WO2017081181A1 - Strahlungsemittierender halbleiterchip, optoelektronisches bauelement mit einem strahlungsemittierenden halbleiterchip und verfahren zur beschichtung eines strahlungsemittierenden halbleiterchips - Google Patents

Strahlungsemittierender halbleiterchip, optoelektronisches bauelement mit einem strahlungsemittierenden halbleiterchip und verfahren zur beschichtung eines strahlungsemittierenden halbleiterchips Download PDF

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semiconductor chip
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emitting semiconductor
optically active
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Fabian Kopp
Attila Molnar
Cheng Kooi Tan
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Osram Opto Semiconductors Gmbh
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    • H01L33/483—Containers

Definitions

  • Radiation-emitting semiconductor chip optoelectronic component with a radiation-emitting semiconductor chip and method for coating a radiation-emitting semiconductor chip
  • a radiation-emitting semiconductor chip is described, for example, in document WO 01/61765 A1.
  • An object of the present application is to provide a
  • Component can be specified with such a semiconductor chip.
  • a radiation-emitting semiconductor chip comprises in particular a substrate and an epitaxial
  • Semiconductor layer sequence has an active zone which is suitable for generating electromagnetic radiation of a first wavelength range.
  • the substrate is particularly preferably transparent to electromagnetic
  • electromagnetic radiation of the active zone means, in particular, that at least 80%, preferably at least 90%, and particularly preferably at least 95% of the radiation generated in the active zone,
  • the substrate is a growth substrate for the epitaxial
  • Semiconductor layer sequence is particularly preferably grown epitaxially on the substrate.
  • the substrate comprises silicon carbide,
  • the epitaxial semiconductor layer sequence is preferably based on a nitride compound semiconductor.
  • Nitride compound semiconductors contain nitrogen, such as the
  • Semiconductor layer sequence based on gallium nitride preferably has at least one single layer, the
  • gallium nitride Contains gallium nitride.
  • the majority of the individual layers preferably contain gallium nitride.
  • the active zone generates
  • the active zone generates green light. The generated in the active zone
  • Electromagnetic radiation is emitted by the semiconductor chip from a radiation exit surface. Due to the radiation-transmissive substrate, a portion of the radiation generated in the active zone is further emitted via side surfaces of the substrate. Such a semiconductor chip is also called "volume emitter”.
  • this comprises an optically active layer, which on a
  • Main surface of the semiconductor chip is applied, which is the
  • Radiation exit surface of the semiconductor chip opposite.
  • the side surface in the case that the substrate or semiconductor chip has multiple side surfaces, all side surfaces are meant, unless expressly stated otherwise.
  • the optically active layer is the entire surface on the back main surface of the semiconductor chip and
  • Radiation exit surface or at least closer to the radiation exit surface is arranged as the occupied with the optically active layer region.
  • the decrease in the thickness of the optically active layer takes place continuously.
  • the optically active layer may be a single layer or a layer sequence of several layers.
  • the optically active layer is a metallic layer or a semiconductor layer.
  • the optically active layer consists of a metal or a semiconductor or comprises a metal or a
  • an optically active layer comprising a metal or a semiconductor absorbs or consists of a metal or a semiconductor
  • Targeted radiation of the active zone and preferably over the entire spectral range of the first
  • Brightness of the semiconductor chip can be set to a desired value.
  • an optically active layer comprising a semiconductor or metal or formed of a metal or a semiconductor has an absorption coefficient for blue radiation of the active zone between 0.2 10 5 cm -1 inclusive and 15 15 5 cm -1 inclusive ,
  • an optically active layer comprising a semiconductor or a metal or formed of a metal or a semiconductor is, for example, between 1 nanometer and 1000 nanometers inclusive.
  • the thickness of the optically active layer is preferably
  • the optically active layer is optically dense at different thicknesses, so that no more light is transmitted.
  • the thickness of the optically active layer and its absorption coefficient determine the proportion of the optically active layer
  • the metallic layer or the semiconductor layer may be a single layer or even a layer sequence of a plurality of individual layers.
  • the material for the metallic layer or the semiconductor layer for example, one of the following materials is suitable: gold, silver, platinum, palladium, titanium, rhodium, ruthenium, tungsten, aluminum, silicon, germanium, indium, chromium, nickel, copper.
  • the optically active layer is formed as a layer sequence of two metallic individual layers.
  • metallic layer is designed to be absorbent for the radiation of the active zone, while the other metallic layer is for example a noble metal layer.
  • Metal layer and the noble metal layer are preferably in direct contact with each other, wherein the absorbent
  • Metal layer applied directly to the substrate and the noble metal layer is freely accessible from the outside.
  • the absorbent metal monolayer selectively absorbs a portion of the radiation of the active zone that impinges on it and thereby controls the brightness of the semiconductor chip, while the noble metal layer
  • the absorbing metal layer may be a titanium layer and the noble metal layer may be a gold layer.
  • a noble metal layer may also be another metallic layer for encapsulating the absorbent
  • the optically active layer is formed as a layer sequence of two metallic individual layers. The one
  • Metallic layer is here, for example, formed absorbing for the radiation of the active zone, while the other metallic layer for encapsulating the
  • the absorbent metal layer and the other metallic layer are preferably in direct contact with each other, the
  • Semiconductor chips is the optically active layer as one
  • the absorbent metallic layer is preferably formed of titanium and has, for example, a
  • the further metallic layer is formed, for example, of chromium and has, for example, a thickness of approximately 200 nanometers. Furthermore, it is also possible that the one metallic
  • the Optically active layer serves as an adhesion-promoting layer between the backside material of the semiconductor chip and the further metallic layer.
  • the optical properties of the Optically active layer usually largely determined by the optical properties of the other metallic layer. Furthermore, it is also possible that the optically active
  • Layer at least one metallic layer and at least one dielectric layer or at least two
  • the optically active layer is a Bragg mirror.
  • a Bragg mirror is a layer sequence
  • alternating single layers which are usually formed dielectrically.
  • the Bragg mirror can increase the outcoupling of the radiation of the active zone from the side surface of the substrate.
  • the Bragg mirror is adapted to the radiation of the active zone
  • the Bragg mirror is set up to transmit radiation of the active zone, such as blue light, or to increase its coupling-out and to reflect yellow and / or green and / or red light.
  • the radiation-emitting semiconductor chip is particularly suitable to be used in an optoelectronic component with a conversion element, the primary blue light partially in yellow and / or green and / or red Light converts.
  • the use of such a semiconductor chip in such an optoelectronic component advantageously leads to an increase in efficiency of the component.
  • the Bragg mirror reflects a spectral component of the radiation of the first wavelength range and transmits a further spectral component of the first
  • the Bragg mirror filters out a spectral part of the first wavelength range, so that only a very narrow band of the first wavelength range at least out of the
  • the tape has a width between 1 inclusive
  • Nanometers and up to and including 50 nanometers are examples of nanometers and up to and including 50 nanometers.
  • the Bragg mirror selectively absorbs radiation of the active zone, preferably over the entire spectral range of the first wavelength range. In this way, the brightness of the semiconductor chip can also be set to a desired value.
  • Single layers of the Bragg mirror suitable alumina, tantalum oxide, zirconium oxide, silicon nitride, silicon dioxide, silicon oxynitride, niobium oxide or transparent conductive oxides, in particular ITO, ZnO and ⁇ 2 ⁇ 3 .
  • Transparent conductive oxides are generally metal oxides, such as, for example, zinc oxide, tin oxide, cadmium oxide, titanium oxide, indium oxide or indium tin oxide (ITO)
  • Metal oxygen compounds such as ZnO, SnÜ 2 or In 2 Ü 3 also include ternary metal oxygen compounds such as Zn 2 SnC> 4, ZnSnÜ 3, MgIn 2 Ü 4 , GalnO 3, Zn 2 ln 2 0s or In 4 Sn30i 2 or mixtures of different transparent conductive oxides to the group of TCOs.
  • the TCOs are not necessarily of a stoichiometric composition and may also be p- and n-doped.
  • a Bragg mirror usually comprises an alternating sequence of individual layers each with a high (n> 1.7) and a low refractive index (n ⁇ 1.7).
  • the optical layer thickness of the individual layers is
  • the semiconductor chip whose radiation exit surface is provided with an absorption layer which selectively absorbs radiation of the active zone in order to adjust the brightness of the semiconductor chip to a desired value.
  • the absorption layer is at the same time provided to power in the
  • the absorption layer comprises two separate
  • Structural elements each of which as an electrical contact is provided and that at the same time a comparatively large proportion of area at the same time
  • Radiation exit surface occupy to absorb radiation of the active zone.
  • the absorption layer may be a metallic layer.
  • the absorption layer may for example comprise one of the following materials or consist of one of the following materials: gold, silver, platinum, palladium, titanium, rhodium, ruthenium, tungsten,
  • the absorption layer has a thickness between and including 300 nanometers
  • a further highly reflective Bragg mirror is applied to the rear main surface of the substrate, which reflects radiation of the active zone.
  • the further highly reflective Bragg mirror is suitable for directing the radiation of the active zone to a radiation exit surface of the semiconductor chip.
  • the semiconductor chip preferably emits blue light.
  • the conversion element surrounds the
  • the semiconductor chip is embedded in the conversion element.
  • the optoelectronic component is, for example, a
  • the conversion element is suitable for radiation of the first wavelength range in radiation of another
  • the conversion element radiation of the first wavelength range at least partially in radiation of a second
  • Wavelength range and / or a third
  • the conversion element partially converts blue radiation of the semiconductor chip into green and / or yellow and / or red radiation. In this way, an optoelectronic
  • Component are generated which emits mixed-colored radiation of converted blue radiation and green and / or yellow and / or red radiation.
  • Mixed color light is particularly preferably in the white area of the CIE standard color chart.
  • the optically active layer is particularly preferably designed for unconverted radiation of the first
  • the conversion element is formed for example of a resin, are introduced into the phosphor particles.
  • the resin may be, for example, an epoxy or a Silicone or a mixture of these materials act.
  • the resin is transparent to electromagnetic radiation and in particular to visible light.
  • Phosphor particles give the conversion element the wavelength-converting properties.
  • one of the following materials is suitable for the phosphor particles: rare earth doped garnets, rare earth doped alkaline earth sulfides, rare earth doped thiogallates, rare earth doped aluminates, rare earth doped silicates, rare earth doped orthosilicates, rare earths doped chlorosilicates, doped with rare earths
  • radiation-emitting semiconductor chips with an optically active layer is first a variety of
  • Semiconductor chips provided on a foil. Here are the semiconductor chips with their
  • Radiation exit surfaces applied to the film while a rear main surface of the semiconductor chips, which are opposite to the radiation exit surfaces, facing away from the film. In other words, they are bordering
  • the semiconductor chips are furthermore preferably arranged at a distance from one another on the foil, so that regions between the side surfaces of two directly adjacent
  • an optically active layer is deposited on the semiconductor chips thus arranged on a foil.
  • the optically active layer is deposited at room temperature.
  • the optically active layer is formed by evaporation at room temperature
  • FIGS. 1 to 6 each show a schematic
  • FIG. 10 shows a schematic sectional representation of an optoelectronic component according to an exemplary embodiment.
  • the semiconductor chip 1 according to the embodiment of FIG. 1 has a substrate 2 onto which a
  • Semiconductor layer sequence 3 has grown epitaxially.
  • the epitaxial semiconductor layer sequence 3 comprises an active
  • Zone 4 in which electromagnetic radiation is generated.
  • the epitaxial semiconductor layer sequence 3 is based on a nitride compound semiconductor.
  • In the active zone 4 is electromagnetic radiation of a first
  • Wavelength range from the blue spectral range in other words produces blue light.
  • the blue light is emitted from a radiation exit surface 5 of the semiconductor chip 1, which is a rear main surface 6 of the
  • Substrate 2 is opposite. Furthermore, it is also possible that green light is generated in the active zone.
  • a current-spreading layer 7 which is formed for example of a transparent conductive oxide or has a transparent conductive oxide.
  • the current spreading layer 7 is formed of ITO.
  • the current spreading layer 7 is a current-spreading layer 7 which is formed of ITO.
  • the substrate 2 is formed of sapphire and transparent to the blue light generated in the active region 4. Out for this reason, the semiconductor chip 1 also emits blue light from side surfaces 9 of the substrate 2.
  • a highly reflective Bragg mirror 10 is arranged, which is adapted to reflect the blue radiation of the active zone 4 and to deflect the radiation exit surface 5.
  • an optically active layer 11 which is also designed in this case as a Bragg mirror.
  • the optically active layer 11 covers the rear main surface of the semiconductor chip 1 as well
  • the optically active layer 11 designed as a Bragg mirror is suitable for transmitting blue light to the active zone 4 and thus for decoupling from the side faces 9 of FIG
  • Embodiment of Figure 1 an optically active layer 11 which is formed as a Bragg mirror.
  • the Bragg mirror in this exemplary embodiment not only has the property of transmitting blue radiation of the active zone 4 and of increasing the coupling out of the side surfaces 9 of the substrate 2, but also the additional feature to reflect green, yellow and red light.
  • the Bragg mirror is further used to a part of the blue radiation of the first
  • a white LED can thus be produced whose color locus can be set particularly precisely.
  • the Bragg mirror according to the figure 2 for example, from a layer sequence with
  • Titanium oxide be formed.
  • the semiconductor chip 1 according to the embodiment of Figure 3 in contrast to the semiconductor chip 1 according to the embodiment of Figure 3, in contrast to the semiconductor chip 1 according to the embodiment of Figure 3, in contrast to the semiconductor chip 1 according to the embodiment of Figure 3, in contrast to the semiconductor chip 1 according to the embodiment of Figure 3, in contrast to the semiconductor chip 1 according to the embodiment of Figure 3, in contrast to the semiconductor chip 1 according to the embodiment of Figure 3, in contrast to the semiconductor chip 1 according to the embodiment of Figure 3, in contrast to the semiconductor chip 1 according to the
  • Absorption layer 13 is provided and configured to selectively absorb radiation of active zone 4 and thus to set the brightness of semiconductor chip 1 in a targeted manner.
  • the absorption layer 13 is simultaneously provided for contacting the semiconductor layer sequence 3 and has
  • the absorption layer 13 is composed of two separate bond pads, which are each connected to at least one current ridge.
  • the absorption layer 13 is formed from a metal.
  • the optically active layer 11 is applied in direct contact with the substrate 2.
  • the optically active layer 11 in this embodiment is a
  • Bragg mirror which is designed to reflect the radiation of the active zone 4. In this way, increases the Bragg mirror on the side surfaces 9 and the back main surface 6 of the substrate 2 the
  • Individual layers of the Bragg mirror can be set to a predetermined value.
  • the semiconductor chip 1 according to the embodiment of Figure 4 in contrast to the semiconductor chip 1 according to the
  • Embodiment of Figure 3 an optically active layer 11, which is formed of a single metallic layer.
  • the metallic layer is in this case formed from titanium or has titanium.
  • the thickness of the metallic layer is approximately 100 nanometers.
  • the titanium layer is
  • Optoelectronic device with a blue emitting semiconductor chip 1 and a green, yellow and red converting conversion element 12 are set specifically. With the aid of the absorption layer 13 on the radiation exit surface 5 of the semiconductor chip 1, the entire brightness of the component can furthermore be adapted to a predetermined value.
  • the titanium layer it is also possible to use a gold layer with a layer thickness of approximately 100 nanometers as the optically active layer 11. Such a gold layer has the property of much of the impinging blue
  • FIG. 5 has a layer sequence consisting of a first metallic layer 14 and a second metallic layer 15. The first
  • metallic layer 14 is formed of titanium and is intended to absorb electromagnetic radiation of active layer 4, whereas second metallic layer 15 is formed of gold, for example, and protects the titanium layer 14 from external influences such as moisture.
  • second metallic layer 15 is formed of gold, for example, and protects the titanium layer 14 from external influences such as moisture.
  • a chromium layer 15 can be used.
  • a titanium layer as the first metallic layer 14 has a thickness of approximately 100 nanometers
  • a chromium layer as a wide metallic layer 15 has a thickness of approximately 200 nanometers, for example.
  • the semiconductor chip 1 according to the embodiment of the figure
  • optically active layer 11 which is applied over the entire area on a back-side main surface of the semiconductor chip 1 and starting from the rear side
  • Main surface of the semiconductor chip 1 extends over the side surfaces 9 of the semiconductor chip 1.
  • the optically active layer 11 is disposed only in a region of the side surface 9 adjacent to the backside main surface while a second region of the side surface 9 adjacent to the light exit surface 5 is free of the optically active layer 11.
  • a multiplicity of semiconductor chips 1 are provided on a foil 16.
  • the semiconductor chips 1 are in this case applied with their radiation exit surfaces 5 on the film 16, so that a rear-side main surface of the
  • an optically active layer 11 is applied to the semiconductor chips 1, for example by
  • Embodiment of Figure 10 includes a
  • the semiconductor chip 1 is in a recess of a
  • Component housing 17 glued by a
  • Conversion element 12 is filled.
  • the conversion element 12 is formed of a resin, such as a silicone, in which phosphor particles 18 are introduced.
  • Phosphor particles 18 are suitable, blue radiation of the semiconductor chip 1 to be partially converted into yellow radiation and into red radiation, so that the optoelectronic component emits mixed-colored radiation of blue, yellow and red radiation.
  • the mixed-colored radiation in this case preferably has a color locus in the white region.
  • the semiconductor chip 1 furthermore comprises an optically active layer 11, which has the entire surface on the side surfaces and on the rear main surface of the semiconductor chip 1
  • the optically active layer 11 is formed from a Bragg mirror, which transmits only part of the blue radiation of the active zone. Furthermore, the Bragg mirror is reflective for converted
  • Increased component and the color location of the white mixed-color light can be adjusted.
  • the high-reflection Bragg mirror 12 on the back main surface 6 of the substrate 2 prevents this
  • Adhesive layer (not shown)), with which the
  • Semiconductor chip 1 is mounted in the recess, degraded.

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Abstract

Es wird ein strahlungsemittierender Halbleiterchip (1) mit einem Substrat (2) und einer epitaktischen Halbleiterschichtenfolge (3) angegeben. Die epitaktische Halbleiterschichtenfolge (3) umfasst eine aktive Zone (4), die dazu geeignet ist, elektromagnetische Strahlung eines ersten Wellenlängenbereichs zu erzeugen. Das Substrat (2) ist transparent für elektromagnetische Strahlung der aktiven Zone (4). Auf einer Seitenfläche (9) des Substrats (2) und auf einer rückseitigen Hauptfläche des Halbleiterchips (1), die einer Strahlungsaustrittfläche (5) des Halbleiterchips (1) gegenüber liegt, ist eine optisch aktive Schicht (11) aufgebracht. Weiterhin werden ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Halbleiterchips (1) und ein optoelektronisches Bauelement mit einem derartigen Halbleiterchip (1) angegeben.

Description

Beschreibung
Strahlungsemittierender Halbleiterchip, optoelektronisches Bauelement mit einem strahlungsemittierenden Halbleiterchip und Verfahren zur Beschichtung eines strahlungsemittierenden Halbleiterchips
Es wird ein strahlungsemittierender Halbleiterchip, ein optoelektronisches Bauelement mit einem
strahlungsemittierenden Halbleiterchip und ein Verfahren zur Beschichtung eines strahlungsemittierenden Halbleiterchips angegeben .
Ein strahlungsemittierender Halbleiterchip ist beispielsweise in der Druckschrift WO 01/61765 AI beschrieben.
Eine Aufgabe der vorliegenden Anmeldung ist es, einen
strahlungsemittierenden Halbleiterchip anzugeben, dessen Helligkeit auf geeignete Art und Weise eingestellt werden kann. Weiterhin soll ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Halbleiterchips sowie ein optoelektronisches
Bauelement mit einem derartigen Halbleiterchip angegeben werden . Diese Aufgaben werden durch einen strahlungsemittierenden Halbleiterchip mit den Merkmalen des Patentanspruches 1, durch ein optoelektronisches Bauelement mit den Merkmalen des Patentanspruches 17 und durch ein Verfahren mit den Schritten des Patentanspruches 19 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausführungen des
Halbleiterchips, des optoelektronischen Bauelementes und des Verfahrens sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Ein strahlungsemittierender Halbleiterchip umfasst insbesondere ein Substrat und eine epitaktische
Halbleiterschichtenfolge. Die epitaktische
Halbleiterschichtenfolge weist eine aktive Zone auf, die dazu geeignet ist, elektromagnetische Strahlung eines ersten Wellenlängenbereichs zu erzeugen. Das Substrat ist hierbei besonders bevorzugt transparent für elektromagnetische
Strahlung der aktiven Zone. Transparent für
elektromagnetische Strahlung der aktiven Zone heißt in diesem Zusammenhang insbesondere, dass mindestens 80 %, bevorzugt mindestens 90 % und besonders bevorzugt mindestens 95 % der Strahlung, die in der aktiven Zone erzeugt wird,
transmittiert wird.
Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem Substrat um ein Aufwachssubstrat für die epitaktische
Halbleiterschichtenfolge. Die epitaktische
Halbleiterschichtenfolge ist besonders bevorzugt auf dem Substrat epitaktisch gewachsen.
Beispielsweise umfasst das Substrat Siliziumcarbid,
Galliumnitrid oder Saphir oder besteht aus Siliziumcarbid, Galliumnitrid oder Saphir.
Die epitaktische Halbleiterschichtenfolge basiert bevorzugt auf einem Nitrid-Verbindungshalbleiter. Nitrid- Verbindungshalbleiter enthalten Stickstoff, wie die
Materialien aus dem System InxAlyGai-x-yN mit 0 < x < 1, 0 < y < 1 und x+y < 1. Unter die Gruppe von Strahlungsemittierenden Halbleiterchips auf Basis von Nitrid-Verbindungshalbleitern fallen vorliegend insbesondere solche Halbleiterchips, bei denen die epitaktisch hergestellte Halbleiterschichtenfolge mindestens eine Einzelschicht enthält, die einen Nitrid- Verbindungshalbleiter aufweist.
Beispielsweise basiert die epitaktische
Halbleiterschichtenfolge auf Galliumnitrid. Eine
Halbleiterschichtenfolge, die auf Galliumnitrid basiert, weist bevorzugt mindestens eine Einzelschicht auf, die
Galliumnitrid enthält. Bevorzugt enthält die Mehrzahl der Einzelschichten Galliumnitrid.
Besonders bevorzugt erzeugt die aktive Zone
elektromagnetische Strahlung aus dem blauen Spektralbereich. Weiterhin ist es auch möglich, dass die aktive Zone grünes Licht erzeugt. Die in der aktiven Zone erzeugte
elektromagnetische Strahlung wird von dem Halbleiterchip von einer Strahlungsaustrittsfläche ausgesandt. Aufgrund des strahlungsdurchlässigen Substrats wird weiterhin ein Teil der in der aktiven Zone erzeugten Strahlung über Seitenflächen des Substrats ausgesandt. Ein derartiger Halbleiterchip wird auch „Volumenemitter" genannt.
Gemäß einer Ausführungsform des Halbleiterchips umfasst dieser eine optisch aktive Schicht, die auf einer
Seitenfläche des Substrats und auf einer rückseitigen
Hauptfläche des Halbleiterchips aufgebracht ist, die der
Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterchips gegenüberliegt.
Ist hier und im Folgenden von „der Seitenfläche" die Rede, so sind in dem Fall, dass das Substrat oder der Halbleiterchips mehrere Seitenflächen aufweist, alle Seitenflächen gemeint, falls nicht ausdrücklich anders angegeben. Beispielsweise ist die optisch aktive Schicht vollflächig auf die rückseitige Hauptfläche des Halbleiterchips und
vollflächig auf die Seitenfläche des Substrats aufgebracht. Alternativ ist es auch möglich, dass Bereiche der
Seitenfläche des Substrats angrenzend an die rückseitige Hauptfläche durchgehend mit der optisch aktiven Schicht belegt ist, während ein weiterer Bereich der Seitenfläche des Substrats frei ist von der optisch aktiven Schicht. Der
Bereich der Seitenfläche, der frei ist von der optisch aktiven Schicht, grenzt bevorzugt an die
Strahlungsaustrittsfläche an oder ist zumindest näher an der Strahlungsaustrittfläche angeordnet als der mit der optisch aktiven Schicht belegte Bereich.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Halbleiterchips nimmt die Dicke der optisch aktiven Schicht auf der
Seitenfläche des Substrats ausgehend von der rückseitigen Hauptfläche hin zur Strahlungsaustrittsfläche ab. Besonders bevorzugt erfolgt die Abnahme der Dicke der optisch aktiven Schicht hierbei kontinuierlich.
Bei der optisch aktiven Schicht kann es sich um eine einzelne Schicht oder um eine Schichtenfolge aus mehreren Schichten handeln.
Gemäß einer Ausführungsform des Halbleiterchips handelt es sich bei der optisch aktiven Schicht um eine metallische Schicht oder eine Halbleiterschicht. Mit anderen Worten besteht die optisch aktive Schicht aus einem Metall oder einem Halbleiter oder umfasst ein Metall oder einen
Halbleiter. Besonders bevorzugt absorbiert eine optisch aktive Schicht, die ein Metall oder einen Halbleiter aufweist oder aus einem Metall oder einem Halbleiter besteht,
Strahlung der aktiven Zone gezielt und zwar bevorzugt über den gesamten spektralen Bereich des ersten
Wellenlängenbereichs. Auf diese Art und Weise kann die
Helligkeit des Halbleiterchips auf einen gewünschten Wert eingestellt werden.
Beispielsweise weist eine optisch aktive Schicht, die einen Halbleiter oder Metall aufweist oder aus einem Metall oder einem Halbleiter gebildet ist, einen Absorptionskoeffizienten für blaue Strahlung der aktiven Zone zwischen einschließlich 0,2 105 cm-1 und einschließlich 15 105 cm-1 auf.
Die Dicke einer optisch aktiven Schicht, die einen Halbleiter oder ein Metall aufweist oder aus einem Metall oder einem Halbleiter gebildet ist, liegt beispielsweise zwischen einschließlich 1 Nanometer und einschließlich 1000 Nanometer. Bevorzugt liegt die Dicke der optisch aktiven Schicht
zwischen einschließlich 1 Nanometer und einschließlich 100 Nanometer.
Abhängig vom Absorptionskoeffizienten ist die optisch aktive Schicht bei unterschiedlichen Dicken optisch dicht, so dass kein Licht mehr transmittiert wird. Die Dicke der optisch aktiven Schicht sowie ihr Absorptionskoeffizient bestimmen den Anteil der von der optisch aktiven Schicht
transmittierten bzw. absorbierten Strahlung.
Weiterhin kann es sich bei der metallischen Schicht oder bei der Halbleiterschicht um eine Einzelschicht oder auch um eine Schichtenfolge aus mehreren Einzelschichten handeln. Als Material für die metallische Schicht oder die Halbleiterschicht ist beispielsweise eines der folgenden Materialien geeignet: Gold, Silber, Platin, Palladium, Titan, Rhodium, Ruthenium, Wolfram, Aluminium, Silizium, Germanium, Indium, Chrom, Nickel, Kupfer.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Halbleiterchips ist die optisch aktive Schicht als eine Schichtenfolge zweier metallischer Einzelschichten ausgebildet. Die eine
metallische Schicht ist hierbei beispielsweise absorbierend für die Strahlung der aktiven Zone ausgebildet, während es sich bei der anderen metallischen Schicht beispielsweise um eine Edelmetallschicht handelt. Die absorbierende
Metallschicht und die Edelmetallschicht stehen bevorzugt in direktem Kontakt miteinander, wobei die absorbierende
Metallschicht direkt auf das Substrat aufgebracht und die Edelmetallschicht von außen frei zugänglich ist.
Die absorbierende metallische Einzelschicht absorbiert hierbei gezielt einen Teil der Strahlung der aktiven Zone, die auf sie auftrifft und steuert dadurch die Helligkeit des Halbleiterchips, während die Edelmetallschicht die
absorbierende Metallschicht einkapselt und eine Degradation der absorbierenden metallischen Schicht, beispielsweise durch Korrosion, zumindest verringert. Beispielsweise kann es sich bei der absorbierenden Metallschicht um eine Titanschicht und bei der Edelmetallschicht um eine Goldschicht handeln.
Anstelle einer Edelmetallschicht kann auch eine andere metallische Schicht zur Verkapselung der absorbierenden
Schicht eingesetzt werden, beispielsweise eine Chromschicht. Chrom weist den Vorteil auf, in einer feuchten Umgebung ein stabiles Oxid zu bilden, so dass eine darunter liegende absorbierende Schicht vor Oxidation geschützt ist. Insofern kann eine Chromschicht eine ähnliche Funktion erfüllen wie eine Edelmetallschicht. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Halbleiterchips ist die optisch aktive Schicht als eine Schichtenfolge zweier metallischer Einzelschichten ausgebildet. Die eine
metallische Schicht ist hierbei beispielsweise absorbierend für die Strahlung der aktiven Zone ausgebildet, während die andere metallische Schicht zur Verkapselung der
absorbierenden metallischen Schicht dient. Die absorbierende Metallschicht und die andere metallische Schicht stehen bevorzugt in direktem Kontakt miteinander, wobei die
absorbierende Metallschicht direkt auf das Substrat
aufgebracht und die andere metallische Schicht von außen frei zugänglich ist.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform des
Halbleiterchips ist die optisch aktive Schicht als eine
Schichtenfolge zweier metallischer Einzelschichten
ausgebildet, wobei die eine metallische Schicht absorbierend für die Strahlung der aktiven Zone ausgebildet ist und die andere metallische Schicht die absorbierende metallische Schicht verkapselt. Die absorbierende metallische Schicht ist bevorzugt aus Titan gebildet und weist beispielsweise eine
Dicke von ungefähr 100 Nanometer auf. Die weitere metallische Schicht ist beispielsweise aus Chrom gebildet und weist beispielsweise eine Dicke von ungefähr 200 Nanometer auf. Weiterhin ist es auch möglich, dass die eine metallische
Schicht als Haftvermittlungsschicht zwischen dem rückseitigen Material des Halbleiterchips und der weiteren metallischen Schicht dient. Hierbei werden die optischen Eigenschaften der optisch aktiven Schicht in der Regel weitestgehend durch die optischen Eigenschaften der weiteren metallischen Schicht bestimmt . Weiterhin ist es auch möglich, dass die optisch aktive
Schicht mindestens eine metallische Schicht und mindestens eine dielektrische Schicht oder auch mindestens zwei
dielektrische Schichten aufweist. Gemäß einer weiteren Ausführungsform des
Strahlungsemittierenden Halbleiterchips handelt es sich bei der optisch aktiven Schicht um einen Bragg-Spiegel. Bei einem Bragg-Spiegel handelt es sich um eine Schichtenfolge
alternierender Einzelschichten, die in der Regel dielektrisch ausgebildet sind.
Beispielsweise kann der Bragg-Spiegel die Auskopplung der Strahlung der aktiven Zone aus der Seitenfläche des Substrats erhöhen .
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Bragg-Spiegel dazu eingerichtet, die Strahlung der aktiven Zone zu
transmittieren und ggf. die Auskopplung aus der Seitenfläche zu erhöhen sowie elektromagnetische Strahlung außerhalb des ersten Wellenlängenbereichs zu reflektieren. Besonders bevorzugt ist der Bragg-Spiegel dazu eingerichtet, Strahlung der aktiven Zone, wie blaues Licht, zu transmittieren oder deren Auskopplung zu erhöhen und gelbes und/oder grünes und/oder rotes Licht zu reflektieren. Ein derartiger
strahlungsemittierender Halbleiterchip ist insbesondere dazu geeignet, in einem optoelektronischen Bauelement mit einem Konversionselement verwendet zu werden, das primäres blaues Licht teilweise in gelbes und/oder grünes und/oder rotes Licht umwandelt. Die Verwendung eines solchen Halbleiterchips in einem derartigen optoelektronischen Bauelement führt mit Vorteil zu einer Effizienzerhöhung des Bauelements. Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Halbleiterchips reflektiert der Bragg-Spiegel einen spektralen Anteil der Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs und transmittiert einen weiteren spektralen Anteil des ersten
Wellenlängenbereichs. Mit anderen Worten filtert der Bragg- Spiegel bei dieser Ausführungsform einen spektralen Teil des ersten Wellenlängenbereichs aus, so dass nur ein sehr enges Band des ersten Wellenlängenbereichs zumindest aus den
Seitenflächen des Substrats ausgekoppelt wird. Beispielsweise weist das Band eine Breite zwischen einschließlich 1
Nanometer und einschließlich 50 Nanometer auf.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Halbleiterchips absorbiert der Bragg-Spiegel gezielt Strahlung der aktiven Zone, bevorzugt über den gesamten spektralen Bereich des ersten Wellenlängenbereichs. Auf diese Art und Weise kann ebenfalls die Helligkeit des Halbleiterchips auf einen gewünschten Wert eingestellt werden.
Beispielsweise sind die folgenden Materialien für die
Einzelschichten des Bragg-Spiegels geeignet: Aluminiumoxid, Tantaloxid, Zirkoniumoxid, Siliziumnitrid, Siliziumdioxid, Siliziumoxinitrid, Nioboxid oder transparente leitende Oxide, insbesondere ITO, ZnO und Ιη2θ3. Transparente leitende Oxide (TCO für „transparent conductive oxide") sind in der Regel Metalloxide, wie beispielsweise Zinkoxid, Zinnoxid, Cadmiumoxid, Titanoxid, Indiumoxid oder Indiumzinnoxid (ITO). Neben binären Metallsauerstoff erbindungen, wie beispielsweise ZnO, SnÜ2 oder In2Ü3 gehören auch ternäre Metallsauerstoff erbindungen, wie beispielsweise Zn2SnC>4, ZnSnÜ3, MgIn2Ü4, Galn03, Zn2ln20s oder In4Sn30i2 oder Mischungen unterschiedlicher transparenter leitender Oxide zu der Gruppe der TCOs . Weiterhin
entsprechend die TCOs nicht zwingend einer stöchiometrische Zusammensetzung und können weiterhin auch p- sowie n-dotiert sein .
Ein Bragg-Spiegel umfasst in der Regel eine alternierende Abfolge von Einzelschichten jeweils mit einem hohen (n > 1,7) und einem niedrigen Brechungsindex (n < 1,7) . Bei einem
Bragg-Spiegel, der die Auskopplung erhöht, beträgt die optische Schichtdicke n*d einer Einzelschicht typischerweise n*d = λ/2, wobei die erste Einzelschicht der Schichtenfolge auch eine optische Schichtdicke von n*d = λ haben kann. Bei einem reflektierenden oder hochreflektierenden Bragg-Spiegel beträgt die optische Schichtdicke der Einzelschichten
hingegen typischerweise n*d = λ/4, wobei die erste
Einzelschicht auch eine optische Schichtdicke von n*d = 3λ/4 haben kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Halbleiterchips ist dessen Strahlungsaustrittsfläche mit einer Absorptionsschicht versehen, die Strahlung der aktiven Zone gezielt absorbiert, um die Helligkeit des Halbleiterchips auf einen gewünschten Wert einzustellen. Beispielsweise ist die Absorptionsschicht gleichzeitig dazu vorgesehen, Strom in die
Halbleiterschichtenfolge einzuprägen und zur elektrischen Kontaktierung zu dienen. In diesem Fall ist die
Absorptionsschicht in der Regel strukturiert ausgebildet. Bevorzugt umfasst die Absorptionsschicht zwei separate
Strukturelemente, von denen jedes als elektrischer Kontakt vorgesehen ist und die weiterhin gleichzeitig eine vergleichsweise großen Flächenanteil an der
Strahlungsaustrittsfläche belegen um Strahlung der aktiven Zone zu absorbieren.
Beispielsweise kann es sich bei der Absorptionsschicht um eine metallische Schicht handeln. Die Absorptionsschicht kann beispielsweise eines der folgenden Materialien aufweisen oder aus einem der folgenden Materialien bestehen: Gold, Silber, Platin, Palladium, Titan, Rhodium, Ruthenium, Wolfram,
Aluminium, Chrom, Nickel, Kupfer.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Absorptionsschicht eine Dicke zwischen einschließlich 300 Nanometer und
einschließlich 4000 Nanometer auf.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Halbleiterchips ist auf der rückseitigen Hauptfläche des Substrats ein weiterer hochreflektierender Bragg-Spiegel aufgebracht, der Strahlung der aktiven Zone reflektiert. Der weitere hochreflektierende Bragg-Spiegel ist dazu geeignet, die Strahlung der aktiven Zone zu einer Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterchips zu lenken. Bei dieser Ausführungsform werden die optischen Eigenschaften der Rückseite des Halbleiterchips im
Wesentlichen durch den weiteren hochreflektierender Bragg- Spiegel bestimmt und nur wenig oder gar nicht durch die optisch aktive Schicht, die rückseitig auf den Bragg-Spiegel aufgebracht ist. Ein optoelektronisches Bauelement mit einem Halbleiterchip, wie er oben beschrieben wurde, ist insbesondere dazu
geeignet, zusammen mit einem Konversionselement verwendet zu werden. Bevorzugt sendet der Halbleiterchip blaues Licht aus. Besonders bevorzugt umgibt das Konversionselement den
Halbleiterchip. Beispielsweise ist der Halbleiterchip in das Konversionselement eingebettet. Bei dem optoelektronischen Bauelement handelt es sich beispielsweise um eine
Leuchtdiode.
Das Konversionselement ist dazu geeignet, Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in Strahlung eines anderen
Wellenlängenbereichs umzuwandeln. Beispielsweise kann das Konversionselement Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs zumindest teilweise in Strahlung eines zweiten
Wellenlängenbereichs und/oder eines dritten
Wellenlängenbereichs umwandeln. Beispielsweise wandelt das Konversionselement blaue Strahlung des Halbleiterchips teilweise in grüne und/oder gelbe und/oder rote Strahlung um. Auf diese Art und Weise kann ein optoelektronisches
Bauelement erzeugt werden, das mischfarbige Strahlung aus konvertierter blauer Strahlung sowie grüner und/oder gelber und/oder roter Strahlung aussendet. Der Farbort des
mischfarbigen Lichtes liegt besonders bevorzugt im weißen Bereich der CIE-Normfarbtafel .
Die optisch aktive Schicht ist hierbei insbesondere bevorzugt dazu ausgebildet, unkonvertierte Strahlung des ersten
Wellenlängenbereichs zu transmittieren und konvertierte
Strahlung des mindestens einen anderen Wellenlängenbereichs zu reflektieren. Auf diese Art und Weise kann die Effizienz des optoelektronischen Bauelementes mit Vorteil erhöht werden .
Das Konversionselement ist beispielsweise aus einem Harz gebildet, in das Leuchtstoffpartikel eingebracht sind. Bei dem Harz kann es sich beispielsweise um ein Epoxid oder ein Silikon oder eine Mischung dieser Materialien handeln.
Bevorzugt ist das Harz transparent für elektromagnetische Strahlung und insbesondere für sichtbares Licht. Die
Leuchtstoffpartikel verleihen dem Konversionselement die wellenlängenkonvertierenden Eigenschaften.
Für die Leuchtstoffpartikel ist beispielsweise eines der folgenden Materialien geeignet: mit seltenen Erden dotierte Granate, mit seltenen Erden dotierte Erdalkalisulfide, mit seltenen Erden dotierte Thiogallate, mit seltenen Erden dotierte Aluminate, mit seltenen Erden dotierte Silikate, mit seltenen Erden dotierte Orthosilikate, mit seltenen Erden dotierte Chlorosilikate, mit seltenen Erden dotierte
Erdalkalisiliziumnitride, mit seltenen Erden dotierte
Oxynitride, mit seltenen Erden dotierte Aluminiumoxinitride, mit seltenen Erden dotierte Siliziumnitride, mit seltenen Erden dotierte Sialone.
Bei einem Verfahren zur Beschichtung eines
strahlungsemittierenden Halbleiterchips mit einer optisch aktiven Schicht wird zunächst eine Vielzahl an
Halbleiterchips auf einer Folie bereitgestellt. Hierbei werden die Halbleiterchips mit ihren
Strahlungsaustrittsflächen auf die Folie aufgebracht, während eine rückseitige Hauptfläche der Halbleiterchips, die den Strahlungsaustrittsflächen gegenüber liegen, von der Folie weg weisen. Mit anderen Worten grenzen die
Strahlungsaustrittsflächen an die Folie, während die
rückseitige Hauptflächen der Halbleiterchips, die der
Strahlungsaustrittsfläche jeweils gegenüberliegt, frei zugänglich sind. Die Halbleiterchips sind weiterhin bevorzugt beabstandet auf der Folie angeordnet, so dass Bereiche zwischen den Seitenflächen zweier direkt benachbarter
Halbleiterchips frei zugänglich sind.
Auf die derart auf einer Folie angeordneten Halbleiterchips wird schließlich eine optisch aktive Schicht abgeschieden. Besonders bevorzugt wird die optisch aktive Schicht bei Raumtemperatur abgeschieden. Beispielsweise wird die optisch aktive Schicht durch Bedampfen bei Raumtemperatur
abgeschieden .
Merkmale und Ausführungsformen, die vorliegenden lediglich im Zusammenhang mit dem Halbleiterchip beschrieben sind können ebenfalls bei dem Verfahren ausgebildet sein und umgekehrt. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen.
Die Figuren 1 bis 6 zeigen jeweils eine schematische
Schnittdarstellung eines Halbleiterchips gemäß einem Ausführungsbeispiel.
Anhand der schematischen Schnittdarstellungen der Figuren 7 bis 9 wird ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Herstellung einer Vielzahl optoelektronischer
Halbleiterchips näher beschrieben.
Figur 10 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines optoelektronischen Bauelements gemäß einem Ausführungsbeispiel.
Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu
betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente, insbesondere Schichtdicken, zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
Der Halbleiterchip 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 1 weist ein Substrat 2 auf, auf das eine
Halbleiterschichtenfolge 3 epitaktisch gewachsen ist. Die epitaktische Halbleiterschichtenfolge 3 umfasst eine aktive
Zone 4, in der elektromagnetische Strahlung erzeugt wird. Die epitaktische Halbleiterschichtenfolge 3 basiert auf einem Nitrid-Verbindungshalbleiter. In der aktiven Zone 4 wird elektromagnetische Strahlung eines ersten
Wellenlängenbereichs aus dem blauen Spektralbereich, mit anderen Worten blaues Licht erzeugt. Das blaue Licht wird von einer Strahlungsaustrittsfläche 5 des Halbleiterchips 1 ausgesandt, die einer rückseitigen Hauptfläche 6 des
Substrats 2 gegenüber liegt. Weiterhin ist es auch möglich, dass in der aktiven Zone grünes Licht erzeugt wird.
Weiterhin umfasst der Halbleiterchip 1 gemäß dem
Ausführungsbeispiel der Figur 1 eine StromaufWeitungsschicht 7, die beispielsweise aus einem transparenten leitenden Oxid gebildet ist oder ein transparentes leitendes Oxid aufweist. Beispielsweise ist die StromaufWeitungsschicht 7 aus ITO gebildet. Auf der StromaufWeitungsschicht 7 ist ein
elektrischer Kontakt 8 zur elektrischen Kontaktierung
angeordnet .
Das Substrat 2 ist aus Saphir gebildet und transparent für das blaue Licht, das in der aktiven Zone 4 erzeugt wird. Aus diesem Grund sendet der Halbleiterchip 1 auch aus Seitenflächen 9 des Substrats 2 blaues Licht aus.
Auf der rückseitigen Hauptfläche 6 des Substrats 2 ist ein hochreflektierender Bragg-Spiegel 10 angeordnet, der dazu geeignet ist, die blaue Strahlung der aktiven Zone 4 zu reflektieren und zur Strahlungsaustrittsfläche 5 umzulenken.
Weiterhin umfasst der Halbleiterchip 1 gemäß dem
Ausführungsbeispiel der Figur 1 eine optisch aktive Schicht 11, die vorliegend ebenfalls als Bragg-Spiegel ausgebildet ist. Die optisch aktive Schicht 11 bedeckt hierbei die rückseitige Hauptfläche des Halbleiterchips 1 sowie
Seitenflächen 9 des Substrats 2 vollständig. Die als Bragg- Spiegel ausgebildete optisch aktive Schicht 11 ist dazu geeignet, blaues Licht der aktiven Zone 4 zu transmittieren und die so die Auskopplung aus den Seitenflächen 9 des
Substrats 2 zu erhöhen. Auch der Halbleiterchip 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 2 weist wie der Halbleiterchip 1 gemäß dem
Ausführungsbeispiel der Figur 1 eine optisch aktive Schicht 11 auf, die als Bragg-Spiegel ausgebildet ist. Allerdings weist der Bragg-Spiegel bei diesem Ausführungsbeispiel im Unterschied zu dem Bragg-Spiegel gemäß der Figur 1 nicht nur die Eigenschaft auf, blaue Strahlung der aktiven Zone 4 zu transmittieren und die Auskopplung aus den Seitenflächen 9 des Substrats 2 zu erhöhen, sondern noch die zusätzliche Eigenschaft, grünes, gelbes und rotes Licht zu reflektieren. Besonders bevorzugt dient der Bragg-Spiegel weiterhin dazu, einen Teil der blauen Strahlung des ersten
Wellenlängenbereichs auszufiltern, so dass nur noch ein sehr schmales Band an blauen Wellenlängen transmittiert wird. In Kombination mit einem Konversionselement 12 kann so eine weiße LED erzeugt werden, deren Farbort besonders genau eingestellt werden kann. Der Bragg-Spiegel gemäß der Figur 2 kann beispielsweise aus einer Schichtenfolge mit
alternierenden Einzelschichten aus Siliziumdioxid und
Titanoxid gebildet sein.
Der Halbleiterchip 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 3 weist im Unterschied zum Halbleiterchip 1 gemäß dem
Ausführungsbeispiel der Figur 2 eine Absorptionsschicht 13 auf der Strahlungsaustrittsfläche 5 auf. Die
Absorptionsschicht 13 ist dazu vorgesehen und eingerichtet, Strahlung der aktiven Zone 4 gezielt zu absorbieren und so die Helligkeit des Halbleiterchips 1 gezielt einzustellen. Die Absorptionsschicht 13 ist gleichzeitig zur Kontaktierung der Halbleiterschichtenfolge 3 vorgesehen und weist
mindestens zwei separate Strukturelemente auf (nicht
dargestellt) . Insbesondere setzt sich die Absorptionsschicht 13 aus zwei separaten Bondpads, die jeweils mit mindestens einem Stromsteg verbunden sind, zusammen. Besonders bevorzugt ist die Absorptionsschicht 13 aus einem Metall gebildet.
Weiterhin weist der Halbleiterchip 1 gemäß dem
Ausführungsbeispiel der Figur 3 im Unterschied zu dem
Halbleiterchip 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 2 keinen zusätzlichen hochreflektierenden Bragg-Spiegel 10 auf der rückseitigen Hauptfläche 6 des Substrats 2 auf. Vielmehr ist die optisch aktive Schicht 11 in direktem Kontakt auf das Substrat 2 aufgebracht. Bei der optisch aktiven Schicht 11 handelt es sich bei diesem Ausführungsbeispiel um einen
Bragg-Spiegel, der reflektierend für die Strahlung der aktiven Zone 4 ausgebildet ist. Auf diese Art und Weise erhöht der Bragg-Spiegel auf den Seitenflächen 9 und der rückseitigen Hauptfläche 6 des Substrats 2 den
Reflektionskoeffizienten und erniedrigt den
Transmissionskoeffizienten. Auf diese Art und Weise kann die Helligkeit des Halbleiterchips 1 durch Wahl der
Einzelschichten des Bragg-Spiegels auf einen vorgegeben Wert eingestellt werden.
Der Halbleiterchip 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 4 weist im Unterschied zum Halbleiterchip 1 gemäß dem
Ausführungsbeispiel der Figur 3 eine optisch aktive Schicht 11 auf, die aus einer einzelnen metallischen Schicht gebildet ist. Die metallische Schicht ist hierbei aus Titan gebildet oder weist Titan auf. Die Dicke der metallischen Schicht beträgt zirka 100 Nanometer. Die Titanschicht ist
insbesondere dazu geeignet, einen Großteil auftreffender blauer, grüner, gelber und roter Strahlung zu absorbieren. Damit kann beispielsweise der Farbort eines
optoelektronischen Bauelements mit einem blau emittierenden Halbleiterchip 1 und einem grün, gelb und rot konvertierenden Konversionselement 12 gezielt eingestellt werden. Mit Hilfe der Absorptionsschicht 13 auf der Strahlungsaustrittsfläche 5 des Halbleiterchips 1 kann weiterhin die gesamte Helligkeit des Bauelements an einen vorgegebenen Wert angepasst werden. Alternativ zur Titanschicht kann auch eine Goldschicht mit einer Schichtdicke von zirka 100 Nanometer als optisch aktive Schicht 11 verwendet sein. Eine derartige Goldschicht hat die Eigenschaft, einen Großteil der auftreffenden blauen
Strahlung der aktiven Zone 4 zu absorbieren, während grünes, gelbes und rotes Licht, das beispielsweise durch ein den Halbleiterchip 1 umgebendes Konversionselement 12 erzeugt werden kann, zum großen Teil reflektiert wird. Der Halbleiterchip 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur
5 weist als optisch aktive Schicht 11 eine Schichtenfolge auf, die aus einer ersten metallischen Schicht 14 und einer zweiten metallischen Schicht 15 besteht. Die erste
metallische Schicht 14 ist hierbei beispielsweise aus Titan gebildet und dazu vorgesehen, elektromagnetische Strahlung der aktiven Schicht 4 zu absorbieren, während die zweite metallische Schicht 15 beispielsweise aus Gold gebildet ist und zum Schutz der Titanschicht 14 vor äußeren Einflüssen, wie beispielsweise Feuchtigkeit dient. Alternativ zu einer
Goldschicht 15 zum Schutz der Titanschicht 14 kann auch eine Chromschicht 15 verwendet werden. Eine Titanschicht als erste metallische Schicht 14 weist beispielsweise eine Dicke von ungefähr 100 Nanometer auf, während eine Chromschicht als weite metallische Schicht 15 beispielsweise eine Dicke von ungefähr 200 Nanometer aufweist.
Der Halbleiterchip 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur
6 weist eine optisch aktive Schicht 11 auf, die vollflächig auf einer rückseitigen Hauptfläche des Halbleiterchips 1 aufgebracht ist und sich ausgehend von der rückseitigen
Hauptfläche des Halbleiterchips 1 über die Seitenflächen 9 des Halbleiterchips 1 erstreckt. Hierbei nimmt die Dicke der optisch aktiven Schicht 11 ausgehend von der rückseitigen Hauptfläche des Halbleiterchips 1 hin zu seiner
Strahlungsaustrittsfläche 5 kontinuierlich ab. Weiterhin ist die optisch aktive Schicht 11 lediglich in einem Bereich der Seitenfläche 9 angeordnet, die an die rückseitige Hauptfläche angrenzt, während ein zweiter Bereich der Seitenfläche 9, der an die Lichtaustrittsfläche 5 angrenzt, frei ist von der optisch aktiven Schicht 11. Bei dem Verfahren gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figuren 7 bis 9 wird zunächst eine Vielzahl an Halbleiterchips 1 auf einer Folie 16 bereitgestellt. Die Halbleiterchips 1 sind hierbei mit ihren Strahlungsaustrittsflächen 5 auf die Folie 16 aufgebracht, sodass eine rückseitige Hauptfläche der
Halbleiterchips 1, die der Strahlungsaustrittsfläche 5 gegenüberliegt, frei zugänglich ist. Weiterhin sind die
Halbleiterchips 1 beabstandet voneinander angeordnet, sodass Bereiche zweier direkt benachbarter Halbleiterchips 1 frei zugänglich sind (Figur 7) .
In einem nächsten Schritt, der schematisch in Figur 8 dargestellt ist, wird eine optisch aktive Schicht 11 auf die Halbleiterchips 1 aufgebracht, beispielsweise durch
Verdampfen bei Raumtemperatur.
Durch den Bedampfungsprozess wird auf der rückseitigen
Hauptfläche der Halbleiterchips 1 sowie auf den Seitenflächen der Halbleiterchips 1 eine optisch aktive Schicht 11
abgeschieden, wie sie beispielsweise anhand dem
Ausführungsbeispiel der Figur 6 bereits beschrieben wurde (Figur 9) .
Das optoelektronische Bauelement gemäß dem
Ausführungsbeispiel der Figur 10 umfasst einen
Strahlungsemittierenden Halbleiterchip 1, wie er
beispielsweise anhand der Figur 2 bereits beschrieben wurde. Der Halbleiterchip 1 ist in eine Ausnehmung eines
Bauelementgehäuses 17 geklebt, die von einem
Konversionselement 12 ausgefüllt ist. Das Konversionselement 12 ist aus einem Harz, wie etwa einem Silikon, gebildet, in das Leuchtstoffpartikel 18 eingebracht sind. Die
Leuchtstoffpartikel 18 sind dazu geeignet, blaue Strahlung des Halbleiterchips 1 teilweise in gelbe Strahlung und in rote Strahlung umzuwandeln, sodass das optoelektronische Bauelement mischfarbige Strahlung aus blauer, gelber und roter Strahlung aussendet. Die mischfarbige Strahlung weist hierbei bevorzugt einen Farbort im weißen Bereich auf.
Der Halbleiterchip 1 umfasst weiterhin eine optisch aktive Schicht 11, die vollflächig auf den Seitenflächen sowie auf der rückseitigen Hauptfläche des Halbleiterchips 1
aufgebracht ist. Die optisch aktive Schicht 11 ist hierbei aus einem Bragg-Spiegel gebildet, der nur einen Teil der blauen Strahlung der aktiven Zone transmittiert . Weiterhin ist der Bragg-Spiegel reflektierend für konvertierte
Strahlung des Konversionselementes 12 ausgebildet. Auf diese Art und Weise kann die Effizienz des optoelektronischen
Bauelements erhöht und der Farbort des weißen mischfarbigen Licht eingestellt werden.
Der hochreflektierende Bragg-Spiegel 12 auf der rückseitigen Hauptfläche 6 des Substrats 2 verhindert bei diesem
Ausführungsbeispiel mit Vorteil, dass elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs eine
KlebstoffSchicht (nicht dargestellt) ) , mit der der
Halbleiterchip 1 in der Ausnehmung befestigt ist, degradiert.
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Anmeldung DE 102015119553.4 auf, deren
Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird. 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 in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den
Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.

Claims

Patentansprüche
1. Strahlungsemittierender Halbleiterchip (1) mit:
- einem Substrat (2),
- einer epitaktischen Halbleiterschichtenfolge (3) mit einer aktiven Zone (4), die dazu geeignet ist, elektromagnetische Strahlung eines ersten Wellenlängenbereichs zu erzeugen, wobei das Substrat (2) transparent ist für elektromagnetische Strahlung der aktiven Zone (4), und
- einer optisch aktiven Schicht (11), die auf einer
Seitenfläche des Substrats (2) und auf einer rückseitigen Hauptfläche des Halbleiterchips (1) aufgebracht ist, die einer Strahlungsaustrittfläche (5) des Halbleiterchips (1) gegenüber liegt.
2. Strahlungsemittierender Halbleiterchip (1) nach einem der obigen Ansprüche, bei dem die optisch aktive Schicht (11) aus einer absorbierenden Metallschicht (14) und einer weiteren metallischen Schicht (15) gebildet ist, die in direktem
Kontakt miteinander stehen, wobei die absorbierende
Metallschicht (14) direkt auf das Substrat (2) aufgebracht ist und die weitere metallische Schicht (15) von außen frei zugänglich ist.
3. Strahlungsemittierender Halbleiterchip (1) nach dem vorherigen Anspruch, bei dem die absorbierende Metallschicht (14) Titan aufweist und die weitere metallische Schicht (15) Chrom.
4. Strahlungsemittierender Halbleiterchip (1) nach einem der obigen Ansprüche, bei dem die optisch aktive Schicht (11) eine absorbierende Metallschicht (14) und eine
Edelmetallschicht (15) umfasst, die in direktem Kontakt miteinander stehen, wobei die absorbierende Metallschicht (14) direkt auf das Substrat (2) aufgebracht ist und die Edelmetallschicht (15) von außen frei zugänglich ist.
5. Strahlungsemittierender Halbleiterchip (1) nach einem der obigen Ansprüche, bei dem die optisch aktive Schicht (11) vollflächig auf die rückseitige Hauptfläche des
Halbleiterchips (1) und vollflächig auf die Seitenfläche (9) des Substrats (2) aufgebracht ist.
6. Strahlungsemittierender Halbleiterchip (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem ein Bereich der Seitenfläche (9) des Substrats (2) angrenzend an dessen rückseitige
Hauptfläche (6) durchgehend mit der optisch aktiven Schicht (11) belegt ist, während ein weiterer Bereich der
Seitenfläche (9) des Substrats (2) frei ist von der optisch aktiven Schicht (11) .
7. Strahlungsemittierender Halbleiterchip (1) nach einem der obigen Ansprüche, bei dem die Dicke der optisch aktiven
Schicht (11) auf der Seitenfläche (9) des Substrats (2) ausgehend von der rückseitigen Hauptfläche (6) hin zur
Strahlungsaustrittfläche (5) abnimmt.
8. Strahlungsemittierender Halbleiterchip (1) nach einem der obigen Ansprüche, bei dem die optisch aktive Schicht (11) eine metallische Schicht oder eine Halbleiterschicht ist, die Strahlung der aktiven Zone (4) absorbiert.
9. Strahlungsemittierender Halbleiterchip (1) nach dem vorherigen Anspruch, bei dem das Material der metallischen Schicht oder der Halbleiterschicht aus der folgenden Gruppe gewählt ist: Gold, Silber, Platin, Palladium, Titan, Rhodium, Ruthenium, Wolfram, Aluminium, Silizium, Germanium, Indium, Chrom, Nickel, Kupfer.
10. Strahlungsemittierende Halbleiterchip (1) nach einem der Ansprüche 1 und 5 bis 7, bei dem die optisch aktive Schicht
(11) ein Bragg-Spiegel ist.
11. Strahlungsemittierender Halbleiterchip (1) nach dem vorherigen Anspruch, bei dem der Bragg-Spiegel die
Auskopplung der Strahlung der aktiven Zone (4) aus der
Seitenfläche (9) des Substrats (2) erhöht.
12. Strahlungsemittierender Halbleiterchip (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 11, bei dem der Bragg-Spiegel dazu
eingerichtet ist, die Strahlung der aktiven Zone (4)
zumindest teilweise zu transmittieren und die
elektromagnetische Strahlung außerhalb des ersten
Wellenlängenbereichs zu reflektieren.
13. Strahlungsemittierender Halbleiterchip (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, bei dem der Bragg-Spiegel einen
spektralen Teil der Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs reflektiert und einen weiteren spektralen Teil der Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs transmittiert.
14. Strahlungsemittierender Halbleiterchip (1) nach Anspruch 10, bei dem der Bragg-Spiegel gezielt Strahlung der aktiven Zone (4) über den gesamten ersten Wellenlängenbereich
absorbiert .
15. Strahlungsemittierender Halbleiterchip (1) nach einem der obigen Ansprüche, dessen Strahlungsaustrittfläche (5) mit einer Absorptionsschicht (13) versehen ist, die Strahlung der aktiven Zone (4) gezielt absorbiert, um die Helligkeit des Halbleiterchips (1) auf einen gewünschten Wert einzustellen.
16. Strahlungsemittierender Halbleiterchip (1) nach einem der obigen Ansprüche, bei dem auf die rückseitige Hauptfläche (6) des Substrats (2) ein hochreflektierender Bragg-Spiegel (10) aufgebracht ist, der Strahlung der aktiven Zone (4)
reflektiert .
17. Optoelektronisches Bauelement mit einem Halbleiterchip (1) nach einem der obigen Ansprüche.
18. Optoelektronisches Bauelement nach dem vorherigen
Anspruch, bei dem der Halbleiterchip (1) von einem
Konversionselement (12) umgeben ist, das Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in Strahlung zumindest eines anderen Wellenlängenbereichs umwandelt, wobei die optisch aktive Schicht (11) unkonvertierte Strahlung der ersten
Wellenlängenbereichs zumindest teilweise transmittiert und konvertierte Strahlung des mindestens einen anderen
Wellenlängenbereichs reflektiert .
19. Verfahren zur Beschichtung eines Strahlungsemittierenden Halbleiterchips (1) mit den Schritten:
- Bereitstellen einer Vielzahl an Halbleiterchips (1) auf einer Folie (16), wobei
- eine Strahlungsaustrittfläche (5) der Halbleiterchips (1) an die Folie (16) angrenzt und eine rückseitige Hauptfläche der Halbleiterchips (1), die der
Strahlungsaustrittfläche (5) gegenüber liegt, frei zugänglich ist, und
- die Halbleiterchips (1) beabstandet auf der Folie (16) angeordnet sind, so dass Bereiche zwischen den Seitenflächen (9) zweier direkt benachbarter
Halbleiterchips (1) frei zugänglich sind,
- Abscheiden einer optisch aktiven Schicht (11) auf den
Halbleiterchips (1) .
20. Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, bei dem die optisch aktive Schicht (11) bei Raumtemperatur abgeschieden wird .
PCT/EP2016/077313 2015-11-12 2016-11-10 Strahlungsemittierender halbleiterchip, optoelektronisches bauelement mit einem strahlungsemittierenden halbleiterchip und verfahren zur beschichtung eines strahlungsemittierenden halbleiterchips WO2017081181A1 (de)

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