DE102018131411A1

DE102018131411A1 - Optoelektronischer halbleiterchip und verfahren zur herstellung eines optoelektronischen halbleiterchips

Info

Publication number: DE102018131411A1
Application number: DE102018131411.6A
Authority: DE
Inventors: Tansen Varghese; Wolfgang Schmid
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2018-12-07
Filing date: 2018-12-07
Publication date: 2020-06-10
Also published as: US20220029056A1; US11916167B2; WO2020115226A1

Abstract

In mindestens einer Ausführungsform umfasst der optoelektronische Halbleiterchip (100) eine Halbleiterschichtenfolge (1) mit einer Strahlungsseite (10), einer ersten Halbleiterschicht (11) eines ersten Leitfähigkeitstyps, einer aktiven Schicht (13), einer zweiten Halbleiterschicht (12) eines zweiten Leitfähigkeitstyps und einer Rückseite (14), die in dieser Reihenfolge übereinander angeordnet sind. Die aktive Schicht erzeugt oder absorbiert im bestimmungsgemäßen Betrieb elektromagnetische Primärstrahlung. Ferner umfasst der optoelektronische Halbleiterchip eine erste Kontaktstruktur (31) und eine zweite Kontaktstruktur (32) zur elektrischen Kontaktierung der Halbleiterschichtenfolge. Die zweite Kontaktstruktur ist auf der Rückseite angeordnet und steht in elektrischem Kontakt zur zweiten Halbleiterschicht. Die Strahlungsseite ist zum Einkoppeln oder Auskoppeln der Primärstrahlung in oder aus der Halbleiterschichtenfolge eingerichtet. Die Rückseite ist strukturiert und umfasst Streustrukturen (410), die zur Streuung und Umlenkung der Primärstrahlung eingerichtet sind.

Description

Es wird ein optoelektronischer Halbleiterchip angegeben. Darüber hinaus wird ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips angegeben.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, einen optoelektronischen Halbleiterchip mit einer hohen Effizienz für die Emission oder Absorption elektromagnetischer Strahlung anzugeben. Eine weitere zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen optoelektronischen Halbleiterchips anzugeben.
Diese Aufgaben werden unter anderem durch den Gegenstand und das Verfahren der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Zunächst wird ein optoelektronischer Halbleiterchip angegeben.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der optoelektronische Halbleiterchip eine Halbleiterschichtenfolge mit einer Strahlungsseite, einer ersten Halbleiterschicht eines ersten Leitfähigkeitstyps, einer aktiven Schicht, einer zweiten Halbleiterschicht eines zweiten Leitfähigkeitstyps und einer Rückseite, die in dieser Reihenfolge übereinander angeordnet sind. Im bestimmungsgemäßen Betrieb erzeugt oder absorbiert die aktive Schicht elektromagnetische Primärstrahlung.
Die Halbleiterschichtenfolge basiert zum Beispiel 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, oder um ein Arsenid-Verbindungshalbleitermaterial, wie Al_nIn_1-n-mGa_mAs oder Al_nIn_1-n-mGa_mAsP, wobei jeweils 0 ≤ n ≤ 1, 0 ≤ m ≤ 1 und m + n ≤ 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, As, Ga, In, N oder P, angegeben, auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt und/oder ergänzt sein können. Die Halbleiterschichtenfolge kann auch auf ZnSSe oder GaSb basieren.
Die aktive Schicht der Halbleiterschichtenfolge beinhaltet insbesondere wenigstens einen pn-Übergang und/oder mindestens eine Quantentopfstruktur in Form eines einzelnen Quantentopfs, kurz SQW, oder in Form einer Multi-Quantentopfstruktur, kurz MQW. Bevorzugt umfasst der Halbleiterchip genau eine zusammenhängende, insbesondere einfach zusammenhängende, aktive Schicht. Alternativ kann die aktive Schicht auch segmentiert sein.
Die aktive Schicht kann im bestimmungsgemäßen Betrieb elektromagnetische Primärstrahlung im blauen oder grünen oder roten Spektralbereich oder im UV-Bereich oder im IR-Bereich erzeugen oder absorbieren.
Unter einem Halbleiterchip wird hier und im Folgenden ein separat handhabbares und elektrisch kontaktierbares Element verstanden. Ein Halbleiterchip entsteht durch Vereinzelung aus einem Waferverbund. Seitenflächen eines solchen Halbleiterchips können Spuren aus dem Vereinzelungsprozess aufweisen. Ein Halbleiterchip umfasst bevorzugt genau einen ursprünglich zusammenhängenden Bereich der im Waferverbund gewachsenen Halbleiterschichtenfolge. Die Halbleiterschichtenfolge des Halbleiterchips ist bevorzugt zusammenhängend ausgebildet. Die laterale Ausdehnung des Halbleiterchips ist beispielsweise höchstens 1 % oder höchstens 5 % oder höchstens 10 % oder höchstens 20 % größer als die laterale Ausdehnung der aktiven Schicht oder der Halbleiterschichtenfolge.
Als laterale Ausdehnung wird hier und im Folgenden insbesondere eine Erstreckung oder Ausdehnung in jede beliebige laterale Richtung verstanden. Eine laterale Richtung ist vorliegend eine Richtung parallel zur Haupterstreckungsebene der aktiven Schicht beziehungsweise der Halbleiterschichtenfolge.
Die Strahlungsseite und die Rückseite sind einander gegenüberliegende Deckflächen der Halbleiterschichtenfolge. Bevorzugt sind die Strahlungsseite und die Rückseite aus dem Halbleitermaterial der Halbleiterschichtenfolge gebildet. Die Strahlungsseite und die Rückseite verlaufen bevorzugt im Wesentlichen parallel zueinander und parallel zu einer Haupterstreckungsebene der Halbleiterschichtenfolge.
Der erste Leitfähigkeitstyp kann n-leitend oder p-leitend sein. Der zweite Leitfähigkeitstyp ist bevorzugt komplementär zum ersten Leitfähigkeitstyp, ist also p-leitend oder n-leitend. Die erste und/oder die zweite Halbleiterschicht können eine Mehrzahl von übereinander gewachsenen Einzelschichten umfassen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der Halbleiterchip eine erste Kontaktstruktur und eine zweite Kontaktstruktur zur elektrischen Kontaktierung der Halbleiterschichtenfolge. Die erste und/oder zweite Kontaktstruktur sind elektrisch leitend. Die erste und/oder zweite Kontaktstruktur können Metall und/oder ein transparent leitfähiges Oxid umfassen oder daraus bestehen. Die erste und/oder zweite Kontaktstruktur können mehrschichtig oder einstückig aufgebaut sein.
Die Kontaktstrukturen dienen insbesondere zur Injektion von Ladungsträgern in die Halbleiterschichtenfolge. Zum Beispiel stehen die erste und/oder die zweite Kontaktstruktur dazu stellenweise in direktem Kontakt zu Halbleiterschichtenfolge.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die zweite Kontaktstruktur auf der Rückseite angeordnet und in elektrischem Kontakt zur zweiten Halbleiterschicht. Beispielsweise erstreckt sich die zweite Kontaktstruktur zumindest abschnittsweise parallel oder im Wesentlichen parallel zur Haupterstreckungsebene der Rückseite. In Draufsicht auf die Rückseite betrachtet kann die zweite Kontaktstruktur einen Teil der Rückseite, beispielsweise zumindest 50 % oder zumindest 75 % der Rückseite, überdecken.
Die zweite Kontaktstruktur ist bevorzugt in direktem elektrischem Kontakt zur zweiten Halbleiterschicht. Die zweite Kontaktstruktur grenzt beispielsweise unmittelbar an die zweite Halbleiterschicht. Über die zweite Kontaktstruktur werden im bestimmungsgemäßen Betrieb zweite Ladungsträger, wie Löcher oder Elektronen, in die zweite Halbleiterschicht injiziert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die erste Kontaktstruktur in elektrischem Kontakt zur ersten Halbleiterschicht, bevorzugt in direktem elektrischem Kontakt zur ersten Halbleiterschicht. Die erste Kontaktstruktur grenzt beispielsweise unmittelbar an die erste Halbleiterschicht. Über die erste Kontaktstruktur werden im bestimmungsgemäßen Betrieb erste Ladungsträger, wie Elektronen oder Löcher, in die erste Halbleiterschicht injiziert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Strahlungsseite zum Einkoppeln oder Auskoppeln der Primärstrahlung in oder aus der Halbleiterschichtenfolge eingerichtet. Beispielsweise werden im bestimmungsgemäßen Betrieb des Halbleiterchips zumindest 50 % oder zumindest 75 % oder zumindest 90 % der von der aktiven Schicht erzeugten oder von der aktiven Schicht absorbierten Primärstrahlung über die Strahlungsseite aus der Halbleiterschichtenfolge ausgekoppelt oder in die Halbleiterschichtenfolge eingekoppelt. Die Strahlungsseite kann einem Träger, zum Beispiel einem Aufwachsubstrat für die Halbleiterschichtenfolge, zugewandt sein. Die Primärstrahlung gelangt dann beispielsweise über die Strahlungsseite aus der Halbleiterschichtenfolge und dringt in den Träger ein. Nach dem Durchqueren des Trägers kann die Primärstrahlung dann aus dem Halbleiterchip ausgekoppelt werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Rückseite strukturiert und umfasst Streustrukturen. Die Streustrukturen sind zur Streuung und Umlenkung der Primärstrahlung eingerichtet. Beispielsweise beträgt eine Höhe der Streustrukturen, gemessen senkrecht zur Haupterstreckungsebene der aktiven Schicht, und/oder eine Breite der Streustrukturen, gemessen in Richtung parallel zur Haupterstreckungsebene der aktiven Schicht, im Mittel zumindest λ/4 oder zumindest λ/2, wobei A die Wellenlänge ist, bei der die Primärstrahlung ein globales Intensitätsmaximum aufweist. Alternativ oder zusätzlich kann die mittlere Höhe und/oder Breite höchstens 5λ oder höchstens 3A betragen. Ein mittlerer Abstand zwischen je zwei Streustrukturen beträgt beispielsweise höchstens 5λ oder höchstens 3λ. Beispielsweise sind zumindest 50 % oder zumindest 75 % der Fläche der Rückseite mit Streustrukturen versehen.
Die Rückseite weist beispielsweise eine mittlere Rauheit von zumindest 300 nm oder zumindest 500 nm oder zumindest 1 µm auf. Alternativ oder zusätzlich kann die mittlere Rauheit höchstens 3 µm oder höchstens 2 µm betragen. Zur Bestimmung der mittleren Rauheit wird bevorzugt über die gesamte Rückseite gemittelt.
Die Streustrukturen sind zum Beispiel aus einer Strukturierung der Rückseite der Halbleiterschichtenfolge entstanden. Insofern sind die Streustrukturen bevorzugt aus dem Material der Halbleiterschichtenfolge gebildet. Bei den Streustrukturen handelt es sich zum Beispiel um Erhebungen der Rückseite beziehungsweise Vertiefungen in der Rückseite. Die Erhebungen und/oder Vertiefungen können pyramidenförmig oder kegelförmig oder pyramidenstumpfförmig oder kegelstumpfförmig sein. Die Streustrukturen können gleichmäßig oder ungleichmäßig entlang der Rückseite verteilt sein. Unterschiedliche Streustrukturen können unterschiedliche geometrische Formen und/oder unterschiedliche Höhen und/oder unterschiedliche Breiten aufweisen.
Im Bereich der Streustrukturen grenzt die Rückseite bevorzugt an elektrisch isolierendes Material. Das heißt, im Bereich der Streustrukturen ist die Rückseite bevorzugt weder an die erste Kontaktstruktur noch an die zweite Kontaktstruktur elektrisch angeschlossen.
In mindestens einer Ausführungsform umfasst der optoelektronische Halbleiterchip eine Halbleiterschichtenfolge mit einer Strahlungsseite, einer ersten Halbleiterschicht eines ersten Leitfähigkeitstyps, einer aktiven Schicht, einer zweiten Halbleiterschicht eines zweiten Leitfähigkeitstyps und einer Rückseite, die in dieser Reihenfolge übereinander angeordnet sind. Die aktive Schicht erzeugt oder absorbiert im bestimmungsgemäßen Betrieb elektromagnetische Primärstrahlung. Ferner umfasst der optoelektronische Halbleiterchip eine erste Kontaktstruktur und eine zweite Kontaktstruktur zur elektrischen Kontaktierung der Halbleiterschichtenfolge. Die zweite Kontaktstruktur ist auf der Rückseite angeordnet und steht in elektrischem Kontakt zur zweiten Halbleiterschicht. Die Strahlungsseite ist zum Einkoppeln oder Auskoppeln der Primärstrahlung in oder aus der Halbleiterschichtenfolge eingerichtet. Die Rückseite ist strukturiert und umfasst Streustrukturen, die zur Streuung und Umlenkung der Primärstrahlung eingerichtet sind.
Der vorliegenden Erfindung liegt insbesondere die Erkenntnis zu Grunde, dass eine strukturierte Halbleiterschichtenfolge die Effizienz des Halbleiterchips, insbesondere eines strahlungsemittierenden Halbleiterchips, verbessert. An den Streustrukturen kommt es zur Umverteilung der Primärstrahlung. Die Umverteilung hat den Vorteil, dass die Wahrscheinlichkeit dafür, dass Primärstrahlung aufgrund von Totalreflexion innerhalb der Halbleiterschichtenfolge gefangen bleibt, reduziert wird. Normalerweise wird die Halbleiterschichtenfolge an der Strahlungsseite strukturiert, also an der Seite, über die im Betrieb ein Großteil der Primärstrahlung austritt oder eintritt.
Die Erfinder sind nun zu der Erkenntnis gelangt, dass eine Strukturierung der Strahlungsseite auch nachteilig sein kann. Insbesondere wenn im Bereich der Strahlungsseite Stromaufweitungsschichten verwendet werden, können diese durch die Strukturierung negativ beeinträchtigt werden. Folglich werden beispielsweise höhere Betriebsspannungen notwendig, was die Effizienz des Halbleiterchips reduzieren kann.
Eine Idee der vorliegenden Erfindung ist nun, die Strukturierung der Halbleiterschichtenfolge auf eine Rückseite der Halbleiterschichtenfolge zu verlegen, die nicht zur Einkopplung oder Auskopplung der Primärstrahlung vorgesehen ist. Entsprechend können die Strahlungsseite und die funktionellen Schichten im Bereich der Strahlungsseite optimiert werden, ohne dass deren Eigenschaften aufgrund einer Strukturierung negativ beeinflusst werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der Halbleiterchip einen Spiegel auf der Rückseite. Der Spiegel ist dabei spiegelnd für die in der aktiven Schicht erzeugte oder absorbierte Primärstrahlung. Beispielsweise überdeckt der Spiegel zumindest 50 % oder zumindest 75 % oder zumindest 90 % der Rückseite der Halbleiterschichtenfolge. Der Spiegel weist für die Primärstrahlung beispielsweise eine Reflektivität von zumindest 80 % oder zumindest 90 % oder zumindest 95 % oder zumindest 99 % auf. Die Reflektivität wird dabei bevorzugt bei der Wellenlänge A angegeben, bei der die Primärstrahlung ein globales Intensitätsmaximum aufweist.
Der Spiegel kann eine metallische Schicht umfassen. Die metallische Schicht ist dann bevorzugt reflektierend für die Primärstrahlung. Die metallische Schicht umfasst zum Beispiel Silber oder Aluminium. Ein mittlerer Abstand der metallischen Schicht zu der strukturierten Rückseite beträgt beispielsweise höchstens 5 µm oder höchstens 3 µm oder höchstens 1 µm.
Die metallische Schicht des Spiegels kann durch die erste Kontaktstruktur und/oder die zweite Kontaktstruktur gebildet sein. Alternativ kann die metallische Schicht aber auch verschieden von der ersten Kontaktstruktur und der zweiten Kontaktstruktur sein. Zum Beispiel ist die metallische Schicht des Spiegels dann elektrisch von der Halbleiterschichtenfolge isoliert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Strahlungsseite im Rahmen der Herstellungstoleranz glatt. Insbesondere ist die Strahlungsseite nicht strukturiert, das heißt nicht gezielt mit Strukturen versehen. Beispielsweise beträgt eine mittlere Rauheit der Strahlungsseite höchstens 100 nm oder höchstens 50 nm oder höchstens 10 nm. Dadurch dass die Strahlungsseite glatt ist, können die an die Strahlungsseite angrenzenden Schichten oder Materialien bezüglich ihrer Eigenschaften, wie elektrische Leitfähigkeit, optimiert sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform erstreckt sich die erste Kontaktstruktur ausgehend von der Rückseite durch die zweite Halbleiterschicht und die aktive Schicht in die erste Halbleiterschicht. Die erste Kontaktstruktur kann die erste Halbleiterschicht vollständig durchdringen oder in die erste Halbleiterschicht münden. Die erste Kontaktstruktur kann die Halbleiterschichtenfolge von der Rückseite bis zur Strahlungsseite vollständig durchdringen. Dazu umfasst die Halbleiterschichtenfolge eine oder mehrere Aussparungen, die mit der ersten Kontaktstruktur gefüllt ist. Anders ausgedrückt bildet die erste Kontaktstruktur eine oder mehrere Durchkontaktierungen in der Halbleiterschichtenfolge.
Die erste Kontaktstruktur kann sich abschnittsweise parallel oder im Wesentlichen parallel zur Haupterstreckungsebene der Rückseite erstrecken. In Draufsicht auf die Rückseite betrachtet überdeckt die erste Kontaktstruktur beispielsweise zumindest 50 % oder zumindest 75 % der Rückseite.
Statt sich von der Rückseite aus in die Halbleiterschichtenfolge zu erstrecken, kann die erste Kontaktstruktur auch auf der Strahlungsseite der Halbleiterschichtenfolge angeordnet sein. Ein Teil der Strahlungsseite, beispielsweise höchstens 25 % oder höchstens 10 %, können dann von der ersten Kontaktstruktur überdeckt sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der optoelektronische Halbleiterchip eine Stromaufweitungsschicht auf einer der zweiten Halbleiterschicht abgewandten Seite der aktiven Schicht. Die Stromaufweitungsschicht ist dazu eingerichtet, erste Ladungsträger lateral zu verteilen. Insbesondere weist die Stromaufweitungsschicht eine höhere laterale Leitfähigkeit für die ersten Ladungsträger auf als an die Stromaufweitungsschicht grenzende Schichten oder Elemente des Halbleiterchips. Erste Ladungsträger sind die im Betrieb über die erste Kontaktstruktur der Halbleiterschichtenfolge zugeführten Ladungsträger.
Die Stromaufweitungsschicht kann Teil der Halbleiterschichtenfolge, insbesondere Teil der ersten Halbleiterschicht, sein. Dann ist die Stromaufweitungsschicht selbst eine Halbleiterschicht. Bevorzugt weist die Stromaufweitungsschicht dann eine höhere Dotierkonzentration auf als die an sie angrenzenden Halbleiterschichten. Beispielsweise beträgt die Dotierkonzentration der Stromaufweitungsschicht dann zumindest 1·10¹⁸ cm^-3 oder zumindest 5·10¹⁸ cm^-3 oder zumindest 1·10¹⁹ cm^-3.
Alternativ ist es auch möglich, dass die Stromaufweitungsschicht außerhalb der Halbleiterschichtenfolge auf der Strahlungsseite angeordnet ist. Die Stromaufweitungsschicht basiert dann bevorzugt auf einem von dem Material der Halbleiterschichtenfolge verschiedenen Material. Beispielsweise basiert die Stromaufweitungsschicht dann auf einem transparent leitfähigen Material, wie einem transparent leitfähigen Oxid, kurz TCO, insbesondere Indiumzinnoxid, kurz ITO.
Insbesondere die Leitfähigkeit der Stromaufweitungsschicht kann davon profitieren, dass die Strukturierung der Halbleiterschichtenfolge auf der Rückseite ausgebildet ist, denn auf diese Weise kann die Stromaufweitungsschicht eben oder im Wesentlichen eben verlaufen, was die laterale Verteilung der ersten Ladungsträger erleichtert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist zwischen der Rückseite und dem Spiegel eine Planarisierungsschicht angeordnet, die an einer dem Spiegel zugewandten Seite im Rahmen der Herstellungstoleranz glatt ist. Beispielsweise beträgt eine mittlere Rauheit der dem Spiegel zugewandten Seite der Planarisierungsschicht höchstens 100 nm oder höchstens 50 nm oder höchstens 10 nm. Die Planarisierungsschicht umfasst bevorzugt ein dielektrisches Material, wie zum Beispiel SiO₂, SiN, Nb₂O₅, TiO₂, MgF₂, Ta₂O₅, oder besteht daraus. Besonders bevorzugt ist die Planarisierungsschicht transparent für die Primärstrahlung.
Die Planarisierungsschicht füllt die Räume zwischen den Streustrukturen auf und bildet eine der Rückseite abgewandte glatte, bevorzugt auch ebene Fläche. Der Spiegel kann auf eine solche glatte Fläche einfacher aufgebracht werden und effizienter gestaltet werden. Insbesondere wird durch die Planarisierungsschicht die Oberfläche der metallischen Schicht des Spiegels reduziert, was die Wahrscheinlichkeit für Oberflächenabsorption der Primärstrahlung durch die metallische Schicht verringert. Dabei hat die Planarisierungsschicht kaum eine Auswirkung auf die Reflektivität des Spiegels.
Die Planarisierungsschicht kann in direktem Kontakt zu der Rückseite, insbesondere den Streustrukturen, stehen. Bevorzugt weist die Planarisierungsschicht für die Primärstrahlung einen anderen, insbesondere kleineren, Brechungsindex auf als die Halbleiterschichtenfolge. Dies erhöht die Streuwahrscheinlichkeit der Primärstrahlung an den Streustrukturen. Zum Beispiel weist die Planarisierungsschicht einen um mindestens 0,5 oder mindestens 1,0 kleineren Brechungsindex auf als die Halbleiterschichtenfolge.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der Halbleiterchip einen Träger auf der Strahlungsseite, wobei der Träger die Halbleiterschichtenfolge trägt und mechanisch stabilisiert. Der Träger ist insbesondere transparent oder klarsichtig für die Primärstrahlung. Bei dem Halbleiterchip handelt es sich dann zum Beispiel um einen Volumenemitter.
Bei dem Träger auf der Strahlungsseite kann es sich um das Aufwachsubstrat der Halbleiterschichtenfolge handeln. Dann grenzt die Halbleiterschichtenfolge bevorzugt unmittelbar an den Träger. Alternativ kann der Träger auf der Strahlungsseite auch erst nach dem Aufwachsen der Halbleiterschichtenfolge aufgebracht sein. Dann ist zwischen dem Träger und der Strahlungsseite zum Beispiel eine Verbindungsschicht, beispielsweise eine Klebeschicht, wie eine silikonbasierte Klebeschicht, angeordnet. Die Verbindungsschicht ist bevorzugt ebenfalls transparent oder klarsichtig für die Primärstrahlung.
Beispielsweise basiert der Träger auf der Strahlungsseite auf Glas oder Glaskeramik oder Keramik oder einem Halbleitermaterial, wie GaP oder SiC, oder Saphir oder Kunststoff. Der Träger weist beispielsweise eine Dicke, gemessen senkrecht zur Haupterstreckungsebene der aktiven Schicht, von zumindest 50 µm oder zumindest 100 µm auf. In Draufsicht auf die Strahlungsseite betrachtet überdeckt der Träger bevorzugt einen Großteil, beispielsweise zumindest 75 % oder zumindest 90 % oder 100 %, der Strahlungsseite.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der Halbleiterchip einen Träger auf der Rückseite. Der Träger trägt und stabilisiert die Halbleiterschichtenfolge mechanisch. Bei dem Träger auf der Rückseite kann es sich um einen Metallträger oder Halbleiterträger oder Keramikträger handeln. Beispielsweise basiert der Träger auf Silizium. Der Träger auf der Rückseite weist beispielsweise eine Dicke, gemessen senkrecht zur Haupterstreckungsrichtung der aktiven Schicht, von zumindest 50 µm oder zumindest 100 µm auf. Der Träger auf der Rückseite kann elektrisch leitend sein. Der Träger auf der Rückseite kann undurchlässig für die Primärstrahlung sein.
Ist ein Träger auf der Rückseite angeordnet, so ist bevorzugt auf der Strahlungsseite kein selbsttragender Träger angeordnet. Insbesondere ist der Halbleiterchip dann bevorzugt frei von einem Aufwachsubstrat für die Halbleiterschichtenfolge. Ist dagegen auf der Strahlungsseite ein Träger angeordnet, so ist bevorzugt auf der Rückseite kein selbsttragender Träger angeordnet. Der Träger ist beispielsweise die einzige selbsttragende Komponente des Halbleiterchips.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die zweite Kontaktstruktur zumindest abschnittsweise zwischen dem Träger auf der Rückseite und der Halbleiterschichtenfolge angeordnet. Auch kann die erste Kontaktstruktur zumindest abschnittsweise zwischen dem Träger auf der Rückseite und der Halbleiterschichtenfolge angeordnet sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Spiegel zwischen der Halbleiterschichtenfolge und dem auf der Rückseite angeordneten Träger angeordnet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Halbleiterchip ein Flip-Chip oder ein Dünnfilmchip.
Bei einem Flip-Chip sind bevorzugt Kontaktelemente zur externen elektrischen Kontaktierung des Halbleiterchips alle auf der Rückseite der Halbleiterschichtenfolge angeordnet und liegen im unmontierten Zustand des Halbleiterchips an einer der Halbleiterschichtenfolge abgewandten Seite frei.
Bei einem Dünnfilmchip ist das Aufwachsubstrat der Halbleiterschichtenfolge bevorzugt abgelöst. Der die Halbleiterschichtenfolge mechanisch stabilisierende Träger ist dann bevorzugt auf der Rückseite ausgebildet. Die Kontaktelemente zur elektrischen Kontaktierung des Halbleiterchips können auf der der Halbleiterschichtenfolge zugewandten Seite des Trägers angeordnet sein und im unmontierten Zustand jeweils an einer dem Träger abgewandten Seite freiliegen. Alternativ kann ein Kontaktelement auf der der Halbleiterschichtenfolge abgewandten Seite des Trägers angeordnet sein und im unmontierten Zustand des Halbleiterchips an einer dem Träger abgewandten Seite freiliegen. Ein anderes Kontaktelement ist dann bevorzugt auf der der Halbleiterschichtenfolge zugewandten Seite des Trägers angeordnet und im unmontierten Zustand an einer dem Träger abgewandten Seite frei zugänglich.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der Spiegel eine metallische Schicht und eine oder mehrere zwischen der metallischen Schicht und der Rückseite angeordnete dielektrische Schichten. Eine Kombination aus einer oder mehreren dielektrischen Schichten mit einer metallischen Schicht kann zu einer besonders hohen Reflektivität für die Primärstrahlung führen. Die dielektrischen Schichten weisen dabei beispielsweise jeweils Dicken zwischen einschließlich 0,2·λ und 0,5·λ auf. Jede der dielektrischen Schichten kann beispielsweise eines der folgenden Materialien umfassen oder daraus bestehen: SiO₂, SiN, Nb₂O₅, TiO₂, MgF₂, Ta₂O₅, Al₂O₃, HfO₂
Als nächstes wird ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips angegeben. Das Verfahren eignet sich insbesondere dazu, einen wie eben beschriebenen optoelektronischen Halbleiterchip herzustellen. Das heißt, sämtliche in Verbindung mit dem Halbleiterchip offenbarten Merkmale sind auch für das Verfahren offenbart und umgekehrt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips einen Schritt A), in dem eine Halbleiterschichtenfolge auf einem Substrat bereitgestellt wird. Die Halbleiterschichtenfolge umfasst ausgehend vom Substrat eine erste Halbleiterschicht eines ersten Leitfähigkeitstyps, eine aktive Schicht und eine zweite Halbleiterschicht eines zweiten Leitfähigkeitstyps in dieser Reihenfolge. Die aktive Schicht erzeugt oder absorbiert im bestimmungsgemäßen Betrieb elektromagnetische Primärstrahlung.
Bei dem Substrat kann es sich um das Aufwachsubstrat für die Halbleiterschichtenfolge handeln. Alternativ handelt es sich bei dem Substrat um ein von dem Aufwachsubstrat verschiedenes Substrat, auf dem die Halbleiterschichtenfolge nach dem Aufwachsen aufgebracht, beispielsweise aufgeklebt, ist. Das Aufwachsubstrat kann im Schritt A) bereits abgelöst sein. Beispielsweise handelt es sich bei dem Substrat um ein Glassubstrat oder Glaskeramiksubstrat oder Saphirsubstrat oder Kunststoffsubstrat oder um ein Halbleitersubstrat, zum Beispiel aus GaP oder SiC, oder um ein Keramiksubstrat. Das Substrat ist bevorzugt transparent.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren einen Schritt B), in dem eine dem Substrat abgewandte Rückseite der Halbleiterschichtenfolge strukturiert wird, wobei Streustrukturen entstehen, die zur Streuung und Umlenkung der Primärstrahlung eingerichtet sind. Die Strukturierung der Rückseite kann beispielsweise durch Aufbringen eines Ätzmittels auf die Rückseite erzeugt werden. Bei dem Ätzmittel kann es sich um ein nasschemisches oder trockenchemisches Ätzmittel handeln. Bei der Strukturierung kann eine Maske verwendet werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren einen Schritt C), in dem eine erste Kontaktstruktur und eine zweite Kontaktstruktur ausgebildet werden. Die zweite Kontaktstruktur wird dabei auf der Rückseite angeordnet und in elektrischen Kontakt zur zweiten Halbleiterschicht gebracht. Die erste Kontaktstruktur wird in elektrischen Kontakt zur ersten Halbleiterschicht gebracht.
Bevorzugt werden die Schritte A) bis C) in der angegebenen Reihenfolge und nacheinander ausgeführt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird nach dem Schritt B) ein Spiegel auf der Rückseite ausgebildet, der spiegelnd für die in der aktiven Schicht erzeugte oder absorbierte Primärstrahlung ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden zum Aufbringen des Spiegels zunächst eine oder mehrere dielektrische Schichten und dann eine metallische Schicht aufgebracht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird die erste Kontaktstruktur so ausgebildet, dass sie sich ausgehend von der Rückseite durch die zweite Halbleiterschicht und die aktive Schicht in die erste Halbleiterschicht erstreckt. Beispielsweise werden dazu zunächst ausgehend von der Rückseite eine oder mehrere Ausnehmungen in die Halbleiterschichtenfolge eingebracht, beispielsweise eingeätzt. Die Ausnehmungen erstrecken sich dann von der Rückseite durch die zweite Halbleiterschicht und die aktive Schicht hinein in die erste Halbleiterschicht. Die Ausnehmungen können sich vollständig durch die erste Halbleiterschicht erstrecken oder in die erste Halbleiterschicht münden. Die eine oder die mehreren Ausnehmungen können anschließend mit der ersten Kontaktstruktur aufgefüllt werden, wobei die erste Halbleiterschicht mit der ersten Kontaktstruktur elektrisch verbunden wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird nach dem Schritt B) und vor dem Aufbringen des Spiegels eine Planarisierungsschicht auf der strukturierten Rückseite angeordnet. Die Planarisierungsschicht wird bevorzugt zunächst so dick aufgebracht, dass sie dicker ist als die maximale Höhe der Streustrukturen. Insbesondere überdeckt die Planarisierungsschicht dann alle Streustrukturen der Rückseite.
Anschließend wird die Planarisierungsschicht bevorzugt poliert, bis die der Halbleiterschichtenfolge abgewandte Seite der Planarisierungsschicht im Rahmen der Herstellungstoleranz glatt und/oder eben ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird nach dem Schritt C) ein Träger auf der Rückseite ausgebildet und anschließend das Substrat von der Halbleiterschichtenfolge abgelöst. Alternativ kann das Substrat den Träger des Halbleiterchips bilden.
Nachfolgend wird ein hier beschriebener optoelektronischer Halbleiterchip sowie ein hier beschriebenes Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips unter Bezugnahme auf Zeichnungen 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 und 2 Ausführungsbeispiele eines optoelektronischen Halbleiterchips in Querschnittsansicht,
3A bis 3E verschiedene Positionen in einem Ausführungsbeispiel zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips.

In der 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines optoelektronischen Halbleiterchips 100 in Querschnittsansicht gezeigt. Der Halbleiterchip 100 umfasst eine Halbleiterschichtenfolge 1 mit einer ersten Halbleiterschicht 11, einer zweiten Halbleiterschicht 12 und einer aktiven Schicht 13 zwischen der ersten Halbleiterschicht 11 und der zweiten Halbleiterschicht 12. Die aktive Schicht 13 ist dazu eingerichtet, im bestimmungsgemäßen Betrieb elektromagnetische Primärstrahlung zu emittieren. Bei dem Halbleiterchip 100 handelt es sich also um einen strahlungemittierenden Halbleiterchip.
Die Halbleiterschichtenfolge 1 basiert beispielsweise auf InGaAlP. Die aktive Schicht 13 emittiert im Betrieb zum Beispiel gelbes oder rotes Licht. Die erste Halbleiterschicht 11 ist zum Beispiel p-leitend, die zweite Halbleiterschicht 12 ist zum Beispiel n-leitend. Aber auch eine umgekehrte Dotierung wäre möglich.
Die Halbleiterschichtenfolge 1 umfasst eine Strahlungsseite 10 und eine der Strahlungsseite 10 gegenüberliegende Rückseite 14. Die Strahlungsseite 10 und die Rückseite 14 bilden Deckflächen der Halbleiterschichtenfolge 1 und sind aus dem Halbleitermaterial der Halbleiterschichtenfolge 1 gebildet. Dabei ist die erste Halbleiterschicht 11 der Strahlungsseite 10 und die zweite Halbleiterschicht 12 der Rückseite 14 zugewandt. Über die Strahlungsseite 10 werden im Betrieb des Halbleiterchips 100 zumindest 50 % oder zumindest 75 % der in der aktiven Schicht 13 erzeugten Primärstrahlung aus der Halbleiterschichtenfolge 1 ausgekoppelt.
Die Rückseite 14 der Halbleiterschichtenfolge ist strukturiert und umfasst eine Mehrzahl von Streustrukturen 410. Die Streustrukturen 410 sind dazu eingerichtet, die erzeugte Primärstrahlung zu streuen und umzulenken, so dass die Primärstrahlung aufgrund von Totalreflexion nicht innerhalb der Halbleiterschichtenfolge 1 gefangen bleibt. Beispielsweise weisen die Streustrukturen 410 mittlere Höhen und/oder Breiten von zumindest λ/4 auf, wobei A die Wellenlänge der Primärstrahlung ist, bei der die Primärstrahlung ein Intensitätsmaximum aufweist.
Der Halbleiterchip 100 umfasst ferner eine erste Kontaktstruktur 31 und eine zweite Kontaktstruktur 32, die zur elektrischen Kontaktierung der Halbleiterschichtenfolge 1 eingerichtet sind. Die Kontaktstrukturen 31, 32 sind bevorzugt jeweils aus Metall gebildet oder umfassen Metall.
Die erste Kontaktstruktur 31 steht in elektrischem Kontakt zur ersten Halbleiterschicht 11. Die erste Kontaktstruktur 31 erstreckt sich abschnittsweise entlang der Rückseite 14 und bedeckt in Draufsicht auf die Rückseite 14 betrachtet einen Teil der Rückseite 14. Ferner erstreckt sich die erste Kontaktstruktur 31 innerhalb einer Ausnehmung von der Rückseite 14 durch die zweite Halbleiterschicht 12, die aktive Schicht 13 und die erste Halbleiterschicht 11 und durchdringt so die Halbleiterschichtenfolge 1 vollständig.
Auf der Strahlungsseite ist ein Kontaktpad 311 aufgebracht, das elektrisch leitend mit der ersten Kontaktstruktur 31 verbunden ist. Das Kontaktpad 311 ist beispielsweise aus einem Metall gebildet. Das Kontaktpad 311 ist ferner elektrisch leitend mit einer Stromaufweitungsschicht 15 verbunden, die auf der Strahlungsseite 10 aufgebracht ist und elektrisch leitend mit der ersten Halbleiterschicht 11 verbunden ist. Die Stromaufweitungsschicht 15 überdeckt beispielsweise einen Großteil der Strahlungsseite 10. Bevorzugt ist die Stromaufweitungsschicht 15 aus einem für die Primärstrahlung transparenten Material, insbesondere einem TCO, wie ITO, gebildet.
Auf der Rückseite 14 ist ein erstes Kontaktelement 310 zur externen elektrischen Kontaktierung des Halbleiterchips 100 aufgebracht. Das erste Kontaktelement 310 ist elektrisch leitend mit der ersten Kontaktstruktur 31 verbunden. Das erste Kontaktelement 310 ist beispielsweise aus Metall gebildet. Ferner liegt das erste Kontaktelement 310 an einer der Strahlungsseite 10 abgewandten Seite des Halbleiterchips 100 frei.
Im bestimmungsgemäßen Betrieb werden über das erste Kontaktelement 310 erste Ladungsträger, beispielsweise Löcher, in den Halbleiterchip 100 injiziert. Ausgehend vom ersten Kontaktelement 310 gelangt diese in die erste Kontaktstruktur 31. Über die erste Kontaktstruktur 31 werden die ersten Ladungsträger dann im Bereich der Ausnehmung durch die Halbleiterschichtenfolge 1 transportiert und in das Kontaktpad 311 eingespeist. Von dem Kontaktpad 311 ausgehend werden die ersten Ladungsträger dann in die Stromaufweitungsschicht 15 injiziert und mittels der Stromaufweitungsschicht 15 lateral verteilt. Anschließend gelangen die ersten Ladungsträger von der Stromaufweitungsschicht 15 in die erste Halbleiterschicht 11.
Die zweite Kontaktstruktur 32 ist auf der Rückseite 14 der Halbleiterschichtenfolge 1 aufgebracht und erstreckt sich entlang der Rückseite 14. Beispielsweise überdeckt in Draufsicht betrachtet die zweite Kontaktstruktur 32 zumindest 50 % oder zumindest 75 % der Rückseite. Die zweite Kontaktstruktur 32 ist in Kontaktbereichen 321 in direktem mechanischem und elektrischem Kontakt zur Rückseite 14 der Halbleiterschichtenfolge 1. In den Kontaktbereichen 321 ist die Rückseite 14 nicht strukturiert, sondern beispielsweise eben und/oder glatt. Außerhalb der Kontaktbereich 321 ist die Rückseite 14 strukturiert.
Ferner ist die zweite Kontaktstruktur 32 mit einem zweiten Kontaktelement 320 elektrisch leitend verbunden. Das zweite Kontaktelement 320 ist wie das erste Kontaktelement 310 auf der Rückseite 14 aufgebracht und dient zur externen elektrischen Kontaktierung des Halbleiterchips 100. Das zweite Kontaktelement 320 liegt an einer der Strahlungsseite 10 abgewandten Seite frei. Bei dem Halbleiterchip 100 der 1 handelt es sich um einen so genannten Flip-Chip.
Im bestimmungsgemäßen Betrieb des Halbleiterchips werden zweite Ladungsträger, beispielsweise Elektronen, über das zweite Kontaktelement 320 in den Halbleiterchip 100 eingespeist. Ausgehend von dem zweiten Kontaktelement 320 werden die zweiten Ladungsträger in die zweite Kontaktstruktur 32 injiziert und lateral verteilt. Daraufhin gelangen die zweiten Ladungsträger in den Kontaktbereichen 321 von der zweiten Kontaktstruktur 32 in die zweite Halbleiterschicht 12.
Die erste Kontaktstruktur 31 und die zweite Kontaktstruktur 32 sind mittels einer elektrisch isolierenden Schicht 33 elektrisch voneinander isoliert. Die elektrisch isolierende Schicht ist beispielsweise eine SiO₂- oder Al₂O₃- oder SiN-Schicht.
Auf der Rückseite 14 der Halbleiterschichtenfolge 1 ist ferner ein Spiegel 2 aufgebracht. Der Spiegel 2 dient im bestimmungsgemäßen Betrieb des Halbleiterchips 100 dazu, die über die Rückseite 14 austretende Primärstrahlung zurück in die Halbleiterschichtenfolge 1 zu reflektieren. Der Spiegel 2 umfasst vorliegend eine metallische Schicht 20 und eine dielektrische Schicht 21 zwischen der Halbleiterschichtenfolge 1 und der metallischen Schicht 20. Die metallische Schicht 20 ist beispielsweise aus Silber gebildet. Die dielektrische Schicht ist beispielsweise aus SiO₂ gebildet. Vorliegend bildet die metallische Schicht 20 einen Teil der zweiten Kontaktstruktur 32, dient also zur elektrischen Kontaktierung der zweiten Halbleiterschicht 12.
Zwischen dem Spiegel 2 und der Rückseite 14 ist außerdem eine Planarisierungsschicht 4, beispielsweise aus SiN oder SiO₂, angeordnet. Die Planarisierungsschicht 4 ist auf der der Halbleiterschichtenfolge 1 abgewandten Seite im Rahmen der Herstellungstoleranz eben und/oder glatt. Außerhalb der Kontaktbereiche 321 ist die Planarisierungsschicht 4 in direktem Kontakt zur strukturierten Rückseite 14.
Ferner umfasst der optoelektronische Halbleiterchip 100 der 1 einen Träger 5 auf der Strahlungsseite 10. Der Träger 5 dient zur mechanischen Stabilisierung der Halbleiterschichtenfolge 1. Der Träger 5 ist zum Beispiel die einzig selbsttragende Komponente des Halbleiterchips 100. Der Träger 5 ist vorliegend mittels einer transparenten Verbindungsschicht 17 auf der Strahlungsseite 10 aufgebracht. Bei dem Träger 5 handelt es sich beispielsweise um einen Glasträger oder einen Kunststoffträger oder einen transparent Halbleiterträger aus zum Beispiel GaP oder SiC oder einen Träger aus einer transparenten Keramik.
In der 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel eines optoelektronischen Halbleiterchips 100 gezeigt. Statt auf der Strahlungsseite 10 ist der den Halbleiterchip 100 stabilisierende Träger 5 nun auf der Rückseite 14 der Halbleiterschichtenfolge 1 ausgebildet. Bei dem Träger 5 auf der Rückseite 14 handelt es sich beispielsweise um einen Siliziumträger oder Metallträger. Ein Aufwachssubstrat der Halbleiterschichtenfolge 1 ist abgelöst. Bei dem Halbleiterchip der 2 handelt es sich um einen so genannten Dünnfilmchip.
Der Halbleiterchip 100 der 2 umfasst wiederum ein erstes Kontaktelement 310, welches auf der der Halbleiterschichtenfolge 1 abgewandten Seite des Trägers 5 aufgebracht ist. Der Träger 5 ist elektrisch leitend. Im Betrieb gelangen dann die ersten Ladungsträger 310 von dem ersten Kontaktelement 310 durch den Träger 5 bis zur ersten Kontaktstruktur 31, die mit dem Träger 5 elektrisch leitend verbunden ist. Das zweite Kontaktelement 320 ist in der 2 auf einer der Halbleiterschichtenfolge 1 zugewandte Seite des Trägers 5 angeordnet und an einer dem Träger 5 abgewandten Seite frei zugänglich.
Ansonsten entspricht der Aufbau des Halbleiterchips 100 der 2 im Wesentlichen dem Aufbau des Halbleiterchips 100 der 1.
In der 3A ist eine erste Position in einem Ausführungsbeispiel des Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips, beispielsweise eines optoelektronischen Halbleiterchips gemäß einer der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele, gezeigt. Eine Halbleiterschichtenfolge 1 ist auf einem Substrat 16 bereitgestellt. Vorliegend ist die Halbleiterschichtenfolge 1 über eine Verbindungsschicht 17 auf dem Substrat 16 aufgebracht.
Vor dem Aufbringen der Halbleiterschichtenfolge 1 auf dem Substrat 16 wurde ein metallisches Kontaktpad 311 und eine Stromaufweitungsschicht 15 auf die Halbleiterschichtenfolge 1 aufgebracht. Beim Aufbringen auf dem Substrat 16 war bevorzugt noch das Aufwachssubstrat der Halbleiterschichtenfolge 1 vorhanden.
Die Halbleiterschichtenfolge 1 umfasst ausgehend vom Substrat 16 eine erste Halbleiterschicht 11 eines ersten Leitfähigkeitstyps, eine aktive Schicht 13 zur Erzeugung oder Absorption elektromagnetischer Primärstrahlung und eine zweite Halbleiterschicht 12 eines zweiten Leitfähigkeitstyps. Ferner ist eine dem Substrat 16 abgewandte Rückseite 14 der Halbleiterschichtenfolge 1 mit Streustrukturen 410 strukturiert. Die Strukturierung wurde beispielsweise nach dem Ablösen des Aufwachssubstrats mittels eines Ätzprozesses erreicht. In Kontaktbereichen 321 ist die Rückseite frei von der Strukturierung.
Alternativ zu dem in der 3A gezeigtem Fall wäre es auch möglich, dass das Substrat 16 ein Aufwachsubstrat ist, auf dem die Halbleiterschichtenfolge 1 gewachsen ist. Dann wäre keine Verbindungsschicht 17 nötig. Auch wäre dann kein Kontaktpad 311 vorhanden.
In der 3B ist eine zweite Position des Verfahrens gezeigt, in dem auf die Rückseite 14 eine Planarisierungsschicht 4 aufgebracht ist. Die Planarisierungsschicht ist dabei so dick auf die Rückseite 14 aufgebracht, dass alle Streustrukturen 410 vollständig von der Planarisierungsschicht 14 überdeckt sind.
In der 3C ist eine dritte Position des Verfahrens gezeigt, in dem die Planarisierungsschicht 4 durch einen Polierschritt gedünnt ist. Dadurch ist die der Halbleiterschichtenfolge 1 abgewandte Seite der Planarisierungsschicht 4 geglättet und/oder geebnet.
In der 3D ist eine vierte Position des Verfahrens gezeigt, bei dem auf die der Halbleiterschichtenfolge 1 abgewandte Seite der Planarisierungsschicht 4 eine dielektrische Schicht 21 aufgebracht ist.
In der 3E ist eine fünfte Position des Verfahrens gezeigt, bei der auf die dielektrische Schicht 21 zusätzlich eine metallische Schicht 20 aufgebracht ist. Die dielektrische Schicht 21 und die metallische Schicht 20 bilden zusammen einen Spiegel. Ferner dient vorliegend die metallische Schicht 20 als zweite Kontaktstruktur 32, über die die zweite Halbleiterschicht 12 elektrisch kontaktiert ist.
Auf die der Halbleiterschichtenfolge 1 abgewandte Seite der metallischen Schicht 20 ist eine isolierende Schicht 33 und darauf eine erste Kontaktstruktur 31 aufgebracht. Die erste Kontaktstruktur 31 erstreckt sich dabei durch eine Ausnehmung in der Halbleiterschichtenfolge 1 und reicht bis zum Kontaktpad 311. Die erste Kontaktstruktur 31 bildet also vorliegend eine Durchkontaktierung durch die Halbleiterschichtenfolge 1. Die Ausnehmung für diese Durchkontaktierung ist nach der in der 3D gezeigten Position beispielsweise in die Halbleiterschichtenfolge 1 geätzt.
Nach der Position der 3E kann ein Träger 5 auf die Rückseite 14 aufgebracht werden, um einen Halbleiterchip gemäß der 2 herzustellen. Zum Beispiel wird dann das Substrat 16 anschließend entfernt.
Alternativ kann das Substrat 16 aber auch als Träger für die Halbleiterschichtenfolge 1 am fertigen Halbleiterchip dienen. In diesem Fall wird bevorzugt kein zusätzlicher Träger auf die Rückseite 14 aufgebracht. Dadurch wird beispielsweise ein Halbleiterchip wie in der 1 gezeigt hergestellt.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese 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 diese Merkmale oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Bezugszeichenliste

1: Halbleiterschichtenfolge
2: Spiegel
4: Planarisierungsschicht
5: Träger
10: Strahlungsseite
11: erste Halbleiterschicht
12: zweite Halbleiterschicht
13: aktive Schicht
14: Rückseite
15: Stromaufweitungsschicht
16: Substrat
17: Verbindungsschicht
20: metallische Schicht
21: dielektrische Schicht
31: erste Kontaktstruktur
32: zweite Kontaktstruktur
33: isolierende Schicht
100: optoelektronischer Halbleiterchip
310: erstes Kontaktelement
311: Kontaktpad
320: zweites Kontaktelement
321: Kontaktbereich
410: Streustruktur

Claims

Optoelektronischer Halbleiterchip (100) umfassend - eine Halbleiterschichtenfolge (1) mit einer Strahlungsseite (10), einer ersten Halbleiterschicht (11) eines ersten Leitfähigkeitstyps, einer aktiven Schicht (13), einer zweiten Halbleiterschicht (12) eines zweiten Leitfähigkeitstyps und einer Rückseite (14), die in dieser Reihenfolge übereinander angeordnet sind, wobei die aktive Schicht (13) im bestimmungsgemäßen Betrieb elektromagnetische Primärstrahlung erzeugt oder absorbiert, - eine erste Kontaktstruktur (31) und eine zweite Kontaktstruktur (32) zur elektrischen Kontaktierung der Halbleiterschichtenfolge (1), wobei - die zweite Kontaktstruktur (32) auf der Rückseite (14) angeordnet ist und in elektrischem Kontakt zur zweiten Halbleiterschicht (12) steht, - die erste Kontaktstruktur (31) in elektrischem Kontakt zur ersten Halbleiterschicht (11) steht, - die Strahlungsseite (10) zum Einkoppeln oder Auskoppeln der Primärstrahlung in oder aus der Halbleiterschichtenfolge (1) eingerichtet ist, - die Rückseite (14) strukturiert ist und Streustrukturen (410) umfasst, die zur Streuung und Umlenkung der Primärstrahlung eingerichtet sind.
Optoelektronischer Halbleiterchip (100) nach Anspruch 1, weiter umfassend einen Spiegel (2) auf der Rückseite (14), wobei der Spiegel (2) spiegelnd für die in der aktiven Schicht (13) erzeugte oder absorbierte Primärstrahlung ist.
Optoelektronischer Halbleiterchip (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Strahlungsseite (10) im Rahmen der Herstellungstoleranz glatt ist.
Optoelektronischer Halbleiterchip (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich die erste Kontaktstruktur (31) ausgehend von der Rückseite (14) durch die zweite Halbleiterschicht (12) und die aktive Schicht (13) in die erste Halbleiterschicht (11) erstreckt.
Optoelektronischer Halbleiterchip (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter umfassend eine Stromaufweitungsschicht (15) auf einer der zweiten Halbleiterschicht (12) abgewandten Seite der aktiven Schicht (13), wobei die Stromaufweitungsschicht (15) dazu eingerichtet ist, erste Ladungsträger lateral zu verteilen.
Optoelektronischer Halbleiterchip (100) nach Anspruch 2 oder einem der Ansprüche 3 bis 5 in ihrem Rückbezug auf Anspruch 2, wobei zwischen der Rückseite (14) und dem Spiegel (2) eine Planarisierungsschicht (4) angeordnet ist, die an einer dem Spiegel (2) zugewandten Seite im Rahmen der Herstellungstoleranz glatt ist.
Optoelektronischer Halbleiterchip (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter umfassend einen Träger (5) auf der Strahlungsseite (10), wobei der Träger (5) die Halbleiterschichtenfolge (1) trägt und mechanisch stabilisiert.
Optoelektronischer Halbleiterchip (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter umfassend einen Träger (5) auf der Rückseite (14), wobei - der Träger (5) die Halbleiterschichtenfolge (1) trägt und mechanisch stabilisiert, - die zweite Kontaktstruktur (32) zumindest abschnittsweise zwischen dem Träger (5) und der Halbleiterschichtenfolge (1) angeordnet ist.
Optoelektronischer Halbleiterchip (100) nach Anspruch 8 in Rückbezug auf Anspruch 2, wobei der Spiegel (2) zwischen der Halbleiterschichtenfolge (1) und dem Träger (5) angeordnet ist.
Optoelektronischer Halbleiterchip (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Halbleiterchip (100) ein Flip-Chip oder ein Dünnfilmchip ist.
Optoelektronischer Halbleiterchip (100) nach Anspruch 2 oder nach einem der Ansprüche 3 bis 10 in ihrem Rückbezug auf Anspruch 2, wobei der Spiegel (2) eine metallische Schicht (20) und eine oder mehrere zwischen der metallischen Schicht (20) und der Rückseite (14) angeordnete dielektrische Schichten (21) umfasst.
Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips (100) umfassend die Schritte: A) Bereitstellen einer Halbleiterschichtenfolge (1) auf einem Substrat (16), wobei die Halbleiterschichtenfolge (1) ausgehend vom Substrat (16) eine erste Halbleiterschicht (11) eines ersten Leitfähigkeitstyps, eine aktive Schicht (13) und eine zweite Halbleiterschicht (12) eines zweiten Leitfähigkeitstyps in dieser Reihenfolge umfasst, wobei die aktive Schicht (13) im bestimmungsgemäßen Betrieb elektromagnetische Primärstrahlung erzeugt oder absorbiert; B) Strukturierung einer dem Substrat (16) abgewandten Rückseite (14) der Halbleiterschichtenfolge (1), wobei Streustrukturen (410) entstehen, die zur Streuung und Umlenkung der Primärstrahlung eingerichtet sind; C) Ausbilden einer ersten Kontaktstruktur (31) und einer zweiten Kontaktstruktur (32), wobei - die zweite Kontaktstruktur (32) auf der Rückseite (14) angeordnet wird und in elektrischen Kontakt zur zweiten Halbleiterschicht (12) gebracht wird, - die erste Kontaktstruktur (31) in elektrischen Kontakt zur ersten Halbleiterschicht (10) gebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei nach dem Schritt B) ein Spiegel (2) auf der Rückseite (14) ausgebildet wird, der spiegelnd für die in der aktiven Schicht (10) erzeugte oder absorbierte Primärstrahlung ist.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei zum Aufbringen des Spiegels (2) zunächst eine oder mehrere dielektrische Schichten (21) und dann eine metallische Schicht (20) aufgebracht werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei die erste Kontaktstruktur (31) so ausgebildet wird, dass sie sich ausgehend von der Rückseite (14) durch die zweite Halbleiterschicht (12) und die aktive Schicht (13) in die erste Halbleiterschicht (11) erstreckt.
Verfahren nach Anspruch 13 oder einem der Ansprüche 14 und 15 im Rückbezug auf Anspruch 13, wobei - nach dem Schritt B) und vor dem Aufbringen des Spiegels (2) eine Planarisierungsschicht (4) auf der strukturierten Rückseite (14) angeordnet wird, - die Planarisierungsschicht (4) zunächst so dick aufgebracht wird, dass sie dicker ist als die maximale Höhe der Streustrukturen (410) der Rückseite (14), - die Planarisierungsschicht (4) anschließend poliert wird, bis die der Halbleiterschichtenfolge (1) abgewandte Seite der Planarisierungsschicht (4) im Rahmen der Herstellungstoleranz glatt ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei nach dem Schritt C) ein Träger (5) auf der Rückseite (14) ausgebildet wird und anschließend das Substrat (16) von der Halbleiterschichtenfolge (1) abgelöst wird.