WO2019215212A1 - Optoelektronisches halbleiterbauelement mit einer ersten und einer zweiten stromverteilungsstruktur - Google Patents

Optoelektronisches halbleiterbauelement mit einer ersten und einer zweiten stromverteilungsstruktur Download PDF

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WO2019215212A1
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optoelectronic
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Michael VÖLKL
Siegfried Herrmann
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Osram Opto Semiconductors Gmbh
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    • H01L33/46—Reflective coating, e.g. dielectric Bragg reflector

Definitions

  • a light emitting diode is a light emitting device based on semiconductor materials.
  • an LED includes a pn junction. When electrons and holes recombine with each other in the region of the pn junction, for example, because a corresponding voltage is applied, electromagnetic radiation is generated.
  • the present invention has for its object to provide an improved optoelectronic semiconductor device available to avail.
  • An optoelectronic semiconductor component comprises a first semiconductor layer of a first conductivity type and a second semiconductor layer of a second conductivity type, which are arranged above a substrate, wherein the first half conductor layer between the second semiconductor layer and the substrate is arranged.
  • the opto-electronic Halbleiterbau element further includes a first current distribution structure, which is electrically conductively connected ver with the first semiconductor layer, and a second current distribution structure, which is electrically conductively connected to the second semiconductor layer.
  • the first current distribution structure is arranged at a greater distance from the first semiconductor layer than the second current distribution structure.
  • the optoelectronic semiconductor device may further include an insulating interlayer disposed between the second current distributing structure and the second semiconductor layer.
  • the insulating inter mediate layer may be interrupted in sections. As a result, a direct physical contact between the second current distribution structure and the second semiconductor layer can be made possible in sections.
  • the insulating interlayer may contain any isolation of the material. According to embodiments, it can also be embodied as a dielectric mirror layer.
  • the first dielectric mirror layer may be disposed in direct contact with the second power distribution structure.
  • the first current distribution structure can be connected to the first semiconductor layer via contact elements.
  • the contact elements can penetrate the second power distribution structure.
  • the optoelectronic Halbleiterbau element may further comprise a vertical dielectric mirror layer, which is arranged on the side walls of the contact elements.
  • the optoelectronic semiconductor device may further include a first transparent conductive layer in an area outside the current distribution structure. The first transparent conductive layer may be disposed in a plane between the first and second current distribution patterns.
  • the optoelectronic semiconductor device may further comprise a second transparent conductive layer disposed between the second semiconductor layer and the first transparent conductive layer and an insulating interlayer disposed between the first transparent conductive layer and the second transparent conductive layer ,
  • the optoelectronic semiconductor component further comprises a second dielectric mirror layer, which is arranged between the first and the second current distribution structure.
  • the second dielectric mirror layer is disposed in direct contact with the first current distribution pattern.
  • the optoelectronic semiconductor device may further include a third dielectric mirror layer disposed over the first power distribution structure.
  • the optoelectronic semiconductor component may further include an insulating layer between the first and the second current distribution structure, wherein the insulating layer contains a converter material.
  • the converter material may contain quantum dots, quantum wells or quantum wires.
  • the mobility of charge carriers in one direction may be limited in quantum wells.
  • quantum wires the mobility of the charge carriers in two directions can be limited, and at quantum dots, the mobility of the charge carriers in be restricted to three directions.
  • the converter material may comprise an epitaxially grown semiconductor layer.
  • the optoelectronic semiconductor component may further include a nanostructured coupling-out layer which is arranged above the second semiconductor layer.
  • the first and second flow distribution structures may overlap one another in a plane perpendicular to a major surface of the substrate.
  • the opto-electronic semiconductor device may further include a first terminal region in contact with the first current distribution pattern and a second terminal region in contact with the second current distribution pattern.
  • the first connection region and the second connection region can protrude toward a surface of the optoelectronic semiconductor component.
  • An optoelectronic device comprises the described optoelectronic semiconductor component and a carrier.
  • the optoelectronic semiconductor component is connected to the carrier such that the second semiconductor layer has a shorter distance to the carrier than the first semiconductor layer.
  • FIG. 1A shows a schematic cross-sectional view through a part of an optoelectronic semiconductor component according to embodiments.
  • FIG. 1B shows a schematic plan view of selected parts of an optoelectronic semiconductor component.
  • FIG. IC through IE show vertical cross-sectional views through parts of optoelectronic semiconductor devices.
  • FIG. 2A shows a vertical cross-sectional view through part of an optoelectronic semiconductor device according to further embodiments.
  • FIG. 2B shows a schematic plan view of selected parts of an optoelectronic semiconductor component according to embodiments.
  • FIG. FIG. 2C is an enlarged cross-sectional view of a portion of the structure shown in FIG. 2A illustrated cross-sectional view.
  • FIG. 3A shows a vertical cross-sectional view of a part of an optoelectronic semiconductor device according to embodiments.
  • FIG. 3B shows a schematic plan view of selected parts of an optoelectronic semiconductor device according to embodiments.
  • FIG. 3C shows a vertical cross-sectional view of an opto-electronic semiconductor device according to further embodiments.
  • FIG. 4A shows a vertical cross-sectional view of a part of an optoelectronic semiconductor device according to embodiments.
  • FIG. 4B shows a schematic plan view of selected parts of an optoelectronic semiconductor device according to embodiments.
  • FIG. 5 shows a vertical cross-sectional view of a part of an optoelectronic semiconductor device according to embodiments.
  • FIG. 6 shows a vertical cross-sectional view of a portion of an optoelectronic semiconductor device according to further embodiments.
  • Wafer or “semiconductor substrate” used in the following description may include any semiconductor-based structure having a semiconductor surface. Wafers and structure are understood to include doped and undoped semiconductors, epitaxial semiconductor layers, optionally supported by a base pad, and other semiconductor structures. For example, a layer of a first semiconductor material may be grown on a growth substrate of a second semiconductor material or of an insulating material, for example on a sapphire substrate. Depending on the intended use of the semiconductor on a direct or an indi- based on direct semiconductor material.
  • semiconductor materials particularly suitable for generating electromagnetic radiation include, in particular, nitride semiconductor compounds by which, for example, ultraviolet tes, blue or longer wavelength light can be generated, such as GaN, InGaN, AlN, AlGaN, AlGalnN, phosphide semiconductor compounds, for example green or longer-wave light can be generated, such as GaAsP, AlGalnP, GaP, AlGaP, as well as other Halbleitermateria materials such as AlGaAs, SiC, ZnSe, GaAs, ZnO, Ga2Cg, diamond, hexagonal BN BN and combinations of the materials mentioned.
  • the stoichiometric ratio of the ternary compounds may vary.
  • semiconductor materials may include silicon, silicon germanium and germanium.
  • the term "semiconductor" also includes organic semiconductor materials.
  • lateral and “horizontal” as used in this specification are intended to describe an orientation or orientation that is substantially parallel to a first surface of a substrate or semiconductor body. This may, for example, be the surface of a wafer or a die or a chip.
  • the term "via” in connection with applied layers refers to a distance to a base layer, for example to a substrate on which the individual layers are applied, for example, the feature means that a first layer "above” a second layer is arranged so that the first layer has a greater distance from the base layer than the second layer.
  • electrically connected means a low-resistance electrical connection between the connected elements
  • the electrically connected elements need not necessarily be connected directly to each other Other elements may be disposed between electrically connected elements.
  • electrically connected also includes tunneling contacts between the connected elements.
  • the wavelength of an LED chip emit-oriented electromagnetic radiation using a converter material containing a phosphor or phosphorus can be converted.
  • white light may be generated by a combination of an LED chip that emits blue light with a suitable phosphor.
  • the phosphor may be a yellow phosphor which, when excited by the light of the blue LED chip, is capable of emitting yellow light.
  • the luminous substance may, for example, absorb part of the electromagnetic radiation emitted by the LED chip.
  • the Combination of blue and yellow light is perceived as white light.
  • white light may be generated by a combination including a blue LED chip and a green and red phosphor. It is understood, of course, that a converter material may comprise a plurality of different phosphors each emitting different wavelengths.
  • Examples of phosphors are metal oxides, metal halides, metal sulfides, metal nitrides and others. These compounds may also contain additives that cause specific wavelengths to be emitted.
  • the additives may include rare earth materials.
  • YAG Ce 3+ (cerium activated yttrium aluminum garnet (Y 3 Al 5 O 12)) or (Sri .7 Bao .2 Euo .i) S1O 4 may be used.
  • Other phosphors can be based on MSi0 4 : Eu 2+ , where M can be Ca, Sr or Ba. By selecting the cations with an appropriate concentration, a desired conversion wavelength can be selected. Many other examples of suitable phosphors are known.
  • the phosphor material for example a phosphor powder
  • the matrix material may comprise a resin or polymer composition such as a silicone or an epoxy resin.
  • the size of the phosphor particles can, for example, be in the range of a micrometer or nanometer range.
  • the matrix material may comprise a glass.
  • the converter material can be Tern of the glass, for example, S1O2 are formed with other additives and phosphor powder, forming a luminous substance in the glass (PiG).
  • the phosphor material itself may be sintered to form a ceramic.
  • the ceramic-based phosphor may have a polycrystalline structure.
  • the phosphor material can be grown to form a monocrystalline phosphor who, for example, using the Czochralski (Cz) method.
  • the phosphor material itself may be a semiconductor material having in volume or in layers a suitable band gap for absorbing the light emitted by the LED and for emitting the desired conversion wavelength.
  • this may be an epitaxially grown semiconductor material.
  • the epitaxially grown semiconductor material may have a band gap corresponding to a lower energy than that of the primary emitted light.
  • Wei terhin several suitable semiconductor layers, each of which emit light of different wavelengths, be überei nander stacked.
  • One or more quantum wells or quantum wells, quantum dots or quantum wires may be formed in the semiconductor material.
  • dielectric mirror layer includes any arrangement that reflects incident electromagnetic radiation to a large degree (eg,> 90%) and is nonconductive, for example, a dielectric mirror layer may be characterized by a series of very thin layers Dielectric layers are each formed with different Bre chine indices.
  • the layers may alternately have a high refractive index (n> 1, 7) and a low refractive index (n ⁇ 1, 7) and be designed as a Bragg reflector.
  • the layer thickness may be l / 4, where l indicates the wavelength of the light to be reflected in the respective medium.
  • the layer seen by the light falling in may have a larger layer thickness, for example 3l / 4.
  • the dielectric mirror layer Due to the small layer thickness and the difference of the respective refractive indices, the dielectric mirror layer provides high reflectivity and is not conductive at the same time.
  • the dielectric mirror layer is thus suitable for isolating components of the semiconductor component from one another.
  • a dielectric mirror layer may have 2 to 50 dielectric layers.
  • a typical layer thickness of the individual layers may be about 30 to 90 nm, for example about 50 nm.
  • the layer stack may further include one or two or more layers thicker than about 180 nm, for example, thicker than 200 nm.
  • FIG. 1A shows a schematic cross-sectional view through a part of an optoelectronic semiconductor component 10 according to embodiments.
  • the optoelectronic Halbleiterbauele element 10 includes a first semiconductor layer 140 of a first conductivity type, for example, n-type, and a second semiconductor layer 150 of a second conductivity type, for example p-type.
  • the first and the second semiconductor layer are disposed above a substrate 100.
  • the optoelectronronic semiconductor component further comprises a first current distribution structure or current spreading structure 130, which is electrically conductive with the first semiconductor layer 140 connected is.
  • the optoelectronic semiconductor component further includes a second current distribution structure 135, which is electrically conductively connected to the second semiconductor layer 150.
  • the first power distribution structure 130 is disposed at a greater distance from the substrate than the second power distribution structure 135.
  • the second current distribution structure is thus arranged between the first current distribution structure 130 and the second semiconductor layer 150. Since the order of arrangement of the power distribution structures is inverse to the order of arrangement of the first and second semiconductor layers, this arrangement is also referred to as inverted stacked arrangement.
  • the first and second power distribution structures 130, 135 may be implemented, for example, by a portion of a conductive layer.
  • the second current distribution structure 135 may be arranged at least in sections in direct contact with the second semiconductor layer 150.
  • "At least in sections" in this context means that, for example, an insulating or dielectric intermediate layer, for example a dielectric mirror layer 160, may be arranged in sections between the second current distribution structure 135 and the second semiconductor layer 150.
  • the insulating intermediate layer or dielectric mirror layer 160 may extend along the second current distribution structure 135 and may be interrupted, for example, at regular or irregular intervals
  • the insulating interlayer may be, for example, the dielectric mirror layer 160. However, it may also be any other insulating layer and, for example, silicon dioxide, silicon nitride or a silicon dioxide Combination of these materials included.
  • a transparent conductive layer 170 such as of ITO (indium tin oxide) or other suitable material may be provided to ensure a continuous electrical contact between the second power distribution structure 135 and the second semiconductor layer 150. In the areas in which the second current distribution structure 135 does not directly adjoin the second semiconductor layer 150, an electrical contact between the second current distribution structure 135 and the second semiconductor layer 150 is effected via the transparent conductive layer 170. Due to the high electrical conductivity of the transparent conductive layer 170, a homogeneous current distribution and as a result a homogeneous luminance distribution is achieved.
  • An insulator layer 180 may be disposed, for example, between the transparent conductive layer 170 and the first power distribution structure 130.
  • the first semiconductor layer 140 may be disposed, for example, over a transparent substrate 100, for example a sapphire substrate.
  • a dielectric mirror layer 165 may be provided adjacent to a second major surface 120 of the substrate 100. By this dielectric mirror layer generated electromagnetic radiation, which is emitted in the direction of the second main surface 120, reflected.
  • a reflective layer embodied in a different manner may also be provided.
  • an active region may be disposed between first and second semiconductor layers 140, 150.
  • the active region can be, for example, a pn junction, a double heterostructure, a single quantum well (SQW) or a multiple quantum well.
  • Quantum well structure MQW, multi quantum well for generating radiation have.
  • Quantum well structure has no significance here with regard to the dimensionality of the quantization and thus includes, inter alia, quantum wells, quantum wires and quantum dots and any combination of these layers
  • Main surface 115 of the optoelectronic semiconductor device output Furthermore, emitted electromagnetic radiation via Soflä surfaces of the optoelectronic semiconductor device can be output.
  • first and second current distribution patterns 130, 135 may each be arranged to overlap.
  • the first current distribution structure 130 may be arranged at a horizontal position, ie a range of x values, which at least partially corresponds to a horizontal position, ie a range of x values of the second electrical contact structure 135.
  • the first and second power distribution structures 130, 135 may include one or more conductive materials, such as gold.
  • the first and second semiconductor layers may be any of those mentioned above Semiconductor materials included.
  • they may contain GaN or a GaN-containing compound semiconductor.
  • FIG. FIG. 1B is a schematic plan view of selected parts of the FIG. 1A illustrated optoelectronic compo ment. As shown in FIG. 1B, the cross-sectional view of FIG. 1A was added between I and I. The below be described cross-sectional views of the figures IC, ID and IE are respectively recorded between II and II, between III and III and between IV and IV.
  • a first current distribution structure 130 is formed, for example, linear and encloses arcuate or rectangular a Halbleiterge area, which is covered by a transparent insulating layer 170.
  • a dielectric mirror layer 160 is disposed between the first power distribution structure 130 and the underlying semiconductor layer (not shown).
  • the dielectric mirror layer 160 is interrupted in sections such that in the regions that are positioned between the sections of the dielectric mirror layer 160, the second current distribution structure 135 directly contacts the second semiconductor layer 150.
  • the first power distribution structure 130 and the second power distribution structure 135 overlap each horizontally. That is, there is a horizontal range of x values in which both the first power distribution structure 130 and the second power distribution structure 135 are present.
  • the first power distribution structure 130 is connected in sections via electrical contact elements 137 to the first semiconductor layer 140.
  • the first current distribution structure 130 can be contacted via a first connection region 190.
  • the second current distribution structure 135 can be contacted by a second connection region 195.
  • First and second connection region 195, 190 are arranged in the region of a first main surface 115 of the optoelectronic semiconductor component 10.
  • the second connection area For example, 195 is isolated from the first power distribution structure 130 via sidewall isolation 196.
  • FIG. IC shows a vertical cross-sectional view of the semiconductor device between II and II, in a region intersecting the dielectric mirror layer 160.
  • FIG. 1A taken between I and I, at a position where the dielectric mirror layer 160 is interrupted.
  • the lektharide mirror layer 160 between the second semiconductor layer 150 and the second power distribution structure 135 is arranged.
  • the second current distribution structure 135 is connected in this area via the transparent conductive layer 170 to the second semiconductor layer 150.
  • the dielectric mirror layer has a layer thickness of about 60 to 500 nm.
  • the dielectric mirror layer 160 is in direct contact with the second current distribution structure 135 is arranged.
  • the light emitted from the optoelectronic semiconductor device may be blue, and the power distribution structures may each contain gold which is capable of absorbing blue light. In this case, absorption of the emitted light can be prevented by the dielectric mirror layer 160.
  • a part of the transparent conductive layer 170 may be disposed in an area outside the first and second current distribution patterns 130, 135. Farther For example, a portion of the transparent conductive layer 170 may be disposed between first and second power distribution structures.
  • FIG. ID shows a vertical cross-sectional view through the optoelectronic semiconductor device between III and III, at a position intersecting the electrical contact elements 137.
  • electrical contact elements 137 may be provided to connect the first power distribution structure to the first semiconductor layer 140.
  • the contact element 137 may be arranged in a contact opening 138.
  • the contact opening 138 may in particular penetrate the second semiconductor layer 150 and the first current distribution structure 135.
  • An insulating layer 185 may be applied to the sidewall of the contact opening 138 to isolate the electrically conductive element of the contact element 137 from the adjacent conductive and semi-conductor layers.
  • the insulating layer 185 may be realized as a dielectric mirror layer.
  • the material of the Maisele element 137 may be the material of the first power distribution structure 130.
  • the contact elements 137 are arranged at certain intervals along the first power distribution structure 130.
  • a cross section of the contact opening 138 may be, for example, round, oval or even angular.
  • the contact elements as shown in FIG. ID Darge presents, from the first power distribution structure 130 through the second power distribution structure 135 and the second half conductor layer 150 extend therethrough, the Kunststoffele elements 137 can be arranged in a particularly space-saving.
  • the semiconductor layers can be efficiently contacted and, at the same time, a large portion of the active area of the semiconductor layer can be contacted.
  • Component be used to generate electromagnetic radiation.
  • FIG. IE shows a vertical cross-sectional view along the first and the second electrical contact structure 130, 135.
  • the dielectric mirror layer 160 is interrupted in places, so that the second current distribution structure 135 directly touches the second semiconductor layer 150 at these locations.
  • the ratio of contact area S1 between second contact structure 135 and second semiconductor layer 150 to S2 i. the length of the second current distribution structure 135 at which the dielectric mirror layer 160 is disposed between the second electrical contact structure 135 and the second semiconductor layer 150 is significantly smaller than 1. Accordingly, absorption of electromagnetic radiation by the second current distribution structure 135 can be reduced and adjusted by adjusting the ratio of S1 to S2 are set.
  • the first current distribution structure 130 can be contacted via a first connection region 190.
  • the second power distribution structure 135 can be contacted via the second connection region 195.
  • the second connection region 195 is arranged in a contact opening 197 which is formed in the conductive transparent layer 170 and the insulator layer 180.
  • the second terminal region may be isolated from adjacent conductive layers via sidewall insulation 196.
  • this sidewall insulation 196 may include a dielectric mirror layer.
  • FIG. 2A shows a vertical cross-sectional view of an opto-electronic semiconductor device according to further embodiments between I and I, as shown in FIG. 2B is shown. According to the in FIG.
  • the optoelectronic semiconductor component comprises a first transparent conductive layer 170, which is arranged in a plane between the second current distribution structure 135 and the first current distribution structure 130.
  • a second transparent conductive layer 172 is disposed between the second semiconductor layer 150 and the second current distribution pattern 135.
  • the second transparent conductive layer 172 may be arranged in contact with the second semiconductor layer 150 and cover it in a planar manner.
  • An insulating interlayer 173, 174 may be disposed between the first and second transparent conductive layers 170, 172.
  • a plurality of connecting elements 175 may be provided to electrically connect the first transparent conductive layer 170 to the second transparent conductive layer 172.
  • a dielectric mirror layer 160 may be disposed between the second power distribution structure 135 and the second transparent conductive layer 172. According to embodiments, the dielectric mirror layer 160 may be interrupted in sections. With this arrangement, the proportion of the electromagnetic radiation emitted to the first main surface 115 of the optoelectronic component can be further increased as described below with reference to FIG. 2C will be described.
  • FIG. 2B shows a schematic plan view of parts of the optoelectronic component.
  • the optoelectronic component has a multiplicity of connecting elements 175, which electrically connect the first transparent conductive layer 170 to the second transparent conductive layer 172.
  • an intermediate insulating layer 173, 174, for example, an angular filter layer is disposed between the first and second transparent conductive layers 170, 172.
  • FIG. 2C shows a cross-sectional view of a portion of the opto-electronic device illustrating the effect of an angular filter layer 174 that represents the insulating interlayer 173.
  • the insulating intermediate layer 173 may be designed such that it does not have a smooth surface but a structured, for example a roughened surface. More specifically, in this case, the interface between insulating interlayer 173 and adjacent first transparent conductive layer 170 is roughened. As a consequence, the emission angles of the emitted Electromagnetic radiation randomly distributed, whereby the risk of total reflection is reduced when exiting the optoelectron ronic semiconductor device. As a result, losses of the generated electromagnetic radiation can be reduced.
  • FIG. 3A shows a cross-sectional view through a part of an optoelectronic semiconductor component according to further embodiments.
  • the optoelectronic component includes a second dielectric mirror layer 167 arranged between the first and second current distribution structures 130, 135.
  • the second dielectric mirror layer 167 is disposed in direct contact with the first power distribution structure 130.
  • the optoelectronic semiconductor device may include a third dielectric mirror layer 168 disposed over the first power distribution structure.
  • the second dielectric mirror layer 168 is arranged on the side walls of the first current distribution structure and on the surface of the first current distribution layer 130 facing away from the second current distribution structure 135.
  • the first power distribution structure 130 is completely encapsulated by the second and third dielectric mirror layers 167, 168. This embodiment of the first power distribution structure 130, which is at least partially surrounded by the dielectric mirror structure 167, 168, can be combined with all conceivable embodiments of the invention.
  • FIG. 3B shows a schematic plan view of parts of the optoelectronic component according to further embodiments.
  • the dielectric mirror layer 160 is not interrupted in sections, but formed throughout. That is, the second Stromvertei distribution structure 135, for example, the second semiconductor layer 150 and the above the second semiconductor layer disposed second transparent conductive layer 172 does not touch di rectly. An electrical contact between the second current distribution structure 135 and the second semiconductor layer 150 is ensured in this case via the first transparent conductive layer 170 and optionally the connecting elements 175 and the second transparent conductive layer 172 galleryge.
  • FIG. 3B further positions of the first connection region 190 and the second connection region 195 are indicated.
  • the first connection region 190 contacts the first current distribution structure 130 in a plane above the dielectric mirror layer 160.
  • FIG. 3C shows a schematic plan view of parts of a semiconductor device according to further embodiments.
  • an insulating layer 203 may be disposed over a surface of the first transparent conductive layer 170 and over the first current distribution pattern 130.
  • the first power distribution structure 130 may be completely encapsulated by dielectric mirror layers 167, 168.
  • the insulating layer 203 may be a polymer or resin, for example a silicone resin. hold.
  • a converter material 205 may be arranged in the iso lierenden layer 203.
  • the converter material may comprise quantum dots or an optically pumped nanocolumn converter or quantum wires.
  • the converter mate rial a suitable semiconductor material, for example, contain an epitaxially grown semiconductor material.
  • the optoelectronic semiconductor component can furthermore have a nanostructured coupling-out layer 207, which can be arranged, for example, over the converter material or over the first transparent conductive layer 170.
  • the nanostructured coupling-out layer 207 may be a structured tin oxide layer.
  • the coupling-out layer 207 may be structured into nanopillars with a diameter of less than 50 nm, for example less than 20 nm, for example 10 nm and a height of a few 100 nm. As a result, the coupling-out efficiency can be further increased.
  • the Kunststoffelemen te 137 which connect the first power distribution structure 130 with the first semiconductor layer 140 may be disposed in a central area of the first power distribution structures 130.
  • the Kunststoffele elements 137 may be arranged laterally on the first power distribution structure 130.
  • the contact elements 137 can be laterally connected to the second power distribution Structure 135 are passed.
  • the contact opening 138 can be guided laterally past the second current distribution structure 135.
  • FIG. 4B shows a schematic horizontal cross-sectional view of the in FIG. 4A, optoelectronic components illustrated. As can be seen, according to FIG. 4B, the contact elements 137 are arranged laterally next to the first power distribution structure 130.
  • FIG. 5 shows a vertical cross-sectional view of the optoelectronic device according to further embodiments.
  • an insulating layer 203 between the transparent conductive layer 170 and the first power distribution structure 130 is arranged.
  • a converter material 205 may be arranged in the insulating layer 203.
  • the insulating layer may be, for example, a polymer or resin layer.
  • a layer thickness of the insulating layer 203 may be, for example, 10 to 50 gm, for example 25 to 35 gm.
  • the optoelectronic component may be designed such that the dielectric mirror layer 160 is arranged at least in sections between the second current distribution structure 135 and the second semiconductor layer 150. Furthermore, a second dielectric mirror layer 167 on the underside of the first power distribution structure 130, that is, on the side of the first power distribution structure 130 that faces the second power distribution structure 135. Accordingly, the absorption of the electro-magnetic radiation by the first power distribution structure 130 is reduced.
  • the second dielectric mirror layer 167 may be disposed in direct contact with the first power distribution structure 130.
  • the optoelectronic semiconductor component can furthermore have a nanostructured coupling-out layer 207.
  • the nanostructured coupling-out layer 207 may be similar to that described with reference to FIG. 3C described be configured.
  • the optoelectronic semiconductor device can be manufactured by bonding a thin water glass with converter to the resulting surface after the application of the transparent conductive layer 170. Subsequently, contact openings 138 are formed in the resulting layer stack. Subsequently, a conductive material is introduced into the contact openings 138, for example gold. Then, the dielectric mirror layer 167 and the first power distribution structure 130 are formed. The fact that the semiconductor layers facing side of the first and two th power distribution structure 130, 135 is provided with each of the lektrischen mirror layer 160, 167, the absorption from the emitted radiation is further reduced.
  • the converter material may comprise quantum dots or optically pumped nano-columns or quantum wires.
  • the converter mate rial a suitable semiconductor material, for example, contain an epitaxially grown semiconductor material.
  • FIG. 6 shows an optoelectronic device 20 according to embodiments.
  • generated electromagnetic radiation 15 can be emitted via the first main surface 115 of the optoelectronic semiconductor component 10.
  • generated electromagnetic radiation 15 is emitted via the second main surface 120 of the transparent substrate 100.
  • the described optoelectronic semiconductor component 10 can be applied to a suitable carrier 209 such that the first main surface 110 of the semiconductor layer stack faces the carrier 209, while the second main surface 120 of the transparent substrate 100 faces away from the carrier 209. In this case, as shown in FIG. 6, no dielectric mirror layer is disposed adjacent to the second main surface 120 of the transparent substrate 100.
  • the first and second terminal regions 190, 195 may be formed so as to protrude from a surface of the optoelectronic semiconductor device.
  • the first and the second connection regions 190, 195 can each extend to the same height, so that they can each be added together with the carrier 209.
  • the carrier 209 may comprise a first contact 213 and a second contact 211. sen.
  • the first terminal region 190 may be connected to the first contact 213, and the second terminal region 195 may be connected to the second contact 211. This results in an optoelectronic device 20 with a compact dimension.

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Abstract

Ein optoelektronisches Halbleiterbauelement umfasst eine erste Halbleiterschicht (140) von einem ersten Leitfähigkeitstyp, und eine zweite Halbleiterschicht (150) von einem zweiten Leitfähigkeitstyp, die über einem Substrat (100) angeordnet sind. Die erste Halbleiterschicht (140) ist zwischen der zweiten Halbleiterschicht (150) und dem Substrat (150) angeordnet. Das optoelektronische Halbleiterbauelement umfasst ferner eine erste Stromverteilungsstruktur (130), die mit der ersten Halbleiterschicht (140) elektrisch leitend verbunden ist,und eine zweite Stromverteilungsstruktur (135), die mit der zweiten Halbleiterschicht (150) elektrisch leitend verbunden ist. Die erste Stromverteilungsstruktur (130) ist in einem größeren Abstand von der ersten Halbleiterschicht (140) angeordnet als die zweite Stromverteilungsstruktur (135).

Description

OPTOELEKTRONISCHES HALBLEITERBAUELEMENT MIT EINER ERSTEN UND
EINER ZWEITEN STROMVERTEILUNGSSTRUKTUR
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung DE 10 2018 111 168.1, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Eine lichtemittierende Diode (LED) ist eine lichtemittierende Vorrichtung, die auf Halbleitermaterialien basiert. Üblicher weise umfasst eine LED einen pn-Übergang. Wenn Elektronen und Löcher miteinander im Bereich des pn-Übergangs rekombinieren, beispielsweise, weil eine entsprechende Spannung angelegt wird, wird elektromagnetische Strahlung erzeugt.
Generell werden neue Konzepte gesucht, mit denen die Halb leiterschichten gleichmäßig durch Kontaktstrukturen elektrisch kontaktiert werden können, ohne dass diese die Effizienz des optoelektronischen Halbleiterbauelements beeinträchtigen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes optoelektronisches Halbleiterbauelement zur Ver fügung zu stellen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Aufgabe durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteil hafte Weiterentwicklungen sind in den abhängigen Patentansprü chen definiert.
ZUSAMMENFASSUNG
Ein optoelektronisches Halbleiterbauelement umfasst eine erste Halbleiterschicht von einem ersten Leitfähigkeitstyp und eine zweite Halbleiterschicht von einem zweiten Leitfähigkeitstyp, die über einem Substrat angeordnet sind, wobei die erste Halb- leiterschicht zwischen der zweiten Halbleiterschicht und dem Substrat angeordnet ist. Das optoelektronische Halbleiterbau element enthält ferner eine erste Stromverteilungsstruktur, die mit der ersten Halbleiterschicht elektrisch leitend ver bunden ist, und eine zweite Stromverteilungsstruktur, die mit der zweiten Halbleiterschicht elektrisch leitend verbunden ist. Die erste Stromverteilungsstruktur ist in einem größeren Abstand von der ersten Halbleiterschicht angeordnet als die zweite Stromverteilungsstruktur.
Das optoelektronische Halbleiterbauelement kann ferner eine isolierende Zwischenschicht, die zwischen der zweiten Strom verteilungsstruktur und der zweiten Halbleiterschicht angeord net ist, enthalten. Beispielsweise kann die isolierende Zwi schenschicht abschnittsweise unterbrochen sein. Dadurch kann abschnittsweise ein direkter physischer Kontakt zwischen zwei ter Stromverteilungsstruktur und zweiter Halbleiterschicht er möglicht werden.
Die isolierende Zwischenschicht kann ein beliebiges isolieren des Material enthalten. Gemäß Ausführungsformen kann sie auch als dielektrische Spiegelschicht ausgeführt sein. Beispiels weise kann die erste dielektrische Spiegelschicht in direktem Kontakt mit der zweiten Stromverteilungsstruktur angeordnet sein .
Beispielsweise kann die erste Stromverteilungsstruktur über Kontaktelemente mit der ersten Halbleiterschicht verbunden sein. Die Kontaktelemente können die zweite Stromverteilungs struktur durchdringen. Das optoelektronisches Halbleiterbau element kann ferner eine vertikale dielektrische Spiegel schicht umfassen, die an den Seitenwänden der Kontaktelemente angeordnet ist. Das optoelektronische Halbleiterbauelement kann ferner eine erste transparente leitfähige Schicht in einem Bereich außer halb der Stromverteilungsstruktur umfassen. Die erste transpa rente leitfähige Schicht kann in einer Ebene zwischen der ers ten und der zweiten Stromverteilungsstruktur angeordnet sein.
Das optoelektronisches Halbleiterbauelement kann ferner eine zweite transparente leitfähige Schicht, die zwischen der zwei ten Halbleiterschicht und der ersten transparenten leitfähigen Schicht angeordnet ist, sowie eine isolierende Zwischen schicht, die zwischen der ersten transparenten leitfähigen Schicht und der zweiten transparenten leitfähigen Schicht an geordnet ist, umfassen.
Gemäß weiteren Ausführungsformen umfasst das optoelektronische Halbleiterbauelement ferner eine zweite dielektrische Spiegel schicht, die zwischen der ersten und der zweiten Stromvertei lungsstruktur angeordnet ist. Beispielsweise ist die zweite dielektrische Spiegelschicht in direktem Kontakt mit der ers ten Stromverteilungsstruktur angeordnet. Das optoelektronische Halbleiterbauelement kann ferner eine dritte dielektrische Spiegelschicht enthalten, die über der ersten Stromvertei lungsstruktur angeordnet ist.
Beispielsweise kann das optoelektronische Halbleiterbauelement weiterhin eine isolierende Schicht zwischen der ersten und der zweiten Stromverteilungsstruktur enthalten, wobei die isolie rende Schicht ein Konvertermaterial enthält. Beispielsweise kann das Konvertermaterial Quantenpunkte, Quantentöpfe oder Quantendrähte enthalten. Beispielsweise kann bei Quantentöpfen die Beweglichkeit von Ladungsträgern in einer Richtung einge schränkt sein. Bei Quantendrähten kann die Beweglichkeit der Ladungsträger in zwei Richtungen eingeschränkt sein, und bei Quantenpunkten kann die Beweglichkeit der Ladungsträger in drei Richtungen eingeschränkt sein. Gemäß Ausführungsformen kann das Konvertermaterial eine epitaktisch gewachsene Halb leiterschicht umfassen.
Das optoelektronische Halbleiterbauelement kann ferner eine nanostrukturierte Auskoppelschicht enthalten, die über der zweiten Halbleiterschicht angeordnet ist.
Gemäß Ausführungsformen können die erste und die zweite Strom verteilungsstruktur in einer zu einer Hauptoberfläche des Sub strats senkrechten Ebene miteinander überlappen. Das opto elektronische Halbleiterbauelement kann ferner einen ersten Anschlussbereich in Kontakt mit der ersten Stromverteilungs struktur und einen zweiten Anschlussbereich in Kontakt mit der zweiten Stromverteilungsstruktur umfassen. Der erste An schlussbereich und der zweite Anschlussbereich können gegen über einer Oberfläche des optoelektronischen Halbleiterbauele ments hervorstehen.
Eine optoelektronische Vorrichtung umfasst das beschriebene optoelektronische Halbleiterbauelement und einen Träger. Dabei ist das optoelektronische Halbleiterbauelement derart mit dem Träger verbunden, dass die zweite Halbleiterschicht einen kür zeren Abstand zu dem Träger hat als die erste Halbleiter schicht .
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die begleitenden Zeichnungen dienen dem Verständnis von Aus führungsbeispielen der Erfindung. Die Zeichnungen veranschau lichen Ausführungsbeispiele und dienen zusammen mit der Be schreibung deren Erläuterung. Weitere Ausführungsbeispiele und zahlreiche der beabsichtigten Vorteile ergeben sich unmittel bar aus der nachfolgenden Detailbeschreibung. Die in den Zeichnungen gezeigten Elemente und Strukturen sind nicht not wendigerweise maßstabsgetreu zueinander dargestellt. Gleiche Bezugszeichen verweisen auf gleiche oder einander entsprechen de Elemente und Strukturen.
FIG. 1A zeigt eine schematische Querschnittsansicht durch ei nen Teil eines optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß Ausführungsformen .
FIG. 1B zeigt eine schematische Draufsicht auf ausgewählte Teile eines optoelektronischen Halbleiterbauelements.
FIG. IC bis IE zeigen vertikale Querschnittsansichten durch Teile von optoelektronischen Halbleiterbauelementen.
FIG. 2A zeigt eine vertikale Querschnittsansicht durch einen Teil eines optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß wei teren Ausführungsformen.
FIG. 2B zeigt eine schematische Draufsicht auf ausgewählte Teile eines optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß Ausführungsformen .
FIG. 2C zeigt eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Teils der in FIG. 2A dargestellten Querschnittsansicht.
FIG. 3A zeigt eine vertikale Querschnittsansicht eines Teils eines optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß Ausfüh rungsformen .
FIG. 3B zeigt eine schematische Draufsicht auf ausgewählte Teile eines optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß Ausführungsformen . FIG. 3C zeigt eine vertikale Querschnittsansicht eines opto elektronischen Halbleiterbauelements gemäß weiteren Ausfüh rungsformen .
FIG. 4A zeigt eine vertikale Querschnittsansicht eines Teils eines optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß Ausfüh rungsformen .
FIG. 4B zeigt eine schematische Draufsicht auf ausgewählte Teile eines optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß Ausführungsformen .
FIG. 5 zeigt eine vertikale Querschnittsansicht eines Teils eines optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß Ausfüh rungsformen .
FIG. 6 zeigt eine vertikale Querschnittsansicht eines Teils eines optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß weiteren Ausführungsformen .
DETAILBESCHREIBUNG
In der folgenden Detailbeschreibung wird auf die begleitenden Zeichnungen Bezug genommen, die einen Teil der Offenbarung bilden und in denen zu Veranschaulichungszwecken spezifische Ausführungsbeispiele gezeigt sind. In diesem Zusammenhang wird eine Richtungsterminologie wie "Oberseite", "Boden", "Vorder seite", "Rückseite", "über", "auf", "vor", "hinter", "vorne", "hinten" usw. auf die Ausrichtung der gerade beschriebenen Fi guren bezogen. Da die Komponenten der Ausführungsbeispiele in unterschiedlichen Orientierungen positioniert werden können, dient die Richtungsterminologie nur der Erläuterung und ist in keiner Weise einschränkend. Die Beschreibung der Ausführungsbeispiele ist nicht einschrän kend, da auch andere Ausführungsbeispiele existieren und strukturelle oder logische Änderungen gemacht werden können, ohne dass dabei vom durch die Patentansprüche definierten Be reich abgewichen wird. Insbesondere können Elemente von im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen mit Elementen von anderen der beschriebenen Ausführungsbeispiele kombiniert werden, sofern sich aus dem Kontext nichts anderes ergibt.
Ausführungsformen werden unter Bezugnahme auf „schematische Draufsichten" beschrieben. Derartige schematische Draufsichten sind so gestaltet, dass sie für das Verständnis der Ausfüh rungsformen wichtige Teile veranschaulichen, auch wenn diese nicht in einer einzigen Querschnittsebene des gezeigten Gegen stands vorliegen. Es ist möglich, dass diese Teile auch nicht an der Oberfläche des gezeigten Gegenstands vorliegen. Derar tige schematische Draufsichten stellen somit nicht notwendi gerweise eine horizontale Querschnittsansicht und auch keine Draufsicht dar, sondern veranschaulichen horizontale Lagebe ziehungen der einzelnen Komponenten, unabhängig von ihrer ver tikalen Position.
Die Begriffe "Wafer" oder "Halbleitersubstrat", die in der folgenden Beschreibung verwendet sind, können jegliche auf Halbleiter beruhende Struktur umfassen, die eine Halb leiteroberfläche hat. Wafer und Struktur sind so zu verstehen, dass sie dotierte und undotierte Halbleiter, epitaktische Halbleiterschichten, gegebenenfalls getragen durch eine Basis unterlage, und weitere Halbleiterstrukturen einschließen. Bei spielsweise kann eine Schicht aus einem ersten Halbleitermate rial auf einem Wachstumssubstrat aus einem zweiten Halbleiter material oder aus einem isolierenden Material, beispielsweise auf einem Saphirsubstrat, gewachsen sein. Je nach Verwendungs zweck kann der Halbleiter auf einem direkten oder einem indi- rekten Halbleitermaterial basieren. Beispiele für zur Erzeu gung elektromagnetischer Strahlung besonders geeignete Halb leitermaterialien umfassen insbesondere Nitrid- Halbleiterverbindungen, durch die beispielsweise ultraviolet tes, blaues oder langwelligeres Licht erzeugt werden kann, wie beispielsweise GaN, InGaN, A1N, AlGaN, AlGalnN, Phosphid- Halbleiterverbindungen, durch die beispielsweise grünes oder langwelligeres Licht erzeugt werden kann, wie beispielsweise GaAsP, AlGalnP, GaP, AlGaP, sowie weitere Halbleitermateria lien wie AlGaAs, SiC, ZnSe, GaAs, ZnO, Ga2Cg, Diamant, hexago nales BN und Kombinationen der genannten Materialien. Das stö chiometrische Verhältnis der ternären Verbindungen kann vari ieren. Weitere Beispiele für Halbleitermaterialien können Si lizium, Silizium-Germanium und Germanium umfassen. Im Kontext der vorliegenden Beschreibung schließt der Begriff „Halblei ter" auch organische Halbleitermaterialien ein.
Die Begriffe "lateral" und "horizontal", wie in dieser Be schreibung verwendet, sollen eine Orientierung oder Ausrich tung beschreiben, die im Wesentlichen parallel zu einer ersten Oberfläche eines Substrats oder Halbleiterkörpers verläuft. Dies kann beispielsweise die Oberfläche eines Wafers oder ei ner Die oder eines Chips sein.
Der Begriff "vertikal", wie er in dieser Beschreibung verwen det wird, soll eine Orientierung beschreiben, die im Wesentli chen senkrecht zu der ersten Oberfläche des Substrats oder Halbleiterkörpers verläuft.
Soweit hier die Begriffe "haben", "enthalten", "umfassen", "aufweisen" und dergleichen verwendet werden, handelt es sich um offene Begriffe, die auf das Vorhandensein der besagten Elemente oder Merkmale hinweisen, das Vorhandensein von weite ren Elementen oder Merkmalen aber nicht ausschließen. Die un- bestimmten Artikel und die bestimmten Artikel umfassen sowohl den Plural als auch den Singular, sofern sich aus dem Zusam menhang nicht eindeutig etwas anderes ergibt.
Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung bezieht sich die Bezeich nung „über" im Zusammenhang mit aufgebrachten Schichten auf einen Abstand zu einer Basisschicht, beispielsweise einem Sub strat, auf dem die einzelnen Schichten aufgebracht werden. Beispielsweise bedeutet das Merkmal, dass eine erste Schicht „über" einer zweiten Schicht angeordnet ist, dass die erste Schicht einen größeren Abstand zu der Basisschicht hat als die zweite Schicht.
Im Kontext dieser Beschreibung bedeutet der Begriff „elektrisch verbunden" eine niederohmige elektrische Verbin dung zwischen den verbundenen Elementen. Die elektrisch ver bundenen Elemente müssen nicht notwendigerweise direkt mitei nander verbunden sein. Weitere Elemente können zwischen elektrisch verbundenen Elementen angeordnet sein.
Der Begriff „elektrisch verbunden" umfasst auch Tunnelkontakte zwischen den verbundenen Elementen.
Üblicherweise kann die Wellenlänge von einem LED-Chip emit tierter elektromagnetischer Strahlung unter Verwendung eines Konvertermaterials, welches einen Leuchtstoff oder Phosphor enthält, konvertiert werden. Beispielsweise kann weißes Licht durch eine Kombination eines LED-Chips, der blaues Licht emit tiert, mit einem geeigneten Leuchtstoff erzeugt werden. Bei spielsweise kann der Leuchtstoff ein gelber Leuchtstoff sein, der, wenn er durch das Licht des blauen LED-Chips angeregt wird, geeignet ist, gelbes Licht zu emittieren. Der Leucht stoff kann beispielsweise einen Teil der von dem LED-Chip emittierten elektromagnetischen Strahlung absorbieren. Die Kombination von blauem und gelbem Licht wird als weißes Licht wahrgenommen. Durch Beimischen weiterer Leuchtstoffe, die ge eignet sind, Licht einer weiteren, beispielsweise einer roten Wellenlänge, zu emittieren, kann die Farbtemperatur geändert werden. Gemäß weiteren Konzepten kann weißes Licht durch eine Kombination, die einen blauen LED-Chip und einen grünen und roten Leuchtstoff enthält, erzeugt werden. Es ist selbstver ständlich, dass ein Konvertermaterial mehrere verschiedene Leuchtstoffe, die jeweils unterschiedliche Wellenlängen emit tieren, umfassen kann.
Beispiele für Leuchtstoffe sind Metalloxide, Metallhalide, Me tallsulfide, Metallnitride und andere. Diese Verbindungen kön nen darüber hinaus Zusätze enthalten, die dazu führen, dass spezielle Wellenlängen emittiert werden. Beispielsweise können die Zusätze Seltenerdmaterialien umfassen. Als Beispiel für einen gelben Leuchtstoff kann YAG:Ce3+ (mit Cer aktivierter Yttrium Aluminium Granat (Y3AI5O12) ) oder (Sri.7Bao.2Euo.i) S1O4 verwendet werden. Weitere Leuchtstoffe können auf MSi04:Eu2+, worin M Ca, Sr oder Ba sein kann, basieren. Durch Auswahl der Kationen mit einer angemessenen Konzentration kann eine er wünschte Konversionswellenlänge ausgewählt werden. Viele wei tere Beispiele von geeigneten Leuchtstoffen sind bekannt.
Gemäß Anwendungen kann das Leuchtstoffmaterial, beispielsweise ein Leuchtstoffpulver, in ein geeignetes Matrixmaterial einge bettet sein. Beispielsweise kann das Matrixmaterial eine Harz oder Polymerzusammensetzung wie beispielsweise ein Silikon oder ein Epoxidharz umfassen. Die Größe der Leuchtstoffteil- chen kann beispielsweise in einem Mikrometer- oder Nanometer bereich liegen.
Gemäß weiteren Ausführungen kann das Matrixmaterial ein Glas umfassen. Beispielsweise kann das Konvertermaterial durch Sin- tern des Glases, beispielsweise S1O2 mit weiteren Zusätzen und Leuchtstoffpulver gebildet werden, unter Bildung eines Leucht stoffs im Glas (PiG) .
Gemäß weiteren Ausführungen kann das Leuchtstoffmaterial selbst unter Ausbildung einer Keramik gesintert werden. Bei spielsweise kann als Ergebnis des Sinterprozesses der kerami sche Leuchtstoff eine polykristalline Struktur haben.
Gemäß weiteren Ausführungen kann das Leuchtstoffmaterial unter Ausbildung eines einkristallinen Leuchtstoffs gewachsen wer den, beispielsweise unter Verwendung des Czochralski (Cz-) Verfahrens .
Gemäß weiteren Ausführungen kann das Leuchtstoffmaterial selbst ein Halbleitermaterial sein, das im Volumen oder in Schichten eine geeignete Bandlücke zur Absorption des von der LED emittierten Lichtes und zur und der Emission der gewünsch ten Konversionswellenlänge aufweist. Insbesondere kann es sich hierbei um ein epitaktisch gewachsenes Halbleitermaterial han deln. Beispielsweise kann das epitaktisch gewachsene Halb leitermaterial eine Bandlücke haben, die einer geringeren Energie als der des primär emittierten Lichts entspricht. Wei terhin können mehrere geeignete Halbleiterschichten, die je weils Licht unterschiedlicher Wellenlänge emittieren, überei nander gestapelt sein. Ein oder mehrere Quantentröge bzw. Quantentöpfe, Quantenpunkte oder Quantendrähte können in dem Halbleitermaterial gebildet sein.
Generell umfasst der Begriff „dielektrische Spiegel schicht" jegliche Anordnung, die einfallende elektromagneti sche Strahlung zu einem großen Grad (beispielsweise >90%) re flektiert und nicht leitend ist. Beispielsweise kann eine die lektrische Spiegelschicht durch eine Abfolge von sehr dünnen dielektrische Schichten mit jeweils unterschiedlichen Bre chungsindizes ausgebildet werden. Beispielsweise können die Schichten abwechselnd einen hohen Brechungsindex (n>l,7) und einen niedrigen Brechungsindex (n<l,7) haben und als Bragg- Reflektor ausgebildet sein. Beispielsweise kann die Schichtdi cke l/4 betragen, wobei l die Wellenlänge des zu reflektieren den Lichts in dem jeweiligen Medium angibt. Die vom einfallen den Licht her gesehene Schicht kann eine größere Schichtdicke, beispielsweise 3l/4 haben. Aufgrund der geringen Schichtdicke und des Unterschieds der jeweiligen Brechungsindices stellt die dielektrische Spiegelschicht ein hohes Reflexionsvermögen bereit und ist gleichzeitig nicht leitend. Die dielektrische Spiegelschicht ist somit geeignet, Komponenten des Halbleiter bauelements voneinander zu isolieren. Eine dielektrische Spie gelschicht kann beispielsweise 2 bis 50 dielektrische Schich ten aufweisen. Eine typische Schichtdicke der einzelnen Schichten kann etwa 30 bis 90 nm, beispielsweise etwa 50 nm betragen. Der Schichtstapel kann weiterhin eine oder zwei oder mehrere Schichten enthalten, die dicker als etwa 180 nm, bei spielsweise dicker als 200 nm sind.
FIG. 1A zeigt eine schematische Querschnittsansicht durch ei nen Teil eines optoelektronischen Halbleiterbauelements 10 ge mäß Ausführungsformen. Das optoelektronische Halbleiterbauele ment 10 umfasst eine erste Halbleiterschicht 140 von einem ersten Leitfähigkeitstyp, beispielsweise n-Typ, sowie eine zweite Halbleiterschicht 150 von einem zweiten Leitfähigkeits typ, beispielsweise p-Typ. Die erste und die zweite Halb leiterschicht sind über einem Substrat 100 angeordnet. Dabei ist die erste Halbleiterschicht 140 zwischen zweiter Halb leiterschicht 150 und Substrat 100 angeordnet. Das optoelekt ronische Halbleiterbauelement umfasst weiterhin eine erste Stromverteilungsstruktur bzw. Stromaufweitungsstruktur 130, die mit der ersten Halbleiterschicht 140 elektrisch leitend verbunden ist. Das optoelektronische Halbleiterbauelement um fasst darüber hinaus eine zweite Stromverteilungsstruktur 135, die mit der zweiten Halbleiterschicht 150 elektrisch leitend verbunden ist. Die erste Stromverteilungsstruktur 130 ist in einem größeren Abstand von dem Substrat angeordnet als die zweite Stromverteilungsstruktur 135.
Die zweite Stromverteilungsstruktur ist somit zwischen erster Stromverteilungsstruktur 130 und zweiter Halbleiterschicht 150 angeordnet. Da die Reihenfolge der Anordnung der Stromvertei lungsstrukturen umgekehrt zur Reihenfolge der Anordnung von erster und zweiter Halbleiterschicht ist, wird diese Anordnung auch als invertiert gestapelte Anordnung bezeichnet. Die erste und die zweite Stromverteilungsstruktur 130, 135 können bei spielsweise durch einen Teil einer leitfähigen Schicht reali siert sein.
Beispielsweise kann die zweite Stromverteilungsstruktur 135 mindestens abschnittsweise in direktem Kontakt zur zweiten Halbleiterschicht 150 angeordnet sein. „Mindestens abschnitts weise" bedeutet in diesem Zusammenhang, dass beispielsweise eine isolierende oder dielektrische Zwischenschicht, bei spielsweise eine dielektrische Spiegelschicht 160 abschnitts weise zwischen der zweiten Stromverteilungsstruktur 135 und der zweiten Halbleiterschicht 150 angeordnet sein kann. Anders ausgedrückt kann die isolierende Zwischenschicht oder dielekt rische Spiegelschicht 160 sich entlang der zweiten Stromver teilungsstruktur 135 erstrecken und kann, beispielsweise in regelmäßigen oder unregelmäßigen Abständen unterbrochen sein. Die isolierende Zwischenschicht kann beispielsweise eine die lektrische Spiegelschicht 160 sein. Sie kann aber auch eine beliebige andere isolierende Schicht sein und beispielsweise Siliziumdioxid, Siliziumnitrid oder eine Kombination dieser Materialien enthalten. Eine transparente leitfähige Schicht 170, beispielsweise aus ITO (Indium-Zinnoxid) oder einem anderen geeigneten Material kann vorgesehen sein, um einen durchgängigen elektrischen Kon takt zwischen der zweiten Stromverteilungsstruktur 135 und der zweiten Halbleiterschicht 150 sicherzustellen. In den Berei chen, in denen die zweite Stromverteilungsstruktur 135 nicht direkt an die zweite Halbleiterschicht 150 angrenzt, wird über die transparente leitfähige Schicht 170 ein elektrischer Kon takt zwischen der zweiten Stromverteilungsstruktur 135 und der zweiten Halbleiterschicht 150 bewirkt. Aufgrund der hohen elektrischen Leitfähigkeit der transparenten leitfähigen Schicht 170 wird eine homogene Stromverteilung und als Folge eine homogene Leuchtdichteverteilung erzielt. Eine Isolator schicht 180 kann beispielsweise zwischen der transparenten leitfähigen Schicht 170 und der ersten Stromverteilungsstruk tur 130 angeordnet sein.
Die erste Halbleiterschicht 140 kann beispielsweise über einem transparenten Substrat 100, beispielsweise einem Saphirsub strat angeordnet sein. Eine dielektrische Spiegelschicht 165 kann angrenzend an eine zweite Hauptoberfläche 120 des Sub strats 100 vorgesehen sein. Durch diese dielektrische Spiegel schicht wird erzeugte elektromagnetische Strahlung, die in Richtung der zweiten Hauptoberfläche 120 ausgestrahlt wird, reflektiert. Anstelle der dielektrischen Spiegelschicht 165 kann auch eine in anderer Weise ausgeführte reflektierende Schicht vorgesehen sein.
Beispielsweise kann ein aktives Gebiet (nicht dargestellt in FIG. 1A) zwischen erster und zweiter Halbleiterschicht 140, 150 angeordnet sein. Das aktive Gebiet kann beispielsweise ei nen pn-Übergang, eine Doppelheterostruktur, einen Einfach- Quantentopf (SQW, single quantum well) oder eine Mehrfach- QuantentopfStruktur (MQW, multi quantum well) zur Strahlungs erzeugung aufweisen. Die Bezeichnung „QuantentopfStruk tur" entfaltet hierbei keine Bedeutung hinsichtlich der Dimen- sionalität der Quantisierung. Sie umfasst somit unter anderem Quantentröge, Quantendrähte und Quantenpunkte sowie jede Kom bination dieser Schichten. Von dem optoelektronischen Halblei terbauelement 10 emittierte elektromagnetische Strahlung 15 wird beispielsweise über eine erste Hauptoberfläche 115 des optoelektronischen Halbleiterbauelements ausgegeben. Weiterhin kann emittierte elektromagnetische Strahlung über Seitenflä chen des optoelektronischen Halbleiterbauelements ausgegeben werden .
Dadurch, dass die erste Stromverteilungsstruktur 130 bei einem größerem Abstand von dem Substrat angeordnet ist als die zwei te Stromverteilungsstruktur 135, und auch bei einem größeren Abstand von der ersten Halbleiterschicht 140 angeordnet ist als die zweite Stromverteilungsstruktur 135, kann ein opto elektronisches Halbleiterbauelement verwirklicht werden, bei dem mehr aktive Fläche verfügbar ist. Beispielsweise können erste und zweite Stromverteilungsstruktur 130, 135 jeweils derart angeordnet sein, dass sie überlappen. Beispielsweise kann die erste Stromverteilungsstruktur 130 bei einer derarti gen horizontalen Position, d.h. einem Bereich von x-Werten an geordnet sein, die mindestens teilweise einer horizontalen Po sition, d.h. einem Bereich von x-Werten der zweiten elektri schen Kontaktstruktur 135 entspricht. Als Folge können Ab schattungseffekte durch die elektrischen Kontaktstrukturen verringert werden, wodurch mehr aktive Halbleiterfläche zum Emittieren elektromagnetischer Strahlung vorhanden ist. Die erste und die zweite Stromverteilungsstruktur 130, 135 können beispielsweise ein oder mehrere leitende Materialien enthal ten, beispielsweise Gold. Die erste und die zweite Halbleiter schicht können beispielsweise jedes der vorstehend erwähnten Halbleitermaterialien enthalten. Beispielsweise können sie GaN oder einen GaN-haltigen Verbindungshalbleiter enthalten.
FIG. 1B zeigt eine schematische Draufsicht auf ausgewählte Teile des in FIG. 1A dargestellten optoelektronischen Bauele ment. Wie in FIG. 1B zu sehen ist, ist die Querschnittsansicht der FIG. 1A zwischen I und I aufgenommen. Die nachfolgend be schriebenen Querschnittsansichten der Figuren IC, ID und IE sind jeweils zwischen II und II, zwischen III und III sowie zwischen IV und IV aufgenommen. Eine erste Stromverteilungs struktur 130 ist beispielsweise linienartig ausgebildet und umschließt bogenförmig oder rechteckförmig ein Halbleiterge biet, welches von einer transparenten isolierenden Schicht 170 bedeckt ist. Eine dielektrische Spiegelschicht 160 ist zwi schen der ersten Stromverteilungsstruktur 130 und der darun terliegenden Halbleiterschicht (nicht dargestellt) angeordnet. Die dielektrische Spiegelschicht 160 ist abschnittsweise un terbrochen, so dass in den Bereichen, die zwischen den Ab schnitten der dielektrischen Spiegelschicht 160 positioniert sind, die zweite Stromverteilungsstruktur 135 die zweite Halb leiterschicht 150 direkt berührt. Die erste Stromverteilungs struktur 130 und die zweite Stromverteilungsstruktur 135 über lappen jeweils horizontal. Das heißt, es gibt einen horizonta len Bereich von x-Werten, in dem sowohl die erste Stromvertei lungsstruktur 130 als auch die zweite Stromverteilungsstruktur 135 vorliegen. Die erste Stromverteilungsstruktur 130 ist ab schnittsweise über elektrische Kontaktelemente 137 mit der ersten Halbleiterschicht 140 verbunden. Die erste Stromvertei lungsstruktur 130 ist über einen ersten Anschlussbereich 190 kontaktierbar. Ebenso ist die zweite Stromverteilungsstruktur 135 durch einen zweiten Anschlussbereich 195 kontaktierbar. Erster und zweiter Anschlussbereich 195, 190 sind im Bereich einer ersten Hauptoberfläche 115 des optoelektronischen Halb leiterbauelements 10 angeordnet. Der zweite Anschlussbereich 195 ist beispielsweise über eine Seitenwandisolierung 196 von der ersten Stromverteilungsstruktur 130 isoliert.
FIG. IC zeigt eine vertikale Querschnittsansicht des Halblei terbauelements zwischen II und II, in einem Bereich, welcher die dielektrische Spiegelschicht 160 schneidet. Demgegenüber ist die Querschnittsansicht der FIG. 1A zwischen I und I auf genommen, an einer Stelle, an der die dielektrische Spiegel schicht 160 unterbrochen ist. Wie zu sehen ist, ist die die lektrische Spiegelschicht 160 zwischen der zweiten Halbleiter schicht 150 und der zweiten Stromverteilungsstruktur 135 ange ordnet. Die zweite Stromverteilungsstruktur 135 ist in diesem Bereich über die transparente leitfähige Schicht 170 mit der zweiten Halbleiterschicht 150 verbunden. Die dielektrische Spiegelschicht hat eine Schichtdicke von etwa 60 bis 500 nm. Beispielsweise ist die dielektrische Spiegelschicht 160 in di rektem Kontakt zur zweiten Stromverteilungsstruktur 135 ange ordnet .
Dadurch, dass eine dielektrische Spiegelschicht 160 zwischen zweiter Halbleiterschicht 150 und zweiter Kontaktstruktur 135 angeordnet ist, kann verhindert werden, dass von dem aktiven Gebiet emittierte elektromagnetische Strahlung durch die zwei te Stromverteilungsstruktur 135 absorbiert wird. Gemäß Ausfüh rungsformen kann das von dem optoelektronischen Halbleiterbau element emittierte Licht blau sein, und die Stromverteilungs strukturen können jeweils Gold enthalten, welches geeignet ist, blaues Licht zu absorbieren. In diesem Fall kann durch die dielektrische Spiegelschicht 160 eine Absorption des emit tierten Lichts verhindert werden.
Beispielsweise kann ein Teil der transparenten leitfähigen Schicht 170 in einem Bereich außerhalb der ersten und zweiten Stromverteilungsstruktur 130, 135 angeordnet sein. Weiterhin kann ein Teil der transparenten leitfähigen Schicht 170 zwi schen erster und zweiter Stromverteilungsstruktur angeordnet sein .
FIG. ID zeigt eine vertikale Querschnittsansicht durch das optoelektronische Halbleiterbauelement zwischen III und III, an einer Position, die die elektrischen Kontaktelemente 137 schneidet. Gemäß Ausführungsformen können elektrische Kontak telemente 137 vorgesehen sein, um die erste Stromverteilungs struktur mit der ersten Halbleiterschicht 140 zu verbinden. Beispielsweise kann das Kontaktelement 137 in einer Kontakt öffnung 138 angeordnet sein. Die Kontaktöffnung 138 kann ins besondere die zweite Halbleiterschicht 150 und die erste Stromverteilungsstruktur 135 durchdringen. Eine isolierende Schicht 185 kann auf der Seitenwand der Kontaktöffnung 138 aufgebracht sein, um das elektrisch leitende Element des Kon taktelements 137 von den angrenzenden leitenden und Halb leiterschichten zu isolieren. Beispielsweise kann die isolie rende Schicht 185 als dielektrische Spiegelschicht verwirk licht sein. Beispielsweise kann das Material des Kontaktele ments 137 das Material der ersten Stromverteilungsstruktur 130 sein. Wie in FIG. 1B dargestellt, sind die Kontaktelemente 137 in gewissen Abständen entlang der ersten Stromverteilungs struktur 130 angeordnet. Ein Querschnitt der Kontaktöffnung 138 kann beispielsweise rund, oval oder auch eckig sein.
Dadurch, dass sich die Kontaktelemente, wie in FIG. ID darge stellt, von der ersten Stromverteilungsstruktur 130 durch die zweite Stromverteilungsstruktur 135 sowie die zweite Halb leiterschicht 150 hindurch erstrecken, können die Kontaktele mente 137 besonders platzsparend angeordnet werden. Als Ergeb nis können die Halbleiterschichten effizient kontaktiert und gleichzeitig ein großer Anteil der aktiven Fläche des Halblei- terbauelements zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung verwendet werden.
FIG. IE zeigt eine vertikale Querschnittsansicht entlang der ersten und der zweiten elektrischen Kontaktstruktur 130, 135. In diesem Bereich liegen zwei Kontaktelemente 137 vor, die die erste Stromverteilungsstruktur 130 mit der ersten Halbleiter schicht 140 verbinden. Weiterhin ist die dielektrische Spie gelschicht 160 stellenweise unterbrochen, so dass die zweite Stromverteilungsstruktur 135 an diesen Stellen die zweite Halbleiterschicht 150 direkt berührt. Wie weiterhin zu sehen ist, ist das Verhältnis von Kontaktfläche S1 zwischen zweiter Kontaktstruktur 135 und zweiter Halbleiterschicht 150 zu S2, d.h. der Länge der zweiten Stromverteilungsstruktur 135, an der die dielektrische Spiegelschicht 160 zwischen zweiter elektrischer Kontaktstruktur 135 und zweiter Halbleiterschicht 150 angeordnet ist, deutlich kleiner als 1. Entsprechend kann eine Absorption elektromagnetischer Strahlung durch die zweite Stromverteilungsstruktur 135 verringert und durch Einstellen des Verhältnisses von S1 zu S2 eingestellt werden.
Wie weiterhin in FIG. IE zu sehen ist, ist die erste Stromver teilungsstruktur 130 über einen ersten Anschlussbereich 190 kontaktierbar. Weiterhin ist die zweite Stromverteilungsstruk tur 135 über den zweiten Anschlussbereich 195 kontaktierbar. Beispielsweise ist der zweite Anschlussbereich 195 in einer Kontaktöffnung 197 angeordnet, die in der leitenden transpa renten Schicht 170 und der Isolatorschicht 180 ausgebildet ist. Weiterhin kann der zweite Anschlussbereich über eine Sei tenwandisolierung 196 von angrenzenden leitenden Schichten isoliert sein. Beispielsweise kann diese Seitenwandisolierung 196 eine dielektrische Spiegelschicht enthalten. FIG. 2A zeigt eine vertikale Querschnittsansicht eines opto elektronischen Halbleiterbauelements gemäß weiteren Ausfüh rungsformen zwischen I und I, wie in FIG. 2B dargestellt ist. Gemäß den in FIG. 2A dargestellten Ausführungsformen umfasst das optoelektronische Halbleiterbauelement eine erste transpa rente leitfähige Schicht 170, die in einer Ebene zwischen der zweiten Stromverteilungsstruktur 135 und der ersten Stromver teilungsstruktur 130 angeordnet ist. Zusätzlich ist eine zwei te transparente leitfähige Schicht 172 zwischen der zweiten Halbleiterschicht 150 und der zweiten Stromverteilungsstruktur 135 angeordnet. Beispielsweise kann die zweite transparente leitfähige Schicht 172 in Kontakt mit der zweiten Halbleiter schicht 150 angeordnet sein und diese flächig bedecken. Eine isolierende Zwischenschicht 173, 174 kann zwischen der ersten und der zweiten transparenten leitfähigen Schicht 170, 172 an geordnet sein. Beispielsweise kann eine Vielzahl von Verbin dungselementen 175 vorgesehen sein, um die erste transparente leitfähige Schicht 170 mit der zweiten transparenten leitfähi gen Schicht 172 elektrisch zu verbinden. Eine dielektrische Spiegelschicht 160 kann zwischen der zweiten Stromverteilungs struktur 135 und der zweiten transparenten leitfähigen Schicht 172 angeordnet sein. Gemäß Ausführungsformen kann die dielekt rische Spiegelschicht 160 abschnittsweise unterbrochen sein. Bei dieser Anordnung kann der Anteil der zur ersten Hauptober fläche 115 des optoelektronischen Bauelements hin emittierten elektromagnetischen Strahlung weiter erhöht werden, wie nach folgend unter Bezugnahme auf FIG. 2C beschrieben werden wird.
FIG. 2B zeigt eine schematische Draufsicht auf Teile des opto elektronischen Bauelements. Zusätzlich zu den in FIG. 1B ge zeigten Elementen weist das optoelektronische Bauelement eine Vielzahl von Verbindungselementen 175 auf, welche die erste transparente leitfähige Schicht 170 mit der zweiten transpa renten leitfähigen Schicht 172 elektrisch verbinden. Weiterhin ist eine isolierende Zwischenschicht 173, 174, beispielsweise eine Winkelfilterschicht zwischen der ersten und der zweiten transparenten leitfähigen Schicht 170, 172 angeordnet.
FIG. 2C zeigt eine Querschnittsansicht eines Teils des opto elektronischen Bauelements zur Veranschaulichung des Effekts einer Winkelfilterschicht 174, die die isolierende Zwischen schicht 173 darstellt. Tritt emittierte elektromagnetische Strahlung unter einem flachen Winkel , beispielsweise einem Winkel >45° bezogen auf eine Oberflächennormale, auf die Grenzfläche zwischen zweiter transparenter leitfähiger Schicht 172 und Winkelfilterschicht 174 auf, so wird diese elektromag netische Strahlung bereits an der Grenzfläche zwischen zweiter transparenter leitfähiger Schicht 172 und Winkelfilterschicht 174 reflektiert. Unter nicht-flachen Winkeln, beispielsweise Winkeln <45° bezogen auf die Oberflächennormale, ist die Win kelfilterschicht durchlässig. In Bauelementen ohne Winkelfil terschicht 174 oder vergleichbare Schicht ist es möglich, dass diese Strahlung erst an der Grenzfläche zwischen erster trans parenter leitfähiger Schicht 170 und Luft reflektiert wird. Diese reflektierte Strahlung kann dann Fall wiederum durch die gesamte erste transparente leitfähige Schicht 170 hindurch ge hen, bevor sie in Richtung der ersten Hauptoberfläche 115 des optoelektronischen Bauelements reflektiert wird. Durch die Winkelfilterschicht können reflexionsbedingte Verluste verrin gert werden.
Gemäß weiteren Ausführungsformen kann die isolierende Zwi schenschicht 173 derart ausgeführt sein, dass sie keine glatte Oberfläche, sondern eine strukturierte, beispielsweise eine aufgeraute Oberfläche hat. Genauer gesagt, wird in diesem Fal le die Grenzfläche zwischen isolierender Zwischenschicht 173 und angrenzender erster transparenter leitfähiger Schicht 170 aufgeraut. Als Folge werden die Emissionswinkel der emittier- ten elektromagnetischen Strahlung zufällig verteilt, wodurch das Risiko der Totalreflexion beim Austritt aus dem optoelekt ronischen Halbleiterbauelement verringert wird. Als Ergebnis können Verluste der erzeugten elektromagnetischen Strahlung verringert werden.
FIG. 3A zeigt eine Querschnittsansicht durch einen Teil eines optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß weiteren Aus führungsformen. Zusätzlich zu den Elementen die in FIG. 2A dargestellt sind, enthält das optoelektronische Bauelement ei ne zweite dielektrische Spiegelschicht 167, die zwischen der ersten und der zweiten Stromverteilungsstruktur 130, 135 ange ordnet ist.
Beispielsweise ist die zweite dielektrische Spiegelschicht 167 in direktem Kontakt mit der ersten Stromverteilungsstruktur 130 angeordnet. Zusätzlich kann das optoelektronische Halblei terbauelement eine dritte dielektrische Spiegelschicht 168 enthalten, die über der ersten Stromverteilungsstruktur ange ordnet ist. Beispielsweise ist die zweite dielektrische Spie gelschicht 168 an den Seitenwänden der ersten Stromvertei lungsstruktur und auf der von der zweiten Stromverteilungs struktur 135 abgewandten Oberfläche der ersten Stromvertei lungsstruktur 130 angeordnet. Gemäß Ausführungsformen ist die erste Stromverteilungsstruktur 130 komplett durch die zweite und die dritte dielektrische Spiegelschicht 167, 168 eingekap selt. Diese Ausgestaltung der ersten Stromverteilungsstruktur 130, die mindestens teilweise von der dielektrischen Spiegel struktur 167, 168 umgeben ist, ist mit sämtlichen denkbaren Ausführungsformen der Erfindung kombinierbar. Durch diese An ordnung kann die Absorption der elektromagnetischen Strahlung durch die erste Stromverteilungsstruktur 130 weiter verringert werden . FIG. 3B zeigt eine schematische Draufsicht auf Teile des opto elektronischen Bauelements gemäß weiteren Ausführungsformen. Gemäß diesen Ausführungsformen ist abweichend von den in FIG. 1A bis IE dargestellten Ausführungsformen die dielektrische Spiegelschicht 160 nicht abschnittsweise unterbrochen, sondern durchgängig ausgebildet. Das heißt, die zweite Stromvertei lungsstruktur 135 kann beispielsweise die zweite Halbleiter schicht 150 bzw. die über der zweiten Halbleiterschicht ange ordnete zweite transparente leitfähige Schicht 172 nicht di rekt berühren. Ein elektrischer Kontakt zwischen der zweiten Stromverteilungsstruktur 135 und der zweiten Halbleiterschicht 150 wird in diesem Fall über die erste transparente leitfähige Schicht 170 sowie gegebenenfalls die Verbindungselemente 175 und die zweite transparente leitfähige Schicht 172 sicherge stellt. Dadurch, dass gemäß Ausführungsformen der elektrische Kontakt über die erste transparente leitfähige Schicht 170 be wirkt wird, wird eine homogenere Stromverteilung ermöglicht und als Folge eine homogenere Leuchtdichte erzeugt. In FIG. 3B sind weiterhin Positionen des ersten Anschlussbereichs 190 und des zweiten Anschlussbereichs 195 angedeutet. Der erste An schlussbereich 190 kontaktiert die erste Stromverteilungs struktur 130 in einer Ebene oberhalb der dielektrischen Spie gelschicht 160.
FIG. 3C zeigt eine schematische Draufsicht auf Teile eines Halbleiterbauelements gemäß weiteren Ausführungsformen. Zu sätzlich zu den in FIG. 3A dargestellten Elementen kann bei spielsweise eine isolierende Schicht 203 über einer Oberfläche der ersten transparenten leitfähigen Schicht 170 sowie über der ersten Stromverteilungsstruktur 130 angeordnet sein. Gemäß Ausführungsformen kann die erste Stromverteilungsstruktur 130 vollständig von dielektrischen Spiegelschichten 167, 168 ein gekapselt sein. Beispielsweise kann die isolierende Schicht 203 ein Polymer oder Harz, beispielsweise ein Silikonharz ent- halten. Weiterhin kann ein Konvertermaterial 205 in der iso lierenden Schicht 203 angeordnet sein. Wenn die erste Strom verteilungsstruktur 130 mit der dielektrischen Spiegelschicht 168 bedeckt ist, kann das das konvertierte oder Streulicht in größerem Maße reflektiert werden, was zu einer Verbesserung des optoelektronischen Bauelements führt.
Gemäß Ausführungsformen kann das Konvertermaterial Quanten punkte oder ein optisch gepumpte Nano-Säulen-Konverter oder Quantendrähte umfassen. Beispielsweise kann das Konvertermate rial ein geeignetes Halbleitermaterial, beispielsweise ein epitaktisch gewachsenes Halbleitermaterial enthalten.
Das optoelektronische Halbleiterbauelement kann ferner eine nanostrukturierte Auskoppelschicht 207 aufweisen, welche bei spielsweise über dem Konvertermaterial oder über der ersten transparenten leitfähigen Schicht 170 angeordnet sein kann. Beispielsweise kann die nanostrukturierte Auskoppelschicht 207 eine strukturierte Zinnoxidschicht sein. Beispielsweise kann die Auskoppelschicht 207 zu Nanosäulen mit einem Durchmesser von kleiner als 50 nm, beispielsweise kleiner als 20 nm, bei spielsweise 10 nm und einer Höhe von einigen 100 nm struktu riert sein. Dadurch kann die Auskoppeleffizienz weiter erhöht werden .
Gemäß den unter Bezugnahme auf die FIG. 1A bis IE beschriebe nen Ausführungsformen können beispielsweise die Kontaktelemen te 137, die die erste Stromverteilungsstruktur 130 mit der ersten Halbleiterschicht 140 verbinden, in einem zentralen Be reich der ersten Stromverteilungsstrukturen 130 angeordnet sein. Gemäß weiteren Ausführungsformen können die Kontaktele mente 137 jedoch auch seitlich an der ersten Stromverteilungs struktur 130 angeordnet sein. Beispielsweise können die Kon taktelemente 137 seitlich an der zweiten Stromverteilungs- Struktur 135 vorbeigeführt werden. Beispielsweise kann die Kontaktöffnung 138 seitlich an der zweiten Stromverteilungs struktur 135 vorbeigeführt werden. Dadurch kann die Prozess führung zur Herstellung der Kontaktelemente vereinfacht wer den. Gleichzeitig wird der Platzbedarf zur Herstellung der Kontaktelemente 137 nur unwesentlich erhöht. Die spezielle Ausgestaltung der Kontaktelemente 137, wie in FIG. 4A darge stellt kann auf alle beschriebenen Ausführungsformen angewandt werden .
FIG. 4B zeigt eine schematische horizontale Querschnittsan sicht des in FIG. 4A dargestellten optoelektronischen Bauele ments. Wie zu sehen ist, sind gemäß FIG. 4B die Kontaktelemen te 137 seitlich neben der ersten Stromverteilungsstruktur 130 angeordnet .
FIG. 5 zeigt eine vertikale Querschnittsansicht des optoelekt ronischen Bauelements gemäß weiteren Ausführungsformen. Zu sätzlich zu den vorstehend beschriebenen Elementen ist eine isolierende Schicht 203 zwischen der transparenten leitfähigen Schicht 170 und der ersten Stromverteilungsstruktur 130 ange ordnet. Beispielsweise kann ein Konvertermaterial 205 in der isolierenden Schicht 203 angeordnet sein. Die isolierende Schicht kann beispielsweise eine Polymer- oder Harzschicht sein. Eine Schichtdicke der isolierenden Schicht 203 kann bei spielsweise 10 bis 50 gm, beispielsweise 25 bis 35 gm betra gen .
Beispielsweise kann das optoelektronische Bauelement derart ausgestaltet sein, dass die dielektrische Spiegelschicht 160 mindestens abschnittsweise zwischen zweiter Stromverteilungs struktur 135 und zweiter Halbleiterschicht 150 angeordnet ist. Weiterhin kann eine zweite dielektrische Spiegelschicht 167 auf der Unterseite der ersten Stromverteilungsstruktur 130, d.h. auf der Seite der ersten Stromverteilungsstruktur 130, die der zweiten Stromverteilungsstruktur 135 zugewandt ist, angeordnet sein. Entsprechend wird die Absorption der elektro magnetischen Strahlung durch die erste Stromverteilungsstruk tur 130 verringert. Die zweite dielektrische Spiegelschicht 167 kann in direktem Kontakt zu der ersten Stromverteilungs struktur 130 angeordnet sein.
Das optoelektronische Halbleiterbauelement kann ferner eine nanostrukturierte Auskoppelschicht 207 aufweisen. Die nano- strukturierte Auskoppelschicht 207 kann ähnlich wie die unter Bezugnahme auf FIG. 3C beschriebene ausgestaltet sein.
Beispielsweise kann das optoelektronische Halbleiterbauelement hergestellt werden, indem nach Aufbringen der transparenten leitfähigen Schicht 170 ein dünnes Wasserglas mit Konverter auf die sich ergebende Oberfläche gebondet wird. Anschließend werden in dem sich ergebenden Schichtstapel Kontaktöffnungen 138 ausgebildet. Anschließend wird ein leitendes Material in die Kontaktöffnungen 138 eingebracht, beispielsweise Gold. So dann werden die dielektrische Spiegelschicht 167 und die erste Stromverteilungsstruktur 130 ausgebildet. Dadurch, dass die den Halbleiterschichten zugewandte Seite der ersten und zwei ten Stromverteilungsstruktur 130, 135 jeweils mit der die lektrischen Spiegelschicht 160, 167 versehen ist, wird die Ab sorption der emittierten Strahlung weiter verringert. Ähnlich wie bei optoelektronischen Halbleiterbauelementen, bei denen ein Konverter oberhalb der ersten Stromverteilungsstruktur 130 angeordnet ist, kann auch bei dem in Figur 5 gezeigten opto elektronischen Halbleiterbauelement vermieden werden, dass be reits konvertiertes Licht von der ersten Stromverteilungs struktur 130 absorbiert wird. Dadurch, dass die dielektrische Spiegelschicht 167 zwischen erster Stromverteilungsstruktur und Konverterelement angeordnet ist, kann bei einer Anordnung des Konverterelements zwischen zweiter Halbleiterschicht 150 und erster Kontaktstruktur 130 eine Absorption der erzeugten elektromagnetischen Strahlung verhindert werden.
Gemäß den beschriebenen Ausführungsformen kann das Konverter material Quantenpunkte oder optisch gepumpte Nano-Säulen oder Quantendrähte umfassen. Beispielsweise kann das Konvertermate rial ein geeignetes Halbleitermaterial, beispielsweise ein epitaktisch gewachsenes Halbleitermaterial enthalten.
FIG. 6 zeigt eine optoelektronische Vorrichtung 20 gemäß Aus führungsformen. Wie unter Bezugnahme auf FIG. 1A beschrieben, kann erzeugte elektromagnetische Strahlung 15 über die erste Hauptoberfläche 115 des optoelektronischen Halbleiterbauele ments 10 emittiert werden. Gemäß weiteren Ausführungsformen ist es auch möglich, dass erzeugte elektromagnetische Strah lung 15 über die zweite Hauptoberfläche 120 des transparenten Substrats 100 emittiert wird. Beispielsweise kann das be schriebene optoelektronische Halbleiterbauelement 10 derart auf einen geeigneten Träger 209 aufgebracht werden, dass die erste Hauptoberfläche 110 des Halbleiterschichtstapels dem Träger 209 zugewandt ist, während die zweite Hauptoberfläche 120 des transparenten Substrats 100 vom Träger 209 abgewandt ist. In diesem Fall ist, wie in FIG. 6 veranschaulicht, keine dielektrische Spiegelschicht angrenzend an die zweite Haupt oberfläche 120 des transparenten Substrats 100 angeordnet. Beispielsweise können in diesem Fall der erste und der zweite Anschlussbereich 190, 195 derart ausgebildet sein, dass sie von einer Oberfläche des optoelektronischen Halbleiterbauele ments hervorstehen. Beispielsweise können sich der erste und der zweite Anschlussbereich 190, 195 jeweils bis zur selben Höhe erstrecken, so dass sie jeweils mit dem Träger 209 zusam mengefügt werden können. Beispielsweise kann der Träger 209 einen erster Kontakt 213 und einen zweiten Kontakt 211 umfas- sen. Der erste Anschlussbereich 190 kann mit dem ersten Kon takt 213 verbunden werden, und der zweite Anschlussbereich 195 kann mit dem zweiten Kontakt 211 verbunden werden. Dadurch ergibt sich eine optoelektronische Vorrichtung 20 mit kompak- ter Abmessung.
Obwohl hierin spezifische Ausführungsformen veranschaulicht und beschrieben worden sind, werden Fachleute erkennen, dass die gezeigten und beschriebenen spezifischen Ausführungsformen durch eine Vielzahl von alternativen und/oder äquivalenten Ausgestaltungen ersetzt werden können, ohne vom Schutzbereich der Erfindung abzuweichen. Die Anmeldung soll jegliche Anpas sungen oder Variationen der hierin diskutierten spezifischen Ausführungsformen abdecken. Daher wird die Erfindung nur durch die Ansprüche und deren Äquivalente beschränkt.
BEZUGSZEICHENLISTE
10 optoelektronisches Halbleiterbauelement
15 emittierte elektromagnetische Strahlung
20 optoelektronische Vorrichtung
100 Saphirsubstrat
110 erste Hauptoberfläche des Halbleiterschichtstapels
115 erste Hauptoberfläche des optoelektronischen Halblei terbauelements
120 zweite Hauptoberfläche des Saphirsubstrats
130 erste Stromverteilungsstruktur
135 zweite Stromverteilungsstruktur
137 Kontaktelement
138 Kontaktöffnung
140 erste Halbleiterschicht
150 zweite Halbleiterschicht
160 erste dielektrische Spiegelschicht
165 dielektrische Spiegelschicht
167 zweite dielektrische Spiegelschicht
168 dritte dielektrische Spiegelschicht
170 erste transparente leitfähige Schicht
172 zweite transparente leitfähige Schicht
173 isolierende Zwischenschicht
174 Winkelfilterschicht
175 Verbindungselement
180 Isolatorschicht
185 isolierende Schicht
190 erster Anschlussbereich
195 zweiter Anschlussbereich
196 Seitenwandisolierung
197 Kontaktöffnung
203 isolierende Schicht
205 Konvertermaterial
207 Auskoppelschicht Träger
zweiter Kontakt erster Kontakt

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) mit
einer ersten Halbleiterschicht (140) von einem ersten
Leitfähigkeitstyp,
einer zweiten Halbleiterschicht (150) von einem zweiten Leitfähigkeitstyp,
die über einem Substrat (100) angeordnet sind, wobei die erste Halbleiterschicht (140) zwischen der zweiten Halbleiterschicht (150) und dem Substrat (150) angeordnet ist,
einer ersten Stromverteilungsstruktur (130), die mit der ersten Halbleiterschicht (140) elektrisch leitend verbun den ist,
einer zweiten Stromverteilungsstruktur (135), die mit der zweiten Halbleiterschicht (150) elektrisch leitend verbun den ist,
wobei die erste Stromverteilungsstruktur (130) in einem größe ren Abstand von der ersten Halbleiterschicht (140) angeordnet ist als die zweite Stromverteilungsstruktur (135), und
das optoelektronische Halbleiterbauelement (10) ge eignet ist, emittierte Strahlung (15) über eine von dem Sub strat (100) abgewandte Hauptoberfläche (115) des opto
elektronischen Halbleiterbauelementes (10) auszugeben.
2. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) nach An spruch 1, ferner mit einer isolierenden Zwischenschicht, die zwischen der zweiten Stromverteilungsstruktur (135) und der zweiten Halbleiterschicht (150) angeordnet ist.
3. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) nach An spruch 2, bei dem die isolierende Zwischenschicht abschnitts weise unterbrochen ist.
4. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) nach An spruch 2 oder 3, bei dem die isolierende Zwischenschicht eine dielektrische Spiegelschicht umfasst.
5. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) nach An spruch 4, bei dem die erste dielektrische Spiegelschicht (160) in direktem Kontakt mit der zweiten Stromverteilungsstruktur (150) angeordnet ist.
6. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die erste Stromvertei lungsstruktur (130) über Kontaktelemente (137) mit der ersten Halbleiterschicht (140) verbunden ist.
7. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) nach An spruch 6, bei dem die Kontaktelemente (137) die zweite Strom verteilungsstruktur (135) durchdringen.
8. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) nach An spruch 6 oder 7, ferner umfassend eine vertikale dielektrische Spiegelschicht, die an den Seitenwänden der Kontaktelemente (137) angeordnet ist.
9. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend eine erste transparente leitfähige Schicht (170) in einem Bereich außer halb der ersten und zweiten Stromverteilungsstruktur (130, 135) .
10. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) nach An spruch 7, bei dem die erste transparente leitfähige Schicht (170) in einer Ebene zwischen der ersten und der zweiten Stromverteilungsstruktur (130, 135) angeordnet ist.
11. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) nach An spruch 10, ferner umfassend eine zweite transparente leitfähi ge Schicht (172), die zwischen der zweiten Halbleiterschicht (150) und der ersten transparenten leitfähigen Schicht (170) angeordnet ist, sowie eine isolierende Zwischenschicht (173, 174), die zwischen der ersten transparenten leitfähigen Schicht (170) und der zweiten transparenten leitfähigen Schicht (172) angeordnet ist.
12. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit einer zweiten die lektrischen Spiegelschicht (167), die zwischen der ersten und der zweiten Stromverteilungsstruktur (130, 135) angeordnet ist .
13. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) nach An spruch 12, bei dem die zweite dielektrische Spiegelschicht (167) in direktem Kontakt mit der ersten Stromverteilungs struktur (130) angeordnet ist.
14. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit einer dritten die lektrischen Spiegelschicht (168), die über der ersten Strom verteilungsstruktur (130) angeordnet ist.
15. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin mit einer isolierenden Schicht (203) zwischen der ersten und der zweiten Stromvertei lungsstruktur (130, 135), wobei die isolierende Schicht (203) ein Konvertermaterial (205) enthält.
16. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) nach An spruch 15, bei dem das Konvertermaterial (205) Quantenpunkte, Quantentöpfe oder Quantendrähte enthält.
17. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) nach An spruch 15, bei dem das Konvertermaterial (205) eine epitak tisch gewachsene Halbleiterschicht umfasst.
18. Optoelektronisches Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit einer nanostrukturierten Auskoppelschicht (207) über der zweiten Halbleiterschicht (150) .
19. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die erste und die zweite Stromverteilungsstruktur (130, 135) in einer zu einer Haupt oberfläche des Substrats (100) senkrechten Ebene miteinander überlappen .
20. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit einem ersten An schlussbereich (190) in Kontakt mit der ersten Stromvertei lungsstruktur (130) und einem zweiten Anschlussbereich (195) in Kontakt mit der zweiten Stromverteilungsstruktur (135), wo bei der erste Anschlussbereich (190) und der zweite Anschluss bereich (195) gegenüber einer Oberfläche des optoelektroni schen Halbleiterbauelements (10) hervorstehen.
21. Optoelektronische Vorrichtung mit einem optoelektroni schen Halbleiterbauelement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und einem Träger (209), wobei das optoelektronische Halbleiterbauelement (10) derart mit dem Träger (209) verbun den ist, dass die zweite Halbleiterschicht (150) einen kürze ren Abstand zu dem Träger (209) hat als die erste Halbleiter schicht (140) .
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