WO2017129519A1 - Optoelektronischer halbleiterchip und verfahren zur herstellung eines optoelektronischen halbleiterchips - Google Patents
Optoelektronischer halbleiterchip und verfahren zur herstellung eines optoelektronischen halbleiterchips Download PDFInfo
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- Limit angle of the total reflection determined which can be derived from the refractive index of the semiconductor body and the refractive index of the surrounding medium.
- Conductive oxides in short "TCO" are transparent, conductive materials, usually metal oxides, such as, for example, zinc oxide, tin oxide, cadmium oxide, titanium oxide, indium oxide or indium tin oxide (ITO)
- metal oxides such as, for example, zinc oxide, tin oxide, cadmium oxide, titanium oxide, indium oxide or indium tin oxide (ITO)
- Main surface arranged.
- the conductive layer, the filter layer and the contact layer extend for the most part parallel to the main surface.
- the planar main surface facilitates the formation of the layers.
- the passivation layer 10 covers the main surface 3 and extends over the
- FIG. 4 shows a table in which different parameters are indicated for the different layers of the semiconductor chip 1 shown in FIG.
- the elements are given, in the second column the material M of the corresponding elements is given, in the third column the physical thickness d of the elements is given in nm.
- the filter layer 7 has a total of six partial layers 7A, 7B, the partial layers 7A being made of a low-refractive index
- Contact layer 6 a mask formed (not shown), which covers the contact layer 6 in the areas in which later the at least one opening 9 is to be formed.
- the filter layer 7 is deposited such that it is arranged on the mask and the uncovered areas of the contact layer 6.
- the filter and conductor layer 7, 8 can be generated by means of vapor deposition and / or sputtering.
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Abstract
Es wird ein optoelektronischer Halbleiterchip (1) angegeben umfassend -einen Halbleiterkörper (2) mit einer Hauptfläche (3) und mindestens einer Seitenfläche (4), die quer zu der Hauptfläche (3) angeordnet ist,wobei der Halbleiterkörper (2) eine aktive Zone (5) zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung (S) aufweistundim Betrieb ein Teil der erzeugten Strahlung (S) durch die Hauptfläche (3) des Halbleiterkörpers (2) hindurchtritt, -eine Kontaktschicht (6), die auf der Hauptfläche (3) des Halbleiterkörpers (2) angeordnet ist und ein elektrisch leitendes Material enthält, -eine Filterschicht (7), die auf der ersten Kontaktschicht (6) angeordnet ist und ein dielektrisches Material enthält, -eine Leitungsschicht (8), die auf der Filterschicht (7) angeordnet ist und ein elektrisch leitendes Material enthält,wobei die Dicke (d2) der Leitungsschicht (8) größer ist als die Dicke (d1) der Kontaktschicht (6).
Description
Beschreibung
Optoelektronischer Halbleiterchip und Verfahren zur
Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips
Es wird ein optoelektronischer Halbleiterchip angegeben, der einen Halbleiterkörper mit einer insbesondere zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung geeigneten aktiven Zone aufweist. Ferner wird ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips angegeben.
Es sind beispielsweise optoelektronische Halbleiterchips bekannt, die zur p-seitigen elektrischen Kontaktierung eine transparente elektrisch leitende Schicht aufweisen. Ist diese Kontaktschicht vergleichsweise dick ausgebildet und
ermöglicht damit einerseits eine gute elektrische
Leitfähigkeit, so wirkt sie sich andererseits negativ auf die optischen Eigenschaften des Halbleiterchips aus, da in einer dickeren Kontaktschicht Strahlung stärker absorbiert wird.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, einen
optoelektronischen Halbleiterchip anzugeben, bei dem
Absorptionsverluste, die insbesondere an einer
Kontaktstruktur des Halbleiterchips auftreten, im Vergleich zu einem herkömmlichen Halbleiterchip reduziert sind.
Diese Aufgabe wird durch einen optoelektronischen
Halbleiterchip mit den Merkmalen des unabhängigen
Patentanspruchs gelöst.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der
optoelektronische Halbleiterchip einen Halbleiterkörper mit einer Hauptfläche und mindestens einer Seitenfläche, die quer
zu der Hauptfläche angeordnet ist. Weiterhin umfasst der Halbleiterkörper mit Vorteil eine aktive Zone, die zur
Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung vorgesehen ist. Unter dem Begriff "elektromagnetische Strahlung" versteht man vorliegend insbesondere eine infrarote, sichtbare und/oder ultraviolette elektromagnetische Strahlung. Im Betrieb tritt vorzugsweise ein Teil der erzeugten Strahlung durch die
Hauptfläche des Halbleiterkörpers hindurch. Ein weiterer Teil der Strahlung kann durch die mindestens eine Seitenfläche des Halbleiterkörpers ausgekoppelt werden. Die Anzahl der
Seitenflächen bestimmt sich nach der Geometrie des
Halbleiterkörpers. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des Halbleiterkörpers weist dieser einen mesaförmigen Bereich auf, der oberseitig durch die Hauptfläche und umfangseitig durch mehrere schräg verlaufende Seitenflächen, insbesondere vier, begrenzt wird, wobei die Seitenflächen einen Winkel, der vorzugsweise größer ist als 90°, mit der Hauptfläche einschließen. Weiterhin kann der Halbleiterkörper bei dieser Ausgestaltung einen quaderförmigen Bereich aufweisen, auf dem der mesaförmige Bereich angeordnet ist. Insbesondere wird der mesaförmige Bereich bereichsweise von dem quaderförmigen Bereich überragt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der
optoelektronische Halbleiterchip eine Kontaktschicht, die ein elektrisch leitendes Material enthält. Vorzugsweise ist die Kontaktschicht auf der Hauptfläche des Halbleiterkörpers angeordnet. Weiterhin ist die Kontaktschicht mit Vorteil in direktem Kontakt mit dem Halbleiterkörper auf die Hauptfläche aufgebracht. Die Kontaktschicht ist insbesondere dafür vorgesehen, einen elektrischen Kontakt zum Halbleiterkörper herzustellen und im Betrieb Strom in diesen einzuprägen.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung des Halbleiterchips umfasst der Halbleiterkörper einen ersten Halbleiterbereich eines ersten Leitfähigkeitstyps und einen zweiten
Halbleiterbereich eines zweiten Leitfähigkeitstyps, wobei die aktive Zone zwischen dem ersten Halbleiterbereich und dem zweiten Halbleiterbereich angeordnet ist. Dabei können beide Halbleiterbereiche mindestens eine Halbleiterschicht des jeweiligen Leitfähigkeitstyps, vorzugsweise jedoch mehrere Halbleiterschichten des jeweiligen Leitfähigkeitstyps aufweisen. Insbesondere handelt es sich bei der Hauptfläche, auf welcher die Kontaktschicht angeordnet ist, um eine
Oberfläche des ersten Halbleiterbereichs. Dabei ist der erste Halbleiterbereich insbesondere p-leitend, sodass die
Kontaktschicht dafür vorgesehen ist, p-seitig Strom in den Halbleiterkörper einzuprägen.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst der mesaförmige Bereich den ersten Halbleiterbereich, die aktive Zone und einen Teil des zweiten Halbleiterbereichs.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der
optoelektronische Halbleiterchip eine Filterschicht, die ein dielektrisches Material enthält. Insbesondere ist die
Filterschicht auf der Kontaktschicht angeordnet. Bei dem dielektrischen Material handelt es sich um ein elektrisch schwach- oder nichtleitendes, nichtmetallisches Material, dessen Ladungsträger im Allgemeinen - also zum Beispiel bei den üblichen Betriebsströmen - nicht frei beweglich sind. Die Filterschicht enthält vorzugsweise mindestens eines der folgenden Materialien: Siliziumnitrid, Siliziumdioxid,
Siliziumoxinitrid, Aluminiumoxid, Titanoxid, Tantaloxid, Nioboxid .
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung besteht die
Filterschicht aus einer einzigen Schicht. Dies bedeutet insbesondere, dass die Filterschicht homogen ausgebildet ist und zum Beispiel aus einem einzigen dielektrischen Material gebildet ist. Das dielektrische Material weist mit Vorteil einen angepassten Brechungsindex auf, wobei „angepasst" bedeutet, dass der Brechungsindex des dielektrischen
Materials größer oder gleich groß ist wie der Brechungsindex eines die Filterschicht umgebenden Mediums. Das umgebende Medium ist der Filterschicht ausgehend vom Halbleiterkörper nachgeordnet. Das umgebende Medium umfasst Elemente, die den Halbleiterkörper einhüllen und insbesondere eine
Schutzfunktion aufweisen. Beispielsweise kann der
Halbleiterkörper als umgebendes Medium eine
Passivierungsschicht und/oder Verkapselung aufweisen.
Bei einer alternativen Ausgestaltung ist die Filterschicht mehrschichtig ausgebildet und weist mindestens zwei
Teilschichten auf, die sich in ihrem Brechungsindex
voneinander unterscheiden. Vorzugsweise umfasst die
Filterschicht eine Schichtenfolge aus sich abwechselnden Teilschichten mit höherem Brechungsindex und niedrigerem Brechungsindex. Insbesondere weisen die Teilschichten mit höherem Brechungsindex eine geringere Dicke auf als die
Teilschichten mit niedrigerem Brechungsindex.
Vorzugsweise weist die Filterschicht eine Dicke zwischen 400 nm und 800 nm, auf. Bei der Bemessung der Dicke der
Filterschicht ist einerseits darauf zu achten, dass sich der Herstellungsaufwand, der bei einem mehrschichtigen Aufbau der Filterschicht größer ist als bei einem einschichtigen Aufbau, in Grenzen hält und andererseits trotzdem die gewünschte Filtercharakteristik, die sich vorliegend durch einen
mehrschichtigen Aufbau besser realisieren lässt als durch einen einschichtigen Aufbau, erzielt wird. Mit einer Dicke zwischen 400 nm und 800 nm kann ein geeigneter Kompromiss zwischen Herstellungsaufwand und Filtercharakteristik erreicht werden. Hier und im Folgenden angegebene
Wertebereiche können die angegebenen Grenzen insbesondere beinhalten .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der
optoelektronische Halbleiterchip eine Leitungsschicht, die ein elektrisch leitendes Material enthält. Vorzugsweise ist die Leitungsschicht auf der Filterschicht angeordnet. Die Leitungsschicht ist insbesondere dafür vorgesehen, den Strom auf der Hauptfläche zu verteilen. In anderen Worten zeichnet sich die Leitungsschicht insbesondere durch eine
vergleichsweise gute elektrische Querleitfähigkeit aus.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die
Leitungsschicht und die Kontaktschicht unterschiedlich dick ausgebildet. Vorzugsweise weist die Leitungsschicht eine größere Dicke auf als die Kontaktschicht. Vorzugsweise liegt die Dicke der Kontaktschicht in einem Bereich zwischen 5 nm und 25 nm. Weiterhin liegt die Dicke der Leitungsschicht insbesondere zwischen 50 nm und 150 nm. Eine durch die
Kontaktschicht und die Leitungsschicht gebildete
Kontaktstruktur wird dabei in zwei verschiedene funktionelle Bereiche zergliedert. Dabei hat die dünner ausgebildete
Kontaktschicht, die den elektrischen Kontakt zum
Halbleiterkörper herstellt, aber eine schlechtere
Querleitfähigkeit aufweist als die dickere Leitungsschicht, den Vorteil, dass in ihr weniger Strahlung absorbiert wird. Die dickere Leitungsschicht hingegen sorgt für eine gute Querleitfähigkeit. Die Strahlungsverluste, die typischerweise
in einer dickeren Schicht erhöht sind, können vorliegend durch die zwischen der Kontaktschicht und Leitungsschicht angeordnete Filterschicht reduziert werden. Denn die
dielektrische Filterschicht sorgt dafür, dass vorzugsweise nur Strahlung, die unter steilen Winkeln auf die
Filterschicht auftrifft, zur Leitungsschicht kommt. Flache Strahlungskomponenten hingegen, die aufgrund der
Brechzahldifferenz zwischen Halbleiterkörper und umgebendem Medium aufgrund von Totalreflexionen am Übergang zwischen dem optisch dichteren und dem optisch dünneren Medium ohnehin nicht ausgekoppelt werden könnten, werden von der
Filterschicht möglichst zurückgehalten. Dadurch werden
Absorptionsverluste in der dickeren Leitungsschicht im
Wesentlichen auf den ausbreitungsfähigen Winkelbereich beschränkt. Insbesondere weist die Filterschicht eine
Filtercharakteristik auf, die dadurch gekennzeichnet ist, dass Strahlung, die mit einem Winkel innerhalb eines ersten Winkelbereichs, das heißt unter steilen Winkeln, auf die Filterschicht auftrifft, überwiegend transmittiert , und Strahlung, die mit einem Winkel innerhalb eines zweiten Winkelbereichs, das heißt unter flachen Winkeln, auf die Filterschicht auftrifft, überwiegend reflektiert.
Insbesondere wird die Grenze zwischen dem ersten
Winkelbereich und dem zweiten Winkelbereich durch den
Grenzwinkel der Totalreflexion bestimmt, der sich aus dem Brechungsindex des Halbleiterkörpers und dem Brechungsindex des umgebenden Mediums ableiten lässt. Der erste
Winkelbereich umfasst dabei Winkel, die kleiner sind als diese Grenze. Der zweite Winkelbereich hingegen umfasst Winkel, die größer sind als diese Grenze.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform grenzt die Filterschicht an die Kontaktschicht und die Leitungsschicht direkt an. In anderen Worten befindet sich zwischen der
Filterschicht und der Kontaktschicht keine weitere Schicht. Außerdem befindet sich zwischen der Filterschicht und der Leitungsschicht keine weitere Schicht.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die
Kontaktschicht ein transparentes elektrisch leitendes Oxid auf oder besteht daraus. Ferner kann auch die Leitungsschicht ein transparentes elektrisch leitendes Oxid enthalten oder daraus bestehen. Vorzugsweise sind die Leitungsschicht und die Kontaktschicht aus dem gleichen Material gebildet.
Transparente elektrisch leitende Oxide (transparent
conductive oxides, kurz „TCO") sind transparente, leitende Materialien, in der Regel Metalloxide, wie beispielsweise Zinkoxid, Zinnoxid, Cadmiumoxid, Titanoxid, Indiumoxid oder Indiumzinnoxid (ITO). Neben binären
MetallsauerstoffVerbindungen, wie beispielsweise ZnO, Sn02 oder In203 gehören auch ternäre MetallsauerstoffVerbindungen, wie beispielsweise Zn2Sn04, CdSn03, ZnSn03, Mgln204, Galn03, Zn2In205 oder In4Sn3012 oder Mischungen unterschiedlicher transparenter leitender Oxide zu der Gruppe der TCOs .
Weiterhin entsprechen die TCOs nicht zwingend einer
stöchiometrischen Zusammensetzung und können auch p- oder n- dotiert sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Filterschicht mindestens eine Öffnung auf. Insbesondere berühren sich die Kontaktschicht und die Leitungsschicht im Bereich der
Öffnung. In anderen Worten sind die Leitungs- und
Kontaktschicht im Bereich der Öffnung elektrisch miteinander
verbunden. Die Öffnung bildet also eine Art
Verbindungselement, durch das die Leitungs- und
Kontaktschicht elektrisch miteinander verbunden sind.
Beispielsweise kann die erzeugte Öffnung die Form eines umgedrehten Kegelstumpfes aufweisen. Ebenso ist es möglich, dass die Öffnung die Form eines umgedrehten Pyramidenstumpfes aufweist, wobei die Pyramide eine n-eckige Grundfläche aufweisen kann mit n=3 oder größer. Vorzugsweise wird die Öffnung umfangseitig von der Leitungsschicht oder der
Filterschicht begrenzt. Die umfangsseitige Oberfläche
entspricht bei einem Kegel- oder Pyramidenstumpf der
Mantelfläche. Unterseitig, das heißt an einer der Hauptfläche zugewandten Seite, kann die Öffnung von der Kontaktschicht begrenzt werden. Die Öffnung kann zumindest teilweise mit dem Material der Leitungsschicht befüllt sein, so dass die
Kontaktschicht im Bereich der Öffnung vollständig von der Leitungsschicht bedeckt ist. Alternativ kann in der Öffnung ein elektrisch leitendes Material angeordnet werden, das sich von dem für die Leitungsschicht verwendeten Material
unterscheidet. Insbesondere enthält die Öffnung ein
transparentes leitendes Oxid.
Vorzugsweise weist der optoelektronische Halbleiterchip eine Vielzahl von Öffnungen auf. Über die Dichte und Verteilung der Öffnungen sowie über die Größe der Öffnungen kann das Profil der Stromeinprägung in den Halbleiterkörper
beeinflusst werden. Für eine homogene Stromeinprägung ist es von Vorteil, wenn Randbereiche der Hauptfläche mit mehr
Öffnungen versehen sind als zentrale Bereiche der
Hauptfläche. Die Abstände zwischen den Öffnungen können dabei zwischen 20 ym und 50 ym betragen. Ein geeigneter Durchmesser der Öffnungen beträgt insbesondere zwischen 2 ym und 6 ym.
Unter dem Durchmesser ist bei einer nicht-runden Öffnung die längste laterale Abmessung zu verstehen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die
Leitungsschicht und die Kontaktschicht auf der Hauptfläche angeordnet. Ebenso ist auch die Filterschicht auf der
Hauptfläche angeordnet. Vorzugsweise erstrecken sich die Leitungsschicht, die Filterschicht und die Kontaktschicht größtenteils parallel zur Hauptfläche. Dabei erleichtert die ebene Hauptfläche die Ausbildung der Schichten.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung wird die Leitungsschicht von der Kontaktschicht lateral überragt. „Lateral" bedeutet dabei parallel zur Hauptfläche. Insbesondere erstreckt sich die Kontaktschicht bis zum Rand der Hauptfläche. Weiterhin ist die Leitungsschicht mit Vorteil in einem Abstand zum Rand der Hauptfläche angeordnet.
Ferner kann die Filterschicht zumindest teilweise auf der mindestens einen Seitenfläche des Halbleiterkörpers
angeordnet sein. Dabei dient die Filterschicht insbesondere zum Schutz des Halbleiterkörpers im Bereich der aktiven Zone.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der
optoelektronische Halbleiterchip eine Passivierungsschicht, die auf der Leitungsschicht angeordnet ist. Die
Passivierungsschicht schützt den Halbleiterkörper sowie die darauf angeordneten weiteren Schichten vor physikalischen und chemischen Einflüssen. Die Passivierungsschicht bedeckt die Hauptfläche insbesondere nahezu vollständig. In anderen
Worten wird die Hauptfläche insbesondere vollständig von der Passivierungsschicht überspannt. Weiterhin kann sich die Passivierungsschicht bis auf die mindestens eine Seitenfläche
erstrecken und diese zumindest teilweise bedecken. Die
Passivierungsschicht kann aus einem Material gebildet sein, das einen niedrigeren Brechungsindex als die Leitungsschicht aufweist. Beispielsweise kann die Passivierungsschicht
Siliziumdioxid enthalten oder daraus bestehen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterchips umfasst der Halbleiterkörper einen Träger, auf dem der erste und zweite Halbleiterbereich angeordnet sind. Insbesondere handelt es sich bei dem Träger um ein Aufwachssubstrat , auf dem der erste und zweite
Halbleiterbereich epitaktisch abgeschieden sind. Unter
"epitaktisch auf dem Aufwachssubstrat abgeschieden" versteht man im vorliegenden Zusammenhang, dass das Aufwachssubstrat zur Abscheidung und/oder zum Aufwachsen des ersten und zweiten Halbleiterbereichs dient. Beispielsweise steht der zweite Halbleiterbereich mit dem Aufwachssubstrat in direktem Kontakt. Vorzugsweise wird das Aufwachssubstrat nach dem Aufwachsen des ersten und zweiten Halbleiterbereichs nicht abgelöst, sondern verbleibt im Halbleiterkörper.
Für den ersten und zweiten Halbleiterbereich des
Halbleiterkörpers kommen vorzugsweise auf Nitrid- Verbindungshalbleitern basierende Materialien in Betracht. „Auf Nitrid-Verbindungshalbleitern basierend" bedeutet im vorliegenden Zusammenhang, dass zumindest eine Schicht der Halbleiterbereiche ein Nitrid-III/V-
Verbindungshalbleitermaterial , vorzugsweise AlnGamIni-n-mN umfasst, wobei 0 < n < 1, 0 < m < 1 und n+m < 1. Dabei muss dieses Material nicht zwingend eine mathematisch exakte
Zusammensetzung nach obiger Formel aufweisen. Vielmehr kann es einen oder mehrere Dotierstoffe sowie zusätzliche
Bestandteile aufweisen, die die charakteristischen
physikalischen Eigenschaften des AlnGamI ni-n-mN-Materials im Wesentlichen nicht ändern. Der Einfachheit halber beinhaltet obige Formel jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters (AI, Ga, In, N) , auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt sein können.
Das Träger- beziehungsweise das Aufwachssubstrat umfasst oder besteht vorzugsweise aus Saphir, SiC und/oder GaN. Besteht das Aufwachssubstrat aus Saphir so handelt es sich beim hier beschriebenen Halbleiterchip um einen Saphir-Chip. Ein
Saphirsubstrat ist transparent für kurzwellige sichtbare Strahlung, insbesondere im blauen bis grünen Bereich. Da die Wellenlänge der von der aktiven Zone emittierten Strahlung vorliegend insbesondere in diesem Wellenlängenbereich liegt, ist ein derartiges Aufwachssubstrat für die von der aktiven Zone emittierte Strahlung durchlässig. Bei dem
optoelektronischen Halbleiterchip handelt es sich in diesem Fall um einen sogenannten Volumenemitter im Gegensatz zu einem Oberflächenemitter.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterchips weist dieser ein erstes Kontaktelement auf, das ein elektrisch leitendes Material enthält und direkt auf der Leitungsschicht angeordnet ist. Vorzugsweise bildet das erste Kontaktelement einen elektrischen Anschluss des ersten Halbleiterbereichs des Halbleiterkörpers. Mittels des ersten Kontaktelements kann in die Leitungsschicht Strom eingeprägt werden. Insbesondere ist das erste Kontaktelement direkt auf der Leitungsschicht angeordnet. Zwischen dem ersten
Kontaktelement und der Hauptfläche sind die Kontaktschicht, die Filterschicht und die Leitungsschicht angeordnet. Im Betrieb wird von dem ersten Kontaktelement in die
Leitungsschicht Strom eingeprägt, der durch die mindestens
eine Öffnung in der Filterschicht bis zur Kontaktschicht fließt. Dabei ist es für eine homogene Stromeinprägung von Vorteil, wenn der Abstand zwischen einer dem Rand der
Hauptfläche unmittelbar benachbarten Öffnung und dem Rand der Hauptfläche kleiner ist als der Abstand zwischen einer dem ersten Kontaktelement unmittelbar benachbarten Öffnung und dem ersten Kontaktelement.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterchips weist dieser ein zweites Kontaktelement auf, das ein elektrisch leitendes Material enthält und auf dem zweiten Halbleiterbereich des Halbleiterkörpers mit dem zweiten Leitfähigkeitstyp angeordnet ist. Insbesondere bildet das zweite Kontaktelement einen elektrischen Anschluss des zweiten Halbleiterbereichs.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung ist zwischen dem zweiten Kontaktelement und dem zweiten Halbleiterbereich ein Teil der Filterschicht angeordnet. Die Filterschicht ist dafür
vorgesehen, Strahlungsverluste, die am zweiten Kontaktelement durch Absorption auftreten können, zu reduzieren.
Insbesondere ist das zweite Kontaktelement ausgehend vom zweiten Halbleiterbereich in vertikaler Richtung auf der Filterschicht angeordnet, wobei die vertikale Richtung eine zur Hauptfläche senkrecht verlaufende Richtung bezeichnet.
Weiterhin weist der Halbleiterchip vorzugsweise eine
elektrisch leitende Verbindungsschicht auf, die zwischen dem zweiten Kontaktelement und dem zweiten Halbleiterbereich auf einer Oberfläche des zweiten Halbleiterbereichs angeordnet ist. Ferner ist die Verbindungsschicht insbesondere zwischen dem zweiten Kontaktelement und der Filterschicht angeordnet. Da das zweite Kontaktelement mittels der darunter liegenden
Filterschicht vom zweiten Halbleiterbereich elektrisch isoliert ist, wird mittels der Verbindungsschicht eine elektrische Verbindung zwischen dem zweiten Halbleiterbereich und dem zweiten Kontaktelement hergestellt. Die
Verbindungsschicht kann ein transparentes elektrisch
leitendes Oxid enthalten oder daraus bestehen. Insbesondere wird bei der Herstellung des Halbleiterchips auf den
Halbleiterkörper eine Schicht aufgebracht, aus der durch Strukturierung die Leitungsschicht und die Verbindungsschicht erzeugt werden.
Ein Verfahren zur Herstellung eines wie oben beschriebenen optoelektronischen Halbleiterchips weist insbesondere
folgende Schritte auf:
- Bereitstellen eines Halbleiterkörpers mit einer
Hauptfläche,
- Aufbringen einer Kontaktschicht auf die Hauptfläche,
- Aufbringen einer Filterschicht auf die Kontaktschicht,
- Aufbringen einer Leitungsschicht auf die Filterschicht. Die Schritte können dabei zum Beispiel in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt werden. Mit dem Verfahren können insbesondere hier beschriebene Halbleiterchips hergestellt werden. Das heißt, sämtliche für die Halbleiterchips
beschriebenen Merkmale sind auch für das Verfahren offenbart und umgekehrt.
Vorzugsweise wird die Kontaktschicht in direktem Kontakt auf die Hauptfläche aufgebracht. Weiterhin weist die
Kontaktschicht mit Vorteil im Bereich der Hauptfläche keine Unterbrechungen auf. Die Filterschicht, die auf die
Kontaktschicht aufgebracht wird, kann hingegen im Bereich der Hauptfläche mit mindestens einer Öffnung ausgebildet werden. Weiterhin wird die Leitungsschicht vorzugsweise derart auf die Filterschicht aufgebracht, dass das Material der
Leitungsschicht bis in die Öffnung der Filterschicht dringt. Das in der Öffnung angeordnete Material der Leitungsschicht berührt mit Vorteil die Kontaktschicht. Am Ende des
Verfahrens kann auf die Leitungsschicht eine
Passivierungsschicht aufgebracht werden.
Gemäß einer ersten Ausführungsform des Verfahrens wird die Filterschicht, insbesondere ohne Unterbrechungen, auf der Kontaktschicht ausgebildet und anschließend die mindestens eine Öffnung in der Filterschicht erzeugt. Beispielsweise kann die Öffnung durch Ätzen hergestellt werden. Bei dieser Ausführungsform wird also die Filterschicht erst nach ihrer Herstellung strukturiert. Anschließend kann die
Leitungsschicht derart auf die Filterschicht aufgebracht werden, dass sie diese bedeckt und die mindestens eine
Öffnung zumindest teilweise ausfüllt.
Gemäß einer zweiten Ausführungsform des Verfahrens wird die Filterschicht bereits mit einer Strukturierung erzeugt. Dabei wird auf der Kontaktschicht eine Maske ausgebildet, welche die Kontaktschicht in den Bereichen bedeckt, in welchen später die mindestens eine Öffnung entstehen soll. Die
Filterschicht wird derart abgeschieden, dass sie auf der Maske und den unbedeckten Bereichen der Kontaktschicht angeordnet ist. Auf der Filterschicht wird anschließend die Leitungsschicht abgeschieden. Dabei kommt es darauf an, dass die Leitungsschicht in den unbedeckten Bereichen
Seitenflanken der Filterschicht bedeckt und bis zur
Kontaktschicht reicht. Die Filter- und Leitungsschicht können beispielsweise mittels Aufdampfen und/oder Sputtern erzeugt werden. Beim Ablösen der Maske, was insbesondere durch einen sogenannten Lift-Off-Prozess geschieht, entsteht dabei die mindestens eine Öffnung.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen und
Weiterbildungen ergeben sich aus den im Folgenden in
Verbindung mit den Figuren 1 bis 9 beschriebenen
Ausführungsformen .
Es zeigen: Figur 1 einen Ausschnitt einer schematischen
Querschnittsansicht eines optoelektronischen
Halbleiterchips gemäß einem Ausführungsbeispiel,
Figur 2 einen Ausschnitt einer schematischen Draufsicht auf eine Oberfläche des optoelektronischen
Halbleiterchips gemäß dem in Figur 1 beschriebenen Ausführungsbeispiel ,
Figur 3 eine schematische Draufsicht auf eine Oberfläche des optoelektronischen Halbleiterchips gemäß dem in
Figur 1 beschriebenen Ausführungsbeispiel,
Figur 4 eine Tabelle mit Angaben zum Aufbau des
optoelektronischen Halbleiterchips gemäß dem in Figur 1 beschriebenen Ausführungsbeispiel,
Figur 5 einen Ausschnitt einer schematischen
Querschnittsansicht eines herkömmlichen
optoelektronischen Halbleiterchips , Figur 6 eine Tabelle mit Angaben zum Aufbau des
herkömmlichen Halbleiterchips gemäß dem in Figur 5 beschriebenen Ausführungsbeispiel ,
Figur 7 ein Schaubild darstellend die Filtercharakteristik des optoelektronischen Halbleiterchips gemäß dem in
Figur 1 beschriebenen Ausführungsbeispiel und die Filtercharakteristik des herkömmlichen
Halbleiterchips gemäß dem in Figur 5 beschriebenen Ausführungsbeispiel ,
Figuren 8 und 9 verschiedene Ausführungsbeispiele eines
Verfahrens zur Herstellung eines wie hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterchips. Figur 1 zeigt einen Ausschnitt einer schematischen
Querschnittsansicht eines Ausführungsbeispiels eines wie hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterchips 1. Der
Halbleiterchip 1 umfasst einen Halbleiterkörper 2 mit einer Hauptfläche 3 und mehreren Seitenflächen 4, die quer zu der Hauptfläche 3, insbesondere in einem Winkel, der größer als 90° ist, angeordnet sind. Weiterhin weist der
Halbleiterkörper 2 eine aktive Zone 5 auf, die zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung S vorgesehen ist. Im
Betrieb tritt ein Teil der erzeugten Strahlung S durch die Hauptfläche 3 des Halbleiterkörpers 2 hindurch.
Der Halbleiterkörper 2 weist bei diesem Ausführungsbeispiel einen mesaförmigen Bereich 17 auf, der oberseitig durch die
Hauptfläche 3 und umfangsseitig durch schräg verlaufende Seitenflächen begrenzt wird. Weiterhin weist der
Halbleiterkörper 2 einen quaderförmigen Bereich 18 auf, worauf der mesaförmige Bereich 17 angeordnet ist. Der
mesaförmige Bereich 17 wird in lateraler Richtung, das heißt in einer im Wesentlichen parallel zur Hauptfläche 3
verlaufenden Richtung, zumindest bereichsweise von dem quaderförmigen Bereich 18 überragt.
Der optoelektronische Halbleiterchip 1 umfasst ferner eine Kontaktschicht 6, die auf der Hauptfläche 3 des
Halbleiterkörpers 2 angeordnet ist. Die Kontaktschicht 6 enthält ein elektrisch leitendes Material. Vorzugsweise enthält die Kontaktschicht 6 ein transparentes elektrisch leitendes Oxid. Die Hauptfläche 3 wird, insbesondere
größtenteils, von der Kontaktschicht 6 bedeckt. Die
Kontaktschicht 6 weist mit Vorteil eine vergleichsweise geringe Dicke dl auf, wobei die Dicke dl vorzugsweise in einem Bereich zwischen 5 nm und 25 nm liegt. Durch die geringe Dicke dl der Kontaktschicht 6 ist die Absorption in der Kontaktschicht 6 reduziert. Vorteilhafterweise ermöglicht eine derartige Kontaktschicht 6 die Transmission eines
Großteils der von der aktiven Zone 5 erzeugten Strahlung S. Der optoelektronische Halbleiterchip 1 umfasst weiter eine
Filterschicht 7, die auf der Kontaktschicht 6 angeordnet ist. Vorzugsweise ist die Filterschicht 7 mehrschichtig aufgebaut und weist insbesondere mindestens zwei Teilschichten 7A, 7B auf (vergleiche Figur 4) . Vorzugsweise sind die Teilschichten auf der Hauptfläche 3 übereinander angeordnet. In anderen Worten erstrecken sich die Teilschichten insbesondere
parallel zur Hauptfläche 3. Dabei weisen jeweils zwei
benachbarte Teilschichten einen unterschiedlichen
Brechungsindex auf. Insbesondere wechseln sich die Teilschichten derart ab, dass eine Schicht mit einem
hochbrechenden Material auf eine Schicht mit einem
niedrigbrechenden Material folgt. Insbesondere weisen die Teilschichten mit höherem Brechungsindex eine geringere Dicke auf als die Teilschichten mit niedrigerem Brechungsindex. Insgesamt kann die Filterschicht 7 eine Dicke d3 zwischen 400 nm und 800 nm aufweisen. Der optoelektronische Halbleiterchip 1 umfasst weiter eine Leitungsschicht 8, die der Filterschicht 7 auf einer der Hauptfläche 3 abgewandten Seite nachgeordnet ist.
Vorzugsweise ist die Leitungsschicht 8 ebenso wie die
Kontaktschicht 6 aus einem transparenten elektrisch leitenden Oxid gebildet. Die Leitungsschicht 8 weist jedoch eine höhere Dicke d2 als die Kontaktschicht 6 auf. Insbesondere liegt die Dicke d2 der Leitungsschicht 8 in einem Bereich zwischen 50 nm und 150 nm. Da die Leitungsschicht 8 dicker ausgebildet ist als die
Kontaktschicht 6, weist sie eine bessere elektrische
Querleitfähigkeit auf als die Kontaktschicht 6. In der Regel absorbiert eine dickere Schicht jedoch mehr Strahlung als eine dünnere Schicht. Allerdings ist es mit der vorliegend beschriebenen Filterschicht 7 möglich, die
Absorptionsverluste in der dickeren Leitungsschicht 8 geringer zu halten als bei einem herkömmlichen
Halbleiterchip . Die Filterschicht 7 bewirkt, dass bevorzugt nur Strahlung S, die unter steilen Winkeln auf die Filterschicht 7
auftrifft, zu der Leitungsschicht 8 gelangt. Die Winkel werden insbesondere relativ zu einer Hauptachse H bestimmt,
die senkrecht zur Hauptfläche 3 angeordnet ist. Flache
Strahlungskomponenten, die ohnehin beim Austritt aus dem Halbleiterchip 1 totalreflektiert würden, werden von der Filterschicht 7 in den Halbleiterkörper 2 zurückreflektiert.
Der optoelektronische Halbleiterchip 1 umfasst darüber hinaus mehrere Öffnungen 9 in der Filterschicht 7. Die Öffnungen 9 sind mit einem elektrisch leitenden Material gefüllt.
Vorzugsweise weisen die Öffnungen 9 das gleiche Material auf wie die Leitungsschicht 8. Insbesondere erstreckt sich die Leitungsschicht 8 bei diesem Ausführungsbeispiel bis in die Öffnungen 9.
Der optoelektronische Halbleiterchip 1 umfasst ferner ein erstes Kontaktelement 11, das auf der Leitungsschicht 8 angeordnet ist. Dabei ist das erste Kontaktelement 11 insbesondere direkt auf der Leitungsschicht 8 angeordnet, wobei zwischen dem ersten Kontaktelement 11 und der
Hauptfläche 3 die Kontaktschicht 6, die Filterschicht 7 und die Leitungsschicht 8 angeordnet sind. Bei dem Kontaktelement 11 handelt es sich vorzugsweise um einen Metallkontakt, der auf der Leitungsschicht 8 angeordnet ist und nur einen geringen Teil der Leitungsschicht 8 bedeckt. Wie die Figur 3 zeigt kann das Kontaktelement 11 U-förmig ausgebildet sein.
Der Halbleiterkörper 2 umfasst einen ersten Halbleiterbereich 12, der insbesondere p-leitend ist. Das erste Kontaktelement 11 bildet vorzugsweise einen elektrischen Anschluss des ersten Halbleiterbereichs 12. Ein zweiter Halbleiterbereich 14, der insbesondere n-leitend ist, kann mittels eines zweiten Kontaktelements 13 elektrisch angeschlossen werden.
Bei dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst der mesaförmige Bereich 17 den ersten Halbleiterbereich 12, die aktive Zone 5 sowie einen Teil des zweiten
Halbleiterbereichs 14. Der zweite Halbleiterbereich 14 ist darüber hinaus auch Bestandteil des quaderförmigen Bereichs 18. Das erste Kontaktelement 11 ist auf dem mesaförmigen Bereich 17 und das zweite Kontaktelement 13 auf dem
quaderförmigen Bereich 18 angeordnet. Wie die Figur 3 zeigt, kann das zweite Kontaktelement 13 eine langgestreckte Form aufweisen und insbesondere innerhalb eines Bereichs
angeordnet sein, der durch das erste Kontaktelement 11 begrenzt wird.
Unterhalb des zweiten Kontaktelements 13 ist zwischen diesem und dem zweiten Halbleiterbereich 14 ein Teil der
Filterschicht 7 angeordnet. Mittels der Filterschicht 7 können Strahlungsverluste, die am zweiten Kontaktelement 13 durch Absorption auftreten, gegenüber einem herkömmlichen Halbleiterchip (vgl. Figur 5), der unterhalb des zweiten Kontaktelements 13 λ keine Filterschicht aufweist, reduziert werden .
Weiterhin umfasst der Halbleiterchip 1 eine
Verbindungsschicht 15, die auf einer Oberfläche 19 des zweiten Halbleiterbereichs 14 angeordnet ist und das zweite Kontaktelement 13 mit dem zweiten Halbleiterbereich 14 elektrisch verbindet. Mit Vorteil enthält die
Verbindungsschicht 15 ein transparentes elektrisch leitendes Oxid. Die Verbindungsschicht 15 ist dabei nicht nur unterhalb des zweiten Kontaktelements 13 angeordnet, sondern bedeckt auch Bereiche der Oberfläche 19 des zweiten
Halbleiterbereichs 14, die von dem Kontaktelement 13
unbedeckt sind. Da das zweite Kontaktelement 13 mittels der
darunter liegenden Filterschicht 7 vom zweiten
Halbleiterbereich 14 elektrisch isoliert ist, kann
stattdessen mittels der Verbindungsschicht 15 eine
elektrische Verbindung zwischen dem zweiten Halbleiterbereich 14 und dem zweiten Kontaktelement 13 hergestellt werden.
Der erste und zweite Halbleiterbereich 12, 14 sind auf einem Träger 16 angeordnet. Insbesondere handelt es sich bei dem Träger 16 um das Aufwachssubstrat , auf dem der erste und zweite Halbleiterbereich 12, 14 abgeschieden worden sind. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Träger 16 um ein
Saphirsubstrat .
Ferner weist der Halbleiterchip 1 eine Passivierungsschicht 10 auf. Die Passivierungsschicht 10 ist auf der
Leitungsschicht 8 angeordnet und dient insbesondere zum
Schutz des Halbleiterkörpers 2 beziehungsweise der darauf angeordneten Schichten 6, 7, 8. Die Passivierungsschicht 10 bedeckt die Hauptfläche 3 und erstreckt sich über die
Seitenflächen 4 bis auf den quaderförmigen Bereich 18.
Beispielsweise enthält die Passivierungsschicht 10
Siliziumdioxid oder besteht daraus.
Figur 2 zeigt einen Ausschnitt einer schematischen Draufsicht auf den mesaförmigen Bereich 17 des in Figur 1 dargestellten Halbleiterchips 1. In der Figur 2 ist die Schnittlinie AA' eingezeichnet, entlang welcher die Schnittdarstellung der Figur 1 entstanden ist. Wie aus Figur 2 hervorgeht, ist der Abstand al zwischen einer dem Rand der Hauptfläche
unmittelbar benachbarten Öffnung 9a und dem Rand der
Hauptfläche kleiner als der Abstand a2 zwischen einer dem ersten Kontaktelement 11 unmittelbar benachbarten Öffnung 9b und dem ersten Kontaktelement 11. Die dichtere Anordnung der
Öffnungen 9 am Rand ermöglicht auch dort eine gute Stromeinprägung. Die Abstände a3 zwischen den Öffnungen 9 betragen vorzugweise zwischen 20 ym und 50 ym. Ein geeigneter Durchmesser b, das heißt eine längste laterale Abmessung, der Öffnungen 9 beträgt dabei insbesondere zwischen 2 ym und 6 ym. Ferner ist in Figur 2 der Rand 8a der Leitungsschicht 8 dargestellt. Der Rand 8a der Leitungsschicht 8 folgt
Verbindungslinien zwischen den randseitig angeordneten
Öffnungen 9 (vergleiche hierzu auch Figur 3) . Die
Leitungsschicht 8 reicht bis zu den randseitigen Öffnungen 9. Dabei ist die Leitungsschicht 8 in einem Abstand zum Rand der Hauptfläche angeordnet.
Figur 3 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine
Oberfläche des optoelektronischen Halbleiterchips gemäß dem in Figur 1 beschriebenen Ausführungsbeispiel. Wie aus Figur 3 hervorgeht, gleicht die Form der Verbindungsschicht 15 der Form des zweiten Kontaktelements 13. Hinsichtlich ihrer Größe weichen die beiden Schichten 13, 15 jedoch voneinander ab. Die Verbindungsschicht 15 überragt das Kontaktelement 13 an allen Seiten.
Figur 4 zeigt eine Tabelle, in welcher für die verschiedenen Schichten des in Figur 1 dargestellten Halbleiterchips 1 verschiedene Parameter angegeben sind. In der ersten Spalte sind die Elemente angegeben, in der zweiten Spalte ist das Material M der entsprechenden Elemente angegeben, in der dritten Spalte ist die physikalische Dicke d der Elemente in nm angegeben. Wie aus der Tabelle hervorgeht, weist dabei die Filterschicht 7 insgesamt sechs Teilschichten 7A, 7B auf, wobei die Teilschichten 7A aus einem niedrigbrechenden
Material (LRI bedeutet „Low Refractive Index") gebildet sind, während die Teilschichten 7B aus einem hochbrechenden
Material (HRI bedeutet „High Refractive Index") gebildet sind. Beispielsweise kann es sich bei dem niedrigbrechenden Material der Teilschichten 7A um S1O2 oder SiON mit dem
Brechungsindex n = 1.55 handeln. Ferner kann es sich bei dem hochbrechenden Material der Teilschichten 7B um T1O2 mit dem Brechungsindex n = 2.49 handeln. Das umgebende Medium V umfasst die Passivierungsschicht 10 (vgl. Figur 1) und eine Verkapselung. Beispielsweise kann die Passivierungsschicht Siliziumdioxid enthalten. Ferner kann die Verkapselung aus Silikon gebildet sein. Insbesondere weisen die
Passivierungsschicht und Verkapselung denselben
Brechungsindex auf, so dass die beiden Schichten ein optisch homogenes Material (PRO steht hier für „protection") bilden, dessen Brechungsindex n = 1.55 beträgt. Weiterhin ist aus der Tabelle ersichtlich, dass die Kontaktschicht 6 und die
Leitungsschicht 8 aus einem ITO gebildet sind, wobei die Kontaktschicht 6 eine Dicke von 15 nm und die Leitungsschicht 8 eine Dicke von 95 nm aufweist. Im Gegensatz hierzu weist ein herkömmlicher Halbleiterchip, wie er beispielsweise in Figur 5 dargestellt ist, keine Filterschicht auf. Vielmehr weist ein herkömmlicher Halbleiterchip eine einzige
Kontaktschicht 6λ auf, welche gleich dick ist wie die beiden Schichten 6 und 8 zusammen (vgl. Tabelle der Figur 6) . Dies führt dazu, dass in der Kontaktschicht 6λ höhere
Absorptionsverluste auftreten als bei dem vorliegend
beschriebenen Halbleiterchip 1.
In Figur 7 sind in einem Schaubild die winkelabhängige
Transmission T in % und Absorption A in % eines wie hier beschriebenen Halbleiterchips (vergleiche Figur 1) im
Vergleich zu einem herkömmlichen Halbleiterchip (vergleiche Figur 5) dargestellt. Dabei ist zu erkennen, dass die
Transmission T bei einem wie beschriebenen Halbleiterchip
(Kurve I mit durchgezogener Linie) für Winkel mit 0° ^ ^ «tot / wobei oitot den Grenzwinkel der Totalreflexion bezeichnet, gegenüber einem herkömmlichen Halbleiterchip (Kurve II mit durchgezogener Linie) erhöht ist. Bei Winkeln , die größer sind als der Grenzwinkel tot / ist die Absorption A bei einem wie hier beschriebenen Halbleiterchip (Kurve I mit
gestrichelter Linie) entscheidend reduziert gegenüber einem herkömmlichen Halbleiterchip (Kurve II mit gestrichelter Linie) . Der Winkelbereich 0° < a < tot bezeichnet den ersten Winkelbereich, während der Winkelbereich tot < ^ 90° den zweiten Winkelbereich bezeichnet. Es sei darauf hingewiesen, dass der erste Winkelbereich einen kegelförmigen Bereich darstellt, dessen Symmetrieachse die in Figur 1 dargestellte Hauptachse H bildet. Der Grenzwinkel der Totalreflexion tot bestimmt sich aus dem Brechungsindex des Halbleiterkörpers und dem Brechungsindex des umgebenden Mediums, wobei der aus GaN gebildete Halbleiterkörper einen Brechungsindex n = 2,5 und das umgebende Medium einen Brechungsindex n = 1,55 aufweisen, woraus sich ein Grenzwinkel tot = aresin (1, 55/2, 5) = 38,3° ergibt .
Es sei angemerkt, dass es sich bei den Werten für T und A um errechnete, nicht um gemessene Werte handelt, wobei der
Berechnung die in den Tabellen der Figuren 4 und 6
angegebenen Werte zugrunde gelegt wurden.
Anhand der Figur 8 soll insbesondere die Herstellung der Filterschicht 7, der mindestens einen Öffnung 9 und der
Leitungsschicht 8 verdeutlicht werden. Auf eine Darstellung der einzelnen Herstellungsschritte des Verfahrens wird dabei verzichtet. Bei der Herstellung der Filterschicht 7 wird diese auf die Kontaktschicht 6 aufgebracht, wobei eine der Hauptfläche 3 zugewandte Oberfläche der Filterschicht 7 in
direktem Kontakt mit der Kontaktschicht 6 ausgebildet wird. Anschließend wird die Filterschicht 7 derart strukturiert, dass sie zumindest eine Öffnung 9 aufweist, die sich von einer der Hauptfläche 3 abgewandten Oberfläche der
Filterschicht 7 bis zu einer der Hauptfläche 3 zugewandten Oberfläche der Filterschicht 7 erstreckt. Bei dieser
Ausführungsform wird also die Filterschicht 7 erst nach ihrer Herstellung strukturiert. Beispielsweise kann die Öffnung 9 durch Ätzen hergestellt werden. Dann wird auf die
Filterschicht 7 die Leitungsschicht 8 aufgebracht, wobei die Leitungsschicht 8 derart auf die Filterschicht 7 aufgebracht wird, dass eine der Hauptfläche 3 zugewandte Oberfläche der Leitungsschicht 7 in direktem Kontakt steht mit der
Filterschicht 7. Insbesondere werden bei der Herstellung der Leitungsschicht 8 die Öffnungen 9 mit dem Material der
Leitungsschicht 8 befüllt. Durch die befüllte Öffnung 9 wird dann ein Verbindungselement ausgebildet, das die
Leitungsschicht 8 mit der Kontaktschicht 6 verbindet. Das Verbindungselement kann dabei innerhalb der Öffnung 9 angeordnet sein, sodass es nicht über die Öffnung 9
hinausragt .
Figur 9 zeigt eine andere Möglichkeit zur Ausbildung der Filterschicht 7 und der Leitungsschicht 8. Hierbei wird die Filterschicht 7 nicht wie bei dem in Figur 8 beschriebenen Ausführungsbeispiel nachträglich strukturiert, sondern bereits strukturiert aufgebracht. Dabei wird auf der
Kontaktschicht 6 eine Maske ausgebildet (nicht dargestellt) , welche die Kontaktschicht 6 in den Bereichen bedeckt, in welchen später die mindestens eine Öffnung 9 entstehen soll. Die Filterschicht 7 wird derart abgeschieden, dass sie auf der Maske und den unbedeckten Bereichen der Kontaktschicht 6 angeordnet ist. Auf der Filterschicht 7 wird anschließend die
Leitungsschicht 8, insbesondere vollflächig, abgeschieden. Die Filter- und Leitungsschicht 7, 8 können dabei mittels Aufdampfen und/oder Sputtern erzeugt werden. Beim Ablösen der Maske, was insbesondere durch einen sogenannten Lift-Off- Prozess geschieht, entsteht dabei die mindestens eine Öffnung 9. Am Boden wird die mindestens eine Öffnung 9 von der
Kontaktschicht 6 begrenzt, während sie umfangsseitig durch die Leitungsschicht 8 begrenzt wird. Beim vorliegenden
Ausführungsbeispiel wird ferner die Passivierungsschicht 10 derart auf der Leitungsschicht 8 abgeschieden, dass sie auch in der mindestens einen Öffnung 9 angeordnet ist.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die
Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von
Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den
Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 102016101612.8, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Bezugs zeichenliste
1, 1λ optoelektronischer Halbleiterchip
2, 2λ Halbleiterkörper
3 Hauptfläche
4 Seitenfläche
5 aktive Zone
6, 6λ Kontaktschicht
7 Filterschicht
7A erste Teilschicht der Filterschicht 7B zweite Teilschicht der Filterschicht
8 Leitungsschicht
8a Rand der Leitungsschicht
9, 9a, 9b Öffnung
10, 10 λ Passivierungsschicht
11 erstes Kontaktelement
12 erster Halbleiterbereich
13, 13 λ zweites Kontaktelement
14 zweiter Halbleiterbereich
15, 15 λ Verbindungsschicht
16 Träger, Aufwachssubstrat
17 mesaförmiger Bereich
18 quaderförmiger Bereich
19 Oberfläche
al, a2, a3 Abstand
b Durchmesser
dl Dicke der Kontaktschicht
d2 Dicke der Leitungsschicht
d3 Dicke der Filterschicht
T Transmission
A Absorption
H Hauptachse
S Strahlung
V umgebendes Medium
Claims
Optoelektronischer Halbleiterchip (1) umfassend
- einen Halbleiterkörper (2) mit einer Hauptfläche (3) und mindestens einer Seitenfläche (4), die quer zu der Hauptfläche (3) angeordnet ist, wobei der
Halbleiterkörper (2) eine aktive Zone (5) zur
Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung (S) aufweist und im Betrieb ein Teil der erzeugten
Strahlung (S) durch die Hauptfläche (3) des
Halbleiterkörpers (2) hindurchtritt,
- eine Kontaktschicht (6), die auf der Hauptfläche (3) des Halbleiterkörpers (2) angeordnet ist und ein elektrisch leitendes Material enthält,
- eine Filterschicht (7), die auf der Kontaktschicht
(6) angeordnet ist und ein dielektrisches Material enthält,
- eine Leitungsschicht (8), die auf der Filterschicht
(7) angeordnet ist und ein elektrisch leitendes
Material enthält, wobei
eine Dicke (d2) der Leitungsschicht (8) größer ist als eine Dicke (dl) der Kontaktschicht (6) .
Optoelektronischer Halbleiterchip (1) gemäß dem
vorhergehenden Anspruch, wobei die Filterschicht (7) mindestens eine Öffnung (9) aufweist.
Optoelektronischer Halbleiterchip (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich die Kontaktschicht
(6) und die Leitungsschicht (8) im Bereich der Öffnung
(9) berühren.
Optoelektronischer Halbleiterchip (1) gemäß einem der Ansprüche 2 und 3, wobei die Filterschicht (7) eine Vielzahl von Öffnungen (9) aufweist, und der Abstand (al) zwischen einer dem Rand der Hauptfläche (3) unmittelbar benachbarten Öffnung (9a) und dem Rand der Hauptfläche (3) kleiner ist als der Abstand (a2) zwischen einer dem ersten Kontaktelement (11)
unmittelbar benachbarten Öffnung (9b) und dem ersten Kontaktelement (11) .
Optoelektronischer Halbleiterchip (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Filterschicht (7) eine Filtercharakteristik aufweist, die dadurch gekennzeichnet ist, dass Strahlung (S) , die mit einem Winkel ( ) innerhalb eines ersten Winkelbereichs auf die Filterschicht (7) auftrifft, überwiegend
transmittiert und Strahlung (S) , die mit einem Winkel ( ) innerhalb eines zweiten Winkelbereichs auf die Filterschicht (7) auftrifft, überwiegend reflektiert wird .
Optoelektronischer Halbleiterchip (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Filterschicht (7) an die Kontaktschicht (6) und die Leitungsschicht (8) direkt angrenzt.
Optoelektronischer Halbleiterchip (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Filterschicht (7) mehrschichtig ausgebildet ist und mindestens zwei Teilschichten (7A, 7B) aufweist, die sich in ihrem Brechungsindex (n) unterscheiden.
Optoelektronischer Halbleiterchip (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Filterschicht (7) eine Schichtenfolge aus sich abwechselnden
Teilschichten mit höherem Brechungsindex (7B) und niedrigerem Brechungsindex (7A) umfasst, wobei die Teilschichten mit höherem Brechungsindex (7B) eine geringere Dicke aufweisen als die Teilschichten (7A) mit niedrigerem Brechungsindex.
Optoelektronischer Halbleiterchip (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Filterschicht (7) aus einer einzigen Schicht besteht, und das
dielektrische Material der Filterschicht (7) einen Brechungsindex aufweist, der größer oder gleich groß ist wie der Brechungsindex eines die Filterschicht umgebenden Mediums (V) .
Optoelektronischer Halbleiterchip (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Filterschicht (7) zumindest teilweise auf der Seitenfläche (4) angeordnet ist .
Optoelektronischer Halbleiterchip (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kontaktschicht (6) und/oder die Leitungsschicht (8) ein transparentes elektrisch leitendes Oxid aufweist oder daraus besteht.
Optoelektronischer Halbleiterchip (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche umfassend
- ein erstes Kontaktelement (11), das ein elektrisch leitendes Material enthält und auf der
Leitungsschicht (8) angeordnet ist, wobei das erste Kontaktelement (11) einen elektrischen Anschluss eines ersten Halbleiterbereichs (12) des
Halbleiterkörpers (2) mit einem ersten
Leitfähigkeitstyp bildet, und
ein zweites Kontaktelement (13), das ein elektrisch leitendes Material enthält und auf einem zweiten Halbleiterbereich (14) des Halbleiterkörpers (2) mit einem zweiten Leitfähigkeitstyp angeordnet ist, wobe das zweite Kontaktelement (13) einen elektrischen Anschluss des zweiten Halbleiterbereichs (14) bildet
Optoelektronischer Halbleiterchip (1) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei zwischen dem zweiten Kontaktelement (13) und dem zweiten Halbleiterbereich (14) ein Teil der Filterschicht (7) angeordnet ist.
Optoelektronischer Halbleiterchip (1) gemäß einem der Ansprüche 12 und 13, der eine elektrisch leitende Verbindungsschicht (15) aufweist, die zwischen dem zweiten Kontaktelement (13) und dem zweiten
Halbleiterbereich (14) angeordnet ist.
Optoelektronischer Halbleiterchip (1) gemäß Anspruch 14, wobei die Verbindungsschicht (15) zwischen dem zweiten Kontaktelement (13) und der Filterschicht (7) angeordnet ist.
Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips (1) mit den folgenden Schritten:
- Bereitstellen eines Halbleiterkörpers (2) mit einer Hauptfläche (3) ,
- Aufbringen einer Kontaktschicht (6) auf die
Hauptfläche (3), wobei die Kontaktschicht (6) aus einem elektrisch leitenden Material gebildet wird,
- Aufbringen einer Filterschicht (7) auf die Kontaktschicht (6), wobei die Filterschicht (7) aus einem dielektrischen Material gebildet wird,
- Aufbringen einer Leitungsschicht (8) auf die
Filterschicht (7), wobei die Leitungsschicht (8) aus einem elektrisch leitenden Material gebildet wird, und wobei
eine Dicke (d2) der Leitungsschicht (8) größer ist als eine Dicke (dl) der Kontaktschicht (6) .
17. Verfahren gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei auf den Halbleiterkörper (2) eine Schicht aufgebracht wird, aus der durch Strukturierung die Leitungsschicht (8) und eine Verbindungsschicht (15) erzeugt werden.
18. Verfahren gemäß Anspruch 16 oder 17, wobei die
Filterschicht (7) ohne Unterbrechungen auf der
Kontaktschicht (6) ausgebildet und anschließend
mindestens eine Öffnung (9) in der Filterschicht (7) erzeugt wird.
19. Verfahren gemäß Anspruch 16 oder 17, wobei auf der
Kontaktschicht (6) eine Maske ausgebildet wird, welche die Kontaktschicht (6) in Bereichen bedeckt, in welchen eine Öffnung (9) in der Filterschicht (7) entstehen soll, wobei die Filterschicht (7) derart abgeschieden wird, dass sie auf der Maske und in von der Maske unbedeckten Bereichen der Kontaktschicht (6) angeordnet ist .
20. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 16 bis 19, wobei ein optoelektronischer Halbleiterchip (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15 hergestellt wird.
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