschichtenfolge (1) eine der
Strahlungsseite (101) zugewandte erste
Halbleiterschicht (13) und eine der Strahlungsseite (101) abgewandte zweite Halbleiterschicht (14) umfasst, wobei die aktive Schicht (10) zwischen der ersten Halbleiterschicht (13) und der zweiten
Halbleiterschicht (14) angeordnet ist,
die erste Kontaktstruktur (11) elektrisch leitend mit der ersten Halbleiterschicht (13) verbunden ist, die zweite Kontaktstruktur (12) elektrisch leitend mit der zweiten Halbleiterschicht (14) verbunden ist, die Funkenstrecke (3) im Bereich der Rückseite (102) oder der Strahlungsseite (101) oder der Querseite (103) auftritt.
Optoelektronisches Bauelement (100) nach dem
vorhergehenden Anspruch, wobei
- die Funkenstrecke (3) im Bereich der Strahlungsseite (101) auftritt,
- die Halbleiterschichtenfolge (1) zwischen dem Träger (15) und der Strahlungsseite (101) angeordnet ist,
- die erste Kontaktstruktur (11) auf einer dem Träger (15) abgewandten Seite der ersten Halbleiterschicht
(13) angeordnet ist,
- die zweite Kontaktstruktur (12) auf einer dem Träger (15) abgewandten Seite der zweiten Halbleiterschicht
(14) innerhalb einer Ausnehmung in der ersten Halbleiterschicht (13) angeordnet ist,
- die zweite Kontaktstruktur (13) in Richtung weg vom Träger (15) die erste Halbleiterschicht (13) an der Strahlungsseite (101) überragt,
- die kürzeste Verbindung zwischen den beiden
Kontaktstrukturen (11, 12) keinen Teil der
Halbleiterschichtenfolge (1) durchquert,
- die Funkenstrecke (3) keine Teile der
Halbleiterschichtenfolge (1) durchquert.
12. Optoelektronisches Bauelement (100) nach Anspruch 10, wobei
- der Träger (15) zwischen der Rückseite (102) und der Halbleiterschichtenfolge (1) ausgebildet ist,
- die Kontaktstrukturen (11, 12) zumindest Teile von Durchkontaktierungen durch den Träger (15) bilden,
- die Kontaktstrukturen (11, 12) im unmontierten
Zustand des Bauelements (100) an der Rückseite (102) als Kontaktelemente freiliegen.
13. Optoelektronisches Bauelement (100) nach Anspruch 12, wobei
- die Kontaktstrukturen (11, 12) im Bereich des Trägers
(15) zusätzlich an die Querseite (103) geführt sind,
- die Funkenstrecke (3) im Bereich der Querseite (103) auftritt . Optoelektronisches Bauelement (100) nach Anspruch 13, wobei
- eine Kante zwischen der Rückseite (102) und der
Querseite (103) frei von den Kontaktstrukturen (11, 12) ist,
- die Funkenstrecke (3) beabstandet von der Rückseite (102) auftritt.
Optoelektronisches Bauelement (100) nach Anspruch 13, wobei
- die Kontaktstrukturen (11, 12) an eine Kante zwischen der Querseite (103) und der Rückseite (102) geführt sind,
- die Funkenstrecke (3) im Bereich der Kante auftritt oder auftreten kann.
Optoelektronisches Bauelement (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
- das optoelektronische Bauelement (100) ein
Halbleiterchip ist,
- eine laterale Ausdehnung der Halbleiterschichtenfolge im Wesentlichen der lateralen Ausdehnung des
Halbleiterchips und/oder des Träger (15) entspricht.
Optoelektronisches Bauelement (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei
- das optoelektronische Bauelement (100) eine
Leuchtdiode mit einem auf einem Träger (15)
montierten optoelektronischen Halbleiterchip ist,
- der Halbleiterchip die Halbleiterschichtenfolge (1) umfasst ,
- der Träger (15) eine mindestens doppelt so große laterale Ausdehnung wie die Halbleiterschichtenfolge (1) aufweist.
Verfahren zum Betreiben eines optoelektronischen
Bauelements (100) aufweisend die Schritte:
A) Bereitstellen eines optoelektronischen Bauelements (100) mit einer ersten Kontaktstruktur (11) und einer zweiten Kontaktstruktur (12);
B) elektrisches Kontaktieren des optoelektronischen Bauelements (100) über die erste (11) und zweite (12) Kontaktstruktur ;
C) Einschalten und Ausschalten des optoelektronischen Bauelements (100) durch kontrolliertes Einschalten und Ausschalten eines Stromflusses durch das
optoelektronische Bauelement (100), wobei
- im eingeschalteten Zustand des optoelektronischen
Bauelements (100) zwischen den beiden
Kontaktstrukturen (11, 12) eine bestimmungsgemäße Spannungsdifferenz AU^e^ anliegt und das
optoelektronische Bauelement (100) elektromagnetische Strahlung emittiert,
- im eingeschalteten und/oder ausgeschalteten Zustand Spannungsspitzen am Bauelement (100) auftreten, bei denen die Spannungsdifferenz zwischen den beiden Kontaktstrukturen (11, 12) auf Werte größer als AU^e^ ansteigt,
- sich bei manchen Spannungsspitzen ein erster
elektrischer Überschlag in oder an dem Bauelement (100) zwischen den beiden Kontaktstrukturen (11, 12) ausbildet,
- eine bei dem ersten Überschlag entstehende
Funkenstrecke (3) zwischen den Kontaktstrukturen (11, 12) überwiegend durch ein Umgebungsmedium in Form von Gas oder Vakuum und/oder durch einen Verguss (4) um das Bauelement (100) verläuft,
- der erste Überschlag frühestens bei einer
Spannungsdifferenz von 2 · U^Q-^ auftritt.
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