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Die Anmeldung betrifft einen optoelektronischen Halbleiterchip, insbesondere einen Leuchtdiodenchip.
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Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung
10 2020 100 815.5 , deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
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Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, einen optoelektronischen Halbleiterchip anzugeben, der sich insbesondere durch eine verbesserte Langzeitstabilität auszeichnet.
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Diese Aufgabe wird durch einen optoelektronischen Halbleiterchip gemäß dem unabhängigen Patentanspruch gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der optoelektronische Halbleiterchip eine Halbleiterschichtenfolge, die einen p-Typ Halbleiterbereich, einen n-Typ Halbleiterbereich und eine zwischen dem p-Typ Halbleiterbereich und dem n-Typ Halbleiterbereich angeordnete aktive Schicht aufweist. Die aktive Schicht kann insbesondere eine strahlungsemittierende aktive Schicht sein. Der optoelektronische Halbleiterchip ist insbesondere ein Leuchtdiodenchip.
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Die aktive Schicht kann zum Beispiel als pn-Übergang, als Doppelheterostruktur, als Einfach-Quantentopfstruktur oder Mehrfach-Quantentopfstruktur ausgebildet sein. Die Bezeichnung Quantentopfstruktur umfasst dabei jegliche Struktur, bei der Ladungsträger durch Einschluss (Confinement) eine Quantisierung ihrer Energiezustände erfahren. Insbesondere beinhaltet die Bezeichnung Quantentopfstruktur keine Angabe über die Dimensionalität der Quantisierung. Sie umfasst somit unter anderem Quantentröge, Quantendrähte und Quantenpunkte und jede Kombination dieser Strukturen.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der optoelektronische Halbleiterchip eine dielektrische Passivierungsschicht, welche zumindest teilweise auf eine Seitenflanke der Halbleiterschichtenfolge aufgebracht ist und an der Seitenflanke der Halbleiterschichtenfolge an die aktive Schicht angrenzt. Die dielektrische Passivierungsschicht schützt den optoelektronischen Halbleiterchip insbesondere vor einem Kurzschluss im Bereich der aktiven Schicht. Außerdem schützt die dielektrische Passivierungsschicht die Seitenflanke des optoelektronischen Halbleiterchips vor dem unbeabsichtigten Anhaften von Stoffen, beispielsweise Verunreinigungen.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der optoelektronische Halbleiterchip eine Stabilisierungsschicht, die an die dielektrische Passivierungsschicht angrenzt. Die Stabilisierungsschicht weist ein Metall oder ein transparentes leitfähiges Oxid auf oder besteht daraus. Die Stabilisierungsschicht ist insbesondere eine elektrisch leitfähige Schicht. Die Stabilisierungsschicht dient zum Schutz der dielektrischen Passivierungsschicht. Durch die Stabilisierungsschicht wird die dielektrische Passivierungsschicht insbesondere bei weiteren Prozessen zur Herstellung des Halbleiterchips gegen Korrosion, zum Beispiel durch Säuren oder Basen, und vor chemischen Verunreinigungen geschützt. Weiterhin wird die dielektrische Passivierungsschicht durch die Stabilisierungsschicht im Betrieb des optoelektronischen Halbleiterchips zum Beispiel vor Feuchtigkeit und Gasen geschützt.
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Die Stabilisierungsschicht grenzt im Bereich des n-Typ Halbleiterbereichs an die Seitenflanke der Halbleiterschichtenfolge an. Die elektrisch leitfähige Stabilisierungsschicht kann auf diese Weise einen elektrischen Kontakt des optoelektronischen Halbleiterchips, insbesondere den n-Kontakt, ausbilden. Im Betrieb des optoelektronischen Halbleiterchips kann die Stromzufuhr zumindest teilweise durch die Stabilisierungsschicht erfolgen. Dies hat den Vorteil, dass eine geringere Fläche für weitere n-Kontakte (z.B. Vias) benötigt wird, wodurch die Effizienz des optoelektronischen Halbleiterchips verbessert werden kann. Außerdem kann durch die zumeist teilweise elektrische Kontaktierung des optoelektronischen Halbleiterchips durch die Stabilisierungsschicht die Homogenität der Bestromung des optoelektronischen Halbleiterchips verbessert werden.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Stabilisierungsschicht eines der Metalle Ti, Pt, Au, Rh, Cr, Ag oder Al oder eine transparentes leitfähiges Oxid wie ITO auf oder besteht aus einem dieser Materialien. Es ist möglich, dass die Stabilisierungsschicht mehrere Teilschichten aufweist. In diesem Fall können die Teilschichten eines der genannten Materialien aufweisen oder daraus bestehen. Beispielsweise kann die Stabilisierungsschicht galvanisch hergestellt werden. In diesem Fall kann die Stabilisierungsschicht eine Anwachsschicht (seed layer) und eine darauf galvanisch abgeschiedene Schicht aufweisen.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die dielektrische Passivierungsschicht Al2O3, SiO2, SixNy, SiOxNy, HfxOy oder NbxOy auf. Diese Materialien sind besonders gut zur elektrischen Isolierung und zum Schutz der Seitenflanke des optoelektronischen Halbleiterchips im Bereich der aktiven Schicht geeignet.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Stabilisierungsschicht elektrisch leitend mit dem n-Typ Halbleiterbereich verbunden. Die Stabilisierungsschicht bildet auf diese Weise insbesondere den n-Kontakt des optoelektronischen Halbleiterchips aus.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Seitenflanke der Halbleiterschichtenfolge einen ersten Abschnitt auf, der den p-Typ Halbleiterbereich und die aktive Schicht seitlich begrenzt. Der erste Abschnitt kann schräg oder senkrecht zu den Schichtebenen der Halbleiterschichtenfolge verlaufen. Die dielektrische Passivierungsschicht grenzt im ersten Abschnitt an die Seitenflanke an und schützt auf diese Weise insbesondere die aktive Schicht. Weiterhin weist die Seitenflanke der Halbleiterschichtenfolge einen zweiten Abschnitt auf, der an den n-Typ Halbleiterbereich angrenzt und schräg zum ersten Abschnitt, insbesondere parallel zur aktiven Schicht, verläuft. Die Seitenflanke der Halbleiterschichtenfolge weist außerdem einen dritten Abschnitt auf, der den n-Typ Halbleiterbereich seitlich begrenzt. Der dritte Abschnitt reicht vorzugsweise bis zu einer Oberfläche des Halbleiterchips. Die Seitenflanke der Halbleiterschichtenfolge verläuft im ersten und dritten Abschnitt senkrecht oder bevorzugt schräg zu den Schichtebenen der Halbleiterschichtenfolge, insbesondere schräg zur aktiven Schicht. Der zweite Abschnitt bildet eine Stufe in der Seitenflanke aus, wobei die Seitenflanke in diesem Bereich vorzugsweise parallel zu den Schichtebenen der Halbleiterschichtenfolge, insbesondere parallel zur aktiven Schicht, verläuft.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform grenzt die Stabilisierungsschicht an den zweiten Abschnitt der Seitenflanke des optoelektronischen Halbleiterchips an. Die Stabilisierungsschicht ist in diesem Fall im Bereich der Stufe der Seitenflanke des optoelektronischen Halbleiterchips angeordnet. Die Stabilisierungsschicht bildet auf diese Weise einen stabilisierenden Rahmen für die dielektrische Passivierungsschicht, die an den ersten Abschnitt angrenzt.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform grenzt eine weitere dielektrische Passivierungsschicht an den dritten Abschnitt der Seitenflanke. Bei dieser Ausgestaltung ist die Stabilisierungsschicht im zweiten Abschnitt der Seitenflanke des Halbleiterchips zwischen dem ersten Abschnitt mit der Passivierungsschicht und dem dritten Abschnitt mit der weiteren Passivierungsschicht angeordnet.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform grenzt die Stabilisierungsschicht an den zweiten Abschnitt und den dritten Abschnitt der Seitenflanke des Halbleiterchips an. Die Stabilisierungsschicht kann bei dieser Ausgestaltung im dritten Abschnitt bis zur Oberfläche der Halbleiterschichtenfolge geführt sein.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der optoelektronische Halbleiterchip eine Verkapselungsschicht auf. Die Verkapselungsschicht kann den optoelektronischen Halbleiterchip insbesondere in seitlicher Richtung umschließen, d.h. die Verkapselungsschicht folgt der Passivierungsschicht, der Stabilisierungsschicht und/oder der weiteren Passivierungsschicht von der Halbleiterschichtenfolge aus gesehen nach. Durch die Verkapselungsschicht wird der Halbleiterchip zusätzlich geschützt.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist zwischen dem dritten Abschnitt der Seitenflanke der Halbleiterschichtenfolge und der Verkapselungsschicht ein Spalt ausgebildet. Durch den Spalt kann aufgrund der Brechungsindexdifferenz zwischen dem Material des n-Typ Halbleiterbereichs und Luft eine hohe Reflektivität erzielt werden. Die Stabilisierungsschicht im zweiten Abschnitt verhindert bei dieser Ausführungsform, dass bei weiteren Prozessschritten zur Herstellung des optoelektronischen Halbleiterchips oder beim Betrieb des optoelektronischen Halbleiterchips Verunreinigungen oder ätzende Flüssigkeiten durch den Spalt zur Passivierungsschicht gelangen können.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Verkapselungsschicht zumindest bereichsweise das gleiche Material auf wie die Stabilisierungsschicht. Die Verkapselungsschicht kann in diesem Fall insbesondere ein Metall aufweisen oder daraus bestehen.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist eine Lumineszenzkonversionsschicht auf dem Halbleiterchip angeordnet. Die Lumineszenzkonversionsschicht kann dazu vorgesehen sein, eine von der aktiven Schicht emittierte Primärstrahlung zumindest teilweise in eine Sekundärstrahlung umzuwandeln, die eine größere Wellenlänge aufweist als die Primärstrahlung. Die Lumineszenzkonversionsschicht weist einen hierzu geeigneten Leuchtstoff auf, der in einem Matrixmaterial wie beispielsweise einem Silikon oder einer Keramik angeordnet sein kann. Auf diese Weise kann ein Mischlicht, insbesondere Weißlicht, erzeugt werden. Alternativ kann die Primärstrahlung vollständig oder fast vollständig in eine Sekundärstrahlung umgewandelt werden.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der optoelektronische Halbleiterchip eine erste elektrische Anschlussschicht auf, die mit dem p-Typ Halbleiterbereich elektrisch leitend verbunden ist. Die erste elektrische Anschlussschicht ist vorzugsweise an einer von der Strahlungsaustrittsfläche abgewandten Hauptfläche des optoelektronischen Halbleiterchips angeordnet und kann insbesondere als Spiegelschicht ausgebildet sein. Die erste Anschlussschicht kann beispielsweise Ag, Ti, Pt oder ITO oder eine Schichtenfolge aus mehreren dieser Materialien aufweisen.
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Weiterhin weist der optoelektronische Halbleiterchip eine zweite elektrische Anschlussschicht auf, die mit dem n-Typ Halbleiterbereich elektrisch leitend verbunden ist. Die zweite elektrische Anschlussschicht ist vorzugsweise zumindest teilweise durch die Stabilisierungsschicht gebildet. Die Stabilisierungsschicht hat in diesem Fall vorteilhaft eine Doppelfunktion als elektrische Anschlussschicht und als Schutzschicht für die dielektrische Passivierungsschicht.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die zweite elektrische Anschlussschicht durch mindestens ein Via in dem p-Typ Halbleiterbereich und der aktiven Schicht in den n-Typ Halbleiterbereich geführt. Die zweite elektrische Anschlussschicht weist mit anderen Worten ein oder mehrere Kontaktdurchführungen auf, die durch den p-Typ Halbleiterbereich und die aktive Schicht bis in den n-Typ Halbleiterbereich geführt sind. Auf diese Weise kann der n-Typ Halbleiterbereich von einer dem Träger des Halbleiterchips zugewandten Hauptfläche aus kontaktiert werden. Die Strahlungsaustrittsfläche des optoelektronischen Halbleiterchips ist in diesem Fall vorteilhaft frei von elektrischen Kontakten, wodurch die Absorption der von der aktiven Schicht emittierten Strahlung vermindert und auf diese Weise die Effizienz des optoelektronischen Halbleiterchips verbessert wird.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die erste elektrische Anschlussschicht und die zweite elektrische Anschlussschicht zumindest bereichsweise an einer von einer Strahlungsaustrittsfläche abgewandten Seite der Halbleiterschichtenfolge angeordnet. Die erste elektrische Anschlussschicht und die zweite elektrische Anschlussschicht können insbesondere zumindest teilweise zwischen einem Träger des optoelektronischen Halbleiterchips und der Halbleiterschichtenfolge angeordnet sein. Der Träger kann beispielsweise ein Halbleitersubstrat sein. Alternativ kann der Träger ein Kunststoffkörper sein, der beispielsweise durch Formpressen (Molding) hergestellt wird.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der n-Typ Halbleiterbereich einer Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterchips zugewandt. Der p-Typ Halbleiterbereich kann in diesem Fall einem Träger des Halbleiterchips zugewandt sein.
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Der optoelektronische Halbleiterchip wird im Folgenden anhand von Beispielen im Zusammenhang mit den 1 bis 9 näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1A eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch einen Ausschnitt eines optoelektronischen Halbleiterchips gemäß einem ersten Beispiel,
- 1B eine schematische Darstellung einer Draufsicht auf den optoelektronischen Halbleiterchip gemäß dem ersten Beispiel,
- 2A eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch einen Ausschnitt eines optoelektronischen Halbleiterchips gemäß einem zweiten Beispiel,
- 2B eine schematische Darstellung einer Draufsicht auf den optoelektronischen Halbleiterchip gemäß dem zweiten Beispiel,
- 3A eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch einen Ausschnitt eines optoelektronischen Halbleiterchips gemäß einem dritten Beispiel,
- 3B eine schematische Darstellung einer Draufsicht auf den optoelektronischen Halbleiterchip gemäß dem dritten Beispiel,
- 4A eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch einen Ausschnitt eines optoelektronischen Halbleiterchips gemäß einem vierten Beispiel,
- 4B eine schematische Darstellung einer Draufsicht auf den optoelektronischen Halbleiterchip gemäß dem vierten Beispiel,
- 5 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch einen Ausschnitt eines optoelektronischen Halbleiterchips gemäß einem fünften Beispiel,
- 6A eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch einen Ausschnitt eines optoelektronischen Halbleiterchips gemäß einem sechsten Beispiel,
- 6B eine schematische Darstellung einer Draufsicht auf den optoelektronischen Halbleiterchip gemäß dem sechstem Beispiel,
- 7A eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch einen Ausschnitt eines optoelektronischen Halbleiterchips gemäß einem siebten Beispiel,
- 7B eine schematische Darstellung einer Draufsicht auf den optoelektronischen Halbleiterchip gemäß dem siebten Beispiel,
- 8A eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch einen Ausschnitt eines optoelektronischen Halbleiterchips gemäß einem achten Beispiel,
- 8B eine schematische Darstellung einer Draufsicht auf den optoelektronischen Halbleiterchip gemäß dem achten Beispiel,
- 9A eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch einen Ausschnitt eines optoelektronischen Halbleiterchips gemäß einem neunten Beispiel, und
- 9B eine schematische Darstellung einer Draufsicht auf den optoelektronischen Halbleiterchip gemäß dem neunten Beispiel.
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Gleiche oder gleich wirkende Bestandteile sind in den Figuren jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die dargestellten Bestandteile sowie die Größenverhältnisse der Bestandteile untereinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen.
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In den 1A und 1B ist ein erstes Beispiel des optoelektronischen Halbleiterchips 1 im Querschnitt und einer Draufsicht dargestellt. Der optoelektronische Halbleiterchip 1 weist eine Halbleiterschichtenfolge 2 mit einem p-Typ Halbleiterbereich 3, einem n-Typ Halbleiterbereich 5 und einer zwischen dem p-Typ Halbleiterbereich 3 und dem n-Typ Halbleiterbereich 5 angeordneten aktiven Schicht 4 auf.
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Die aktive Schicht 4 kann insbesondere eine strahlungsemittierende aktive Schicht sein. Der optoelektronische Halbleiterchip 1 ist beispielweise ein Leuchtdiodenchip. Der p-Typ Halbleiterbereich 3, der n-Typ Halbleiterbereich 5 und die aktive Schicht 4 können jeweils eine oder mehrere Halbleiterschichten umfassen. Der p-Typ Halbleiterbereich 3 enthält eine oder mehrere p-dotierte Halbleiterschichten und der n-Typ Halbleiterbereich 5 eine oder mehrere n-dotierte Halbleiterschichten. Es ist auch möglich, dass der p-Typ Halbleiterbereich 3 und/oder der n-Typ Halbleiterbereich 5 eine oder mehrere undotierte Halbleiterschichten enthalten.
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Die Halbleiterschichtenfolge 2 basiert vorzugsweise auf einem III-V-Verbindungshalbleitermaterial, insbesondere auf einem Nitrid-, Phosphid- oder Arsenidverbindungshalbleitermaterial. Beispielsweise kann die Halbleiterschichtenfolge 2 InxAlyGa1-x-yN, InxAlyGa1-x-yP oder InxAlyGa1-x-yAs, jeweils mit 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 und x + y ≤ 1, enthalten. Dabei muss das III-V-Verbindungshalbleitermaterial nicht zwingend eine mathematisch exakte Zusammensetzung nach einer der obigen Formeln aufweisen. Vielmehr kann es einen oder mehrere Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen. Der Einfachheit halber beinhalten obige Formeln jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters, auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt sein können.
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Bei dem optoelektronischen Halbleiterchip 1 kann es sich um einen so genannten Dünnfilm-Halbleiterchip handeln, bei dem ein zum epitaktischen Aufwachsen der Halbleiterschichtenfolge 2 verwendetes Aufwachssubstrat von der Halbleiterschichtenfolge 2 abgelöst ist. Der ursprünglich dem Aufwachssubstrat zugewandte n-Typ Halbleiterbereich 5 ist bei dem optoelektronischen Halbleiterchip 1 einer Strahlungsaustrittsfläche 15 und der p-Typ Halbleiterbereich 3 einem Träger (nicht dargestellt) zugewandt. An den p-Typ Halbleiterbereich 3 grenzt vorzugsweise eine erste Anschlussschicht 11 an, die als Spiegelschicht ausgebildet sein kann. Beispielsweise kann die erste Anschlussschicht 11 ein Metall wie beispielsweise Silber oder Aluminium aufweisen, um eine hohe Reflexion im sichtbaren Spektralbereich zu erzielen. Auf diese Weise kann in Richtung des Trägers emittierte Strahlung zur Strahlungsaustrittsfläche 15 hin reflektiert werden. Die Hauptemissionsrichtung 17 des optoelektronischen Halbleiterchips 1 ist in 1A durch einen Pfeil dargestellt.
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Die Halbleiterschichtenfolge 2 des optoelektronischen Halbleiterchips 1 weist eine Mesa-Struktur auf. Die Mesa-Struktur kann durch einen fotolithografischen Prozess hergestellt werden, bei dem die Halbleiterschichtenfolge 2 teilweise abgetragen wird, um sie zu einer gewünschten Form und Größe zu strukturieren. Beispielsweise können bei der Herstellung der Mesa-Struktur schräge Seitenflanken 6 und/oder eine oder mehrere Stufen an den Seitenflanken 6 erzeugt werden. Die Halbleiterschichtenfolge 2 weist insbesondere eine Seitenflanke 6 auf, die zumindest bereichsweise nicht senkrecht zu den Schichtebenen der Halbleiterschichtenfolge 2 verläuft. Die Seitenflanke 6 verläuft vorzugsweise zumindest bereichsweise derart schräg, dass sich ein Querschnitt des optoelektronischen Halbleiterchips 1 in Richtung zur Strahlungsaustrittsfläche 15 hin vergrößert.
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Die Seitenflanke 6 der Halbleiterschichtenfolge 2 weist zum Beispiel einen ersten Abschnitt 6A, einen zweiten Abschnitt 6B und einen dritten Abschnitt 6C auf. Der erste Abschnitt 6A der Seitenflanke 6 begrenzt den p-Typ Halbleiterbereich 3 und die aktive Schicht 4 in seitlicher Richtung. Der erste Abschnitt 6A der Seitenflanke 6 kann sich bis in den n-Typ Halbleiterbereich 5 hinein erstrecken und begrenzt teilweise auch den n-Typ Halbleiterbereich 5 in seitlicher Richtung. In dem ersten Abschnitt 6A verläuft die Seitenflanke 6 insbesondere schräg zu den Schichtebenen der Halbleiterschichtenfolge 2.
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An den ersten Abschnitt 6A schließt sich ein zweiter Abschnitt 6B an, der schräg zum ersten Abschnitt 6A verläuft. Der zweite Abschnitt 6B der Seitenflanke 6 verläuft im Wesentlichen parallel zu den Schichtebenen der Halbleiterschichtenfolge 2. „Im Wesentlichen parallel“ kann hier bedeuten, dass ein Winkel zwischen dem zweiten Abschnitt 6B und den Schichtebenen der Halbleiterschichtenfolge 2 nicht mehr als 10°, bevorzugt nicht mehr als 5° und besonders bevorzugt 0° beträgt. Besonders bevorzugt verläuft der zweite Abschnitt 6B parallel zu den Schichtebenen der Halbleiterschichtenfolge 2, d.h. der Winkel zwischen dem zweiten Abschnitt 6B und den Schichtebenen der Halbleiterschichtenfolge 2 beträgt 0°. Der zweite Abschnitt 6B bildet auf diese Weise eine Stufe in der Seitenflanke 6 der Halbleiterschichtenfolge 2 aus. Der zweite Abschnitt 6B grenzt an den n-Typ Halbleiterbereich 5 an.
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An den zweiten Abschnitt 6B grenzt ein dritter Abschnitt 6C an, der schräg zum zweiten Abschnitt 6B verläuft den n-Typ Halbleiterbereich 5 in seitlicher Richtung begrenzt. In dem dritten Abschnitt 6C kann die Seitenflanke 6 wie in dem ersten Abschnitt 6A insbesondere schräg zu den Schichtebenen der Halbleiterschichtenfolge 2 verlaufen. Beispielsweise kann der dritte Abschnitt 6C parallel zum ersten Abschnitt 6A verlaufen. Der dritte Abschnitt 6C kann bis zur Oberfläche der Halbleiterschichtenfolge 2 reichen, die die Strahlungsaustrittsfläche 15 des optoelektronischen Halbleiterchips 1 ist.
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Der optoelektronische Halbleiterchip 1 weist eine dielektrische Passivierungsschicht 7 auf, die zumindest teilweise auf die Seitenflanke 6 der Halbleiterschichtenfolge 2 aufgebracht ist und insbesondere die aktive Schicht 4 in dem ersten Abschnitt 6A der Seitenflanke 6 bedeckt. Die dielektrische Passivierungsschicht 7 schützt insbesondere die aktive Schicht 4 des optoelektronischen Halbleiterchips 1 vor einem elektrischen Kurzschluss. Bei dem dargestellten Beispiel bedeckt die dielektrische Passivierungsschicht 7 die Seitenflanke 6 auch im Bereich des p-Typ Halbleiterbereichs 3. Es ist auch möglich, dass die dielektrische Passivierungsschicht 7 einen Teil der von der Strahlungsaustrittsfläche 15 abgewandten Oberfläche der Halbleiterschichtenfolge 2 bedeckt. Die dielektrische Passivierungsschicht 7 weist vorzugsweise Al2O3, SiO2, SixNy, SiOxNy, HfxOy oder NbxOy auf oder besteht daraus.
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Der optoelektronische Halbleiterchip 1 weist eine Stabilisierungsschicht 8 auf, die in dem zweiten Abschnitt 6B an die Halbleiterschichtenfolge 2 angrenzt. Die Stabilisierungsschicht 8 weist ein Metall oder ein transparentes leitfähiges Oxid auf oder besteht daraus. Durch die Stabilisierungsschicht 8 wird die Passivierungsschicht 7 vorteilhaft bei Schritten zur Herstellung des optoelektronischen Halbleiterchips 1, die nach dem Aufbringen der Stabilisierungsschicht 8 erfolgen, sowie im Betrieb des optoelektronischen Halbleiterchips 1 vor Korrosion, zum Beispiel durch Flüssigkeiten oder Gase, geschützt. Die Stabilisierungsschicht 8 hat den Vorteil, dass Feuchtigkeit, Gase oder chemische Substanzen wie zum Beispiel Säuren oder Basen nicht entlang der Seitenflanke 6 bis zu der Passivierungsschicht 7 vordringen können. Die Stabilisierungsschicht 8 ist vorteilhaft resistent gegen ätzende Substanzen, die bei der Herstellung des optoelektronischen Halbleiterchips 1 eingesetzt werden können, wie zum Beispiel KOH, H3PO4, HF, NH3 oder HNO3. Die Stabilisierungsschicht 8 sorgt dafür, dass die Passivierungsschicht bei der Herstellung oder beim Betrieb des optoelektronischen Halbleiterchips 1 nicht angegriffen wird und trägt so zu einer Verbesserung der Langzeitstabilität des optoelektronischen Halbleiterchips 1 bei.
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Die Stabilisierungsschicht 8 grenzt im zweiten Abschnitt 6B der Seitenflanke an den n-Typ Halbleiterbereich 5 an. Die Haupterstreckungsrichtung der Stabilisierungsschicht 8 ist vorteilhaft parallel zu den Schichtebenen der Halbleiterschichtenfolge 2. Insbesondere erstreckt sich die Stabilisierungsschicht 8 auch parallel zur ersten Anschlussschicht 11, die den p-Typ Halbleiterbereich 3 elektrisch kontaktiert. Da die Stabilisierungsschicht 8 an den n-Typ Halbleiterbereich 5 angrenzt, kann sie eine zweite Anschlussschicht zur elektrischen Kontaktierung des n-Typ Halbleiterbereichs 5 des optoelektronischen Halbleiterchips 1 ausbilden.
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In der in 1B gezeigten Draufsicht auf den optoelektronischen Halbleiterchip 1 (in der die Halbleiterschichtenfolge nicht dargestellt ist) ist zu sehen, dass die Stabilisierungsschicht 8 einen umlaufenden Rahmen um die Passivierungsschicht 7 ausbildet. Die Passivierungsschicht 7 wird auf diese Weise von der Stabilisierungsschicht 8 an allen Seiten des optoelektronischen Halbleiterchips 1 geschützt. Die Seitenflanke 6 der Halbleiterschichtenfolge 2 wird von der Stabilisierungsschicht 8 vorteilhaft vollständig umrundet. Es ist vorteilhaft, wenn die Stabilisierungsschicht 8 im Bereich der Emissionswellenlänge der aktiven Schicht und/oder im weißen Licht und/oder von einem Leuchtstoff emittierten Wellenlänge reflektierend ist. Vorzugsweise beträgt die Reflektivität der Stabilisierungsschicht 8 im Bereich der Emissionswellenlänge der aktiven Schicht und/oder eine gemittelte Reflektivität im sichtbaren Spektralbereich mindestens 20 % und vorzugsweise mindestens 40 %. Dies kann beispielsweise mit einer Stabilisierungsschicht 8 erreicht werden, die ein Metall aufweist.
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Der optoelektronische Halbleiterchip 1 weist außerdem eine Verkapselungsschicht 9 auf. Die Verkapselungsschicht 9 grenzt insbesondere an die Außenseiten der Passivierungsschicht 7 und der Stabilisierungsschicht 8 an. Weiterhin grenzt die Verkapselungsschicht 9 an freiliegende Bereiche Halbleiterschichtenfolge 2 im dritten Abschnitt 6C der Seitenflanke 6 an. Die Verkapselungsschicht 9 kann außerdem zumindest bereichsweise an die erste Anschlussschicht 11 angrenzen. Durch die Verkapselungsschicht 9 wird der optoelektronische Halbleiterchip 1 zusätzlich geschützt. Wie in der Draufsicht in 1B zu sehen, kann die Verkapselungsschicht 8 den optoelektronischen Halbleiterchip 1 zu allen Seiten hin umschließen. Die Verkapselungsschicht 9 kann insbesondere Ni, Cu, Au oder ITO aufweisen. Die Verkapselungsschicht 9 ist beispielsweise eine galvanische Schicht. Es ist auch möglich, dass die Verkapselungsschicht einen Kunststoff aufweist, wobei die Verkapselungsschicht in diesem Fall beispielsweise durch Formpressen hergestellt werden kann.
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In den 2A und 2B ist ein zweites Beispiel des optoelektronischen Halbleiterchips 1 im Querschnitt und in einer Draufsicht dargestellt. Dieses Beispiel unterscheidet sich von dem ersten Beispiel dadurch, dass die Stabilisierungsschicht 8 nicht nur den zweiten Abschnitt 6B der Seitenflanke 6 der Halbleiterschichtenfolge 2 bedeckt, sondern auch den dritten Abschnitt 6C. Die Stabilisierungsschicht 8 bedeckt nicht nur die von dem zweiten Abschnitt 6B der Seitenflanke 6 gebildete Stufe, sondern auch den an den n-Typ Halbleiterbereich 5 angrenzenden dritten Abschnitt 6C, der sich bis zur Oberfläche der Halbleiterschichtenfolge 2 erstreckt.
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Wie in der Draufsicht in der 2B zu erkennen ist, wird die Halbleiterschichtenfolge 2 von der Stabilisierungsschicht 8 vollständig umrundet. Die Stabilisierungsschicht 8 bildet also einen umlaufenden Rahmen um die Halbleiterschichtenfolge 2 aus. Die dielektrische Passivierungsschicht 7 wird auf diese Weise besonders gut gegen Korrosion durch Feuchtigkeit, ätzende Substanzen oder Gasen geschützt.
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In den 3A und 3B ist ein drittes Beispiel des optoelektronischen Halbleiterchips 1 im Querschnitt und in einer Draufsicht dargestellt. Dieses Beispiel unterscheidet sich von dem ersten Beispiel dadurch, dass der dritte Abschnitt 6C der Seitenflanke 6 der Halbleiterschichtenfolge 2 von einer weiteren dielektrischen Passivierungsschicht 13 bedeckt ist. Die weitere dielektrische Passivierungsschicht 13 kann aus dem gleichen Material gebildet sein wie die dielektrische Passivierungsschicht 7, die an den ersten Abschnitt 6A der Halbleiterschichtenfolge 2 angrenzt. Alternativ ist es möglich, dass die weitere dielektrische Passivierungsschicht 13 ein anderes Material aufweist als die dielektrische Passivierungsschicht 7. Es ist möglich, dass sich die weitere dielektrische Passivierungsschicht 7 bis auf die parallel zur Strahlungsaustrittsfläche 15 verlaufende Oberfläche der Verkapselungsschicht 9 erstreckt.
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Wie in der Draufsicht in der 3B zu erkennen ist, wird die Halbleiterschichtenfolge 2 jeweils von der dielektrischen Passivierungsschicht 7, der Stabilisierungsschicht 8 und der weiteren dielektrischen Passivierungsschicht 13 vollständig umrundet. Insbesondere bilden die Stabilisierungsschicht 8 und die weitere dielektrische Passivierungsschicht 13 jeweils einen umlaufenden Rahmen um die Halbleiterschichtenfolge 2 aus. Die dielektrische Passivierungsschicht 7 wird auf diese Weise besonders gut gegen Korrosion durch Feuchtigkeit, ätzende Substanzen oder Gasen geschützt.
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In den 4A und 4B ist ein viertes Beispiel des optoelektronischen Halbleiterchips 1 im Querschnitt und in einer Draufsicht dargestellt. Dieses Beispiel unterscheidet sich von dem ersten Beispiel dadurch, dass im Bereich des dritten Abschnitts 6C ein Spalt 10 zwischen der Seitenflanke 6 der Halbleiterschichtenfolge 2 und der Verkapselungsschicht 9 ausgebildet ist. Der Spalt 10 kann beispielsweise dadurch erzeugt werden, dass die weitere Passivierungsschicht des dritten Beispiels durch ein geeignetes Ätzmittel herausgeätzt wird. Der Spalt 10 kann aufgrund der hohen Brechungsindexdifferenz zwischen dem Halbleitermaterial der Halbleiterschichtenfolge 2 und der Luft im Spalt 10 eine hohe Reflexion für die in Richtung der Seitenflanke 6 emittierte Strahlung bewirken. Die Lichtauskopplung kann so vorteilhaft erhöht werden.
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Wie in der Draufsicht in der 4B zu erkennen ist, wird die Halbleiterschichtenfolge von der Stabilisierungsschicht 8 vollständig umrundet. Insbesondere bildet die Stabilisierungsschicht 8 einen umlaufenden Rahmen um die Halbleiterschichtenfolge 2 aus. Die dielektrische Passivierungsschicht 7 wird auf diese Weise besonders gut gegen Korrosion durch Feuchtigkeit, ätzende Substanzen oder Gase geschützt, die in den Spalt 10 eindringen könnten.
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In 5 ist ein fünftes Beispiel des optoelektronischen Halbleiterchips 1 im Querschnitt dargestellt. Dieses Beispiel entspricht im Wesentlichen dem dritten Beispiel gemäß 3. Es unterscheidet sich von dem dritten Beispiel dadurch, dass auf der Strahlungsaustrittsfläche 15 des optoelektronischen Halbleiterchips 1 eine Lumineszenzkonversionsschicht 16 angeordnet ist. Die Lumineszenzkonversionsschicht 16 ist dazu vorgesehen, zumindest einen Teil der von der aktiven Schicht 4 emittierten Strahlung in Strahlung einer größeren Wellenlänge zu konvertieren. Hierzu enthält die Lumineszenzkonversionsschicht 16 einen Konverter, beispielsweise einen Leuchtstoff oder Quantenpunkte (Quantum Dots). Der Konverter kann in einem Matrixmaterial, beispielsweise in einem Silikon oder in einer Keramik, angeordnet sein. Es ist vorteilhaft, wenn sich die Lumineszenzkonversionsschicht 16 in seitlicher Richtung bis über die Stabilisierungsschicht 8 hinaus erstreckt. Die hier beispielhaft in Kombination mit den Merkmalen des dritten Beispiels gezeigte Lumineszenzkonversionsschicht 16 kann auch mit allen weiteren Beispielen des optoelektronischen Halbleiterchips kombiniert werden.
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In den 6A und 6B ist ein sechstes Beispiel des optoelektronischen Halbleiterchips 1 im Querschnitt und in einer Draufsicht dargestellt. Dieses Beispiel unterscheidet sich von dem zweiten Beispiel dadurch, dass die Stabilisierungsschicht 8 und die Verkapselungsschicht 9 aus dem gleichen Material gebildet sind. Auf diese Weise bildet die Stabilisierungsschicht 8 eine kombinierte Stabilisierungs- und Verkapselungsschicht 8, 9. Die Stabilisierungsschicht 8 grenzt im zweiten Abschnitt 6B und dritten Abschnitt 6C der Seitenflanke 6 an den n-Typ Halbleiterbereich 5 an. Auf diese Weise bildet die Stabilisierungsschicht 8 die zweite elektrische Anschlussschicht 12, insbesondere die n-Anschlussschicht, des optoelektronischen Halbleiterchips 1 aus. Die zweite elektrische Anschlussschicht 12 ist von der ersten elektrischen Anschlussschicht 11, die insbesondere die p-Anschlussschicht ist, durch eine elektrisch isolierende Schicht 14 isoliert.
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Wie in der Draufsicht in der 6B zu erkennen ist, wird die Halbleiterschichtenfolge 2 von der Stabilisierungs- und Verkapselungsschicht 8, 9 vollständig umrundet. Die Stabilisierungs- und Verkapselungsschicht 8, 9 bildet also einen umlaufenden Rahmen um die Halbleiterschichtenfolge 2 aus. Die dielektrische Passivierungsschicht 7 wird auf diese Weise besonders gut gegen Korrosion durch Feuchtigkeit, ätzende Substanzen oder Gasen geschützt.
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In den 7A und 7B ist ein siebtes Beispiel des optoelektronischen Halbleiterchips 1 im Querschnitt und in einer Draufsicht dargestellt. Der optoelektronische Halbleiterchip 1 weist eine erste elektrische Anschlussschicht 11 auf, die mit dem p-Typ Halbleiterbereich 3 elektrisch leitend verbunden ist. Außerdem weist der optoelektronische Halbleiterchip eine zweite elektrische Anschlussschicht 12 auf, die mit dem n-Typ Halbleiterbereich 5 elektrisch leitend verbunden ist, wobei die zweite elektrische Anschlussschicht 12 zumindest teilweise durch die Stabilisierungsschicht 8 gebildet ist.
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Wie bei dem sechsten Beispiel kann die Stabilisierungsschicht 8 eine Doppelfunktion als Stabilisierungs- und Verkapselungsschicht 8, 9 aufweisen. Dieses Beispiel unterscheidet sich von dem sechsten Beispiel dadurch, dass die zweite elektrische Anschlussschicht 12 durch mehrere Vias 18 in dem p-Typ Halbleiterbereich 3 und der aktiven Schicht 4 in den n-Typ Halbleiterbereich 5 geführt ist. Die zweite elektrische Anschlussschicht 12 ist durch eine elektrische isolierende Schicht 14 von der ersten elektrischen Anschlussschicht 11 und im Bereich der Vias 18 von dem p-Typ Halbleiterbereich 3 und der aktiven Schicht 4 isoliert. Die erste elektrische Anschlussschicht 11 und die zweite elektrische Anschlussschicht 12 sind vorteilhaft an einer von einer Strahlungsaustrittsfläche 15 abgewandten Seite der Halbleiterschichtenfolge angeordnet, beispielsweise zwischen einem Träger (nicht dargestellt) und der Halbleiterschichtenfolge 2.
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Wie in der Draufsicht in der 7B zu erkennen ist, wird die Halbleiterschichtenfolge 2 von der Stabilisierungs- und Verkapselungsschicht 8, 9 vollständig umrundet. Die Stabilisierungs- und Verkapselungsschicht 8, 9 bildet also einen umlaufenden Rahmen um die Halbleiterschichtenfolge 2 aus. Die dielektrische Passivierungsschicht 7 wird auf diese Weise besonders gut gegen Korrosion durch Feuchtigkeit, ätzende Substanzen oder Gasen geschützt.
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In den 8A und 8B ist ein achtes Beispiel des optoelektronischen Halbleiterchips 1 im Querschnitt und in einer Draufsicht dargestellt. Dieses Beispiel entspricht im Wesentlichen dem zweiten Beispiel in den 2A und 2B. Anders als bei dem zweiten Beispiel ist die Stabilisierungsschicht 8 an der Oberfläche des optoelektronischen Halbleiterchips 1 über die Verkapselungsschicht 9 bis zur Außenkante des optoelektronischen Halbleiterchips 1 geführt. Auf diese Weise kann beispielsweise erreicht werden, dass die Oberfläche des optoelektronischen Halbleiterchips 1 in den Bereichen seitlich der Strahlungsaustrittsfläche 15 besonderes gut gegen Korrosion durch Feuchtigkeit, ätzende Substanzen oder Gasen geschützt ist.
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In den 9A und 9B ist ein neuntes Beispiel des optoelektronischen Halbleiterchips 1 im Querschnitt und in einer Draufsicht dargestellt. Dieses Beispiel entspricht im Wesentlichen dem dritten Beispiel. Anders als bei dem dritten Beispiel ist die weitere dielektrische Passivierungsschicht 13 an der Oberfläche des optoelektronischen Halbleiterchips 1 über die Verkapselungsschicht 9 bis zur Außenkante des optoelektronischen Halbleiterchips 1 geführt. Auf diese Weise kann beispielsweise erreicht werden, dass die Oberfläche des optoelektronischen Halbleiterchips 1 in den Bereichen seitlich der Strahlungsaustrittsfläche 15 besonderes gut gegen Korrosion durch Feuchtigkeit, ätzende Substanzen oder Gasen geschützt ist.
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Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Halbleiterchip
- 2
- Halbleiterschichtenfolge
- 3
- p-Typ Halbleiterbereich
- 4
- aktive Schicht
- 5
- n-Typ Halbleiterbereich
- 6
- Seitenflanke
- 6A
- erster Abschnitt der Seitenflanke
- 6B
- zweiter Abschnitt der Seitenflanke
- 6C
- dritter Abschnitt der Seitenflanke
- 7
- dielektrische Passivierungsschicht
- 8
- Stabilisierungsschicht
- 9
- Verkapselungsschicht
- 10
- Spalt
- 11
- erste Anschlussschicht
- 12
- zweite Anschlussschicht
- 13
- weitere dielektrische Passivierungsschicht
- 14
- elektrisch isolierende Schicht
- 15
- Strahlungsaustrittsfläche
- 16
- Lumineszenzkonversionsschicht
- 17
- Hauptemissionsrichtung
- 18
- Via
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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