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HINTERGRUND
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Eine lichtemittierende Diode (LED) ist eine lichtemittierende Vorrichtung, die auf Halbleitermaterialien basiert. Beispielsweise 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.
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Generell werden neue Konzepte gesucht, mit denen bei fortschreitender Miniaturisierung der optoelektronischen Halbleiterbauelemente die mechanische Stabilität erhöht und gleichzeitig die Effizienz des optoelektronischen Halbleiterbauelements verbessert werden kann.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes optoelektronisches Halbleiterbauelement zur Verfügung zu stellen.
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Gemäß Ausführungsformen wird die Aufgabe durch den Gegenstand und das Verfahren der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterentwicklungen sind in den abhängigen Patentansprüchen definiert.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Gemäß Ausführungsformen umfasst ein optoelektronisches Halbleiterbauelement eine erste Halbleiterschicht von einem ersten Leitfähigkeitstyp, eine zweite Halbleiterschicht von einem zweiten Leitfähigkeitstyp, ein erstes Kontaktelement zum Kontaktieren der ersten Halbleiterschicht, und ein zweites Kontaktelement zum Kontaktieren der zweiten Halbleiterschicht. Die erste Halbleiterschicht ist auf einer von einer ersten Hauptoberfläche der zweiten Halbleiterschicht abgewandten Seite angeordnet. Von dem optoelektronischen Halbleiterbauelement emittierte elektromagnetische Strahlung wird über die erste Hauptoberfläche der zweiten Halbleiterschicht ausgegeben. Das erste Kontaktelement und das zweite Kontaktelement sind auf jeweils einer Seite einer ersten Hauptoberfläche der ersten Halbleiterschicht angeordnet sind. Das erste Kontaktelement weist einen ersten Abschnitt, der sich in einer ersten Richtung erstreckt, sowie einen zweiten Abschnitt auf, der mit dem ersten Abschnitt verbunden ist und sich in einer zweiten Richtung erstreckt, die von der ersten Richtung verschieden ist.
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Gemäß weiteren Ausführungsformen umfasst ein optoelektronisches Halbleiterbauelement eine erste Halbleiterschicht von einem ersten Leitfähigkeitstyp, eine zweite Halbleiterschicht von einem zweiten Leitfähigkeitstyp, ein erstes Kontaktelement zum Kontaktieren der ersten Halbleiterschicht, und ein zweites Kontaktelement zum Kontaktieren der zweiten Halbleiterschicht. Die erste Halbleiterschicht ist auf einer von einer ersten Hauptoberfläche der zweiten Halbleiterschicht abgewandten Seite angeordnet. Von dem optoelektronischen Halbleiterbauelement emittierte elektromagnetische Strahlung wird über die erste Hauptoberfläche der zweiten Halbleiterschicht ausgegeben. Das erste Kontaktelement und das zweite Kontaktelement sind auf jeweils einer Seite einer ersten Hauptoberfläche der ersten Halbleiterschicht angeordnet sind. Das zweite Kontaktelement weist einen ersten Abschnitt, der sich in einer ersten Richtung erstreckt, sowie einen zweiten Abschnitt auf, der mit dem ersten Abschnitt verbunden ist und sich in einer dritten Richtung erstreckt, die von der ersten Richtung verschieden ist.
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Beispielsweise ist die dritte Richtung gleich der zweiten Richtung. Gemäß Ausführungsformen kann mindestens eines von dem ersten und zweiten Kontaktelement zwei zweite Abschnitte umfassen. Weiterhin können die zweiten Abschnitte von jeweils dem ersten und dem zweiten Halbleiterbauelement abwechselnd angeordnet sein.
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Das optoelektronisches Halbleiterbauelement kann ferner eine zweite Stromverteilungsschicht aufweisen, die elektrisch leitend mit der zweiten Halbleiterschicht sowie dem zweiten Kontaktelement verbunden ist. Dabei ist die zweite Stromverteilungsschicht auf einer Seite der ersten Hauptoberfläche der ersten Halbleiterschicht angeordnet.
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Das optoelektronisches Halbleiterbauelement kann weiterhin eine erste Stromverteilungsschicht aufweisen, die elektrisch leitend mit der ersten Halbleiterschicht sowie dem ersten Kontaktelement verbunden ist. Die erste Stromverteilungsschicht kann auf einer Seite der ersten Hauptoberfläche der ersten Halbleiterschicht angeordnet sein.
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Gemäß Ausführungsformen kann das optoelektronische Halbleiterbauelement weiterhin einen ersten Kontaktbereich, der angrenzend an das erste Kontaktelement angeordnet ist und sich entlang der ersten Richtung erstreckt, enthalten. Der erste Kontaktbereich kann an den ersten Abschnitt des ersten Kontaktelements angrenzen und sich entlang dem ersten Abschnitt erstrecken.
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Das optoelektronische Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche kann darüber hinaus einen zweiten Kontaktbereich enthalten, der angrenzend an das zweite Kontaktelement angeordnet ist und sich entlang der ersten Richtung erstreckt. Der zweite Kontaktbereich kann an den ersten Abschnitt des zweiten Kontaktelements angrenzen und sich entlang dem ersten Abschnitt erstrecken.
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Gemäß Ausführungsformen umfasst ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements das Ausbilden eines Schichtstapels, der eine erste Halbleiterschicht von einem ersten Leitfähigkeitstyp und eine zweite Halbleiterschicht von einem zweiten Leitfähigkeitstyp aufweist, wobei die erste Halbleiterschicht auf einer von einer ersten Hauptoberfläche der zweiten Halbleiterschicht abgewandten Seite angeordnet ist, und von dem optoelektronischen Halbleiterbauelement emittierte elektromagnetische Strahlung über die erste Hauptoberfläche der zweiten Halbleiterschicht ausgegeben wird. Das Verfahren umfasst weiterhin das Ausbilden eines ersten Kontaktelements zum Kontaktieren der ersten Halbleiterschicht, und das Ausbilden eines zweiten Kontaktelements zum Kontaktieren der zweiten Halbleiterschicht. Das erste Kontaktelement und das zweite Kontaktelement sind jeweils auf einer Seite einer ersten Hauptoberfläche der ersten Halbleiterschicht angeordnet sind. Das erste Kontaktelement weist einen ersten Abschnitt, der sich in einer ersten Richtung erstreckt, sowie einen zweiten Abschnitt auf, der mit dem ersten Abschnitt verbunden ist und sich in einer zweiten Richtung erstreckt, die von der ersten Richtung verschieden ist.
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Gemäß weiteren Ausführungsformen umfasst ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements das Ausbilden eines Schichtstapels, der eine erste Halbleiterschicht von einem ersten Leitfähigkeitstyp und eine zweite Halbleiterschicht von einem zweiten Leitfähigkeitstyp aufweist, wobei die erste Halbleiterschicht auf einer von einer ersten Hauptoberfläche der zweiten Halbleiterschicht abgewandten Seite angeordnet ist, und von dem optoelektronischen Halbleiterbauelement emittierte elektromagnetische Strahlung über die erste Hauptoberfläche der zweiten Halbleiterschicht ausgegeben wird. Das Verfahren umfasst weiterhin das Ausbilden eines ersten Kontaktelements zum Kontaktieren der ersten Halbleiterschicht, und das Ausbilden eines zweiten Kontaktelements zum Kontaktieren der zweiten Halbleiterschicht. Das erste Kontaktelement und das zweite Kontaktelement sind jeweils auf einer Seite einer ersten Hauptoberfläche der ersten Halbleiterschicht angeordnet sind. Das zweite Kontaktelement weist einen ersten Abschnitt, der sich in einer ersten Richtung erstreckt, sowie einen zweiten Abschnitt auf, der mit dem ersten Abschnitt verbunden ist und sich in einer dritten Richtung erstreckt, die von der ersten Richtung verschieden ist.
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Das erste und zweite Kontaktelement können durch ein galvanisches Verfahren aufgebracht werden.
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Das Verfahren kann ferner das Ausbilden eines ersten Kontaktbereichs, der angrenzend an das erste Kontaktelement angeordnet ist und sich entlang der ersten Richtung erstreckt, umfassen.
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Das Verfahren kann weiterhin das Ausbilden eines zweiten Kontaktbereichs, der angrenzend an das zweite Kontaktelement angeordnet ist und sich entlang der ersten Richtung erstreckt, umfassen.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die begleitenden Zeichnungen dienen dem Verständnis von Ausführungsbeispielen der Erfindung. Die Zeichnungen veranschaulichen Ausführungsbeispiele und dienen zusammen mit der Beschreibung deren Erläuterung. Weitere Ausführungsbeispiele und zahlreiche der beabsichtigten Vorteile ergeben sich unmittelbar aus der nachfolgenden Detailbeschreibung. Die in den Zeichnungen gezeigten Elemente und Strukturen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander dargestellt. Gleiche Bezugszeichen verweisen auf gleiche oder einander entsprechende Elemente und Strukturen.
- 1A zeigt eine schematische Darstellung von Komponenten des optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß Ausführungsformen.
- 1B zeigt eine schematische Darstellung von Komponenten des optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß weiteren Ausführungsformen.
- 2A veranschaulicht ein Werkstück bei der Herstellung des optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß Ausführungsformen.
- 2B zeigt weitere Komponenten des optoelektronischen Halbleiterbauelements beim Zusammenfügen des optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß Ausführungsformen.
- 2C zeigt weitere Komponenten des optoelektronischen Halbleiterbauelements beim Zusammenfügen des optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß Ausführungsformen.
- 3 fasst ein Verfahren gemäß Ausführungsformen zusammen.
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DETAILBESCHREIBUNG
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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“, „Vorderseite“, „Rückseite“, „über“, „auf“, „vor“, „hinter“, „vorne“, „hinten“ usw. auf die Ausrichtung der gerade beschriebenen Figuren bezogen. Da die Komponenten der Ausführungsbeispiele in unterschiedlichen Orientierungen positioniert werden können, dient die Richtungsterminologie nur der Erläuterung und ist in keiner Weise einschränkend.
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Die Beschreibung der Ausführungsbeispiele ist nicht einschränkend, da auch andere Ausführungsbeispiele existieren und strukturelle oder logische Änderungen gemacht werden können, ohne dass dabei vom durch die Patentansprüche definierten Bereich 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.
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Die Begriffe „Wafer“ oder „Halbleitersubstrat“, die in der folgenden Beschreibung verwendet sind, können jegliche auf Halbleiter beruhende Struktur umfassen, die eine Halbleiteroberfläche hat. Wafer und Struktur sind so zu verstehen, dass sie dotierte und undotierte Halbleiter, epitaktische Halbleiterschichten, gegebenenfalls getragen durch eine Basisunterlage, und weitere Halbleiterstrukturen einschließen. Beispielsweise kann eine Schicht aus einem ersten Halbleitermaterial auf einem Wachstumssubstrat aus einem zweiten Halbleitermaterial oder aus einem isolierenden Material, beispielsweise auf einem Saphirsubstrat, gewachsen sein. Je nach Verwendungszweck kann der Halbleiter auf einem direkten oder einem indirekten Halbleitermaterial basieren. Beispiele für zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung besonders geeignete Halbleitermaterialien umfassen insbesondere Nitrid-Halbleiterverbindungen, durch die beispielsweise ultraviolettes, blaues oder langwelligeres Licht erzeugt werden kann, wie beispielsweise GaN, InGaN, AlN, AlGaN, AlGaInN, Phosphid-Halbleiterverbindungen, durch die beispielsweise grünes oder langwelligeres Licht erzeugt werden kann, wie beispielsweise GaAsP, AlGaInP, GaP, AlGaP, sowie weitere Halbleitermaterialien wie AlGaAs, SiC, ZnSe, GaAs, ZnO, Ga2O3, Diamant, hexagonales BN und Kombinationen der genannten Materialien. Das stöchiometrische Verhältnis der ternären Verbindungen kann variieren. Weitere Beispiele für Halbleitermaterialien können Silizium, Silizium-Germanium und Germanium umfassen. Im Kontext der vorliegenden Beschreibung schließt der Begriff „Halbleiter“ auch organische Halbleitermaterialien ein.
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Der Begriff „Substrat“ umfasst generell isolierende, leitende oder Halbleitersubstrate.
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Die Begriffe „lateral“ und „horizontal“, wie in dieser Beschreibung verwendet, sollen eine Orientierung oder Ausrichtung beschreiben, die im Wesentlichen parallel zu einer ersten Oberfläche eines Substrats oder Halbleiterkörpers verläuft. Dies kann beispielsweise die Oberfläche eines Wafers oder eines Chips (Die) sein.
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Die horizontale Richtung kann beispielsweise in einer Ebene senkrecht zu einer Wachstumsrichtung beim Aufwachsen von Schichten liegen.
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Der Begriff „vertikal“, wie er in dieser Beschreibung verwendet wird, soll eine Orientierung beschreiben, die im Wesentlichen senkrecht zu der ersten Oberfläche eines Substrats oder Halbleiterkörpers verläuft. Die vertikale Richtung kann beispielsweise einer Wachstumsrichtung beim Aufwachsen von Schichten entsprechen.
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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 weiteren Elementen oder Merkmalen aber nicht ausschließen. Die unbestimmten Artikel und die bestimmten Artikel umfassen sowohl den Plural als auch den Singular, sofern sich aus dem Zusammenhang nicht eindeutig etwas anderes ergibt.
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Im Kontext dieser Beschreibung bedeutet der Begriff „elektrisch verbunden“ eine niederohmige elektrische Verbindung zwischen den verbundenen Elementen. Die elektrisch verbundenen Elemente müssen nicht notwendigerweise direkt miteinander verbunden sein. Weitere Elemente können zwischen elektrisch verbundenen Elementen angeordnet sein.
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Der Begriff „elektrisch verbunden“ umfasst auch Tunnelkontakte zwischen den verbundenen Elementen.
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1A zeigt Komponenten eines optoelektronischen Halbleiterbauelements 10 gemäß Ausführungsformen. Der obere Teil der 1A zeigt eine vertikale Querschnittsansicht des optoelektronischen Halbleiterbauelements. Der untere Teil der 1A zeigt eine horizontale Querschnittsansicht durch einen Teil des optoelektronischen Halbleiterbauelements 10 im Bereich des ersten und zweiten Kontaktelements.
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Ein optoelektronisches Halbleiterbauelement 10 umfasst eine erste Halbleiterschicht 120 von einem ersten Leitfähigkeitstyp, beispielsweise p-Leitfähigkeitstyp sowie eine zweite Halbleiterschicht 130 von einem zweiten Leitfähigkeitstyp, beispielsweise n-Leitfähigkeitstyp. Das optoelektronischer Halbleiterbauelement umfasst ferner ein erstes Kontaktelement 110 zum Kontaktieren der ersten Halbleiterschicht 120 sowie ein zweites Kontaktelement zum Kontaktieren der zweiten Halbleiterschicht 130. Die erste Halbleiterschicht 120 ist auf einer von einer ersten Hauptoberfläche 145 der zweiten Halbleiterschicht 130 abgewandten Seite angeordnet. Von dem optoelektronischen Halbleiterbauelement 10 emittierte elektromagnetische Strahlung 120 wird über die erste Hauptoberfläche 145 der zweiten Halbleiterschicht 130 ausgegeben. Das erste Kontaktelement 110 und das zweite Kontaktelement 115 sind jeweils auf einer Seite einer ersten Hauptoberfläche 144 der ersten Halbleiterschicht 120, also an der von der ersten Hauptoberfläche 145 der zweiten Halbleiterschicht 130 abgewandten Seite angeordnet.
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Wie im unteren Teil der 1A dargestellt, weist das erste Kontaktelement 110 einen ersten Abschnitt 110a, der sich in einer ersten Richtung erstreckt, sowie einen zweiten Abschnitt 110b auf, der mit dem ersten Abschnitt 110a verbunden ist und sich in einer zweiten Richtung erstreckt, die von der ersten Richtung verschieden ist. Zusätzlich oder alternativ kann das zweite Kontaktelement 115 einen ersten Abschnitt 115a, der sich in einer ersten Richtung erstreckt, sowie einen zweiten Abschnitt 115b aufweisen, der mit dem ersten Abschnitt 115a verbunden ist und sich in einer dritten Richtung erstreckt, die von der ersten Richtung verschieden ist. Beispielsweise kann die erste Richtung jeweils die x-Richtung, wie im unteren Teil der 1a veranschaulicht, sein. Die zweite Richtung kann beispielsweise die y-Richtung sein. Beispielsweise kann die zweite Richtung gleich der dritten Richtung sein. Es ist jedoch auch möglich, dass die zweite Richtung die erste Richtung nicht senkrecht schneidet und beliebig ist. Entsprechend kann auch die dritte Richtung beliebig sein.
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Beispielsweise kann ein aktiver Bereich 125 zwischen erster und zweiter Halbleiterschicht 120, 130 angeordnet sein. Der aktive Bereich 125 kann beispielsweise einen pn-Übergang, eine Doppelheterostruktur, eine Einfach-Quantentopf-Struktur (SQW, single quantum well) oder eine Mehrfach-Quantentopf-Struktur (MQW, multi quantum well) zur Strahlungserzeugung aufweisen. Die Bezeichnung „Quantentopf-Struktur“ entfaltet hierbei keine Bedeutung hinsichtlich der Dimensionalität der Quantisierung. Sie umfasst somit unter anderem Quantentröge, Quantendrähte und Quantenpunkte sowie jede Kombination dieser Schichten. Die erste und zweite Halbleiterschicht 120, 130 können aus gleichen oder unterschiedlichen Materialien aufgebaut sein. Beispielsweise können die erste und die zweite Halbleiterschicht 120, 130 jeweils GaN enthalten.
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Eine Spiegelschicht 122 kann angrenzend an die erste Hauptoberfläche 144 der ersten Halbleiterschicht 120 angeordnet sein. Beispielsweise kann die Spiegelschicht 122 Silber enthalten oder aus Silber aufgebaut sein oder Zinkoxid enthalten oder aus Zinkoxid aufgebaut sein. Beispielsweise kann eine Spiegelschicht 122 aus Silber vollständig von einer ersten Stromverteilungsschicht 123 umschlossen und somit eingekapselt sein, wodurch eine Migration von Silberionen, die beispielsweise bei Feuchte stattfinden könnte, verhindert oder unterdrückt wird.
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Beispielsweise kann das erste Kontaktelement 110 mit der ersten Stromverteilungsschicht 123 elektrisch leitend verbunden sein. Die erste Stromverteilungsschicht 123 ist über die Spiegelschicht 122 und auch direkt mit der ersten Halbleiterschicht 120 verbunden. Die erste Hauptoberfläche 145 der zweiten Halbleiterschicht 130 kann aufgeraut sein, um eine bessere Auskopplung der erzeugten elektromagnetischen Strahlung 20 zu bewirken. Eine Konverterschicht 105 kann über der ersten Hauptoberfläche 145 der zweiten Halbleiterschicht 130 angeordnet sein. Die Konverterschicht 105 kann übliche Konvertermaterialien zum Konvertieren der emittierten elektromagnetischen Strahlung aufweisen.
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Das optoelektronische Halbleiterbauelement 10 kann darüber hinaus ein Trägerelement 135 aufweisen. Das Trägerelement 135 umfasst ein elektrisch leitendes Material 118 und ist auf einer Seite der ersten Hauptoberfläche 144 der ersten Halbleiterschicht 120 angeordnet. Das elektrisch leitende Material 118 des Trägerelements 135 bildet darüber hinaus eine zweite Stromverteilungsschicht, die mit der zweiten Halbleiterschicht 130 elektrisch leitend verbunden ist. Beispielsweise kann die elektrisch leitende Schicht 118 eine Nickelschicht sein. Die elektrisch leitende Schicht 118 oder zweite Stromverteilungsschicht kann über ein Verbindungselement 117 mit der zweiten Halbleiterschicht 130 verbunden sein. Beispielsweise kann das Verbindungselement 117 in einem zentralen Bereich des optoelektronischen Halbleiterbauelements 10 angeordnet sein, wie in 1A veranschaulicht ist. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann das Verbindungselement 117 aber auch in beliebig anderer Weise realisiert sein. Beispielsweise können Verbindungselemente 117 am Rand des optoelektronischen Halbleiterbauelements angeordnet sein. Die Verbindungselemente 117 werden auch als Knüpfel bezeichnet.
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Das Trägerelement 135 ist weiterhin mit einem zweiten Kontaktelement 115 elektrisch leitend verbunden. Erstes und zweites Kontaktelement 110, 115 haben eine Höhe h, die beispielsweise mehr als 50 µm und beispielsweise mehr als 100 µm betragen kann. Beispielsweise können das erste und das zweite Kontaktelement 110, 115 jeweils aus Nickel aufgebaut sein. Eine Vergussmasse 100 ist zwischen dem ersten und zweiten Kontaktelement 110, 115 eingebracht und dient zur mechanischen Stabilisierung des optoelektronischen Halbleiterbauelements. Die Vergussmasse 100 stellt auch eine seitliche Begrenzung des optoelektronischen Halbleiterbauelements dar.
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Ein erster Kontaktbereich 137 kann im Bereich der zweiten Hauptoberfläche 101 des optoelektronischen Halbleiterbauelements 10 angeordnet sein. Der erste Kontaktbereich 137 ist mit dem ersten Kontaktelement 110 elektrisch leitend verbunden. Beispielsweise kann der erste Kontaktbereich 137 eine dünne Goldschicht sein, die gleichzeitig einen Schutz des ersten Kontaktelements 110 gegenüber Umwelteinflüssen darstellt. In ähnlicher Weise kann ein zweiter Kontaktbereich 139 im Bereich der zweiten Hauptoberfläche 101 des optoelektronischen Halbleiterbauelements 10 angrenzend an das zweite Kontaktelement 115 vorgesehen sein.
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Eine Passivierungsschicht 112 aus elektrisch isolierendem Material, beispielsweise SiO2, Si3N4, AlN mit beliebiger stöchiometrischer Zusammensetzung und aus beliebigen Kombinationen dieser Materialien kann das erste Kontaktelement 110 gegenüber der zweiten Stromverteilungsschicht 118 elektrisch isolieren. Dadurch, dass das erste Kontaktelement einen ersten Abschnitt 110a, der sich in einer ersten Richtung erstreckt, sowie einen zweiten Abschnitt 110b aufweist, der mit dem ersten Abschnitt verbunden ist und sich in einer zweiten Richtung erstreckt, die von der ersten Richtung verschieden ist, kann die mechanische Stabilität des optoelektronischen Halbleiterbauelements 10 erhöht werden. Gleichzeitig wird aufgrund der vergrößerten Anschlussfläche, über die das optoelektronische Halbleiterbauelement kontaktierbar ist, die Wärmeabfuhr verbessert. Als Ergebnis kann die Effizienz des Bauelements vergrößert werden.
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Weiterhin kann dadurch, dass auch das zweite Kontaktelement einen ersten Abschnitt 115a, der sich in einer ersten Richtung erstreckt, sowie einen zweiten Abschnitt 115b aufweist, der mit dem ersten Abschnitt verbunden ist und sich in einer dritten Richtung erstreckt, die von der ersten Richtung verschieden ist, mechanische Stabilität weiter vergrößert werden. In entsprechender Weise wird auch hier die Wärmeabfuhr verbessert. Bei einer Anordnung, wie in 1A dargestellt, bei der das erste Kontaktelement 110 zwei zweite Abschnitte 110b umfasst, und die zweiten Abschnitte von jeweils dem ersten und dem zweiten Halbleiterbauelement abwechselnd angeordnet sind, kann die mechanische Stabilität und weiterhin die Wärmeabfuhr weiter verbessert werden. Insgesamt kann durch diese Ausgestaltung der Kontaktelemente die gesamte Kontaktfläche des optoelektronischen Halbleiterbauelements verbessert werden, wodurch mechanische Stabilität und Wärmeabfuhr vergrößert werden.
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1B zeigt ein optoelektronisches Halbleiterbauelement 10 gemäß weiteren Ausführungsformen. Der obere Teil der 1B zeigt eine vertikale Querschnittsansicht des optoelektronischen Halbleiterbauelements. Der untere Teil der 1B zeigt eine horizontale Querschnittsansicht durch einen Teil des optoelektronischen Halbleiterbauelements 10 im Bereich des ersten und zweiten Kontaktelements.
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Der vertikale Querschnitt des optoelektronischen Bauelements 10 ist identisch zu dem in 1A gezeigten. Abweichend von 1A umfassen hier, wie im untere Teil der 1B dargestellt, sowohl das erste Kontaktelement 110 als auch das zweite Kontaktelement 115 eine Vielzahl von zweiten Abschnitten 110b, 115b, so dass sich eine Finger- oder Interdigitalstruktur des ersten und zweiten Kontaktelements ergibt. Anders ausgedrückt sind sowohl erstes als auch zweites Kontaktelement 110, 115 kammartig ausgebildet, wobei die jeweiligen Kämme ineinandergreifen. Durch diese Anordnung kann die mechanische Stabilität und die Wärmeanbindung weiter verbessert werden.
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Die beschriebene Ausgestaltung von erstem und zweitem Kontaktelement gemäß Ausführungsformen ist beispielsweise in Fällen günstig, in denen die optoelektronischen Halbleiterbauelemente eine Fläche kleiner als 1 mm2 haben. Üblicherweise muss der Abstand zwischen erstem und zweitem Kontaktelement 110, 115 einen Mindestabstand überschreiten, um eine elektrische Isolierung sicherzustellen. Um bei verkleinerter Fläche diesen Mindestabstand zu erzielen, müsste die Fläche von erstem und zweitem Kontaktelement 110, 115 verringert werden, wodurch die thermische Anbindung verschlechtert werden würde. Da, wie in den 1A und 1B diskutiert, das erste und zweite Kontaktelement jeweils die spezielle Ausgestaltung mit ersten und zweiten Abschnitten aufweisen, kann auch bei fortschreitender Miniaturisierung eine Isolierung sichergestellt werden und gleichzeitig eine Mindestfläche des ersten und zweiten Kontaktelements 110, 115 sichergestellt werden. Als Folge kann auch bei fortschreitender Miniaturisierung eine gute thermische Anbindung und damit Effizienz des Halbleiterbauelements erzielt werden.
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2A zeigt ein Werkstück 15 bei der Herstellung des beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelements. Zur Herstellung des optoelektronischen Halbleiterbauelements werden die zweite Halbleiterschicht 130, gegebenenfalls der aktive Bereich 125 sowie die erste Halbleiterschicht 120 epitaktisch auf einem geeigneten Wachstumssubstrat 103, beispielsweise einem Saphirsubstrat aufgewachsen. Die aufgewachsenen Schichten werden zu Mesas strukturiert. Die Spiegelschicht 122 sowie die erste Stromverteilungsschicht 123 werden über dem aufgewachsenen Schichtstapel ausgebildet und strukturiert. Gegebenenfalls werden in der ersten Halbleiterschicht Öffnungen für Verbindungselemente 117 ausgebildet. Sodann wird über der sich ergebenden Struktur eine Isolationsschicht 116 aufgebracht. Die Isolationsschicht 116 kann beispielsweise SiO2, SiN, Al2O3, Kombinationen dieser Materialien und weitere Dielektrika umfassen. Die stöchiometrischen Verhältnisse der Dielektrika können jeweils von den angegebenen abweichen.
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2A zeigt eine vertikale Querschnittsansicht eines Beispiels eines sich ergebenden Werkstücks 15. 2B zeigt weitere Komponenten, die über der in 2A dargestellten Struktur ausgebildet werden. Beispielsweise wird die zweite Stromverteilungsschicht 118 aufgebracht. Dies kann beispielsweise durch Sputtern, galvanische Verfahren, electroless Plating (außenstromloses Plattieren) oder Bedampfen erfolgen. Die zweite Stromverteilungsschicht 118 wird seitlich an dem Schichtstapel aus erster und zweiter Halbleiterschicht 120, 130 entlanggeführt, so dass der Randbereich des Trägerelements 135 ausgebildet wird. Dabei können erste und zweite Halbleiterschicht 120, 130 durch das isolierende Material 116 von dem Trägerelement 135 isoliert sein. Weiterhin kann die Verbindungsstruktur 117 ausgebildet werden. Beispielsweise können die zweite Stromverteilungsschicht 118 und damit das Trägerelement 135 aus Nickel aufgebaut sein. Die zweite Stromverteilungsschicht 118 kann beispielsweise eine Schichtdicke von 3 bis 20 µm, beispielsweise 10 µm haben.
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Sodann werden Öffnungen 119 in der zweiten Stromverteilungsschicht 118 ausgebildet. Durch diese Öffnungen wird später der Kontakt zur ersten Stromverteilungsschicht hergestellt werden. Eine Passivierungsschicht, beispielsweise aus SiO2 wird über der zweiten Stromverteilungsschicht 118 sowie angrenzend an die Seitenwände der Öffnungen 119 ausgebildet.
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Anschließend werden gemäß Ausführungsformen das erste und das zweite Kontaktelement 110, 115 galvanisch ausgebildet. Hierzu wird ein geeignetes Fotoresistmaterial aufgebracht und anschließend strukturiert. Durch das nachfolgende galvanische Verfahren werden das erste und zweite Kontaktelement 110, 115 auf den freiliegenden Bereichen der darunter liegenden ersten und zweiten Stromverteilungsschicht 118, 123 ausgebildet. Beispielsweise kann das Fotoresistmaterial derart strukturiert werden, dass das sich ergebende elektrische Kontaktelement jeweils die in 2B dargestellte Form annimmt. Beispielsweise können das erste und zweite Kontaktelement 110, 115 jeweils mit einer Höhe h galvanisch aufgewachsen werden.
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Nach Ausbilden des ersten und zweiten Kontaktelements 110, 115 wird das Fotoresistmaterial entfernt, und eine Vergussmasse wird eingefüllt, durch die das erste und zweite Kontaktelement 110, 115 voneinander isoliert werden. Die Vergussmasse kann zurückgeschliffen werden, und ein erster und ein zweiter Kontaktbereich 137, 139 können ausgebildet werden. Beispielsweise kann der erste Kontaktbereich 137 angrenzend an das erste Kontaktelement 110 angeordnet sein und sich entlang der ersten Richtung also beispielsweise der x-Richtung erstrecken. Weiterhin kann der zweite Kontaktbereich an das zweite Kontaktelement angrenzend angeordnet sein und sich entlang der ersten Richtung erstrecken. Beispielsweise kann der erste Kontaktbereich 137 an den ersten Abschnitt 110a des ersten Kontaktelements 110 angrenzen und sich ausschließlich entlang dem ersten Abschnitt 110a erstrecken. Weiterhin kann der zweite Kontaktbereich 139 an den ersten Abschnitt 115a des zweiten Kontaktelements 115 angrenzen und sich ausschließlich entlang dem ersten Abschnitt 115a erstrecken. Dadurch kann erreicht werden, dass die Kontaktbereiche, die üblicherweise zum Kontaktieren des optoelektronischen Halbleiterbauelements verwendet werden, in konventioneller Weise vorliegen können. Das heißt, allein aufgrund der Größe und Position des ersten und zweiten Kontaktbereichs 137, 139 ist von außen nicht erkennbar, wie genau das erste und zweite Kontaktelement 110, 115 ausgebildet sind.
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Dadurch, dass der erste Kontaktbereich 137 sich entlang dem ersten Abschnitt 110a des ersten Kontaktelements 110 angrenzt, kann der elektrische Kontakt zum ersten Kontaktelement 110 verbessert werden. In entsprechender Weise kann dadurch, dass der zweite Kontaktbereich 139 sich entlang dem ersten Abschnitt 115a des zweiten Kontaktelements 115 erstreckt, der elektrische Kontakt verbessert werden. Der erste Kontaktbereich 137 und der zweite Kontaktbereich 139 können durch ein isolierendes Material 138 voneinander getrennt sein. Beispielsweise kann zur Ausbildung des ersten und zweiten Kontaktbereichs 137, 139 zunächst eine Passivierungsschicht 138 ganzflächig aufgebracht und mit Fototechnik strukturiert werden. Als Nächstes wird elektrisch leitendes Material zur Ausbildung des ersten und zweiten Kontaktbereichs 137, 139 aufgebracht. Beispielsweise kann ein Teil der leitfähigen Schicht, der über der Passivierungsschicht 138 angeordnet ist, über ein Lift-Off-Verfahren entfernt werden.
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2C veranschaulicht eine Abwandlung des unter Bezugnahme auf 2B beschriebenen Verfahrens. Zunächst wird die zweite Stromverteilungsschicht 118 mit Öffnungen 119 wie unter Bezugnahme auf 2B beschrieben ausgebildet. Sodann werden das erste und zweite Kontaktelement 110, 115 in ähnlicher Weise wie in 2B dargestellt, ausgebildet. Jedoch wird hier - abweichend von 2B - das erste und zweite Kontaktelement 110, 115 mit verringerter Höhe h1 ausgebildet. Beispielsweise wird hierzu ein erstes Fotoresistmaterial mit entsprechend eingestellter Höhe verwendet. Nach Ausbilden des ersten und zweiten Kontaktelements 110, 115 wird ein zweites Fotoresistmaterial aufgebracht und zur Ausbildung des ersten und zweiten Kontaktbereichs 137, 139 strukturiert. Gemäß Ausführungsformen kann das zweite Fotoresistmaterial zur Ausbildung des ersten und zweiten Kontaktbereichs 137, 139 mit einem anderen Muster als das erste Fotoresistmaterial strukturiert werden. Anschließend werden der erste und zweite Kontaktbereich 137, 139 galvanisch ausgebildet, in entsprechender Weise wie das erste und zweite Kontaktelement. Beispielsweise kann das Fotoresistmaterial zur Ausbildung des ersten und zweiten Kontaktbereichs 137, 139 mit einer derartigen Höhe aufgebracht und strukturiert werden, dass sich für den ersten und zweiten Kontaktbereich 137, 139 jeweils eine Höhe h2 ergibt, so dass die Summe aus der Höhe h1 der Kontaktelemente 110, 115 sowie der Kontaktbereiche 137, 139 h2 der Gesamthöhe h entspricht. Beispielsweise können Kontaktelemente und Kontaktbereiche jeweils aus demselben Material aufgebaut sein. Beispielsweise kann gemäß dieser Ausführungsform die Höhe h2 des ersten und zweiten Kontaktbereichs folgende Beziehung erfüllen: h2 ≥ 0,1·h. Weiterhin kann folgende Beziehung gelten: h2 ≥ 0,2·h oder h2 ≥ 0,3·h. Beispielsweise kann h2 ungefähr gleich h1 sein.
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Nach Ausbilden des ersten und zweiten Kontaktbereichs 137, 139 wird eine Vergussmasse zur elektrischen Isolierung von erstem und zweitem Kontaktelement und erstem und zweitem Kontaktbereich eingebracht. Anschließend kann die Vergussmasse zurückgeschliffen werden, und der erste und der zweite Kontaktbereich können freigelegt werden.
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3 fasst ein Verfahren gemäß Ausführungsform zusammen.
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Ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements umfasst das Ausbilden (S100) eines Schichtstapels, der eine erste Halbleiterschicht von einem ersten Leitfähigkeitstyp und eine zweite Halbleiterschicht von einem zweiten Leitfähigkeitstyp aufweist, wobei die erste Halbleiterschicht auf einer von einer ersten Hauptoberfläche der zweiten Halbleiterschicht abgewandten Seite angeordnet ist, und von dem optoelektronischen Halbleiterbauelement emittierte elektromagnetische Strahlung über die erste Hauptoberfläche der zweiten Halbleiterschicht ausgegeben wird, das Ausbilden (S110) eines ersten Kontaktelements zum Kontaktieren der ersten Halbleiterschicht, und das Ausbilden (S120) eines zweiten Kontaktelements zum Kontaktieren der zweiten Halbleiterschicht, wobei das erste Kontaktelement und das zweite Kontaktelement auf jeweils einer Seite einer ersten Hauptoberfläche der ersten Halbleiterschicht angeordnet sind. Das erste Kontaktelement weist einen ersten Abschnitt, der sich in einer ersten Richtung erstreckt, sowie einen zweiten Abschnitt auf, der mit dem ersten Abschnitt verbunden ist und sich in einer zweiten Richtung erstreckt, die von der ersten Richtung verschieden ist. Alternativ oder zusätzlich weist das zweite Kontaktelement einen ersten Abschnitt, der sich in einer ersten Richtung erstreckt, sowie einen zweiten Abschnitt auf, der mit dem ersten Abschnitt verbunden ist und sich in einer dritten Richtung erstreckt, die von der ersten Richtung verschieden ist. Beispielsweise können das erste und das zweite Kontaktelement durch gleichzeitige Verfahrensschritte ausgebildet werden.
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Gemäß Ausführungsformen kann das Verfahren weiterhin das Ausbilden (S130) eines ersten Kontaktbereichs, der angrenzend an das erste Kontaktelement angeordnet ist und sich entlang der ersten Richtung erstreckt umfassen. Das Verfahren kann weiterhin das Ausbilden (S140) eines zweiten Kontaktbereichs, der angrenzend an das zweite Kontaktelement angeordnet ist und sich entlang der ersten Richtung erstreckt, umfassen. Gemäß Ausführungsformen können der erste und der zweite Kontaktbereich durch gemeinsame Verfahrensschritte ausgebildet werden.
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BEZUGSZEICHENLISTE
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- 10
- Optoelektronisches Halbleiterbauelement
- 15
- Werkstück
- 20
- emittierte elektromagnetische Strahlung
- 100
- Vergussmaterial
- 101
- zweite Hauptoberfläche des optoelektronischen Halbleiterbauelements
- 103
- Wachstumssubstrat
- 105
- Konvertermaterial
- 110
- erstes Kontaktelement
- 110a
- erster Abschnitt des ersten Kontaktelements
- 110b
- zweiter Abschnitt des ersten Kontaktelements
- 112
- Passivierungsschicht
- 115
- zweites Kontaktelement
- 115a
- erster Abschnitt des zweiten Kontaktelements
- 115b
- zweiter Abschnitt des zweiten Kontaktelements
- 116
- isolierendes Material
- 117
- Verbindungselement
- 118
- zweite Stromverteilungsschicht
- 119
- Öffnungen in der Verbindungsschicht
- 120
- erste Halbleiterschicht
- 122
- Spiegelschicht
- 123
- erste Stromverteilungsschicht
- 125
- aktiver Bereich
- 130
- zweite Halbleiterschicht
- 135
- Trägerelement
- 137
- erster Kontaktbereich
- 138
- isolierendes Material
- 139
- zweiter Kontaktbereich
- 144
- erste Hauptoberfläche der ersten Halbleiterschicht
- 145
- erste Hauptoberfläche der zweiten Halbleiterschicht