WO2018007186A1 - Strahlungsemittierender halbleiterchip - Google Patents

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WO2018007186A1
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contact
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semiconductor chip
emitting semiconductor
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Fabian Kopp
Attila Molnar
Björn MUERMANN
Franz Eberhard
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Osram Opto Semiconductors GmbH
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Definitions

  • the present application relates to a
  • One task is to use a radiation-emitting
  • This task is among others by a
  • a radiation-emitting semiconductor chip comprising a semiconductor body is specified.
  • the semiconductor body has an active region provided for generating radiation.
  • the active area is for
  • the active region is in particular arranged between a first semiconductor layer and a second semiconductor layer, wherein the first Semiconductor layer and the second semiconductor layer at least in places with respect to their conductivity type of each other
  • the first semiconductor layer, the second semiconductor layer and the active region may each be formed as a single layer or as a multilayer.
  • the first contact layer has a first contact surface for external electrical contacting of the semiconductor chip.
  • the first contact surface is provided for electrically contacting the first semiconductor layer.
  • the first contact layer may have a first contact finger structure connected to the first contact surface
  • the first contact finger structure is provided for the lateral distribution of charge carriers, which in the operation of the radiation-emitting semiconductor chip via the first
  • a lateral direction is understood to mean a direction which runs parallel to a main extension plane of the active region. Accordingly, a vertical runs
  • the semiconductor chip to a second contact layer having a second contact surface for external electrical contacting of the semiconductor chip.
  • the second contact layer for electrical contacting of the second Semiconductor layer provided.
  • the second contact layer has a second contact finger structure connected to the second contact surface.
  • radiation-emitting semiconductor chips overlap the first contact finger structure and the second contact finger structure in plan view of the semiconductor chip at least in places. Areas in which the first contact finger structure and the second contact finger structure overlap can be used both for the lateral current distribution for the contacting of the first semiconductor layer and for the lateral current distribution for the contacting of the second semiconductor layer. For example, at least 10%, at least 30% or at least 90% of the first contact finger structure is in plan view of the semiconductor chip within the second
  • Radiation generation can be used in addition to the charge carrier distribution over the first contact finger structure can be used. Opposite a radiation-emitting
  • Contact layers for example the first contact layer, but it can also have at least one contact finger which is formed without overlapping with the other, for example the second, contact layer.
  • the first contact surface and the second contact surface are in contrast to this
  • the first contact finger structure may have a number of contact fingers that are greater than or equal to the
  • Number of contact fingers of the second contact finger structure is.
  • a contact finger structure is generally understood to mean a region of a contact layer which, in comparison to the contact surface provided for the electrical contacting, has a comparatively small extent at least in a lateral direction.
  • Current distribution layer is electrically conductively connected to the first contact layer.
  • the borders are conductively connected to the first contact layer.
  • Terminal layer is electrically connected to the first contact layer conductively connected, for example via the
  • Insulation layer contains, for example, a dielectric material.
  • the dielectric material is an electrically weak or non-conductive,
  • Insulation layer contains, for example, at least one of the following materials: silicon nitride, silicon dioxide,
  • Silicon oxynitride alumina, titania, tantalum oxide, niobium oxide.
  • the insulation layer covers, for example, at least 30%, for example at least 50%, at least 70% or at least 90% of the total base area of the semiconductor chip in plan view.
  • the insulation layer covers at most 99% of the entire base area of the semiconductor chip in plan view.
  • the insulation layer is in places
  • connection layer arranged between the connection layer and the current distribution layer, in particular seen in the vertical direction.
  • the insulation layer is in vertical
  • Radiation-emitting semiconductor chips comprises the
  • a radiation-emitting semiconductor chip has a semiconductor body which has an active region provided for generating radiation.
  • the semiconductor chip comprises a first
  • Contact layer which has a first contact surface for electrically contacting the semiconductor chip and a first contact finger structure connected to the first contact surface
  • the semiconductor chip comprises a second
  • Contact layer which has a second contact surface for external electrical contacting of the semiconductor chip and a second connected to the second contact surface
  • the semiconductor chip comprises a current distribution layer, which is electrically conductively connected to the first contact layer.
  • the semiconductor chip comprises a connection layer, which via the current distribution layer with the first
  • Semiconductor chip includes an insulating layer containing a dielectric material, wherein the insulating layer in places between the terminal layer and the
  • connection layer the connection layer to at least 30% of the surface of the connection layer.
  • the Insulation layer, the connection layer to at least 50%, at least 70% or at least 90%.
  • the insulation layer can therefore cover the connection layer over a large area.
  • the insulating layer covers the
  • Connection layer up to 95% or at most 99%.
  • Insulation layer at least one opening.
  • the terminal layer and the current distribution layer in the opening adjoin one another.
  • the connection layer and the current distribution layer are electrically connected to one another in the region of the opening.
  • the connection layer and the current distribution layer adjoin one another only in the at least one opening.
  • the opening is surrounded by the material of the insulating layer along its entire circumference.
  • the opening is at least partially with material of the
  • Insulation layer on a plurality of openings. About the position of the openings is in the manufacture of the
  • the openings are in terms of their
  • a distance between two adjacent openings is, for example, between 5 ym inclusive and 60 ym inclusive, approximately between 20 ym inclusive and 50 ym inclusive.
  • One Diameter of the openings is in particular between 0.5 and 20 ym including 20 ym,
  • the openings may also differ from each other in terms of their shape and / or size.
  • one or more openings may be provided on the edge of the semiconductor chip, which openings are larger than openings in the center region of the semiconductor chip.
  • Insulation layer is formed as a filter layer, which predominantly transmits the radiation incident within a first angular range and within a second
  • Predominantly means in particular that at least 60% of the radiation is transmitted or reflected.
  • angles of the first angle range relative to the vertical direction are smaller than the angles of the second angle range. Radiation which impinges on the insulating layer at comparatively steep angles is thus predominantly transmitted, while comparatively flat incident radiation is predominantly reflected.
  • Insulation layer downstream layers, for example in the current distribution layer, can be reduced.
  • the boundary between the first angle range and the second angle range is determined by the
  • 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.
  • Angle range includes angles that are smaller than this limit.
  • the second angle range includes
  • the trained in particular as a filter layer
  • Insulation layer may consist of a single layer. This means in particular that the insulation layer is formed homogeneously and is formed, for example, from a single dielectric material.
  • the dielectric is formed homogeneously and is formed, for example, from a single dielectric material.
  • Material advantageously has a matched refractive index, where "adapted" means that the refractive index of the dielectric material is greater than or equal to the refractive index of a medium surrounding the insulating layer comprises elements which encase the semiconductor body and in particular have a protective function, for example the semiconductor body may be a surrounding medium
  • the insulating layer formed in particular as a filter layer is designed to be multi-layered and has at least two partial layers which differ from each other in their refractive index.
  • the filter layer comprises a layer sequence of alternating partial layers with higher
  • Refractive index and lower refractive index are Refractive index and lower refractive index.
  • the higher refractive index sublayers have one smaller thickness than the lower refractive index sublayers.
  • the particular has as a filter layer
  • formed insulating layer has a thickness between
  • multilayer structure better than can be achieved by a single-layer structure.
  • a thickness of between 400 nm and 800 nm inclusive a suitable compromise between production costs and filter characteristics can be achieved.
  • Insulation layer to the connection layer and to the
  • Insulation layer no further layers.
  • the insulating layer is at least in places the only layer which is arranged between the connection layer and the current distribution layer.
  • Terminal layer has a smaller thickness than the
  • the Power distribution layer at least twice as thick as the connection layer.
  • a thickness of the connection layer For example, a thickness of the connection layer
  • Terminal layer between 3 nm and
  • a thickness of the current distribution layer is, for example, between 30 nm and 200 nm inclusive, approximately between 50 nm and 150 nm inclusive.
  • the current distribution layer is characterized by a thickness of approximately 30 nm greater transverse conductivity than the terminal layer.
  • the connecting layer also has lower absorption losses due to the lower thickness
  • Terminal layer passing radiation.
  • Radiation absorption losses in the current distribution layer can be reduced by means of the insulating layer acting in particular as a filter layer.
  • the insulating layer acting in particular as a filter layer.
  • Insulation layer a high transverse conductivity at
  • Radiation-emitting semiconductor chips overlap at least 50% of the total area of the second contact finger structure with the first contact finger structure. In other words, at least half of that of the second
  • Semiconductor body at least one recess extending from the radiation exit surface through the active region.
  • the second is
  • the second contact layer in the recess electrically conductively connected to the semiconductor body.
  • the second contact layer directly adjoins the semiconductor body, in particular the second semiconductor layer.
  • the recess may also be completely filled with material of the second contact layer.
  • Insulation layer between the first contact layer and the second contact layer arranged.
  • the insulation layer thus also serves for the electrical separation between the first and the second contact layer, so that in particular there is no direct current path between these contact layers.
  • a charge carrier injection from the first contact layer into the semiconductor body therefore does not take place directly under the first contact layer, but in the lateral direction thereof. This reduces the amount of radiation immediately below the first contact layer in the active layer Area is generated and is prevented by the first contact layer at the radiation exit.
  • Radiation-emitting semiconductor chips is disposed in regions between the semiconductor body and the current distribution layer, a dielectric mirror layer.
  • the dielectric mirror layer comprises a plurality of layer pairs, the layers of the layer pairs being different from one another with respect to their refractive indices.
  • the dielectric mirror layer includes between three and ten partial layers inclusive, with adjoining partial layers differing in refractive index.
  • the dielectric mirror layer comprises a layer sequence of alternating partial layers with higher
  • the higher refractive index sublayers have a smaller thickness than the lower refractive index sublayers.
  • the dielectric mirror layer is for
  • the dielectric mirror layer covers
  • the dielectric mirror layer is located in the vertical direction in places between the
  • Connection layer and the current distribution layer arranged, in particular between the connection layer and the
  • Insulation layer This prevents radiation on the side surface of the recess from the semiconductor body exit and subsequently to the first contact layer
  • Radiation-emitting semiconductor chips contains the
  • Terminal layer and / or the power distribution layer of a TCO material are Terminal layer and / or the power distribution layer of a TCO material.
  • 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)
  • Metal oxygen compounds such as ZnO, SnO 2 or In 2 O 3 also include ternary metal oxygen compounds such as Zn 2 SnO 4, Cd SnO 3, Zn SnO 3, Mgln 204, GalnO 3, Zn 2 In 2 O 5 or In 4 Sn 3 O 12 or mixtures of different transparent conductive oxides into the group of TCOs.
  • TCOs do not necessarily correspond to one
  • the terminal layer and the current distribution layer may be formed of the same material. Alternatively, the terminal layer and the current distribution layer may also be p- or n-doped.
  • the terminal layer and the current distribution layer may be formed of the same material. Alternatively, the terminal layer and the current distribution layer may also be p- or n-doped.
  • the dielectric mirror layer is arranged in places between the semiconductor body and the second contact layer.
  • the dielectric mirror layer has a recess in which the second contact layer directly adjoins the semiconductor body.
  • the second contact layer has a mirror layer.
  • silver or aluminum is suitable for the mirror layer. With silver can be particularly high reflectivities in the visible
  • the mirror layer has a thickness of between 300 nm and 2 ym inclusive.
  • the second contact layer has a contact-making layer.
  • the Contacting layer is intended to produce a good ohmic contact to the semiconductor body, in particular to the second semiconductor layer.
  • the contact layer has a thickness of between 3 nm and 100 nm inclusive.
  • Layer is in particular arranged between the mirror layer and the second semiconductor layer.
  • the mirror layer is also a material that is suitable for
  • the contact layer contains a TCO material, such as ITO or ZnO.
  • TCO material such as ITO or ZnO.
  • Layer and silver for the mirror layer can be one
  • Contact layer can be realized, which is characterized by a high reflectivity and at the same time a good electrical
  • the second contact layer has a barrier layer.
  • the mirror layer is arranged between the contact-making layer and the barrier layer.
  • a barrier layer for example, a metal, such as Ti, Pt, Cu or Au or a TCO material, such as ITO or ZnO is suitable.
  • the barrier layer has a thickness of between 30 nm and 400 nm inclusive.
  • the mirror layer can be encapsulated.
  • the mirror layer is therefore also a material in which the risk of migration, for example, due to moisture, exists.
  • the materials mentioned and / or at least one or even all layers can also be used for the first contact layer
  • Insulation layer reduced.
  • the first Insulation layer Insulation layer reduced.
  • Insulation layer the function of an angle-selective
  • the areas in which the highest current density occurs during operation of the semiconductor chip can be set by means of the at least one opening of the insulation layer. In particular, these areas may be laterally spaced from the first contact layer. For example, the areas where the highest current density occurs may also be laterally spaced from the first contact finger structure.
  • Radiation-emitting semiconductor chip is further increased.
  • Contact layer can be avoided, for example by means of the dielectric mirror layer.
  • the dielectric mirror layer By means of an arrangement of the dielectric mirror layer on a side surface of the
  • the second contact layer itself can be characterized by particularly low absorption losses, in particular by a multilayer structure with a contact-making
  • FIGS. 1A, 1B and 1C show a first exemplary embodiment of a radiation-emitting semiconductor chip in FIG 1A), in a schematic representation of a section in schematic sectional view (FIG. 1B) and in an enlarged representation of a section of the sectional view in FIG. 1B (FIG. 1C);
  • FIGS. 2A to 2C show simulation results of FIGS. 1A, 1B and 1C
  • FIG. 2A A radiation-emitting semiconductor chip according to the present invention (FIG. 2A) and for comparison structures (FIGS. 2B and 2C);
  • Figure 3 shows a second embodiment of a
  • Figure 4 shows a third embodiment of a
  • FIG. 1A shows a first exemplary embodiment of a radiation-emitting semiconductor chip 1, wherein FIG. 1B shows a section of this semiconductor chip in a sectional view.
  • the radiation-emitting Semiconductor chip for example, as shown in Figure 2A may be formed.
  • the radiation-emitting semiconductor chip 1 has a
  • the semiconductor body 2 with a semiconductor layer sequence on.
  • the semiconductor body 2 comprises in particular a to
  • Conductivity type eg, p-type
  • second semiconductor layer 22 of the first conductivity type e.g, p-type
  • the semiconductor body 2 in particular the active region 20, is preferably based on a III-V compound semiconductor material, in particular on one
  • nitride III / V compound semiconductor material preferably Al n Ga m i nn m - n , where 0 ⁇ n ⁇ 1, 0 ⁇ m ⁇ 1 and n + m ⁇ 1. This material does not necessarily have to be mathematically exact
  • composition according to the above formula may contain one or more dopants as well as additional
  • the above formula contains only the essential constituents of the crystal lattice (Al, Ga, In, N), even if these may be partially replaced by small amounts of other substances.
  • the semiconductor body 2 is arranged on a carrier 29.
  • the carrier is a growth substrate for the Semiconductor layer sequence of the semiconductor body.
  • a semiconductor body based on nitride compound semiconductor material for example, sapphire, silicon carbide or gallium nitride is useful as a growth substrate.
  • first contact layer 3 On a carrier 29 remote from the radiation exit surface 28 are a first contact layer 3 and a second
  • the first contact layer 3 has a first contact surface 31 for the external electrical
  • the second contact layer 4 has one for the external electrical
  • the first contact layer 3 also has a first one
  • the second contact layer 4 has a second contact finger structure 45, which is electrically conductively connected to the second contact surface 41.
  • the contact finger structures 35, 45 each comprise two contact fingers which originate from the respective contact surface 31, 41.
  • the contact fingers each have a kink so that the two contact fingers together form a frame-shaped structure.
  • other structures are conceivable, for example curved contact fingers running in places, a comb-shaped configuration or a
  • the number of contact fingers is variable within wide limits.
  • the number of contact fingers of the first contact finger structure 35 and the second Contact finger structure 45 may also be different from each other.
  • the number of contact fingers of the first contact finger structure is greater than the number of
  • Contact finger structure 45 overlap in plan view of the radiation-emitting semiconductor chip. In this way, areas of the semiconductor chip, in which the active area 20 in any case for the formation of the second
  • Power distribution for electrical contacting of the first semiconductor layer 21 can be used.
  • the first contact finger structure 35 may have at least one contact finger which is at least over half of its contact finger
  • Insulation layer 6 is arranged.
  • the insulation layer 6 covers in regions the radiation exit surface 28 of the semiconductor body 2. In the exemplary embodiment shown, the insulation layer 6 furthermore covers the radiation layer
  • the semiconductor chip 1 further comprises a
  • connection layer 52 is over the connection layer 52
  • the insulating layer 6 has a plurality of openings 60 in which the current distribution layer 51 and the
  • Terminal layer 52 adjacent to each other. In the operation of the radiation-emitting semiconductor chip is in the
  • the openings 60 are expediently arranged in the lateral direction in such a way that a most homogeneous current density distribution results in the lateral direction.
  • Radiation exit surface 28 also on the basis of the respective material parameters of the power distribution layer 51 and the connection layer 52 is selected so that the most homogeneous current density distribution is formed.
  • Radiation exit surface 28 may be provided with more openings than central portions of the radiation exit surface. The distances between the openings can be between
  • a suitable diameter of the apertures is in particular between 1 ⁇ m and 15 ⁇ m inclusive, approximately between 2 ⁇ m and 6 ⁇ m inclusive.
  • the insulating layer 6 Despite the openings 60, the insulating layer 6, the
  • Overcoat cover over a large area for example at least 30%, at least 50% or at least 70% of the surface of the connection layer in plan view of the semiconductor chip.
  • the insulating layer covers the
  • Terminal layer 52 at most 90% or at most 95%.
  • the terminal layer 52 has a smaller thickness than the current distribution layer 51. In contrast to
  • connection layer 52 does not have high transverse conductivity.
  • the insulating layer 6 can fulfill the function of a filter layer, wherein the filter layer for radiation which runs at comparatively large angles to the normal to the main extension plane of the active region 20 has a higher reflectivity than for radiation which impinges at a comparatively small angle to the normal.
  • the insulation layer may, for example, cover at least 50%, approximately at least 70% or at least 90% of the total base area of the semiconductor chip in plan view. Absorption losses can thus be avoided particularly efficiently by means of the insulating layer 6.
  • the first angular range denotes angle with 0 ° ⁇ ⁇ « / / dead
  • Limit angle of total reflection indicates. At angles which are greater than the critical angle tot / that is, in a second angular range with a tot ⁇ ex -S 90 °, the absorption in the described semiconductor chip is considerably reduced compared to a conventional semiconductor chip.
  • the first angle range represents a conical region with a main axis parallel to the vertical direction.
  • a particularly efficient filtering effect can result from a multilayer configuration of the insulating layer with an alternating arrangement of layers with lower and higher refractive index. Even with a single-layer insulation layer, however, a filter effect can already be achieved.
  • Radiation-emitting semiconductor chip 1 may be partially closed by a passivation layer 7.
  • Passivation layer serves in particular to protect the
  • Semiconductor body from external stresses such as moisture, dust or mechanical stress.
  • the current distribution layer 51 and the connection layer 52 may each be the same material or each other
  • the current distribution layer and the connection layer preferably contain a TCO material, for example ITO.
  • the first contact layer 3 and the second contact layer 4 or at least a sub-layer thereof may respectively
  • the second contact layer has a contact-making layer 42, a mirror layer 43 and a barrier layer 44.
  • silver or aluminum is suitable for the mirror layer.
  • silver can be particularly high
  • the mirror layer has a thickness of between 300 nm and 2 ym inclusive.
  • ohmic contact to the semiconductor body are formed, in particular also when using a material for the mirror layer 43, which would form a comparatively poor contact to the semiconductor body, such as silver to n-type nitride compound semiconductor material.
  • the contact layer has a thickness of between 3 nm and 100 nm inclusive.
  • the contact-making layer is arranged in particular between the mirror layer and the second semiconductor layer.
  • the contact layer contains a TCO material, such as ITO or ZnO.
  • TCO material such as ITO or ZnO.
  • silver for the
  • the barrier layer 44 for example, a metal, such as Ti, Pt, Cu or Au or a TCO material, such as ITO or ZnO is suitable.
  • the barrier layer has a thickness of between 30 nm and 400 nm inclusive.
  • the mirror layer 43 can be encapsulated.
  • the mirror layer is thus suitable also a material in which there is a risk of migration, for example due to moisture, especially silver.
  • the first contact layer 3 can also be multilayered
  • FIG. 2A Semiconductor chip 1 are shown in FIG. 2A, areas of the semiconductor body having a high current density being shown bright and areas having a low current density being dark.
  • Semiconductor chips are a first contact structure 91 and a second contact structure 92 arranged without overlapping side by side. This is a comparatively large
  • semiconductor chips can be significantly reduced in comparison with the prior art absorption losses and also the homogeneity of the current density distribution in the lateral direction can be increased.
  • the dielectric mirror layer 65 is arranged in regions between the semiconductor body 2 and the first contact layer 3. In particular, the dielectric overlaps
  • the dielectric mirror layer 65 has a recess 650, in which the second
  • the dielectric mirror layer 65 has, for example, a plurality of layer pairs, wherein the layers of a layer pair each have different refractive indices.
  • the dielectric mirror layer in particular those suitable for the insulating layer in the general part of the
  • FIG 1 illustrates which one at the dielectric
  • Mirror layer 65 indicates reflected radiation. Furthermore, the dielectric mirror layer 65 also covers the
  • the dielectric mirror layer is in particular
  • Semiconductor body 2 is arranged. Furthermore, the runs
  • Dielectric mirror layer 65 seen in the vertical direction in areas between the current distribution layer 51 and the connection layer 52. Deviating from the dielectric mirror layer 65 and the connection layer 52 may be arranged without overlap each other.
  • Current distribution layer 51 may be the dielectric
  • Cover mirror layer 65 in plan view of the semiconductor chip completely.
  • the third exemplary embodiment shown in FIG. 4 substantially corresponds to the second exemplary embodiment described in connection with FIG.
  • the recess 25 is completely or at least almost completely filled with material of the dielectric mirror layer 65 and the second contact layer 4.
  • the electrical contacting of the second semiconductor layer 22 takes place in this exemplary embodiment via juxtaposed recesses 650 of the dielectric
  • the lateral extent of the recesses 650 is also limited along a lateral main extension direction of the associated contact finger of the second contact finger structure 45.
  • the recesses are so along their
  • the second contact finger structure 45 can be completely filled, at least at some points along the main extension direction of the associated contact finger, in a lateral transverse direction to the main extension direction of the contact finger
  • Passivation layer 7 is formed.
  • Passivation layer may also find application in the embodiment shown in Figure 3.
  • overlapping contact fingers of the first contact finger structure 35 has a smaller lateral extent than the associated contact finger of the second contact finger structure 45. Absorption losses at the second contact finger structure can thus be further reduced.

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Abstract

Es wird ein strahlungsemittierender Halbleiterchip (1) angegeben, umfassend -einen Halbleiterkörper (2), der einen zur Erzeugung von Strahlung vorgesehenen aktiven Bereich (20) aufweist; -eine erste Kontaktschicht (3), die eine erste Kontaktfläche (31) zur externen elektrischen Kontaktierung des Halbleiterchips und eine mit der ersten Kontaktfläche verbundene erste Kontaktfingerstruktur (35) aufweist; -eine zweite Kontaktschicht (4), die eine zweite Kontaktfläche (41) zur externen elektrischen Kontaktierung des Halbleiterchips und eine mit der zweiten Kontaktfläche verbundene zweite Kontaktfingerstruktur (45) aufweist, wobei die erste Kontaktfingerstruktur und die zweite Kontaktfingerstruktur in Draufsicht auf den Halbleiterchip stellenweise überlappen; -eine Stromverteilungsschicht (51), die mit der ersten Kontaktschicht elektrisch leitend verbunden ist; -eine Anschlussschicht (52), die über die Stromverteilungsschicht mit der ersten Kontaktschicht elektrisch leitend verbunden ist; und -eine Isolationsschicht (6), die ein dielektrisches Material enthält, wobei die Isolationsschicht stellenweise zwischen der Anschlussschicht und der Stromverteilungsschicht angeordnet ist.

Description

Beschreibung
Strahlungsemittierender Halbleiterchip
Die vorliegende Anmeldung betrifft einen
strahlungsemittierenden Halbleiterchip .
Für den effizienten Betrieb von strahlungsemittierenden
Halbleiterbauelementen wie beispielsweise Leuchtdioden- Halbleiterchips ist eine effiziente Stromverteilung in lateraler Richtung gewünscht. Hierfür können beispielsweise metallische Kontaktstrukturen oder transparente leitfähige Schichten Anwendung finden. Dies kann jedoch zu
Absorptionsverlusten führen, wodurch sich die Effizienz des Halbleiterchips verringert.
Eine Aufgabe ist es, einen strahlungsemittierenden
Halbleiterchip anzugeben, der sich durch eine hohe Effizienz und geringe Absorptionsverluste auszeichnet.
Diese Aufgabe wird unter anderem durch einen
Strahlungsemittierenden Halbleiterchip gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen und Zweckmäßigkeiten sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Es wird ein strahlungsemittierender Halbleiterchip angegeben, der einen Halbleiterkörper umfasst. Der Halbleiterkörper weist einen zur Erzeugung von Strahlung vorgesehenen aktiven Bereich auf. Beispielsweise ist der aktive Bereich zur
Erzeugung von Strahlung im ultravioletten, sichtbaren oder infraroten Spektralbereich vorgesehen. Der aktive Bereich ist insbesondere zwischen einer ersten Halbleiterschicht und einer zweiten Halbleiterschicht angeordnet, wobei die erste Halbleiterschicht und die zweite Halbleiterschicht zumindest stellenweise bezüglich ihres Leitungstyps voneinander
verschieden sind, sodass sich der aktive Bereich in einem pn- Übergang befindet. Die erste Halbleiterschicht, die zweite Halbleiterschicht und der aktive Bereich können jeweils einschichtig oder mehrschichtig ausgebildet sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des
Strahlungsemittierenden Halbleiterchips weist der
Halbleiterchip eine erste Kontaktschicht auf. Insbesondere weist die erste Kontaktschicht eine erste Kontaktfläche zur externen elektrischen Kontaktierung des Halbleiterchips auf. Beispielsweise ist die erste Kontaktfläche zur elektrischen Kontaktierung der ersten Halbleiterschicht vorgesehen.
Weiterhin kann die erste Kontaktschicht eine mit der ersten Kontaktfläche verbundene erste Kontaktfingerstruktur
aufweisen. Die erste Kontaktfingerstruktur ist zur lateralen Verteilung von Ladungsträgern vorgesehen, die im Betrieb des strahlungsemittierenden Halbleiterchips über die erste
Kontaktfläche eingeprägt werden.
Unter einer lateralen Richtung wird eine Richtung verstanden, die parallel zu einer Haupterstreckungsebene des aktiven Bereichs verläuft. Entsprechend verläuft eine vertikale
Richtung senkrecht zu der Haupterstreckungsebene des aktiven Bereichs .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des
strahlungsemittierenden Halbleiterchips weist der
Halbleiterchip eine zweite Kontaktschicht auf, die eine zweite Kontaktfläche zur externen elektrischen Kontaktierung des Halbleiterchips aufweist. Insbesondere ist die zweite Kontaktschicht zur elektrischen Kontaktierung der zweiten Halbleiterschicht vorgesehen. Beispielsweise weist die zweite Kontaktschicht eine mit der zweiten Kontaktfläche verbundene zweite Kontaktfingerstruktur auf.
Zweckmäßigerweise besteht zwischen der ersten Kontaktschicht und der zweiten Kontaktschicht kein direkter elektrischer Kontakt. Insbesondere verläuft ein Strompfad zwischen der ersten Kontaktschicht und der zweiten Kontaktschicht durch den Halbleiterkörper, insbesondere durch den aktiven Bereich.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des
strahlungsemittierenden Halbleiterchips überlappen die erste Kontaktfingerstruktur und die zweite Kontaktfingerstruktur in Draufsicht auf den Halbleiterchip zumindest stellenweise. Bereiche, in denen die erste Kontaktfingerstruktur und die zweite Kontaktfingerstruktur überlappen, sind sowohl für die laterale Stromverteilung für die Kontaktierung der ersten Halbleiterschicht als auch für die laterale Stromverteilung für die Kontaktierung der zweiten Halbleiterschicht nutzbar. Beispielsweise befinden sich mindestens 10 %, mindestens 30 % oder mindestens 90 % der ersten Kontaktfingerstruktur in Draufsicht auf den Halbleiterchip innerhalb der zweiten
Kontaktfingerstruktur. Je größer dieser prozentuale Anteil ist, desto mehr Fläche des Halbleiterchips, die aufgrund der zweiten Kontaktfingerstruktur ohnehin nicht für die
Strahlungserzeugung nutzbar ist, kann zusätzlich für die Ladungsträgerverteilung über die erste Kontaktfingerstruktur genutzt werden. Gegenüber einem strahlungsemittierenden
Halbleiterchip, bei dem die erste Kontaktschicht und die zweite Kontaktschicht überlappungsfrei nebeneinander
angeordnet sind, kann die von den Kontaktschichten überdeckte Fläche des aktiven Bereichs verringert sein. Eine der
Kontaktschichten, beispielsweise die erste Kontaktschicht, kann jedoch auch zumindest einen Kontaktfinger aufweisen, der überlappungsfrei mit der anderen, beispielsweise der zweiten, Kontaktschicht ausgebildet ist. Die erste Kontaktfläche und die zweite Kontaktfläche sind im Unterschied hierzu
zweckmäßigerweise überlappungsfrei zueinander angeordnet, so dass beide Kontaktflächen für die externe elektrische
Kontaktierung zugänglich sind.
Insbesondere kann die erste Kontaktfingerstruktur eine Anzahl an Kontaktfingern aufweisen, die größer oder gleich der
Anzahl der Kontaktfinger der zweiten Kontaktfingerstruktur ist .
Als eine Kontaktfingerstruktur wird allgemein ein Bereich einer Kontaktschicht verstanden, der im Vergleich zu der für die elektrische Kontaktierung vorgesehenen Kontaktfläche zumindest in einer lateralen Richtung eine vergleichsweise geringe Ausdehnung aufweist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des
Strahlungsemittierenden Halbleiterchips weist der
Halbleiterchip eine Stromverteilungsschicht auf. Die
Stromverteilungsschicht ist mit der ersten Kontaktschicht elektrisch leitend verbunden. Beispielsweise grenzt die
Stromverteilungsschicht unmittelbar an die erste
Kontaktschicht an. Beispielsweise ist die erste
Kontaktschicht in Draufsicht auf den Halbleiterchip
vollständig innerhalb der Stromverteilungsschicht angeordnet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des
Strahlungsemittierenden Halbleiterchips weist der
Halbleiterchip eine Anschlussschicht auf. Die
Anschlussschicht ist mit der ersten Kontaktschicht elektrisch leitend verbunden, beispielsweise über die
Stromverteilungsschicht. Insbesondere grenzt die
Anschlussschicht unmittelbar an den Halbleiterkörper, insbesondere an die erste Halbleiterschicht an. Beispielweise grenzt die Anschlussschicht an keiner Stelle unmittelbar an die erste Kontaktschicht an.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des
Strahlungsemittierenden Halbleiterchips weist der
Halbleiterchip eine Isolationsschicht auf. Die
Isolationsschicht enthält beispielsweise ein dielektrisches Material. 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
Isolationsschicht enthält beispielsweise mindestens eines der folgenden Materialien: Siliziumnitrid, Siliziumdioxid,
Siliziumoxinitrid, Aluminiumoxid, Titanoxid, Tantaloxid, Nioboxid .
Die Isolationsschicht bedeckt beispielsweise mindestens 30%, etwa mindestens 50%, mindestens 70 % oder mindestens 90% der gesamten Grundfläche des Halbleiterchips in Draufsicht.
Beispielsweise bedeckt die Isolationsschicht höchstens 99 % der gesamten Grundfläche des Halbleiterchips in Draufsicht.
Beispielsweise ist die Isolationsschicht stellenweise
zwischen der Anschlussschicht und der Stromverteilungsschicht angeordnet, insbesondere in vertikaler Richtung gesehen.
Mittels der Isolationsschicht ist also ein direkter
vertikaler Strompfad zwischen der Anschlussschicht und der Stromverteilungsschicht zumindest stellenweise unterbunden. Beispielsweise ist die Isolationsschicht in vertikaler
Richtung zwischen der ersten Kontaktschicht und der zweiten Kontaktschicht angeordnet.
In mindestens einer Ausführungsform des
Strahlungsemittierenden Halbleiterchips umfasst der
Strahlungsemittierende Halbleiterchip einen Halbleiterkörper, der einen zur Erzeugung von Strahlung vorgesehenen aktiven Bereich aufweist. Der Halbleiterchip umfasst eine erste
Kontaktschicht, die eine erste Kontaktfläche zur elektrischen Kontaktierung des Halbleiterchips und eine mit der ersten Kontaktfläche verbundene erste Kontaktfingerstruktur
aufweist. Der Halbleiterchip umfasst eine zweite
Kontaktschicht, die eine zweite Kontaktfläche zur externen elektrischen Kontaktierung des Halbleiterchips und eine mit der zweiten Kontaktfläche verbundene zweite
Kontaktfingerstruktur aufweist, wobei die erste
Kontaktfingerstruktur und die zweite Kontaktfingerstruktur in Draufsicht auf den Halbleiterchip stellenweise überlappen. Der Halbleiterchip umfasst eine Stromverteilungsschicht, die mit der ersten Kontaktschicht elektrisch leitend verbunden ist. Der Halbleiterchip umfasst eine Anschlussschicht, die über die Stromverteilungsschicht mit der ersten
Kontaktschicht elektrisch leitend verbunden ist. Der
Halbleiterchip umfasst eine Isolationsschicht, die ein dielektrisches Material enthält, wobei die Isolationsschicht stellenweise zwischen der Anschlussschicht und der
Stromverteilungsschicht angeordnet ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des
Strahlungsemittierenden Halbleiterchips bedeckt die
Isolationsschicht die Anschlussschicht zu mindestens 30% der Fläche der Anschlussschicht. Beispielsweise bedeckt die Isolationsschicht die Anschlussschicht zu mindestens 50 % , zu mindestens 70% oder zu mindestens 90 %. Die Isolationsschicht kann die Anschlussschicht also großflächig bedecken.
Beispielsweise bedeckt die Isolationsschicht die
Anschlussschicht zu höchstens 95% oder zu höchstens 99 %.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des
Strahlungsemittierenden Halbleiterchips weist die
Isolationsschicht mindestens eine Öffnung auf. Beispielsweise grenzen die Anschlussschicht und die Stromverteilungsschicht in der Öffnung aneinander an. Mit anderen Worten sind die Anschlussschicht und die Stromverteilungsschicht im Bereich der Öffnung elektrisch miteinander verbunden. Insbesondere grenzen die Anschlussschicht und die Stromverteilungsschicht nur in der mindestens einen Öffnung aneinander an.
Beispielsweise ist die Öffnung entlang ihres gesamten Umfangs vom Material der Isolationsschicht umgeben. Zum Beispiel ist die Öffnung zumindest bereichsweise mit Material der
Stromverteilungsschicht befüllt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des
Strahlungsemittierenden Halbleiterchips weist die
Isolationsschicht eine Mehrzahl von Öffnungen auf. Über die Position der Öffnungen ist bei der Herstellung des
Halbleiterchips einstellbar, an welchen Stellen die
Stromverteilungsschicht an die Anschlussschicht angrenzt. Beispielsweise sind die Öffnungen hinsichtlich ihrer
Verteilungsdichte und/oder ihre Größe so ausgebildet, dass eine in lateraler Richtung gleichmäßige Stromeinprägung in den Halbleiterchip gefördert wird. Ein Abstand zwischen zwei benachbarten Öffnungen beträgt beispielsweise zwischen einschließlich 5 ym und einschließlich 60 ym, etwa zwischen einschließlich 20 ym und einschließlich 50 ym. Ein Durchmesser der Öffnungen beträgt insbesondere zwischen einschließlich 0,5 ym und einschließlich 20 ym,
beispielsweise zwischen einschließlich 2 ym und
einschließlich 6 ym. Unter dem Durchmesser wird bei einer nicht-runden Öffnung die längste laterale Ausdehnung
verstanden. Die Öffnungen können hinsichtlich ihrer Form und/oder ihrer Größe auch voneinander abweichen.
Beispielsweise können am Rand des Halbleiterchips auch eine oder mehrere Öffnungen vorgesehen sein, die größer sind als Öffnungen im Mittenbereich des Halbleiterchips.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des
Strahlungsemittierenden Halbleiterchips ist die
Isolationsschicht als eine Filterschicht ausgebildet, die innerhalb eines ersten Winkelbereichs auftreffende Strahlung überwiegend transmittiert und innerhalb eines zweiten
Winkelbereichs auftreffende Strahlung überwiegend
reflektiert. „Überwiegend" bedeutet insbesondere, dass mindestens 60 % der Strahlung transmittiert beziehungsweise reflektiert werden.
Insbesondere sind die Winkel des ersten Winkelbereichs bezogen auf die vertikale Richtung kleiner als die Winkel des zweiten Winkelbereichs. Strahlung, die unter vergleichsweise steilen Winkeln auf die Isolationsschicht auftrifft, wird also überwiegend transmittiert, während vergleichsweise flach auftreffende Strahlung überwiegend reflektiert wird.
Strahlungsanteile, die aufgrund eines vergleichsweise flachen Verlaufs ohnehin nicht aus dem Halbleiterchip ausgekoppelt werden könnten, werden also bereits an der Isolationsschicht zurückgehalten. Strahlungsabsorptionsverluste in der
Isolationsschicht nachgeordneten Schichten, beispielsweise in der Stromverteilungsschicht, können so reduziert werden. Beispielsweise 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.
Die insbesondere als Filterschicht ausgebildete
Isolationsschicht kann aus einer einzigen Schicht bestehen. Dies bedeutet insbesondere, dass die Isolationsschicht 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 als oder gleich groß wie der Brechungsindex eines die Isolationsschicht umgebenden Mediums ist. Das umgebende Medium ist der Isolationsschicht 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 insbesondere als Filterschicht ausgebildete Isolationsschicht 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 insbesondere als Filterschicht
ausgebildete Isolationsschicht eine Dicke zwischen
einschließlich 400 nm und einschließlich 800 nm auf. Bei der Bemessung der Dicke der Isolationsschicht ist einerseits darauf zu achten, dass sich der Herstellungsaufwand, der bei einem mehrschichtigen Aufbau der Isolationsschicht größer ist als bei einem einschichtigen Aufbau, in Grenzen hält und andererseits trotzdem gegebenenfalls die gewünschte
Filtercharakteristik, die sich vorliegend durch einen
mehrschichtigen Aufbau besser realisieren lässt als durch einen einschichtigen Aufbau, erzielt wird. Mit einer Dicke zwischen einschließlich 400 nm und einschließlich 800 nm kann ein geeigneter Kompromiss zwischen Herstellungsaufwand und Filtercharakteristik erreicht werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des
Strahlungsemittierenden Halbleiterchips grenzt die
Isolationsschicht an die Anschlussschicht und an die
Stromverteilungsschicht an. Zwischen der Anschlussschicht und der Stromverteilungsschicht befinden sich in vertikaler
Richtung also zumindest stellenweise abgesehen von der
Isolationsschicht keine weiteren Schichten. Mit anderen
Worten ist die Isolationsschicht zumindest stellenweise die einzige Schicht, die zwischen der Anschlussschicht und der Stromverteilungsschicht angeordnet ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des
Strahlungsemittierenden Halbleiterchips weist die
Anschlussschicht eine geringere Dicke auf als die
Stromverteilungsschicht. Beispielsweise ist die Stromverteilungsschicht mindestens doppelt so dick wie die Anschlussschicht. Zum Beispiel beträgt eine Dicke der
Anschlussschicht zwischen einschließlich 3 nm und
einschließlich 30 nm, etwa zwischen einschließlich 5 nm und einschließlich 25 nm. Eine Dicke der Stromverteilungsschicht beträgt beispielsweise zwischen einschließlich 30 nm und einschließlich 200 nm, etwa zwischen einschließlich 50 nm und einschließlich 150 nm. Insbesondere aufgrund der größeren Dicke zeichnet sich die Stromverteilungsschicht durch eine größere Querleitfähigkeit aus als die Anschlussschicht. Die Anschlussschicht weist dagegen aufgrund der geringeren Dicke auch geringere Absorptionsverluste für die durch die
Anschlussschicht hindurchtretende Strahlung auf.
Strahlungsabsorptionsverluste in der Stromverteilungsschicht können mittels der insbesondere als Filterschicht wirkenden Isolationsschicht verringert werden. Mit anderen Worten wird mittels der Kombination einer Anschlussschicht und einer Stromverteilungsschicht und insbesondere einer bereichsweise in vertikaler Richtung dazwischen angeordneten
Isolationsschicht eine hohe Querleitfähigkeit bei
gleichzeitig geringen Absorptionsverlusten erzielt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des
Strahlungsemittierenden Halbleiterchips überlappen mindestens 50 % der gesamten Fläche der zweiten Kontaktfingerstruktur mit der ersten Kontaktfingerstruktur. Mit anderen Worten wird mindestens die Hälfte der von der zweiten
Kontaktfingerstruktur bedeckten Fläche auch für die
Stromverteilung mittels der ersten Kontaktfingerstruktur genutzt . Gemäß zumindest einer Ausführungsform des
Strahlungsemittierenden Halbleiterchips weist der
Halbleiterkörper zumindest eine Ausnehmung auf, die sich von der Strahlungsaustrittsfläche durch den aktiven Bereich hindurch erstreckt. Insbesondere ist die zweite
Kontaktschicht in der Ausnehmung mit dem Halbleiterkörper elektrisch leitend verbunden. Beispielsweise grenzt die zweite Kontaktschicht unmittelbar an den Halbleiterkörper an, insbesondere an die zweite Halbleiterschicht. Beispielsweise ist in der Ausnehmung zumindest stellenweise Material der Isolationsschicht und/oder Material der
Stromverteilungsschicht angeordnet .
Die Ausnehmung kann jedoch auch vollständig mit Material der zweiten Kontaktschicht befüllt sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des
Strahlungsemittierenden Halbleiterchips ist die
Isolationsschicht zwischen der ersten Kontaktschicht und der zweiten Kontaktschicht angeordnet. Die Isolationsschicht dient also auch der elektrischen Trennung zwischen der ersten und der zweiten Kontaktschicht, sodass insbesondere kein direkter Strompfad zwischen diesen Kontaktschichten besteht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des
Strahlungsemittierenden Halbleiterchips besteht an keiner Stelle des Halbleiterchips ein direkter vertikaler Strompfad zwischen der ersten Kontaktschicht und dem Halbleiterkörper. Eine Ladungsträgerinjektion von der ersten Kontaktschicht in den Halbleiterkörper erfolgt also nicht unmittelbar unter der ersten Kontaktschicht, sondern in lateraler Richtung davon beabstandet. Dadurch wird der Anteil an Strahlung verringert, der unmittelbar unter der ersten Kontaktschicht im aktiven Bereich erzeugt wird und von der ersten Kontaktschicht am Strahlungsaustritt gehindert wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des
Strahlungsemittierenden Halbleiterchips ist bereichsweise zwischen dem Halbleiterkörper und der Stromverteilungsschicht eine dielektrische Spiegelschicht angeordnet. Beispielsweise umfasst die dielektrische Spiegelschicht eine Mehrzahl von Schichtpaaren, wobei die Schichten der Schichtpaare bezüglich ihrer Brechungsindizes jeweils voneinander verschieden sind. Zum Beispiel weist die dielektrische Spiegelschicht zwischen einschließlich drei und einschließlich zehn Teilschichten auf, wobei sich aneinander angrenzende Teilschichten in ihrem Brechungsindex voneinander unterscheiden. Vorzugsweise umfasst die dielektrische Spiegelschicht 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 .
Insbesondere ist die dielektrische Spiegelschicht zur
Vermeidung von Absorptionsverlusten an der ersten und/oder an der zweiten Kontaktschicht vorgesehen.
Die dielektrische Spiegelschicht bedeckt insbesondere
stellenweise die Seitenflächen der Ausnehmungen.
Beispielsweise ist die dielektrische Spiegelschicht in vertikaler Richtung stellenweise zwischen der
Anschlussschicht und der Stromverteilungsschicht angeordnet, insbesondere zwischen der Anschlussschicht und der
Isolationsschicht. Dadurch wird vermieden, dass Strahlung an der Seitenfläche der Ausnehmung aus dem Halbleiterkörper austritt und nachfolgend an der ersten Kontaktschicht
und/oder der zweiten Kontaktschicht Absorptionsverluste entstehen .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des
Strahlungsemittierenden Halbleiterchips überlappt die
dielektrische Spiegelschicht in Draufsicht auf den
Halbleiterchip stellenweise mit der ersten Kontaktschicht und mit der zweiten Kontaktschicht. Eine Strahlungsabsorption kann somit sowohl an der ersten Kontaktschicht als auch an der zweiten Kontaktschicht vermieden oder zumindest reduziert werden .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des
Strahlungsemittierenden Halbleiterchips enthält die
Anschlussschicht und/oder die Stromverteilungsschicht ein TCO-Material .
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. Die Anschlussschicht und die Stromverteilungsschicht können aus demselben Material gebildet sein. Alternativ können die Anschlussschicht und die Stromverteilungsschicht auch
voneinander verschiedene Materialzusammensetzungen aufweisen. Beispielsweise kann die Kontaktschicht im Hinblick auf einen guten Kontaktwiderstand zum Halbleiterkörper und/oder die Stromverteilungsschicht im Hinblick auf eine hohe
Transmission für im aktiven Bereich erzeugte Strahlung gewählt sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des
Strahlungsemittierenden Halbleiterchips ist die dielektrische Spiegelschicht stellenweise zwischen dem Halbleiterkörper und der zweiten Kontaktschicht angeordnet. Beispielsweise weist die dielektrische Spiegelschicht eine Aussparung auf, in der die zweite Kontaktschicht unmittelbar an den Halbleiterkörper angrenzt. Mittels der dielektrischen Spiegelschicht kann zumindest bereichsweise vermieden werden, dass im aktiven Bereich erzeugte Strahlung von der zweiten Kontaktschicht absorbiert wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des
Strahlungsemittierenden Halbleiterchips weist die zweite Kontaktschicht eine Spiegelschicht auf. Beispielsweise eignet sich Silber oder Aluminium für die Spiegelschicht. Mit Silber können besonders hohe Reflektivitäten im sichtbaren
Spektralbereich erzielt werden. Beispielsweise weist die Spiegelschicht eine Dicke zwischen einschließlich 300 nm und einschließlich 2 ym auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des
Strahlungsemittierenden Halbleiterchips weist die zweite Kontaktschicht eine kontaktgebende Schicht auf. Die kontaktgebende Schicht ist dafür vorgesehen, einen guten ohmschen Kontakt zum Halbleiterkörper, insbesondere zur zweiten Halbleiterschicht herzustellen. Beispielsweise weist die kontaktgebende Schicht eine Dicke zwischen einschließlich 3 nm und einschließlich 100 nm auf. Die kontaktgebende
Schicht ist insbesondere zwischen der Spiegelschicht und der zweiten Halbleiterschicht angeordnet. Für die Spiegelschicht eignet sich so auch ein Material, das an sich zum
Halbleiterkörper einen vergleichsweise schlechten Kontakt bilden würde, etwa Silber zu n-leitendem Nitrid- Verbindungshalbleitermaterial. Beispielsweise enthält die kontaktgebende Schicht ein TCO-Material, etwa ITO oder ZnO. Insbesondere mit einem TCO-Material für kontaktgebende
Schicht und Silber für die Spiegelschicht kann eine
Kontaktschicht realisiert werden, die sich durch eine hohe Reflektivität und gleichzeitig einen guten elektrischen
Kontakt zur zweiten Halbleiterschicht auszeichnet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des
Strahlungsemittierenden Halbleiterchips weist die zweite Kontaktschicht eine Barriereschicht auf. Insbesondere ist die Spiegelschicht zwischen der kontaktgebenden Schicht und der Barriereschicht angeordnet. Als Barriereschicht eignet sich beispielsweise ein Metall, etwa Ti, Pt, Cu oder Au oder ein TCO-Material, etwa ITO oder ZnO. Beispielsweise weist die Barriereschicht eine Dicke zwischen einschließlich 30 nm und einschließlich 400 nm auf. Mittels der Barriereschicht kann die Spiegelschicht verkapselt werden. Für die Spiegelschicht eignet sich somit auch ein Material, bei dem die Gefahr von Migration, etwa aufgrund von Feuchte, besteht. Die genannten Materialien und/oder zumindest eine oder auch alle Schichten können auch für die erste Kontaktschicht
Anwendung finden.
Mit dem beschriebenen strahlungsemittierenden Halbleiterchip können insbesondere die folgenden Effekte erzielt werden.
Die Bereiche, in denen eine Metallschicht, etwa die erste Kontaktschicht oder die zweite Kontaktschicht, unmittelbar an den Halbleiterchip angrenzen, sind vermindert. Dadurch steigt die Helligkeit des strahlungsemittierenden Halbleiterchips bei gleichem Betriebsstrom.
Mittels der Isolationsschicht werden Absorptionsverluste vermindert, insbesondere in der Stromverteilungsschicht. Auch bei Verwendung einer vergleichsweise dicken
Stromverteilungsschicht im Hinblick auf eine hohe
Querleitfähigkeit sind Absorptionsverluste mittels der
Isolationsschicht verringert. Insbesondere kann die
Isolationsschicht die Funktion einer winkelselektiven
Filterschicht erfüllen.
Die Bereiche, in denen im Betrieb des Halbleiterchips die höchste Stromdichte auftritt, sind mittels der zumindest einen Öffnung der Isolationsschicht einstellbar. Insbesondere können diese Bereiche lateral beabstandet von der ersten Kontaktschicht sein. Beispielsweise können die Bereiche, in denen die höchste Stromdichte auftritt, auch von der ersten Kontaktfingerstruktur lateral beabstandet sein.
In der Folge steigt die im aktiven Bereich erzeugte
Lichtmenge und der Effizienzverlust bei hohen Betriebsströmen (auch als „droop" bezeichnet) wird verringert. Eine höhere Stromdichteverteilung und eine damit einhergehende homogene Lichtverteilung auf der Strahlungsaustrittsfläche des
Halbleiterchips steigert auch die Effizienz eines
nachgeordneten Strahlungskonversionsstoffs , wodurch die
Helligkeit eines Bauelements mit einem solchen
Strahlungsemittierenden Halbleiterchip weiter gesteigert wird .
Ferner können auch Absorptionsverluste an der zweiten
Kontaktschicht vermieden werden, beispielsweise mittels der dielektrischen Spiegelschicht. Mittels einer Anordnung der dielektrischen Spiegelschicht an einer Seitenfläche des
Halbleiterchips, beispielsweise an der Seitenfläche der
Ausnehmung, können Absorptionsverluste an der zweiten
Kontaktschicht weiter vermieden oder zumindest verringert werden .
Die zweite Kontaktschicht selbst kann sich durch besonders geringe Absorptionsverluste auszeichnen, insbesondere durch einen mehrschichtigen Aufbau mit einer kontaktgebenden
Schicht und einer Spiegelschicht. Migrationseffekte können mittels der Barriereschicht unterdrückt werden, so dass die Freiheit in der Wahl des Materials für die Spiegelschicht erhöht wird.
Weitere Ausgestaltungen und Zweckmäßigkeiten ergeben sich aus der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele in
Verbindung mit den Figuren.
Es zeigen:
Die Figuren 1A, 1B und IC ein erstes Ausführungsbeispiel für einen strahlungsemittierenden Halbleiterchip in schematischer Schnittansicht (Figur 1A) , in einer schematischen Darstellung eines Ausschnitts in schematischer Schnittansicht (Figur 1B) und einer vergrößerten Darstellung eines Ausschnitts der Schnittansicht in Figur 1B (Figur IC) ; die Figur 2A bis 2C Simulationsergebnisse von
Stromdichteverteilungen für einen
Strahlungsemittierenden Halbleiterchip gemäß der vorliegenden Erfindung (Figur 2A) und für Vergleichsstrukturen (Figuren 2B und 2C) ;
Figur 3 ein zweites Ausführungsbeispiel für einen
Strahlungsemittierenden Halbleiterchip in schematischer Schnittansicht; und
Figur 4 ein drittes Ausführungsbeispiel für einen
Strahlungsemittierenden Halbleiterchip in schematischer Schnittansicht.
Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Die Figuren sind jeweils schematische Darstellungen und daher nicht unbedingt maßstabsgetreu. Vielmehr können
vergleichsweise kleine Elemente und insbesondere
Schichtdicken zur Verdeutlichung übertrieben groß dargestellt sein .
In der Figur 1A ist ein erstes Ausführungsbeispiel für einen Strahlungsemittierenden Halbleiterchip 1 gezeigt, wobei Figur 1B einen Ausschnitt dieses Halbleiterchips in Schnittansicht zeigt. In Draufsicht kann der Strahlungsemittierende Halbleiterchip beispielsweise wie in Figur 2A dargestellt ausgebildet sein.
Der Strahlungsemittierende Halbleiterchip 1 weist einen
Halbleiterkörper 2 mit einer Halbleiterschichtenfolge auf. Der Halbleiterkörper 2 umfasst insbesondere einen zur
Erzeugung von Strahlung vorgesehenen aktiven Bereich 20, der zwischen einer ersten Halbleiterschicht 21 eines ersten
Leitungstyps (beispielsweise p-leitend) und einer zweiten Halbleiterschicht 22 eines vom ersten Leitungstyp
verschiedenen zweiten Leitungstyps (beispielsweise n-leitend) angeordnet ist. Der Halbleiterkörper 2, insbesondere der aktive Bereich 20 basiert vorzugsweise auf einem III-V- Verbindungshalbleiter-Material , insbesondere auf einem
Nitrid-Verbindungshalbleiter-Material .
„Auf Nitrid-Verbindungshalbleiter-Material basierend"
bedeutet im vorliegenden Zusammenhang, dass zumindest eine Schicht der Halbleiterbereiche ein Nitrid-III/V- Verbindungshalbleiter-Material , vorzugsweise AlnGamI ni-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.
Der Halbleiterkörper 2 ist auf einem Träger 29 angeordnet. Insbesondere ist der Träger ein Aufwachssubstrat für die Halbleiterschichtenfolge des Halbleiterkörpers. Für einen Halbleiterkörper basierend auf Nitrid-Verbindungshalbleiter- Material eignet sich beispielsweise Saphir, Siliziumcarbid oder Galliumnitrid als Aufwachssubstrat .
Auf einer dem Träger 29 abgewandten Strahlungsaustrittsfläche 28 sind eine erste Kontaktschicht 3 und eine zweite
Kontaktschicht 4 angeordnet. Die erste Kontaktschicht 3 weist eine erste Kontaktfläche 31 für die externe elektrische
Kontaktierung der ersten Halbleiterschicht 21 auf. Die zweite Kontaktschicht 4 weist eine für die externe elektrische
Kontaktierung der zweiten Halbleiterschicht vorgesehene zweite Kontaktfläche 41 auf.
Die erste Kontaktschicht 3 weist weiterhin eine erste
Kontaktfingerstruktur 35 auf, die mit der ersten
Kontaktfläche 31 verbunden ist. Entsprechend weist die zweite Kontaktschicht 4 eine zweite Kontaktfingerstruktur 45 auf, die mit der zweiten Kontaktfläche 41 elektrisch leitend verbunden ist.
In dem in Figur 2A gezeigten Ausführungsbeispiel umfassen die Kontaktfingerstrukturen 35, 45 jeweils zwei Kontaktfinger, die von der jeweiligen Kontaktfläche 31, 41 ausgehen. Die Kontaktfinger weisen jeweils einen Knick auf, sodass die beiden Kontaktfinger gemeinsam eine rahmenförmige Struktur bilden. Davon abweichend sind jedoch auch andere Strukturen denkbar, beispielsweise stellenweise gekrümmt verlaufende Kontaktfinger, eine kammförmige Ausgestaltung oder eine
Ausgestaltung der Kontaktfingerstrukturen ähnlich der Aderung eines Blattes. Auch die Anzahl der Kontaktfinger ist in weiten Grenzen variierbar. Die Anzahl der Kontaktfinger der ersten Kontaktfingerstruktur 35 und der zweiten Kontaktfingerstruktur 45 kann auch voneinander verschieden sein. Beispielsweise ist die Anzahl der Kontaktfinger der ersten Kontaktfingerstruktur größer als die Anzahl der
Kontaktfinger der zweiten Kontaktfingerstruktur.
Die erste Kontaktfingerstruktur 35 und die zweite
Kontaktfingerstruktur 45 überlappen in Draufsicht auf den Strahlungsemittierenden Halbleiterchip. Auf diese Weise können Bereiche des Halbleiterchips, in denen der aktive Bereich 20 ohnehin für die Ausbildung der zweiten
Kontaktfingerstruktur 45 entfernt ist, auch für die
Stromverteilung zur elektrischen Kontaktierung der ersten Halbleiterschicht 21 genutzt werden.
Von dem beschriebenen Ausführungsbeispiel abweichend können die erste Kontaktfingerstruktur 35 und die zweite
Kontaktfingerstruktur 45 auch zu einem geringeren
prozentualen Anteil überlappen. Beispielsweise kann die erste Kontaktfingerstruktur 35 zumindest einen Kontaktfinger aufweisen, der zumindest über die Hälfte seiner
Haupterstreckungsachse nicht mit der zweiten
Kontaktfingerstruktur 45 überlappt.
Die zweite Kontaktschicht 4, insbesondere die zweite
Kontaktfingerstruktur 45, grenzt in einer Ausnehmung 25 des Halbleiterkörpers an die zweite Halbleiterschicht 22 an.
Mittels der Ausnehmung ist also die von der ersten
Halbleiterschicht 21 überdeckte zweite Halbleiterschicht 22 stellenweise für eine Kontaktierung mit der zweiten
Kontaktschicht 4 freigelegt.
Zwischen der ersten Kontaktschicht 3 und der zweiten
Kontaktschicht 4 ist in vertikaler Richtung gesehen eine Isolationsschicht 6 angeordnet. Die Isolationsschicht 6 bedeckt bereichsweise die Strahlungsaustrittsfläche 28 des Halbleiterkörpers 2. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel bedeckt die Isolationsschicht 6 weiterhin auch die
Seitenflächen 250 der Ausnehmungen 25.
Der Halbleiterchip 1 umfasst weiterhin eine
Stromverteilungsschicht 51, die mit der ersten Kontaktschicht 3 elektrisch leitend verbunden ist. Weiterhin umfasst der Strahlungsemittierende Halbleiterchip 1 eine Anschlussschicht 52. Die Anschlussschicht 52 ist über die
Stromverteilungsschicht 51 elektrisch leitend mit der ersten Kontaktschicht verbunden. Zwischen der
Stromverteilungsschicht 51 und der Anschlussschicht 52 ist stellenweise die Isolationsschicht 6 angeordnet, insbesondere in vertikaler Richtung gesehen.
Die Isolationsschicht 6 weist eine Mehrzahl von Öffnungen 60 auf, in denen die Stromverteilungsschicht 51 und die
Anschlussschicht 52 aneinander angrenzen. Im Betrieb des Strahlungsemittierenden Halbleiterchips ist die in den
Halbleiterchip eingeprägte Stromdichte in einem Bereich vertikal unterhalb der Öffnungen 60 am höchsten. Über die Öffnungen in der Isolationsschicht 6 können also die Bereiche definiert werden, in denen die Stromdichte am höchsten ist. Ohne eine Isolationsschicht zwischen der
Stromverteilungsschicht 51 und der Anschlussschicht 52 wäre dagegen die Stromdichte im Bereich um die erste
Kontaktschicht 3 herum am höchsten. In lateralen Bereichen, die weiter von der Kontaktschicht 3 entfernt sind, würde dagegen nur eine vergleichsweise geringe
Ladungsträgerinjektion erfolgen. Die Öffnungen 60 sind in lateraler Richtung zweckmäßigerweise derart angeordnet, dass sich in lateraler Richtung eine möglichst homogene Stromdichteverteilung ergibt. Insbesondere wird die Anordnung der Öffnungen auf der
Strahlungsaustrittsfläche 28 auch auf Basis der jeweiligen Materialparameter der Stromverteilungsschicht 51 und der Anschlussschicht 52 so gewählt, dass eine möglichst homogene Stromdichteverteilung entsteht.
Beispielsweise können Randbereiche der
Strahlungsaustrittsfläche 28 mit mehr Öffnungen versehen sein als zentrale Bereiche der Strahlungsaustrittsfläche. Die Abstände zwischen den Öffnungen können zwischen
einschließlich 20 ym und einschließlich 50 ym betragen. Ein geeigneter Durchmesser der Öffnungen beträgt insbesondere zwischen einschließlich 1 ym und einschließlich 15 ym, etwa zwischen einschließlich 2 ym und einschließlich 6 ym.
Trotz der Öffnungen 60 kann die Isolationsschicht 6 die
Anschlussschicht großflächig bedecken, etwa zu mindestens 30%, zu mindestens 50% oder zu mindestens 70% der Fläche der Anschlussschicht in Draufsicht auf den Halbleiterchip.
Beispielsweise bedeckt die Isolationsschicht die
Anschlussschicht 52 zu höchstens 90% oder zu höchstens 95 %.
Die Anschlussschicht 52 weist eine geringere Dicke auf als die Stromverteilungsschicht 51. Im Unterschied zur
Stromverteilungsschicht 51 muss die Anschlussschicht 52 keine hohe Querleitfähigkeit aufweisen. Durch eine vergleichsweise geringe Dicke der Anschlussschicht 52 können
Absorptionsverluste in der Anschlussschicht verringert werden . Vom aktiven Bereich 20 aus gesehen ist der
Stromverteilungsschicht 51 zumindest stellenweise die
Isolationsschicht 6 vorgeordnet. Die Isolationsschicht 6 kann insbesondere die Funktion einer Filterschicht erfüllen, wobei die Filterschicht für Strahlung, die in vergleichsweise großen Winkeln zur Normalen zur Haupterstreckungsebene des aktiven Bereichs 20 verläuft, eine höhere Reflektivität aufweist als für Strahlung, die in einen vergleichsweise kleinen Winkel zur Normalen auftrifft. Dadurch können
Strahlungsanteile, die aufgrund von Totalreflexion ohnehin nicht aus dem Halbleiterchip 1 austreten könnten, bereits an der Isolationsschicht 6 weitgehend verlustfrei reflektiert werden. Absorptionsverluste in der Stromverteilungsschicht 51 können so verringert werden. Die Isolationsschicht kann beispielsweise mindestens 50%, etwa mindestens 70% oder mindestens 90% der gesamten Grundfläche des Halbleiterchips in Draufsicht bedecken. Absorptionsverluste können so mittels der Isolationsschicht 6 besonders effizient vermieden werden.
Insbesondere kann für Strahlung in einem ersten Winkelbereich die Transmission im Vergleich zu einem herkömmlichen
Halbleiterchip erhöht werden. Herbei bezeichnet der erste Winkelbereich Winkel mit 0° ^ ^ «tot / wobei tot den
Grenzwinkel der Totalreflexion angibt. Bei Winkeln , die größer sind als der Grenzwinkel tot / also in einem zweiten Winkelbereich mit atot < ex -S 90°, ist die Absorption bei dem beschriebenen Halbleiterchip gegenüber einem herkömmlichen Halbleiterchip erheblich reduziert. Der erste Winkelbereich stellt einen kegelförmigen Bereich mit einer Hauptachse parallel zur vertikalen Richtung dar. Der Grenzwinkel der Totalreflexion atot bestimmt sich aus dem Brechungsindex des Halbleiterkörpers 2 und dem Brechungsindex des umgebenden Mediums, wobei sich beispielsweise für einen aus GaN gebildeten Halbleiterkörper 2 mit einem Brechungsindex n = 2,5 und ein umgebendes Medium mit einem Brechungsindex n = 1,55 ein Grenzwinkel tot = aresin (1, 55/2, 5) = 38, 3° ergibt .
Eine besonders effiziente Filterwirkung kann sich durch eine mehrschichtige Ausgestaltung der Isolationsschicht mit einer abwechselnden Anordnung von Schichten mit niedrigerem und höherem Brechungsindex ergeben. Auch mit einer einschichtigen Isolationsschicht kann jedoch bereits eine Filterwirkung erzielt werden.
Auf der dem Träger 29 abgewandten Seite kann der
Strahlungsemittierende Halbleiterchip 1 bereichsweise durch eine Passivierungsschicht 7 abgeschlossen sein. Die
Passivierungsschicht dient insbesondere dem Schutz des
Halbleiterkörpers vor äußeren Belastungen wie Feuchtigkeit, Staub oder mechanischer Belastung.
Die Stromverteilungsschicht 51 und die Anschlussschicht 52 können jeweils dasselbe Material oder voneinander
verschiedene Materialien aufweisen. Vorzugsweise enthalten die Stromverteilungsschicht und die Anschlussschicht ein TCO- Material, beispielsweise ITO.
Die erste Kontaktschicht 3 und die zweite Kontaktschicht 4 oder zumindest eine Teilschicht davon können jeweils
metallisch ausgebildet sein. Eine externe elektrische
Kontaktierung des Halbleiterchips 1 wird dadurch vereinfacht.
Eine mögliche mehrschichtige Ausgestaltung der zweiten
Kontaktschicht 4 ist in Figur IC schematisch gezeigt. Die zweite Kontaktschicht weist eine kontaktgebende Schicht 42, eine Spiegelschicht 43 und eine Barriereschicht 44 auf.
Beispielsweise eignet sich Silber oder Aluminium für die Spiegelschicht. Mit Silber können besonders hohe
Reflektivitäten im sichtbaren Spektralbereich erzielt werden. Beispielsweise weist die Spiegelschicht eine Dicke zwischen einschließlich 300 nm und einschließlich 2 ym auf.
Mittels der kontaktgebenden Schicht 42 kann ein guter
ohmscher Kontakt zum Halbleiterkörper gebildet werden, insbesondere auch bei Verwendung eines Materials für die Spiegelschicht 43, das an sich zum Halbleiterkörper einen vergleichsweise schlechten Kontakt bilden würde, etwa Silber zu n-leitendem Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial.
Beispielsweise weist die kontaktgebende Schicht eine Dicke zwischen einschließlich 3 nm und einschließlich 100 nm auf. Die kontaktgebende Schicht ist insbesondere zwischen der Spiegelschicht und der zweiten Halbleiterschicht angeordnet. Beispielsweise enthält die kontaktgebende Schicht ein TCO- Material, etwa ITO oder ZnO. Insbesondere mit einem TCO- Material für kontaktgebende Schicht und Silber für die
Spiegelschicht kann sich die zweite Kontaktschicht 4 durch eine hohe Reflektivität und gleichzeitig einen guten
elektrischen Kontakt zur zweiten Halbleiterschicht
aus zeichnen .
Für die Barriereschicht 44 eignet sich beispielsweise ein Metall, etwa Ti, Pt, Cu oder Au oder ein TCO-Material, etwa ITO oder ZnO. Beispielsweise weist die Barriereschicht eine Dicke zwischen einschließlich 30 nm und einschließlich 400 nm auf. Mittels der Barriereschicht kann die Spiegelschicht 43 verkapselt werden. Für die Spiegelschicht eignet sich somit auch ein Material, bei dem die Gefahr von Migration, etwa aufgrund von Feuchte, besteht, insbesondere Silber.
Auch die erste Kontaktschicht 3 kann mehrschichtig
ausgebildet sein und zumindest eines der im Zusammenhang mit der zweiten Kontaktschicht beschriebenen Materialien
aufweisen .
Simulationsergebnisse der lateralen Stromdichteverteilung für einen vorstehend beschriebenen Strahlungsemittierenden
Halbleiterchip 1 sind in Figur 2A gezeigt, wobei Bereiche des Halbleiterkörpers mit hoher Stromdichte hell und Bereiche mit niedriger Stromdichte dunkel dargestellt sind. Mittels der lateralen Trennung der direkten Ladungsträgerinjektion über die Anschlussschicht 52 in den Halbleiterkörper 2 von der Position der Kontaktfingerstruktur 35 kann die Homogenität der Ladungsträgerdichte in lateraler Richtung deutlich gesteigert werden.
Dies wird anhand von Simulationsergebnissen für
Vergleichsstrukturen deutlich, die in den Figuren 2B und 2C gezeigt sind. Bei den in Figur 2C dargestellten
Halbleiterchips sind eine erste Kontaktstruktur 91 und eine zweite Kontaktstruktur 92 überlappungsfrei nebeneinander angeordnet. Dadurch geht ein vergleichsweise großer
Flächenanteil des Halbleiterchips 1 aufgrund der großen
Gesamtfläche der Kontaktstrukturen 91, 92 für die
Strahlungserzeugung verloren.
Bei dem in Figur 2B dargestellten Ausführungsbeispiel
überlappen die erste Kontaktstruktur 91 und die zweite
Kontaktstruktur 92 in Draufsicht auf den Halbleiterchip.
Aufgrund der geringeren mit Metall belegten Fläche verringern sich auch die Absorptionsverluste. Allerdings ergibt sich eine signifikant überhöhte Stromdichte in unmittelbarer Nähe zu den übereinander angeordneten Kontaktstegen, da die
Ladungsträger den kürzesten Strompfad zwischen den
Kontaktstegen wählen und der Aufbau des Halbleiterchips im Unterschied zu vorliegenden Erfindung keine Gegenmaßnahmen hierfür vorsieht. Es erfolgt daher keine lateral homogene Stromeinprägung .
Mittels des beschriebenen Strahlungsemittierenden
Halbleiterchips können dagegen im Vergleich zum Stand der Technik Absorptionsverluste deutlich minimiert und ferner auch die Homogenität der Stromdichteverteilung in lateraler Richtung gesteigert werden.
Das in Figur 3 dargestellte zweite Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem im Zusammenhang mit den
Figuren 1A, 1B und IC beschriebenen ersten
Ausführungsbeispiel .
Im Unterschied hierzu weist der Strahlungsemittierende
Halbleiterchip 1 zusätzlich eine dielektrische Spiegelschicht 65 auf. Die dielektrische Spiegelschicht 65 ist bereichsweise zwischen dem Halbleiterkörper 2 und der ersten Kontaktschicht 3 angeordnet. Insbesondere überlappt die dielektrische
Spiegelschicht 65 mit der ersten Kontaktschicht 3 und der zweiten Kontaktschicht 4. Die dielektrische Spiegelschicht 65 weist eine Aussparung 650 auf, in der die zweite
Kontaktschicht 4 an den Halbleiterkörper 2, insbesondere an die zweite Halbleiterschicht 22, angrenzt. Die dielektrische Spiegelschicht 65 weist beispielsweise eine Mehrzahl von Schichtpaaren auf, wobei die Schichten eines Schichtpaars jeweils voneinander verschiedene Brechungsindizes aufweisen. Für die dielektrische Spiegelschicht eignen sich insbesondere die für die Isolationsschicht im allgemeinen Teil der
Beschreibung angegebenen Materialien. Die einzelnen
Teilschichten der dielektrischen Spiegelschicht sind in der Figur zur vereinfachten Darstellung nicht explizit gezeigt.
Mittels der dielektrischen Spiegelschicht 65 kann eine
Strahlungsabsorption an der zweiten Kontaktschicht 4
vermieden werden. Dies ist mittels eines Pfeils 8
veranschaulicht, welcher eine an der dielektrischen
Spiegelschicht 65 reflektierte Strahlung andeutet. Weiterhin bedeckt die dielektrische Spiegelschicht 65 auch die
Seitenfläche 250 der Ausnehmung 25. Dadurch kann vermieden werden, dass durch diese Seitenfläche austretende Strahlung an der ersten Kontaktschicht 3 oder an der zweiten
Kontaktschicht 4 absorbiert wird.
Die dielektrische Spiegelschicht ist insbesondere
bereichsweise zwischen der Isolationsschicht 6 und dem
Halbleiterkörper 2 angeordnet. Weiterhin verläuft die
dielektrische Spiegelschicht 65 in vertikaler Richtung gesehen bereichsweise zwischen der Stromverteilungsschicht 51 und der Anschlussschicht 52. Davon abweichend können die dielektrische Spiegelschicht 65 und die Anschlussschicht 52 auch überlappungsfrei zueinander angeordnet sein. Die
Stromverteilungsschicht 51 kann die dielektrische
Spiegelschicht 65 in Draufsicht auf den Halbleiterchip vollständig überdecken.
Das in Figur 4 gezeigte dritte Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem im Zusammenhang mit Figur 3 beschriebenen zweiten Ausführungsbeispiel. Im Unterschied hierzu ist die Ausnehmung 25 vollständig oder zumindest nahezu vollständig mit Material der dielektrischen Spiegelschicht 65 und der zweiten Kontaktschicht 4 gefüllt. Die elektrische Kontaktierung der zweiten Halbleiterschicht 22 erfolgt in diesem Ausführungsbeispiel über nebeneinander angeordnete Aussparungen 650 der dielektrischen
Spiegelschicht 65.
Vorzugsweise ist die laterale Ausdehnung der Aussparungen 650 auch entlang einer lateralen Haupterstreckungsrichtung des zugehörigen Kontaktfingers der zweiten Kontaktfingerstruktur 45 begrenzt. Die Aussparungen sind also entlang ihres
gesamten Umfangs von Material der dielektrischen
Spiegelschicht umgeben. Mit anderen Worten kann die zweite Kontaktfingerstruktur 45 zumindest an manchen Stellen entlang der Haupterstreckungsrichtung des zugehörigen Kontaktfingers in einer lateralen Querrichtung zur Haupterstreckungsrichtung des Kontaktfingers vollständig mit Material der
dielektrischen Spiegelschicht unterlegt sein.
Strahlungsabsorptionsverluste an der zweiten Kontaktschicht 4 können so weiter verringert werden.
Weiterhin ist in der Figur 4 auf der dem Träger 29
abgewandten Seite des Halbleiterkörpers 2 eine
Passivierungsschicht 7 ausgebildet. Diese
Passivierungsschicht kann auch bei dem in Figur 3 gezeigten Ausführungsbeispiel Anwendung finden.
In lateraler Richtung weist der mit der Ausnehmung 25
überlappende Kontaktfinger der ersten Kontaktfingerstruktur 35 eine geringere laterale Ausdehnung auf als der zugeordnete Kontaktfinger der zweiten Kontaktfingerstruktur 45. Absorptionsverluste an der zweiten Kontaktfingerstruktur können so weiter verringert werden.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2016 112 587.3, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die
Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von
Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den
Patentansprüchen oder den Ausführungsbeispielen angegeben ist .
Bezugs zeichenliste
1 strahlungsemittierender Halbleiterchip
2 Halbleiterkörper
20 aktiver Bereich
21 erste Halbleiterschicht
22 zweite Halbleiterschicht
25 Ausnehmung
250 Seitenfläche
28 Strahlungsaustrittsfläche
29 Träger
3 erste Kontaktschicht
31 erste Kontaktfläche
35 erste Kontaktfingerstruktur
4 zweite Kontaktschicht
41 zweite Kontaktfläche
42 kontaktgebende Schicht
43 Spiegelschicht
44 BarriereSchicht
45 zweite Kontaktfingerstruktur
51 StromverteilungsSchicht
52 Anschlussschicht
6 IsolationsSchicht
60 Öffnung
65 dielektrische Spiegelschicht
650 Aussparung
7 Passivierung
8 Pfeil
91 erste Kontaktstruktur
92 zweite Kontaktstruktur

Claims

Patentansprüche
1. Strahlungsemittierender Halbleiterchip (1), umfassend
- einen Halbleiterkörper (2), der einen zur Erzeugung von Strahlung vorgesehenen aktiven Bereich (20) aufweist;
- eine erste Kontaktschicht (3) , die eine erste Kontaktfläche (31) zur externen elektrischen Kontaktierung des
Halbleiterchips und eine mit der ersten Kontaktfläche
verbundene erste Kontaktfingerstruktur (35) aufweist;
- eine zweite Kontaktschicht (4), die eine zweite
Kontaktfläche (41) zur externen elektrischen Kontaktierung des Halbleiterchips und eine mit der zweiten Kontaktfläche verbundene zweite Kontaktfingerstruktur (45) aufweist, wobei die erste Kontaktfingerstruktur und die zweite
Kontaktfingerstruktur in Draufsicht auf den Halbleiterchip stellenweise überlappen;
- eine Stromverteilungsschicht (51), die mit der ersten
Kontaktschicht elektrisch leitend verbunden ist;
- eine Anschlussschicht (52), die über die
Stromverteilungsschicht mit der ersten Kontaktschicht
elektrisch leitend verbunden ist; und
- eine Isolationsschicht (6), die ein dielektrisches Material enthält, wobei die Isolationsschicht stellenweise zwischen der Anschlussschicht und der Stromverteilungsschicht
angeordnet ist.
2. Strahlungsemittierender Halbleiterchip nach Anspruch 1, wobei die Isolationsschicht die Anschlussschicht zu
mindestens 30% der Fläche der Anschlussschicht bedeckt.
3. Strahlungsemittierender Halbleiterchip nach Anspruch 1 oder 2,
wobei die Isolationsschicht mindestens eine Öffnung (60) aufweist, in der die Anschlussschicht und die
Stromverteilungsschicht aneinander angrenzen.
4. Strahlungsemittierender Halbleiterchip nach Anspruch 3, wobei ein Durchmesser der Öffnungen zwischen einschließlich 1 ym und einschließlich 20 ym beträgt.
5. Strahlungsemittierender Halbleiterchip nach Anspruch 3, wobei ein Durchmesser der Öffnungen zwischen einschließlich 2 ym und einschließlich 6 ym beträgt.
6. Strahlungsemittierender Halbleiterchip nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Isolationsschicht als eine Filterschicht
ausgebildet ist, die innerhalb eines ersten Winkelbereichs auftreffende Strahlung überwiegend transmittiert und
innerhalb eines zweiten Winkelbereichs auftreffende Strahlung überwiegend reflektiert.
7. Strahlungsemittierender Halbleiterchip nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Isolationsschicht an die Anschlussschicht und an die Stromverteilungsschicht angrenzt.
8. Strahlungsemittierender Halbleiterchip nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Anschlussschicht eine geringere Dicke aufweist als die Stromverteilungsschicht.
9. Strahlungsemittierender Halbleiterchip nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die erste Kontaktfläche und die zweite Kontaktfläche von einer Strahlungsaustrittsfläche (28) des Halbleiterkörpers her für eine externe elektrische Kontaktierung zugänglich sind.
10. Strahlungsemittierender Halbleiterchip nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei mindestens 50 % der gesamten Fläche der zweiten
Kontaktfingerstruktur mit der ersten Kontaktfingerstruktur überlappen .
11. Strahlungsemittierender Halbleiterchip nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei der Halbleiterkörper zumindest eine Ausnehmung (25) aufweist, die sich von der Strahlungsaustrittsfläche durch den aktiven Bereich hindurch erstreckt und wobei die zweite Kontaktschicht in der Ausnehmung mit dem Halbleiterkörper elektrisch leitend verbunden ist.
12. Strahlungsemittierender Halbleiterchip nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Isolationsschicht zwischen der ersten
Kontaktschicht und der zweiten Kontaktschicht angeordnet ist.
13. Strahlungsemittierender Halbleiterchip nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei an keiner Stelle des Halbleiterchips ein direkter vertikaler Strompfad zwischen der ersten Kontaktschicht und dem Halbleiterkörper besteht.
14. Strahlungsemittierender Halbleiterchip nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei bereichsweise zwischen dem Halbleiterkörper und der Stromverteilungsschicht eine dielektrische Spiegelschicht (65) angeordnet ist.
15. Strahlungsemittierender Halbleiterchip nach Anspruch 14, wobei die dielektrische Spiegelschicht in Draufsicht auf den Halbleiterchip stellenweise mit der ersten Kontaktschicht und mit der zweiten Kontaktschicht überlappt.
16. Strahlungsemittierender Halbleiterchip nach Anspruch 14 oder 15,
wobei die dielektrische Spiegelschicht stellenweise zwischen dem Halbleiterkörper und der zweiten Kontaktschicht
angeordnet ist.
17. Strahlungsemittierender Halbleiterchip nach einem der Ansprüche 14 bis 16,
wobei die dielektrische Spiegelschicht eine Schichtenfolge aus sich abwechselnden Teilschichten mit höherem
Brechungsindex und niedrigerem Brechungsindex umfasst.
18. Strahlungsemittierender Halbleiterchip nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Anschlussschicht und/oder die
Stromverteilungsschicht ein TCO-Material enthält.
19. Strahlungsemittierender Halbleiterchip nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die zweite Kontaktschicht eine kontaktgebende Schicht (42), eine Spiegelschicht (43) und eine Barriereschicht (44) aufweist, wobei die Spiegelschicht zwischen der
kontaktgebenden Schicht und der Barriereschicht angeordnet ist .
20. Strahlungsemittierender Halbleiterchip nach Anspruch 19, wobei die kontaktgebende Schicht ein TCO-Material enthält und die Spiegelschicht Silber enthält.
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