DE102011111919A1

DE102011111919A1 - Optoelektronischer Halbleiterchip

Info

Publication number: DE102011111919A1
Application number: DE102011111919A
Authority: DE
Inventors: Ivar Tångring; Wolfgang Schmid
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2011-08-30
Filing date: 2011-08-30
Publication date: 2013-02-28
Anticipated expiration: 2031-08-31
Also published as: CN103765612B; TWI478390B; TW201314957A; US9711699B2; WO2013029847A1; US20140217460A1; DE102011111919B4; CN103765612A

Abstract

In mindestens einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterchips (1) umfasst dieser eine Halbleiterschichtenfolge (2) mit mindestens einer aktiven Schicht (20). Weiterhin weist der Halbleiterchip (1) eine Oberseitenkontaktstruktur (3) an einer Strahlungshauptseite (23) der Halbleiterschichtenfolge (2) und eine Unterseitenkontaktstruktur (4) an einer der Strahlungshauptseite (23) gegenüberliegenden Unterseite (24) auf. Ferner beinhaltet der Halbleiterchip (1) mindestens zwei Gräben (5), die von der Strahlungshauptseite (23) hin zur Unterseite (24) reichen. In Draufsicht auf die Strahlungshauptseite (23) gesehen sind die Oberseitenkontaktstruktur (3) und die Unterseitenkontaktstruktur (4) voneinander beabstandet angeordnet. Ebenfalls in Draufsicht auf die Strahlungshauptseite (23) gesehen befinden sich die Gräben (5) zwischen der Oberseitenkontaktstruktur (3) und der Unterseitenkontaktstruktur (4).

Description

Es wird ein optoelektronischer Halbleiterchip angegeben.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, einen optoelektronischen Halbleiterchip anzugeben, der eine homogene Stromeinprägung aufweist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterchips umfasst dieser eine Halbleiterschichtenfolge mit mindestens einer aktiven Schicht. Die Halbleiterschichtenfolge ist dazu eingerichtet, im Betrieb des Halbleiterchips ultraviolette Strahlung, sichtbare Strahlung und/oder infrarote Strahlung zu emittieren, insbesondere im Spektralbereich zwischen einschließlich 400 nm und 1200 nm, besonders bevorzugt im Spektralbereich zwischen einschließlich 550 nm und 1000 nm. Eine Dicke der Halbleiterschichtenfolge, die epitaktisch gewachsen sein kann, beträgt beispielsweise weniger als 50 μm oder weniger als 20 μm, bevorzugt, zwischen einschließlich 3 μm und 15 μm oder zwischen einschließlich 3,5 μm und 10 μm.
Die Halbleiterschichtenfolge des Halbleiterchips basiert bevorzugt auf einem III-V-Verbindungshalbleitermaterial. Bei dem Halbleitermaterial handelt es sich zum Beispiel um ein Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial wie Al_nIn_1-n-mGa_mN oder um ein Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial wie Al_nIn_1-n-mGa_mP, wobei jeweils 0 ≤ n ≤ 1, 0 ≤ m ≤ 1 und n + m ≤ 1 ist. Dabei kann die Halbleiterschichtenfolge Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen. Der Einfachheit halber sind jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters der Halbleiterschichtenfolge, also Al, Ga, In, N oder P, angegeben, auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt und/oder ergänzt sein können. Die aktive Schicht beinhaltet insbesondere einen pn-Übergang und/oder mindestens eine Quantentopfstruktur.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Halbleiterchip eine Oberseitenkontaktstruktur auf. Die Oberseitenkontaktstruktur ist an einer Strahlungshauptseite der Halbleiterschichtenfolge angebracht. Bevorzugt steht ein Material der Oberseitenkontaktstruktur in unmittelbarem physischem Kontakt mit einem Material der Halbleiterschichtenfolge. Die Oberseitenkontaktstruktur ist zum Beispiel aus einem Metall oder einer Metalllegierung geformt. Alternativ oder zusätzlich kann die Oberseitenkontaktstruktur ein Material aus der Gruppe der transparenten, leitfähigen Oxide, kurz TCO, umfassen, beispielsweise ITO. Die Oberseitenkontaktstruktur ist strukturiert, das heißt die Oberseitenkontaktstruktur erstreckt sich nicht in gleichbleibender Zusammensetzung über die gesamte Strahlungshauptseite der Halbleiterschichtenfolge sondern weist insbesondere Unterbrechungen und Ausnehmungen auf.
Die Strahlungshauptseite der Halbleiterschichtenfolge ist besonders bevorzugt eine Begrenzungsfläche der Halbleiterschichtenfolge, die in Wesentlichen senkrecht zu einer Wachstumsrichtung der Halbleiterschichtenfolge orientiert ist. Ebenso können Haupterstreckungsrichtungen der Strahlungshauptseite senkrecht zu der Wachstumsrichtung orientiert sein. Speziell ist die Strahlungshauptseite einem Trägersubstrat des Halbleiterchips abgewandt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterchips umfasst dieser eine Unterseitenkontaktstruktur. Die Unterseitenkontaktstruktur befindet sich an einer Unterseite der Halbleiterschichtenfolge, wobei die Unterseite der Strahlungshauptseite gegenüber liegt. Die Unterseitenkontaktstruktur steht besonders bevorzugt in unmittelbarem, physischem Kontakt mit der Halbleiterschichtenfolge und bedeckt ferner bevorzugt nicht die gesamte Unterseite. Ein Material der Unterseitenkontaktstruktur ist ein Metall oder eine Metalllegierung und alternativ oder zusätzlich ein transparentes, leitfähiges Oxid. Bevorzugt befindet sich die Unterseitenkontaktstruktur zwischen der Halbleiterschichtenfolge und einem Trägersubstrat des Halbleiterchips.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterchips umfasst dieser mindestens einen, bevorzugt mindestens zwei Gräben, englisch auch als ”trenches” bezeichnet. Die Gräben sind Materialausnehmungen in der Halbleiterschichtenfolge, die von der Strahlungshauptseite in Richtung hin zur Unterseite reichen. Bevorzugt sind die Gräben ringsum, in Draufsicht gesehen, von einem Material der Halbleiterschichtenfolge umgeben. Eine Längsausdehnung der Gräben beträgt bevorzugt mindestens ein Fünffaches einer Breite der Gräben.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterchips sind, in Draufsicht auf die Strahlungshauptseite gesehen, die Oberseitenkontaktstruktur und die Unterseitenkontaktstruktur in wenigstens einem Bereich voneinander beabstandet angeordnet. Das heißt, in Projektion auf eine Ebene parallel zur Strahlungshauptseite überschneiden und/oder berühren sich die Oberseitenkontaktstruktur und die Unterseitenkontaktstruktur in diesem Bereich nicht. Besonders bevorzugt erstreckt sich dieser Bereich über die gesamte Strahlungshauptseite und/oder über den gesamten Halbleiterchip.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind in dem Bereich, in dem die Unterseitenkontaktstruktur und die Oberseitenkontaktstruktur voneinander beabstandet sind, die Gräben zwischen der Oberseitenkontaktstruktur und der Unterseitenkontaktstruktur angeordnet. Mit anderen Worten wird in dem Bereich wenigstens eine direkte Verbindungslinie von der Oberseitenkontaktstruktur hin zu der Unterseitenkontaktstruktur von dem Graben unterbrochen, in Draufsicht auf die Strahlungshauptseite der Halbleiterschichtenfolge gesehen.
In mindestens einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterchips umfasst dieser eine Halbleiterschichtenfolge mit mindestens einer aktiven Schicht. Weiterhin weist der Halbleiterchip eine Oberseitenkontaktstruktur an einer Strahlungshauptseite der Halbleiterschichtenfolge und eine Unterseitenkontaktstruktur an einer der Strahlungshauptseite gegenüberliegenden Unterseite der Halbleiterschichtenfolge auf. Ferner beinhaltet der Halbleiterchip mindestens einen, bevorzugt mindestens zwei Gräben, die von der Strahlungshauptseite in Richtung hin zur Unterseite reichen. In Draufsicht auf die Strahlungshauptseite gesehen sind die Oberseitenkontaktstruktur und die Unterseitenkontaktstruktur in mindestens einem Bereich der Strahlungshauptseite voneinander beabstandet angeordnet. Ebenfalls in Draufsicht auf die Strahlungshauptseite gesehen befinden sich die Gräben in diesem Bereich und zwischen der Oberseitenkontaktstruktur und der Unterseitenkontaktstruktur.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterchips ist dieser als Leuchtdiode, kurz LED, gestaltet. Bevorzugt werden dann an der Strahlungshauptseite mindestens 50% oder mindestens 70% einer vom Halbleiterchip insgesamt emittierten und in der aktiven Schicht erzeugten Strahlung abgestrahlt.
Bei Leuchtdioden hängt eine Effizienz stark von einer Stromdichte ab. Im Regelfall nimmt eine Effizienz einer Leuchtdiode bei zu hohen Stromdichten ab. Ebenso ist eine Degradation der Leuchtdiode in Regionen zu großer Stromdichte beschleunigt. Somit ist eine homogene Stromeinprägung bevorzugt, um eine hohe Effizienz und eine gute Alterungsstabilität der Leuchtdiode zu erzielen.
Dies ist erreichbar durch die Gräben, die sich, in Draufsicht gesehen, zwischen der Oberseitenkontaktstruktur und der Unterseitenkontaktstruktur befinden. Durch die Gräben wird lokal ein direkter Stromfluss zwischen der Oberseitenkontaktstruktur und der Unterseitenkontaktstruktur unterbunden oder signifikant reduziert. Durch eine geeignete Platzierung der Gräben sind daher lokale, zu große Stromdichten in der Halbleiterschichtenfolge vermeidbar.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterchips umfasst die Oberseitenkontaktstruktur einen Kontaktbereich. Der Kontaktbereich ist zum Anbringen eines Verbindungsmittels wie einem Bond-Draht oder einem Leiterband an dem Halbleiterchip eingerichtet. Bei dem Kontaktbereich handelt es sich beispielsweise um eine kreisförmige oder rechteckige, zusammenhängenden Fläche mit einer Größe von mindestens 0,001 mm² oder von mindestens 0,01 mm². Es ist möglich, dass der Kontaktbereich, im Vergleich zu anderen Abschnitten der Oberseitenkontaktstruktur, mit einer Beschichtung versehen ist, die das Anbringen eines Bond-Drahts erleichtert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterchips weist die Oberseitenkontaktstruktur mindestens eine Zwischenverbindung auf. Die Zwischenverbindung erstreckt sich bevorzugt von dem Kontaktbereich weg. Es ist möglich, dass die Oberseitenkontaktstruktur mehrere Zwischenverbindungen aufweist. Die wenigstens eine Zwischenverbindung ist insbesondere nicht zu einer Stromeinprägung in die Halbleiterschichtenfolge vorgesehen. Das heißt, ein direkter Stromfluss von der Zwischenverbindung hin zu der Unterseitenkontaktstruktur ist dann aufgrund der Gräben verhindert oder signifikant eingeschränkt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterchips beinhaltet die Oberseitenkontaktstruktur einen oder, bevorzugt, mehrere Kontaktfinger. Die Kontaktfinger erstrecken sich weg von der Zwischenverbindung und/oder von dem Kontaktbereich. Die Kontaktfinger sind zu einer Stromeinprägung in die Halbleiterschichtenfolge vorgesehen. Beispielsweise sind die Kontaktfinger durch langgestreckte Rechtecke an der Strahlungshauptseite gebildet. Die Kontaktfinger sind bevorzugt gleichmäßig über die Strahlungshauptseite verteilt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterchips sind die Gräben jeweils entlang der Zwischenverbindung angeordnet. Hierdurch ist ein direkter Stromfluss zwischen der Zwischenverbindung und der Unterseitenkontaktstruktur reduzierbar oder verhinderbar.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterchips befinden sich die Gräben zwischen jeweils zwei benachbarten Kontaktfingern. Insbesondere sind die Gräben senkrecht zu den Kontaktfingern oder im Wesentlichen senkrecht hierzu orientiert. Es ist hierbei möglich, dass die Gräben die Kontaktfinger und/oder die Zwischenverbindung berühren. Bevorzugt jedoch besteht ein wenn auch geringer Abstand zwischen den Gräben und den Kontaktfingern und/oder der Zwischenverbindung, zum Beispiel mindestens 250 nm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterchips ist die Unterseitenkontaktstruktur durch mehrere Inseln gebildet. Die Inseln sind zum Beispiel rechteckig oder quadratisch ausgebildet, in Draufsicht auf die Strahlungshauptseite gesehen. Die einzelnen Inseln sind bevorzugt durch eine zusammenhängende Kontaktschicht, die sich an einer der Halbleiterschichtenfolge abgewandten Seite der Unterseitenkontaktstruktur befindet, elektrisch leitend miteinander verbunden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterchips befinden sich zwischen zwei benachbarten Kontaktfingern mehrere der Inseln der Unterseitenkontaktstruktur. Die Inseln sind entlang der Kontaktfinger angeordnet, beispielsweise in einer oder in zwei oder in mehreren Reihen. Bevorzugt sind die Inseln in den Reihen äquidistant platziert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterchips weist dieser mindestens einen weiteren Graben auf. Der weitere Graben befindet sich an einer der Zwischenverbindung und/oder dem Kontaktbereich abgewandten Seite der in den vorigen Absätzen beschriebenen Gräben. Mit anderen Worten sind dann, entlang der Kontaktfinger, insgesamt mehrere Gräben aufeinanderfolgend angeordnet, wobei sich diese Gräben bevorzugt jeweils zwischen zwei benachbarte Kontaktfinger erstrecken und insbesondere quer zu diesen Kontaktfingern orientiert sind. Zwischen zwei benachbarten Gräben, in Richtung längs der Kontaktfinger, befinden sich bevorzugt mehrere der Inseln der Unterseitenkontaktstruktur.
Insbesondere bei Halbleiterchips mit vergleichsweise großen Längsausdehnungen ist es möglich, dass sich in eine Richtung parallel zu den Kontaktfingern und zwischen benachbarten Kontaktfingern eine stimulierte Emission aufbaut, begünstigt durch eine vergleichsweise hohe Reflektivität von Flanken der Halbleiterschichtenfolge. Diese stimulierte Emission führt zu einer in der Regel unerwünschten, verstärkten Emission an den Flanken der Halbleiterschichtenfolge. Diese stimulierte Emission in Richtung längs der Kontaktfinger ist durch die zusätzlichen Gräben zwischen benachbarten Kontaktfingern reduzierbar oder unterdrückbar.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterchips reichen die Gräben, von der Strahlungshauptseite her, nicht bis zur aktiven Schicht. Mit anderen Worten wird die aktive Schicht von den Gräben nicht durchdrungen. Bevorzugt reichen die Gräben jedoch in eine Stromverteilungsschicht der Halbleiterschichtenfolge, die sich zwischen der aktiven Schicht und der Strahlungshauptseite befindet, mindestens so weit hinein, dass eine Querleitfähigkeit oder ein Flächenwiderstand durch die Gräben um mindestens einen Faktor 2 geändert ist. Beispielsweise reichen die Gräben, von der Strahlungshauptseite her gesehen, zu mindestens 25% oder mindestens 50% oder mindestens 65% bis hin zur aktiven Schicht oder bis hin zu derjenigen aktiven Schicht, die der Strahlungshauptseite am nächsten liegt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterchips weist dieser mindestens einen Graben auf, der sich längs der Kontaktfinger erstreckt. Beispielsweise ist der Graben parallel zu mindestens einem der Kontaktfinger orientiert. Bevorzugt befindet sich der Graben dann über der Unterseitenkontaktstruktur, in Draufsicht auf die Strahlungshauptseite gesehen. Durch einen solchen Graben ist eine Stromdichte unmittelbar über der Unterseitenkontaktstruktur reduzierbar. Da die Unterseitenkontaktstruktur eine vergleichsweise geringe Reflektivität für Strahlung aufweist, ist hierdurch eine Effizienz des Halbleiterchips insgesamt erhöhbar.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterchips sind die Gräben schräg zu den Kontaktfingern und/oder zu der Zwischenverbindung orientiert. Mit anderen Worten sind die Gräben oder zumindest ein Teil der Gräben nicht parallel und nicht senkrecht zu den Kontaktfingern oder zu der Zwischenverbindung ausgerichtet. Ein Winkel zwischen zumindest einem der Gräben und einem benachbarten Kontaktfinger und/oder der benachbarten Zwischenverbindung ist bevorzugt größer als 2°, insbesondere größer als 4°. Alternativ oder zusätzlich beträgt dieser Winkel höchstens 30° oder höchstens 20° oder höchstens 10°. Hierdurch ist eine stimulierte Emission längs der Kontaktfinger weiter reduzierbar.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterchips durchdringen die Gräben oder mindestens einer der Gräben, von der Strahlungshauptseite her gesehen, die Halbleiterschichtenfolge zu mindestens 90% oder vollständig.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterchips nehmen die Gräben, in Draufsicht auf die Strahlungshauptseite gesehen, einen Anteil zwischen einschließlich 0,025% und 5%, insbesondere zwischen einschließlich 0,1% und 2,5% einer Grundfläche der Halbleiterschichtenfolge ein. Mit anderen Worten machen die Gräben nur einen geringen Anteil, bezogen auf die Strahlungshauptseite, aus.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterchips beträgt, in Draufsicht auf die Strahlungshauptseite gesehen, ein Abstand zwischen den Gräben und der Zwischenverbindung höchstens 8 μm oder höchstens 5 μm. Alternativ oder zusätzlich beträgt der Abstand mindestens 0,5 μm oder mindestens 1,5 μm. Die genannten Zahlenwerte können auch für einen Abstand der Gräben zu den Kontaktfingern gelten.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterchips gilt für einen minimalen Abstand A der Unterseitenkontaktstruktur von der Zwischenverbindung und für einen mittleren Abstand B zwischen benachbarten Inseln der Unterseitenkontaktstruktur der folgende Zusammenhang: 0,4 ≤ A/B ≤ 2,5 oder 0,9 ≤ A/B ≤ 1,5 oder 1,0 ≤ A/B ≤ 1,3. Die Abstände A, B werden hierbei in Draufsicht auf die Strahlungshauptseite ermittelt. Mit anderen Worten sind die Abstände A, B ungefähr gleich groß.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterchips ist die Strahlungshauptseite mit einer Aufrauung zur Verbesserung einer Lichtauskoppeleffizienz von Strahlung aus der Halbleiterschichtenfolge heraus versehen. Hierbei erstreckt sich die Aufrauung auch in die Gräben oder in mindestens einen der Gräben. Mit anderen Worten sind Begrenzungsflächen der Gräben nicht glatt, sondern ebenfalls aufgeraut. Eine mittlere Tiefe der Aufrauung liegt zum Beispiel zwischen einschließlich 0,1 μm und 3 μm. Eine mittlere Strukturgröße der Aufrauung ist somit besonders bevorzugt kleiner als mittlere Abmessungen der Gräben. Durch eine Aufrauung auch in den Gräben ist eine Lichtauskoppeleffizienz steigerbar.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterchips befindet sich an der Unterseite der Halbleiterschichtenfolge eine Spiegelschicht. In lateraler Richtung grenzt die Spiegelschicht bevorzugt an die Unterseitenkontaktstruktur oder an die Inseln der Unterseitenkontaktstruktur an. Bei der Spiegelschicht kann es sich um eine Schicht eines dielektrischen Materials mit einem vergleichsweise geringen Brechungsindex handeln, beispielsweise um eine Schicht mit einem Siliziumoxid oder mit einem Siliziumnitrid. Unter dieser dielektrischen Spiegelschicht kann sich eine weitere Spiegelschicht befinden, die mit einem Metall wie Aluminium, Gold oder Silber gefertigt ist.
Die weitere Spiegelschicht kann auch als Kontaktschicht ausgebildet sein, die die Inseln der Unterseitenkontaktstruktur elektrisch miteinander verbindet. Ebenso ist es möglich, dass die Spiegelschicht als eine Vielzahl abwechselnder Teilschichten mit abwechselnd hohem und niedrigem Brechungsindex und somit als Bragg-Spiegel geformt ist. Derartige Spiegel sind beispielsweise in der Druckschrift DE 10 2008 048 648 A1 offenbart, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterchips weist dieser eines oder mehrere Mikroprismen auf. Die Mikroprismen befinden sich zwischen dem Trägersubstrat und der Halbleiterschichtenfolge. In Draufsicht gesehen sind die Mikroprismen bevorzugt von der Oberseitenkontaktstruktur teilweise überdeckt. Eine Dicke der Mikroprismen ist besonders bevorzugt so gewählt, dass eine Querleitfähigkeit oder ein Flächenwiderstand der Halbleiterschichtenfolge, insbesondere an einer dem Trägersubstrat zugewandten Seite, durch die Mikroprismen um mindestens einen Faktor 2 vermindert ist.
Nachfolgend wird ein hier beschriebener optoelektronischer Halbleiterchip unter Bezugnahme auf die Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen geben dabei gleiche Elemente in den einzelnen Figuren an. Es sind dabei jedoch keine maßstäblichen Bezüge dargestellt, vielmehr können einzelne Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
Es zeigen:
1 bis 3 und 5 bis 7 und 9 schematische Draufsichten auf Ausführungsbeispiele von hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterchips,
4 eine schematische Draufsicht auf eine Leuchtdiode, und
8 schematische Schnittdarstellungen von Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterchips.
In 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines optoelektronischen Halbleiterchips 1 in einer schematischen Draufsicht illustriert. Der Halbleiterchip 1 beinhaltet eine Halbleiterschichtenfolge 2. An einer Strahlungshauptseite 23 der Halbleiterschichtenfolge 2 befindet sich eine Oberseitenkontaktstruktur 3 mit einem Kontaktbereich 37, einer Zwischenverbindung 31 und mit mehreren Kontaktfingern 33. Der Kontaktbereich 37 befindet sich an einer Ecke der Strahlungshauptseite 23 und ist zur Verbindung mit einem Bond-Draht, in 1 nicht gezeichnet, eingerichtet.
Von dem Kontaktbereich 37 weg erstreckt sich die Zwischenverbindung 31. In Richtung weg von der Zwischenverbindung 31 sowie von dem Kontaktbereich 37 erstrecken sich die Kontaktfinger 33, die zu einer Stromeinprägung in die Halbleiterschichtenfolge 2 eingerichtet sind. An einer der Zwischenverbindung 31 gegenüberliegenden Seite der Strahlungshauptseite 23 befindet sich optional eine weitere Zwischenverbindung 31a, sodass die gesamte Strahlungshauptseite 23 von den äußersten Kontaktfingern 33 und den Zwischenverbindungen 31, 31a rahmenförmig umschlossen ist.
Weiterhin weist der Halbleiterchip 1 eine Unterseitenkontaktstruktur 4 auf, die durch eine Vielzahl von Inseln 40 an einer Unterseite 24 der Halbleiterschichtenfolge 2 gebildet ist. Die Inseln 40 der Unterseitenkontaktstruktur 4 sind in zwei Reihen zwischen den und längs der Kontaktfinger 33 arrangiert. Die Unterseitenkontaktstruktur 4 befindet sich zwischen der Halbleiterschichtenfolge 2 und einem in 1 nicht gezeichneten Trägersubstrat, das den Halbleiterchip 1 mechanisch stützt und das bevorzugt von einem Aufwachssubstrat für die Halbleiterschichtenfolge 2 verschieden ist.
Im Betrieb des Halbleiterchips 1 erfolgt ein Stromfluss von den Kontaktfingern 33, die sich bevorzugt an einer n-Seite der Halbleiterschichtenfolge 2 befinden, hin zu den Inseln 40 der Unterseitenkontaktstruktur 4, welche sich insbesondere an einer p-Seite der Halbleiterschichtenfolge 2 befindet. Eine Stromdichte eines Stroms von den Kontaktfingern 33 hin zu den Inseln 40 ist vergleichsweise homogen.
Um Stromdichtespitzen nahe an der Zwischenverbindungen 31, 31a zu verhindern, befinden sich längs der Zwischenverbindungen 31, 31a mehrere der Gräben 5. Die Gräben 5 befinden sich jeweils an Enden der Kontaktfinger 33 und erstrecken sich jeweils zwischen zwei benachbarte Kontaktfinger 33. Somit sind die Gräben 5 zwischen den Zwischenverbindungen 31, 31a sowie dem Kontaktbereich 37 und der Unterseitenkontaktstruktur 4 angebracht, in Draufsicht auf die Halbleiterschichtenfolge 2 gesehen. Hierdurch ist ein direkter Stromfluss von den Zwischenverbindungen 31, 31a sowie dem Kontaktbereich 37 hin zu den Inseln 40 unterbunden oder signifikant reduziert.
In 2 ist ein Ausschnitt der Strahlungshauptseite 23 eines weiteren Ausführungsbeispiels des Halbleiterchips 1 illustriert. In die Halbleiterschichtenfolge 2 sind zusätzliche Gräben 5b geformt, die sich längs der gesamten Kontaktfinger 33 erstrecken und sich mittig zwischen zwei benachbarten Kontaktfingern 33 befinden. In Draufsicht gesehen sind die Gräben 5b ferner über den Inseln 40 der Unterseitenkontaktstruktur 4 platziert.
Durch die zusätzlichen Gräben 5b wird erzielt, dass unmittelbar über den Inseln 40 keine oder nur vergleichsweise wenig Strahlung in der Halbleiterschichtenfolge 2 erzeugt wird. Hierdurch trifft anteilig weniger der insgesamt in der Halbleiterschichtenfolge 2 erzeugten Strahlung auf die Unterseitenkontaktstruktur 4, die insbesondere aus einem vergleichsweise stark Strahlung absorbierenden metallischen Material geformt ist. Somit sind durch die zusätzlichen Gräben 5b Effizienzverluste durch Strahlungsabsorption an der Unterseitenkontaktstruktur 4 reduzierbar.
Beim Ausführungsbeispiel des Halbleiterchips 1 gemäß 3, siehe die Draufsicht auf einen Ausschnitt der Strahlungshauptseite 23, sind längs der und senkrecht zu den Kontaktfingern 33 weitere Gräben 5a ausgebildet, die nicht unmittelbar an die Zwischenverbindungen 31, 31a oder an den in 3 nicht dargestellten Kontaktbereich grenzen. Durch diese weiteren Gräben 5a ist eine stimulierte Emission in Richtung parallel zu den Kontaktfingern 33 unterdrückbar.
Die weiteren Gräben 5a oder die zusätzlichen Gräben 5b in den 2 und 3 können geringere Breiten und/oder andere Tiefen aufweisen als die Gräben 5 direkt an den Zwischenverbindungen 31, 31a oder direkt an dem Kontaktbereich 37. Auch ist es möglich, dass die Gräben 5a, 5b, anders als in 2 dargestellt, sich nicht vollständig längs der Kontaktfinger 33 erstrecken oder, beim Ausführungsbeispiel gemäß 3, die weiteren Gräben 5a in Richtung quer zu den Kontaktfingern 33 kürzer sind als die Gräben 5 an den Enden der Kontaktfinger 33.
In 4 ist eine Draufsicht auf eine Leuchtdiode dargestellt. Wie auch in allen Ausführungsbeispielen des Halbleiterchips 1 ist es möglich, dass die Zwischenverbindung 31 sich in Richtung weg von dem Kontaktbereich 37 verschmälert, um eine gleichmäßige Bestromung der einzelnen Kontaktfinger 33 zu gewährleisten.
In 5A ist eine Draufsicht auf eine Leuchtdiode, etwa gemäß 4, und in 5B eine Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel eines Halbleiterchips 1, etwa gemäß 1, gezeigt. Die Inseln 40 der Unterseitenkontaktstruktur 4 weisen einen Abstand A von der Zwischenverbindung 31 auf. Ein mittlerer Abstand zwischen zwei benachbarten Inseln 40 der Unterseitenkontaktstruktur 4, insbesondere in eine Richtung parallel zu den Kontaktfingern 33, ist mit B bezeichnet.
Da durch die Gräben 5 ein direkter Stromfluss von der Zwischenverbindung 31 zu den Inseln 40 unterbunden ist, kann der Abstand A im Vergleich zu einer Leuchtdiode ohne solche Gräben deutlich reduziert werden. Gemäß 5B sind die Abstände A, B näherungsweise gleich. Durch die Verringerung des Abstands A in 5B, im Vergleich zu 5A, ist eine insgesamt größere Licht abstrahlende Fläche der Strahlungshauptseite 23 erzielbar, wodurch eine Effizienz des Halbleiterchips 1 steigerbar ist.
Beim Ausführungsbeispiel gemäß 6 befindet sich der Kontaktbereich 37, der kreisförmig ausgebildet ist, mittig über der Halbleiterschichtenfolge 2. Ausgehend von dem Kontaktbereich 37 erstrecken sich zwei Zwischenverbindungen 31 über die Halbleiterschichtenfolge 2. Die Gräben 5c unmittelbar an dem Kontaktbereich 37 sind einer Kontur des Kontaktbereichs 37 nachempfunden.
Wie auch in allen Ausführungsbeispielen ist es möglich, dass die Unterseitenkontaktstruktur 4 nicht inselartig, sondern streifenartig, wie in 6, ausgebildet ist. Abweichend von den Darstellungen in den Figuren ist es in allen Ausführungsbeispielen ebenso möglich, dass mehrere Kontaktbereiche 37 an der Strahlungshauptseite 23 angebracht sind, entweder an Ecken, mittig an Längsseiten oder innerhalb der Strahlungshauptseite 23.
In 7 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des Halbleiterchips 1 gezeigt. Gemäß 7 sind die Gräben 5a, die sich nicht direkt an der Zwischenverbindung 31 befinden, schräg zu den Kontaktfingern 33 angeordnet und weisen einen Winkel α zu den Kontaktfingern 33 auf. Hierdurch ist eine stimulierte Emission in Richtung parallel zu den Kontaktfingern 33 weiter unterdrückbar. Anders als in 7 ist es auch möglich, dass der sich direkt an der Zwischenverbindung 31 befindende Graben 5 ebenfalls schräg orientiert ist, wie die Gräben 5a.
In 8 sind Schnittdarstellungen von Ausführungsbeispielen des Halbleiterchips 1 illustriert. Gemäß 8A reicht der Graben 5, von der Strahlungshauptseite 23 her, nicht bis zu einer aktiven Schicht 20 der Halbleiterschichtenfolge 2. Durch den Graben 5 ist eine Querleitfähigkeit der Halbleiterschichtenfolge 2 im Bereich zwischen der aktiven Schicht 20 und der Strahlungshauptseite 23 bevorzugt um mindestens einen Faktor 2 reduziert, bezogen insbesondere auf einen Stromfluss von der Zwischenverbindung 31 hin zu der Insel 40.
In lateraler Richtung ist die Insel 40 von einer Spiegelschicht 8a, bevorzugt aus einem dielektrischen Material mit einem im Vergleich zur Halbleiterschichtenfolge 2 geringen Brechungsindex umgeben. Hin zu dem Trägersubstrat 9 des Halbleiterchips 1 folgt auf die dielektrische Spiegelschicht 8a eine elektrisch leitfähige, bevorzugt metallische Spiegelschicht 8b. Die Spiegelschicht 8b verbindet beispielsweise auch die einzelnen Inseln 40 der Unterseitenkontaktstruktur 4 elektrisch miteinander.
Gemäß 8B reicht der Graben 5 von der Strahlungshauptseite 23 hin bis zu einer Unterseite 24 der Halbleiterschichtenfolge 2. Die Halbleiterschichtenfolge 2 ist von dem Graben 5 also vollständig durchdrungen. Anders als in 8B dargestellt, ist es ebenso möglich, dass der Graben 5 die aktive Schicht 20 zwar durchdringt, jedoch nicht bis an die Unterseite 24 heranreicht.
In 8C ist eine Schnittdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels des Halbleierchips 1 gezeigt. Der Halbleiterchip 1 umfasst mindestens ein Mikroprisma 15, das sich zwischen dem Trägersubstrat 9 und der Halbleiterschichtenfolge 2 befindet. Das oder die mehreren Mikroprismen 15 sind bevorzugt vollständig von den Spiegelschichten 8a, 8b bedeckt.
Weiterhin bevorzugt erstrecken sich die Mikroprismen 15 vollständig zwischen die Zwischenverbindung 31 und/oder den in 8C nicht gezeichneten Kontaktbereich, in Draufsicht gesehen. Besonders bevorzugt reichen die Mikroprismen 15, in lateraler Richtung und weg von der Zwischenverbindung 31 und/oder dem Kontaktbereich mindestens bis unter die Gräben 5. Eine Flanke 16 der Mikroprismen 15 befindet sich, in Draufsicht gesehen, beispielsweise unter dem Graben 5. Die Flanke 16 ist hierbei eine Begrenzungsfläche des Mikroprismas 15 in einer lateralen Richtung.
Eine Dicke der Mikroprismen 15, in eine Richtung weg von dem Trägersubstrat 9, beträgt bevorzugt mindestens 100 nm oder mindestens 250 nm. Beispielsweise liegt die Dicke zwischen einschließlich 0,5 μm und 4 μm. Eine Dicke der Spiegelschichten 8a, 8b ist bevorzugt über die gesamte Halbleiterschichtenfolge 2 hinweg näherungsweise konstant, mit Ausnahme im Bereich der Unterseitenkontaktstruktur 4 mit den Inseln 40.
Eine der Halbleiterschichtenfolge 2 zugewandte Hauptseite des Trägersubstrats 9 ist bevorzugt eben gestaltet. Die Mikroprismen 15 sind zum Beispiel teilweise oder vollständig durch ein Metall oder eine Metalllegierung gebildet. Ebenso ist es möglich, dass die Mikroprismen 15 evakuierte oder mit Gas gefüllte Hohlräume aufweisen.
In der Schnittdarstellung gemäß 8D ist ein Halbleiterchip 1 mit einem zusätzlichen Graben 5b gezeigt, vergleiche insbesondere das Ausführungsbeispiel gemäß 2. Der zusätzliche Graben 5b überdeckt, in Draufsicht gesehen, die Inseln 40 der Unterseitenkontaktstruktur 4 vollständig. Die Mikroprismen 15 reichen nicht bis unter den zusätzlichen Graben 5b.
Derartige Mikroprismen, wie in den 8C und/oder 8D illustriert, können auch bei allen anderen Ausführungsbeispielen vorhanden sein. Durch die Mikroprismen 15 ist bevorzugt eine querleitfähige Schicht der Halbleiterschichtenfolge 2 lokal verdünnt oder entfernt. Hierdurch ist erzielbar, dass ein Stromfluss in lateraler Richtung im Bereich der Mikroprismen 15, insbesondere unter den Kontaktfingern 33 und zwischen der aktiven Schicht 20 und den Spiegelschichten 8a, 8b, reduziert ist.
In der Schnittdarstellung des Halbleiterchips 1 gemäß 9 ist die Strahlungshauptseite 23 in Bereichen, in denen nicht die Oberseitenkontaktstruktur 3 aufgebracht ist, mit einer Aufrauung versehen, die auch in allen anderen Ausführungsbeispielen vorhanden sein kann. Die Aufrauung weist eine kleinere mittlere Strukturgröße auf als die Gräben 5. Ferner erstreckt sich die Aufrauung auch in die Gräben 5. Die Begrenzungsflächen der Gräben 5 sind also auch mit der Aufrauung versehen.
Die hier beschriebene Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008048648 A1 [0033]

Claims

Optoelektronischer Halbleiterchip (1) mit – einer Halbleiterschichtenfolge (2) mit mindestens einer aktiven Schicht (20), – einer Oberseitenkontaktstruktur (3) an einer Strahlungshauptseite (23) der Halbleiterschichtenfolge (2), – einer Unterseitenkontaktstruktur (1) an einer der Strahlungshauptseite (23) gegenüberliegenden Unterseite (24) der Halbleiterschichtenfolge (2), und – mindestens zwei Gräben (5), die von der Strahlungshauptseite (23) in Richtung hin zur Unterseite (24) reichen, wobei, in Draufsicht auf die Strahlungshauptseite (23) gesehen, die Oberseitenkontaktstruktur (3) und die Unterseitenkontaktstruktur (4) in wenigstens einem Bereich der Strahlungshauptseite (23) voneinander beabstandet sind und die Gräben (5) in diesem Bereich zwischen der Oberseitenkontaktstruktur (3) und der Unterseitenkontaktstruktur (4) angeordnet sind.
Optoelektronischer Halbleiterchip (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem die Oberseitenkontaktstruktur (3) aufweist: – einen Kontaktbereich (37) zum Anbringen eines Bond-Drahtes (7), – mindestens eine Zwischenverbindung (31), die sich von dem Kontaktbereich (37) wegerstreckt und die nicht zu einer Stromeinprägung in die Halbleiterschichtenfolge (2) vorgesehen ist, und – mehrere Kontaktfinger (33), die sich von der Zwischenverbindung (31) weg erstrecken und die zu einer Stromeinprägung in die Halbleiterschichtenfolge (2) vorgesehen sind, wobei sich die Gräben (4) jeweils entlang der Zwischenverbindung (31) erstrecken und sich zwischen zwei benachbarten Kontaktfingern (33) befinden.
Optoelektronischer Halbleiterchip (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Unterseitenkontaktstruktur (4) durch mehrere Inseln (40) gebildet ist, die sich zwischen den Kontaktfingern (33) befinden und von denen jeweils mehrere entlang der Kontaktfinger (33) angeordnet sind.
Optoelektronischer Halbleiterchip (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem sich mindestens einer der Gräben (5) zwischen der Zwischenverbindung (31) und mindestens einem weiteren der Gräben (5a) befindet, wobei sich der weitere Graben (5a) von einem der Kontaktfinger (33) zu einem diesem benachbarten Kontaktfinger (33) erstreckt.
Optoelektronischer Halbleiterchip (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem, in Draufsicht auf die Strahlungshauptseite (23) gesehen, für einen Winkel α zwischen mindestens einem der Gräben (5d) und dem benachbarten Kontaktfinger (33) gilt: 2° ≤ α ≤ 30°.
Optoelektronischer Halbleiterchip (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem sich mindestens einer der Gräben (5b) längs einer der Kontaktfinger (33) erstreckt.
Optoelektronischer Halbleiterchip (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem sich mindestens einer der Gräben (5b), in Draufsicht auf die Strahlungshauptseite (23) gesehen, über der Unterseitenkontaktstruktur (4) befindet.
Optoelektronischer Halbleiterchip (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, beim die Gräben (5), von der Strahlungshauptseite (23) her, nicht bis zur aktiven Schicht (20) reichen.
Optoelektronischer Halbleiterchip (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, beim die Gräben (5) die Halbleiterschichtenfolge (2) zu mindestens 90% oder vollständig durchdringen.
Optoelektronischer Halbleiterchip (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Oberseitenkontaktstruktur (3) und die Unterseitenkontaktstruktur (1), in Draufsicht auf die Strahlungshauptseite (23) gesehen, nicht überlappen und sich nicht berühren.
Optoelektronischer Halbleiterchip (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Gräben (5), in Draufsicht auf die Strahlungshauptseite (23) gesehen, einen Anteil zwischen einschließlich 0,025% und 5% einer Grundfläche der Halbleiterschichtenfolge (2) einnehmen.
Optoelektronischer Halbleiterchip (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem, in Draufsicht auf die Strahlungshauptseite (23) gesehen, ein Abstand zwischen den Gräben (5) und der mindestens einen Zwischenverbindung (31) höchstens 8 μm beträgt.
Optoelektronischer Halbleiterchip (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem für einen minimalen Abstand A der Unterseitenkontaktstruktur (4) von der Zwischenverbindung (31) und für einen mittleren Abstand B zwischen Inseln (40) der Unterseitenkontaktstruktur (4) gilt: 0,4 ≤ A/B ≤ 2,5.
Optoelektronischer Halbleiterchip (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem mindestens die Strahlungshauptseite (23) mit einer Aufrauung zur Verbesserung einer Lichtauskopplung aus der Halbleiterschichtenfolge (2) heraus versehen ist, wobei sich die Aufrauung in die Gräben (5) erstreckt.