WO2012022657A1 - Optoelektronischer halbleiterchip und verfahren zur herstellung von optoelektronischen halbleiterchips - Google Patents

Optoelektronischer halbleiterchip und verfahren zur herstellung von optoelektronischen halbleiterchips Download PDF

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semiconductor
semiconductor layer
layer
semiconductor chip
emission
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Jürgen Moosburger
Christoph Neureuther
Norwin Von Malm
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Osram Opto Semiconductors Gmbh
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Definitions

  • the present application relates to an optoelectronic semiconductor chip and a method for the production of
  • a photodiode can additionally be used in an arrangement of light-emitting diodes whose signal is supplied to a control for the operating parameters of the light-emitting diodes.
  • light-emitting diodes can not or only with great effort monitor the output signal of each individual light-emitting diode.
  • One object is to specify an optoelectronic semiconductor chip with which an increased reliability and consistency of the radiation can be achieved. Furthermore, a method is to be specified with which such an optoelectronic semiconductor chip can be manufactured reliably in a simple manner. These tasks are performed by an optoelectronic
  • an optoelectronic semiconductor chip has a carrier and one on the carrier
  • the semiconductor layer sequence on. In the semiconductor body with the semiconductor layer sequence, an emission area and a detection area are formed.
  • the semiconductor layer sequence comprises an active region arranged between a first semiconductor layer and a second semiconductor layer.
  • the active area is provided in the emission area for generating radiation.
  • the first semiconductor layer is on the side of the active region facing away from the carrier
  • the emission region has a recess extending through the active region.
  • the first semiconductor layer is electrically conductively connected to a first contact via a first connection layer, wherein the first connection layer in the recess extends from the first semiconductor layer in the direction of the carrier.
  • the second semiconductor layer is electrically conductively connected to a second contact.
  • additional contact is not provided for the injection of charge carriers into the emission area.
  • the additional contact is one in the operation of the semiconductor chip in the active Signal generated area of the detection area externally accessible.
  • the detection area fulfills the function of an integrated into the semiconductor chip
  • Photodiode for monitoring can be dispensed with.
  • Detection range from the emission range at most 50 ⁇ , more preferably at most 20 ⁇ .
  • the detection region and the emission region can emerge from the same semiconductor layer sequence. Depositing additional layers is not required for the formation of the detection area.
  • the active area of the emission area and the active area of the detection area may be the same
  • the contacts each provide an external
  • the contacts may each be formed as separate layers or as a surface of one of the terminal layers or of the
  • the emission region and the detection region are preferably in the lateral direction, that is, along one
  • Semiconductor body arranged side by side.
  • an intermediate space is formed between the emission area and the detection area, which is the semiconductor body,
  • the semiconductor body is materially connected to the carrier.
  • the carrier is in particular of a growth substrate for the
  • Semiconductor layer sequence of the semiconductor body different.
  • connection partners which are preferably prefabricated, held together by means of atomic and / or molecular forces.
  • a cohesive connection can, for example, by means of a bonding layer, such as an adhesive layer or a
  • Lot Mrs can be achieved.
  • a separation of the connection is accompanied by the destruction of the connection layer and / or at least one of the connection partners.
  • Terminal layer regions between the semiconductor body and the carrier.
  • the first connection layer can completely or at least substantially completely cover the carrier.
  • the first terminal layer may be in the manufacture
  • the second connection layer extends in regions between the emission region and the first connection layer.
  • Terminal layer are the first semiconductor layer
  • Radiation exit surface of the emission region may be formed free of external electrical contact.
  • either the first contact or the second contact is electrically conductive with the detection area
  • the detection area is thus externally accessible by means of two contacts. On another, from the emission area
  • Detection region may represent a ground contact in particular during operation of the semiconductor chip.
  • the second contact forms a common contact for the emission area and the detection area.
  • the second connection layer may be electrically conductively connected to the second semiconductor layer in the detection region.
  • the first contact forms a common contact for the emission area and the detection area.
  • the first contact in the detection area with either the first
  • Semiconductor layer or be electrically conductively connected to the second semiconductor layer.
  • Connection layer formed a connection window, wherein the first connection layer is connected through the connection window in the detection area with the second semiconductor layer.
  • the first connection layer is thus in the emission region with the first semiconductor layer and in the detection region with the second semiconductor layer
  • the second connection layer is expediently in this development of the second semiconductor layer
  • Detection area to be provided an insulating layer Detection area to be provided an insulating layer.
  • the additional contact is in
  • the additional contact covers the detection area in a plan view of the
  • the contacting by means of the additional contact takes place in plan view of the semiconductor chip within the detection area.
  • a further reduction in the area of the emission area which can be used for the generation of radiation is for the formation additional contact is not required.
  • the additional contact can reduce that signal component which is produced in the detection region by radiation which is emitted and / or reflected from outside the semiconductor chip and which would impinge perpendicularly or substantially perpendicularly on the active region of the detection region.
  • the first semiconductor layer in the first semiconductor layer in the first semiconductor layer
  • Detection region by means of the recess or the further recess with the first contact to be electrically conductively connected as a common contact.
  • Sub-layer is divided by means of a recess in at least two electrically isolated from each other subregions.
  • Detection area electrically conductively connected.
  • the additional contact and the detection area can be arranged next to one another. Further preferred are the detection area and the additional contact in plan view of the semiconductor chip on the second portion of the second connection layer
  • a semiconductor layer sequence which has an active region that is between a first semiconductor layer and a second semiconductor layer
  • a first connection layer is formed on the semiconductor layer sequence, wherein the first connection layer in the
  • Semiconductor layer sequence and a carrier is formed.
  • a plurality of emission regions and a plurality of detection regions are formed from the semiconductor layer sequence, wherein the emission regions each have at least one recess and the detection regions are each provided with an additional contact, which is electrically isolated from the emission regions.
  • the composite is singulated into a plurality of semiconductor chips, wherein each semiconductor chip has at least one emission region and at least one detection region.
  • a semiconductor chip with the growth substrate removed is also referred to as a thin-film semiconductor chip.
  • a thin-film semiconductor chip such as a thin-film LED chip, is characterized in particular by the following
  • a reflective layer is applied or formed which forms at least a portion of that produced in the epitaxial layer sequence
  • the epitaxial layer sequence reflects electromagnetic radiation back into them; the epitaxial layer sequence has a thickness in the range of 20 ⁇ or less, in particular in the range of 10 ⁇ on;
  • the epitaxial layer sequence contains at least one
  • Semiconductor layer having at least one surface which has a blending structure which, in the ideal case, results in an approximately ergodic distribution of the light in the epitaxial epitaxial layer sequence, i. it has as ergodically stochastic scattering behavior as possible.
  • a thin-film LED chip is a Lambertian surface emitter to a good approximation and is therefore suitable particularly well for the application in a headlight.
  • the method described is particularly suitable for producing a semiconductor chip described above.
  • the semiconductor chip mentioned features can therefore be used for the process and
  • FIGS. 1A and 1B show a first exemplary embodiment of an optoelectronic semiconductor chip in a schematic plan view (FIG. 1B) and associated sectional view (FIG. 1A);
  • Figures 2A and 2B a second embodiment of an optoelectronic semiconductor chip in a schematic plan view ( Figure 2B) and associated sectional view ( Figure 2A);
  • Figure 3 shows a third embodiment of a
  • FIGS. 6A to 6E show an exemplary embodiment of FIG.
  • a first exemplary embodiment of an optoelectronic semiconductor chip is shown in a schematic plan view in FIG. 1B and in an associated schematic sectional view along the line AA 'in FIG. 1A.
  • the semiconductor chip 1 has a semiconductor body 2 with a semiconductor layer sequence.
  • the semiconductor body is fastened to a first main surface 51 of a carrier 5 by means of a connection layer 6, for example an adhesive layer or a solder layer.
  • the semiconductor body 2 has a
  • Emission area 23 and a detection area 24 are next to each other without overlapping in a plan view of the semiconductor chip
  • the emission area and the detection area result from the same semiconductor layer sequence and have the same material composition.
  • the semiconductor layer sequence which forms the semiconductor body 2 is preferably epitaxially deposited, for example by means of MBE or MOVPE.
  • the semiconductor layer sequence comprises an active region 20 which is located between a first
  • the semiconductor layer 21 and a second semiconductor layer 22 is arranged.
  • the first semiconductor layer is arranged on the side of the active region facing away from the carrier 5.
  • the active area is in the emission area for the generation of radiation and in the detection area for the detection of
  • Emission radiation generated preferably occurs predominantly through the radiation exit surface of the
  • the radiation exit surface 10 may be provided with a roughening in the emission region (not explicitly shown).
  • the detection area may be recessed from the roughening so that it provides a smooth surface for electrical contacting.
  • the first semiconductor layer 21 is different in conduction type from the second semiconductor layer 22.
  • the second semiconductor layer may be p-conducting and the first semiconductor layer may be n-conducting or vice versa.
  • the active area 20 is thus in one
  • Diode structure arranged.
  • the emission region 23 and the detection region 24 are separated from one another by a gap 26.
  • Interspace 26 extends in the vertical direction, ie in a direction perpendicular to a main extension plane of the semiconductor layers of the semiconductor body 2, completely through the semiconductor body 2. That's one
  • a first connection layer 31 is formed between the semiconductor body 2 and the carrier 5, a first connection layer 31 is formed.
  • the semiconductor body 2 has a plurality of recesses 25, which extend through the second semiconductor layer 22 and through the active region 20 into the first semiconductor layer 21.
  • the first connection layer 31 extends through the recesses and establishes an electrically conductive connection to the first semiconductor layer 21 from the side of the semiconductor body 2 facing the support.
  • a first contact 41 is formed, via the carrier 5 and the
  • Connecting layer 6 is electrically connected to a first contact.
  • a second connection layer 32 is formed in particular between the semiconductor body and the first connection layer 31, a second connection layer 32 is formed.
  • the second connection layer 32 is electrically conductively connected to a second contact 42.
  • the second contact is electrically conductively connected via the second connection layer 32 to the second semiconductor layer 22 in the emission region 23 and in the detection region 24 and forms so a common contact for the emission area and the detection area.
  • charge carriers are injected from different sides into the active region 20 of the emission region 23 and recombine there with the emission of radiation.
  • Terminal layer 32 is an insulation layer 71
  • the first semiconductor layer 21 is electrically connected to an additional contact 43.
  • Detection area generated signal can be tapped.
  • the detection area 24 is therefore operable independently of the emission area.
  • the signal is predominantly generated by radiation passing through a side surface 241 of the
  • Detection area impinges, in particular by radiation which is generated in the active region 23 of the emission region and by a side surface 231 of the emission region
  • Radiation that is not generated by the semiconductor chip 1 is thus reduced, in particular in comparison to an arrangement with a detector arranged separately from the semiconductor chip.
  • the signal generated in the detection area 24 is therefore particularly suitable for monitoring or regulating the Emission range 23.
  • a semiconductor chip in a semiconductor device with one or more such semiconductor chips 1 so no additional external photodiode is required.
  • the distance is preferably 50 ⁇ or less, more preferably 20 ⁇ or less.
  • the influence of extraneous radiation is so on
  • Gap 26 are completely filled with the encapsulating material. The radiation path between the
  • Emission region 23 and the detection region 24 extends within the encapsulation.
  • Contamination is reduced compared to an arrangement with a separate, spaced from the semiconductor chip, photodiode.
  • an arrangement with a plurality of semiconductor chips 1 has a number of detection areas proportionally increasing with the number of emission areas 23, so that a reliable monitoring or regulation of the individual
  • Emission ranges can be achieved in a simplified manner.
  • the plurality of recesses 25 is used in the lateral
  • the recesses 25 may be arranged, for example, a matrix or in the form of a honeycomb pattern. Especially at sufficiently high transverse conductivity of the first
  • Semiconductor layer 21 is also an embodiment of
  • the area of the detection area 24 is preferably small compared to the area of the emission area 23.
  • the area of the detection area is preferably at most 20%, particularly preferably at most 10% of the area of the semiconductor chip 1. The smaller the area ratio of the detection area, the lower are the losses due to the integration of one detection area than for the emission area 24
  • the electrical voltages between the first contact 41 and the second contact 42 or between the additional contact 43 and the second contact 42 can be independent of one another
  • the semiconductor body 2, in particular the active region 20, preferably contains an I I I-V semiconductor material.
  • II-IV semiconductor materials are for generating radiation in the ultraviolet - visible above the (In x Ga y Al x y N)
  • Terminal layer 32 preferably includes one each
  • first connection layer 31 and / or the second connection layer 32 may comprise a TCO (transparent
  • conductive oxide material, for example indium tin oxide (ITO) or zinc oxide, or from such
  • the second connection layer 32 furthermore preferably has a high reflectivity for the radiation generated in the active region 20 of the emission region 23.
  • a high reflectivity for the radiation generated in the active region 20 of the emission region 23 In the ultraviolet and blue spectral range, for example, silver, aluminum or rhodium is suitable for high reflectivity, for example gold in the red and infrared spectral range.
  • the radiation generated in the active region and radiated in the direction of the carrier 5 can be deflected in the direction of the radiation exit surface 10 and escape through this from the semiconductor chip 1.
  • the first contact 41 and the second contact 42 may be identical.
  • Alloy containing or consisting of one of these materials are materials with which an external electrical contact, for example by means of a bonding wire or by means of a solder joint can be produced in a simple manner.
  • gold is particularly suitable as a material for the contacts.
  • Example for example, a preferably doped semiconductor material, such as germanium, gallium arsenide or
  • the first insulating layer 71 may be, for example, an oxide, such as silicon oxide or titanium oxide, a nitride, for example
  • Silicon nitride or an oxynitride, such as silicon oxynitride contain or consist of such a material.
  • the semiconductor chip 1 can additionally have a protective diode region
  • Semiconductor body of a semiconductor chip is in the
  • first contact 41 and the second contact 42 are on the same side of the carrier 5
  • the first contact 41 is arranged in a region in which the semiconductor body 2 and the second connection layer 32 are removed.
  • the first contact 41 directly adjoins the first connection layer 31. The injection of charge carriers does not pass through the carrier, so that for the carrier and for the
  • Connecting layer 6 can also find electrically insulating materials application.
  • the carrier may contain or consist of a ceramic such as aluminum nitride or boron nitride.
  • the first contact and the second contact may also be arranged on the second main surface 51 of the carrier 5.
  • the arrangement of the contacts 41, 42 and 43 can in wide
  • the contacts may be as in the third shown in FIG.
  • Embodiment corresponds, illustrated, be arranged side by side along a side surface of the semiconductor chip 1, that the emission region 23 has a rectangular basic shape in plan view.
  • the fourth embodiment shown in Figures 4A and 4B substantially corresponds to the first embodiment. In contrast to this is in the
  • the first contact 41 serves as a common contact for the
  • the second connection layer 32 is subdivided by means of a recess 27 into a first subregion 32a and a second subregion 32b isolated therefrom.
  • the first portion serves to make electrical contact with the second
  • the second subregion is provided for the electrical contacting of the second semiconductor layer 22 in the detection region 24.
  • the additional contact 43 is laterally spaced from the detection area. The detection area is thus free on the side facing away from the carrier 5 from an external contact.
  • the first semiconductor layer 21 may be used for the first semiconductor layer 21 .
  • FIGS. 5A and 5B A fifth exemplary embodiment of an optoelectronic semiconductor chip is shown in FIGS. 5A and 5B.
  • This embodiment substantially corresponds to the first embodiment.
  • the first contact 41 as a common contact for the
  • the first connection layer 31 is electrically conductively connected to the first semiconductor layer 21 in the emission region 23 and to the second semiconductor layer 22 in the detection region 24.
  • Semiconductor layer is formed by a detection window 320 formed in the second terminal layer 32. To avoid an electrical contact of the second
  • Terminal layer 32 with the second semiconductor layer in the detection area 24 is a second insulation layer 72 between the second terminal layer and the
  • the electrical insulation can also be achieved in that the detection region 24 is arranged completely in top view of the semiconductor chip 1 within the detection window 320. On the second insulation layer can be dispensed with.
  • FIGS. 6A to 6E An exemplary embodiment of a method for producing an optoelectronic semiconductor chip is illustrated in FIGS. 6A to 6E by means of intermediate steps, wherein an optoelectronic semiconductor chip is shown by way of example
  • a semiconductor layer sequence 2 which has an active region 20, which is arranged between a first semiconductor layer 21 and a second semiconductor layer 22, is formed a substrate, for example a growth substrate 28 for the semiconductor layer sequence.
  • a second connection layer 32 is formed, for example by means of vapor deposition or
  • Insulation layer becomes a first terminal layer 31
  • the first connection layer covers the
  • a composite 8 comprising the semiconductor layer sequence 2 and a carrier 5 is formed by means of a connection layer 6.
  • the carrier is used for the mechanical stabilization of the semiconductor layer sequence 2.
  • the growth substrate 28 is no longer necessary for this purpose and can be removed.
  • the removal can be effected, for example, mechanically, for example by means of grinding, lapping or polishing and / or chemically, for example by wet-chemical or dry-chemical etching, respectively.
  • a laser stripping method can also be used.
  • Emission regions 23 and the detection regions 24 are formed from the semiconductor layer sequence 2.
  • first contacts 41, second contacts 42 and additional contacts 43 are formed, for example by means of vapor deposition or sputtering.
  • semiconductor chips 1 for example mechanically, for example by means of splitting, breaking, sawing or water jet cutting, chemically, for example by wet-chemical or dry-chemical etching, and / or by means of laser radiation.
  • semiconductor chips 1 emerge, each having an emission region 23 and a detection region 24.
  • emission region 23 and a detection region 24.
  • detection region 24 The relative arrangement of these areas
  • each other is already specified in the production.
  • An elaborate positioning of a separate photodiode for monitoring the emitted emission characteristic can be dispensed with.

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Abstract

Es wird ein optoelektronischer Halbleiterchip (1) angegeben, der einen Träger (5) und einen auf dem Träger (5) angeordneten Halbleiterkörper (2) mit einer Halbleiterschichtenfolge aufweist, wobei in dem Halbleiterkörper (2) mit der Halbleiterschichtenfolge ein Emissionsbereich (23) und ein Detektionsbereich (24) gebildet sind. Die Halbleiterschichtenfolge umfasst einen aktiven Bereich (20), der zwischen einer ersten Halbleiterschicht (21) und einer zweiten Halbleiterschicht (22) angeordnet ist und im Emissionsbereich (23) zur Erzeugung von Strahlung vorgesehen ist. Die erste Halbleiterschicht (21) ist auf der dem Träger (5) abgewandten Seite des aktiven Bereichs (20) angeordnet. Der Emissionsbereich (23) weist eine Ausnehmung (25) auf, die sich durch den aktiven Bereich (20) hindurch erstreckt; Die erste Halbleiterschicht (21) ist im Emissionsbereich (23) über eine erste Anschlussschicht (31) elektrisch leitend mit einem ersten Kontakt (41) verbunden, wobei sich die erste Anschlussschicht (31) in der Ausnehmung (25) von der ersten Halbleiterschicht (21) in Richtung des Trägers (5) erstreckt; Die zweite Halbleiterschicht (22) ist über eine zweite Anschlussschicht (32) mit einem zweiten Kontakt (42) elektrisch leitend verbunden. Der Detektionsbereich (24) ist mit einem zusätzlichen Kontakt (43) elektrisch leitend verbunden. Ferner wird ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips angegeben.

Description

Beschreibung
Optoelektronischer Halbleiterchip und Verfahren zur
Herstellung von optoelektronischen Halbleiterchips
Die vorliegende Anmeldung betrifft einen optoelektronischen Halbleiterchip und ein Verfahren zur Herstellung von
optoelektronischen Halbleiterchips .
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2010 034 665.9, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Bei optoelektronischen Bauelementen wie Leuchtdioden können Alterungseffekte, beispielsweise eine Alterung des
Halbleiterchips oder des Lumineszenzkonvertermaterials, zu einer Änderung der Abstrahlcharakteristik führen,
beispielsweise zu einer verringerten Strahlungsleistung und/oder einer Veränderung des Farborts. Zur Kompensation solcher Effekte kann in einer Anordnung von Leuchtdioden zusätzlich eine Photodiode eingesetzt werden, deren Signal einer Regelung für die Betriebsparameter der Leuchtdioden zugeführt wird. Gerade bei einer Anordnung mit vielen
Leuchtdioden kann jedoch eine Photodiode nicht oder nur mit hohem Aufwand das Ausgangssignal jeder einzelnen Leuchtdiode überwachen .
Eine Aufgabe ist es, einen optoelektronischen Halbleiterchip anzugeben, mit dem eine erhöhte Zuverlässigkeit und Konstanz der Abstrahlung erzielbar ist. Weiterhin soll ein Verfahren angegeben werden, mit dem ein solcher optoelektronischer Halbleiterchip auf einfache Weise zuverlässig hergestellt werden kann. Diese Aufgaben werden durch einen optoelektronischen
Halbleiterchip beziehungsweise ein Verfahren gemäß den unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weitere Ausbildungen und Zweckmäßigkeiten des optoelektronischen Halbleiterchips beziehungsweise des Verfahrens sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche .
Gemäß einer Aus führungs form weist ein optoelektronischer Halbleiterchip einen Träger und einen auf dem Träger
angeordneten Halbleiterkörper mit einer
Halbleiterschichtenfolge auf. In dem Halbleiterkörper mit der Halbleiterschichtenfolge ist ein Emissionsbereich und ein Detektionsbereich gebildet. Die Halbleiterschichtenfolge umfasst eine zwischen einer ersten Halbleiterschicht und einer zweiten Halbleiterschicht angeordneten aktiven Bereich auf. Der aktive Bereich ist im Emissionsbereich zur Erzeugung von Strahlung vorgesehen. Die erste Halbleiterschicht ist auf der dem Träger abgewandten Seite des aktiven Bereichs
angeordnet. Der Emissionsbereich weist eine Ausnehmung auf, die sich durch den aktiven Bereich hindurch erstreckt. Die erste Halbleiterschicht ist im Emissionsbereich über eine erste Anschlussschicht elektrisch leitend mit einem ersten Kontakt verbunden, wobei sich die erste Anschlussschicht in der Ausnehmung von der ersten Halbleiterschicht in Richtung des Trägers erstreckt. Die zweite Halbleiterschicht ist mit einem zweiten Kontakt elektrisch leitend verbunden. Der
Detektionsbereich ist mit einem zusätzlichen Kontakt
elektrisch leitend verbunden.
Im Unterschied zum ersten und zweiten Kontakt ist der
zusätzliche Kontakt nicht zur Injektion von Ladungsträgern in den Emissionsbereich vorgesehen. Mittels des zusätzlichen Kontakts ist ein im Betrieb des Halbleiterchips im aktiven Bereich des Detektionsbereichs erzeugtes Signal extern zugänglich. Mit anderen Worten erfüllt der Detektionsbereich die Funktion einer in den Halbleiterchip integrierten
Photodiode. Mit dem Detektionsbereich kann das
Abstrahlverhalten des Emissionsbereichs überwacht werden. Auf eine separate, vom Halbleiterchip beabstandete externe
Photodiode zur Überwachung kann verzichtet werden.
Verglichen mit einer externen Photodiode kann der
Detektionsbereich sehr nahe an dem Emissionsbereich
angeordnet sein. Vorzugsweise beträgt ein Abstand des
Detektionsbereichs vom Emissionsbereich höchstens 50 μπι, besonders bevorzugt höchstens 20 μπι.
Bei der Herstellung können der Detektionsbereich und der Emissionsbereich aus derselben Halbleiterschichtenfolge hervorgehen. Ein Abscheiden zusätzlicher Schichten ist für das Ausbilden des Detektionsbereichs nicht erforderlich. Der aktive Bereich des Emissionsbereichs und der aktive Bereich des Detektionsbereichs können dieselbe
Material Zusammensetzung aufweisen .
Unter dem ersten Kontakt, dem zweiten Kontakt und dem
zusätzlichen Kontakt werden jeweils zur externen elektrischen Kontaktierung des Halbleiterchips vorgesehene Flächen
verstanden. Die Kontakte stellen jeweils eine extern
zugängliche Fläche dar. Die Kontakte können insbesondere jeweils als separate Schichten ausgebildet sein oder als eine Oberfläche einer der Anschlussschichten oder des
Halbleiterkörpers ausgeführt sein. Zweckmäßigerweise sind der aktive Bereich des
Emissionsbereichs und der aktive Bereich des
Detektionsbereichs elektrisch voneinander isoliert.
Weiterhin sind der Emissionsbereich und der Detektionsbereich vorzugsweise in lateraler Richtung, also entlang einer
Haupterstreckungsebene der Halbleiterschichten des
Halbleiterkörpers, nebeneinander angeordnet. Vorzugsweise ist zwischen dem Emissionsbereich und dem Detektionsbereich ein Zwischenraum ausgebildet, der den Halbleiterkörper,
insbesondere den aktiven Bereich, in zwei separate,
voneinander lateral getrennte Bereiche teilt.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Halbleiterkörper stoffschlüssig mit dem Träger verbunden. Der Träger ist insbesondere von einem Aufwachssubstrat für die
Halbleiterschichtenfolge des Halbleiterkörpers verschieden.
Bei einer stoffschlüssigen Verbindung werden die
Verbindungspartner, die bevorzugt vorgefertigt sind, mittels atomarer und/oder molekularer Kräfte zusammengehalten. Eine stoffschlüssige Verbindung kann beispielsweise mittels einer Verbindungsschicht, etwa einer Klebeschicht oder einer
Lotschicht erzielt werden. In der Regel geht eine Trennung der Verbindung mit der Zerstörung der Verbindungsschicht und/oder zumindest eines der Verbindungspartner einher.
In einer bevorzugten Ausgestaltung verläuft die erste
Anschlussschicht bereichsweise zwischen dem Halbleiterkörper und dem Träger. In Aufsicht auf den Halbleiterchip kann die erste Anschlussschicht den Träger vollständig oder zumindest im wesentlichen vollständig bedecken. Auf eine Strukturierung der ersten Anschlussschicht kann bei der Herstellung
verzichtet werden.
Weiterhin bevorzugt verläuft die zweite Anschlussschicht bereichsweise zwischen dem Emissionsbereich und der ersten Anschlussschicht. Mittels der ersten und zweiten
Anschlussschicht sind die erste Halbleiterschicht
beziehungsweise die zweite Halbleiterschicht im
Emissionsbereich von der dem Träger zugewandten Seite her elektrisch kontaktierbar . Eine dem Träger abgewandte
Strahlungsaustrittsfläche des Emissionsbereichs kann frei von einem externen elektrischen Kontakt ausgebildet sein.
Vorzugsweise ist entweder der erste Kontakt oder der zweite Kontakt elektrisch leitend mit dem Detektionsbereich
verbunden. Zusammen mit dem zusätzlichen Kontakt ist der Detektionsbereich also mittels zweier Kontakte extern zugänglich. Auf einen weiteren, vom Emissionsbereich
elektrisch isolierten, Kontakt kann verzichtet werden. Der gemeinsame Kontakt für den Emissionsbereich und den
Detektionsbereich kann im Betrieb des Halbleiterchips insbesondere einen Massekontakt darstellen.
Alternativ zu einem gemeinsamen Kontakt ist aber auch denkbar, einen weiteren zusätzlichen Kontakt vorzusehen, so dass der Detektionsbereich vom Emissionsbereich vollständig getrennt extern elektrisch kontaktierbar ist.
In einer ersten Ausgestaltungsvariante bildet der zweite Kontakt einen gemeinsamen Kontakt für den Emissionsbereich und den Detektionsbereich. Insbesondere kann die zweite Anschlussschicht im Detektionsbereich elektrisch leitend mit der zweiten Halbleiterschicht verbunden sein. In einer zweiten Ausgestaltungsvariante bildet der erste Kontakt einen gemeinsamen Kontakt für den Emissionsbereich und den Detektionsbereich bildet. Hierbei kann der erste Kontakt im Detektionsbereich entweder mit der ersten
Halbleiterschicht oder mit der zweiten Halbleiterschicht elektrisch leitend verbunden sein.
In einer bevorzugten Weiterbildung ist in der zweiten
Anschlussschicht ein Anschlussfenster ausgebildet, wobei die erste Anschlussschicht durch das Anschlussfenster hindurch im Detektionsbereich mit der zweiten Halbleiterschicht verbunden ist. In diesem Fall ist die erste Anschlussschicht also im Emissionsbereich mit der ersten Halbleiterschicht und im Detektionsbereich mit der zweiten Halbleiterschicht
elektrisch leitend verbunden.
Die zweite Anschlussschicht ist in dieser Weiterbildung zweckmäßigerweise von der zweiten Halbleiterschicht
elektrisch isoliert. Zur elektrischen Isolierung kann das Anschlussfenster in Aufsicht auf den Halbleiterchip den
Detektionsbereich überragen. Alternativ oder ergänzend kann zwischen der zweiten Anschlussschicht und dem
Detektionsbereich eine Isolationsschicht vorgesehen sein.
In einer Ausgestaltung ist der zusätzliche Kontakt im
Detektionsbereich auf der ersten Halbleiterschicht
angeordnet. Mit anderen Worten überdeckt der zusätzliche Kontakt den Detektionsbereich in Aufsicht auf den
Halbleiterchip zumindest bereichsweise. Die Kontaktierung mittels des zusätzlichen Kontakts erfolgt in Aufsicht auf den Halbleiterchip innerhalb des Detektionsbereichs . Eine weitergehende Verringerung der für die Strahlungserzeugung nutzbaren Fläche des Emissionsbereichs ist für das Ausbilden des zusätzlichen Kontakts nicht erforderlich. Ferner kann der zusätzliche Kontakt denjenigen Signalanteil verringern, der im Detektionsbereich von Strahlung hervorgerufen wird, die von außerhalb des Halbleiterchips abgestrahlt und/oder reflektiert wird und senkrecht oder im wesentlichen senkrecht auf den aktiven Bereich des Detektionsbereichs auftreffen würde .
In einer alternativen Ausgestaltung weist der
Detektionsbereich eine zusätzliche Ausnehmung auf, wobei sich die erste Anschlussschicht in der zusätzlichen Ausnehmung von der ersten Halbleiterschicht in der weiteren Ausnehmung in Richtung des Trägers erstreckt. Mittels dieser zusätzlichen Ausnehmung ist die erste Halbleiterschicht im
Detektionsbereich von der dem Träger zugewandten Seite des Halbleiterkörpers her elektrisch kontaktierbar .
Insbesondere können die erste Halbleiterschicht im
Emissionsbereich und die erste Halbleiterschicht im
Detektionsbereich mittels der Ausnehmung beziehungsweise der weiteren Ausnehmung mit dem ersten Kontakt als gemeinsamen Kontakt elektrisch leitend verbunden sein.
In einer bevorzugten Weiterbildung ist die zweite
Anschlussschicht mittels einer Aussparung in zumindest zwei elektrisch voneinander isolierte Teilbereiche unterteilt. Vorzugsweise ist ein erster Teilbereich mit dem
Emissionsbereich und ein zweiter Teilbereich mit dem
Detektionsbereich elektrisch leitend verbunden.
In Aufsicht auf den Halbleiterchip können der zusätzliche Kontakt und der Detektionsbereich nebeneinander angeordnet sein. Weiterhin bevorzugt sind der Detektionsbereich und der zusätzliche Kontakt in Aufsicht auf den Halbleiterchip auf dem zweiten Teilbereich der zweiten Anschlussschicht
angeordnet .
Bei einem Verfahren zur Herstellung einer Mehrzahl von optoelektronischen Halbleiterchips wird gemäß einer
Aus führungs form eine Halbleiterschichtenfolge bereitgestellt, die einen aktiven Bereich aufweist, der zwischen einer ersten Halbleiterschicht und einer zweiten Halbleiterschicht
angeordnet ist. Eine Mehrzahl von Ausnehmungen, die sich durch die zweite Halbleiterschicht und durch den aktiven Bereich hindurch erstrecken, wird ausgebildet. Eine erste Anschlussschicht wird auf der Halbleiterschichtenfolge ausgebildet, wobei die erste Anschlussschicht in den
Ausnehmungen elektrisch leitend mit der ersten
Halbleiterschicht verbunden wird. Ein Verbund mit der
Halbleiterschichtenfolge und einem Träger wird ausgebildet. Eine Mehrzahl von Emissionsbereichen und eine Mehrzahl von Detektionsbereichen wird aus der Halbleiterschichtenfolge ausgebildet, wobei die Emissionsbereiche jeweils mindestens eine Ausnehmung aufweisen und die Detektionsbereiche jeweils mit einem zusätzlichen Kontakt versehen werden, der von den Emissionsbereichen elektrisch isoliert ist. Der Verbund wird in eine Mehrzahl von Halbleiterchips vereinzelt, wobei jeder Halbleiterchip zumindest einen Emissionsbereich und zumindest einen Detektionsbereich aufweist.
Die einzelnen Verfahrensschritte müssen hierbei nicht
notwendigerweise in der Reihenfolge der obigen Aufzählung durchgeführt werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung wird, insbesondere vor dem Vereinzeln des Verbunds, ein Aufwachssubstrat für die Halbleiterschichtenfolge zumindest bereichsweise entfernt. Bereits vor dem Vereinzeln kann also in die Halbleiterchips jeweils ein Detektionsbereich integriert werden.
Ein Halbleiterchip, bei dem das Aufwachssubstrat entfernt ist, wird auch als Dünnfilm-Halbleiterchip bezeichnet.
Ein Dünnfilm-Halbleiterchip, etwa ein Dünnfilm-Leuchtdioden- Chip, zeichnet sich insbesondere durch folgende
charakteristische Merkmale aus:
an einer zu einem Trägerelement, etwa dem Träger, hin gewandten ersten Hauptfläche einer Strahlungserzeugenden Epitaxieschichtenfolge ist eine reflektierende Schicht aufgebracht oder ausgebildet, die zumindest einen Teil der in der Epitaxieschichtenfolge erzeugten
elektromagnetischen Strahlung in diese zurückreflektiert; die Epitaxieschichtenfolge weist eine Dicke im Bereich von 20μπι oder weniger, insbesondere im Bereich von 10 μπι auf; und
die Epitaxieschichtenfolge enthält mindestens eine
Halbleiterschicht mit zumindest einer Fläche, die eine Durchmischungsstruktur aufweist, die im Idealfall zu einer annähernd ergodischen Verteilung des Lichtes in der epitaktischen Epitaxieschichtenfolge führt, d.h. sie weist ein möglichst ergodisch stochastisches Streuverhalten auf.
Ein Grundprinzip eines Dünnschicht-Leuchtdiodenchips ist beispielsweise in I. Schnitzer et al . , Appl . Phys . Lett. 63 (16), 18. Oktober 1993, 2174 - 2176 beschrieben, deren
Offenbarungsgehalt insofern hiermit durch Rückbezug
aufgenommen wird. Ein Dünnfilm-Leuchtdioden-Chip ist in guter Näherung ein Lambert ' scher Oberflächenstrahler und eignet sich von daher besonders gut für die Anwendung in einem Scheinwerfer.
Das beschriebene Verfahren ist zur Herstellung eines weiter oben beschriebenen Halbleiterchips besonders geeignet. Im Zusammenhang mit dem Halbeiterchip genannte Merkmale können daher auch für das Verfahren herangezogen werden und
umgekehrt .
Weitere Merkmale, Ausgestaltungen und Zweckmäßigkeiten ergeben sich aus der folgenden Beschreibung der
Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Figuren.
Es zeigen: die Figuren 1A und 1B ein erstes Ausführungsbeispiel für einen optoelektronischen Halbleiterchip in schematischer Aufsicht (Figur 1B) und zugehöriger Schnittansicht (Figur 1A) ; die Figuren 2A und 2B ein zweites Ausführungsbeispiel für einen optoelektronischen Halbleiterchip in schematischer Aufsicht (Figur 2B) und zugehöriger Schnittansicht (Figur 2A) ;
Figur 3 ein drittes Ausführungsbeispiel für einen
optoelektronischen Halbleiterchip in schematischer Aufsicht; die Figuren 4A und 4B ein viertes Ausführungsbeispiel für einen optoelektronischen Halbleiterchip in schematischer Aufsicht (Figur 4B) und zugehöriger Schnittansicht (Figur 4A) ; die Figuren 5A und 5B ein fünftes Ausführungsbeispiel für einen optoelektronischen Halbleiterchip in schematischer Aufsicht (Figur 5B) und zugehöriger Schnittansicht (Figur 5A) ; und die Figuren 6A bis 6E ein Ausführungsbeispiel für ein
Verfahren anhand von jeweils schematisch in Schnittansicht dargestellten Zwischenschritten.
Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als
maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente und insbesondere Schichtdicken zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß
dargestellt sein.
Ein erstes Ausführungsbeispiel für einen optoelektronischen Halbleiterchip ist in Figur 1B in schematischer Aufsicht und in Figur 1A in zugehöriger schematischer Schnittansicht entlang der Linie AA' dargestellt.
Der Halbleiterchip 1 weist einen Halbleiterkörper 2 mit einer Halbleiterschichtenfolge auf. Der Halbleiterkörper ist mittels einer Verbindungsschicht 6, etwa einer Klebeschicht oder einer Lotschicht an einer ersten Hauptfläche 51 eines Trägers 5 befestigt. Der Halbleiterkörper 2 weist einen
Emissionsbereich 23 und einen Detektionsbereich 24 auf. Der Emissionsbereich und der Detektionsbereich sind in Aufsicht auf den Halbleiterchip überlappungsfrei nebeneinander
angeordnet. Der Emissionsbereich und der Detektionsbereich gehen aus derselben Halbleiterschichtenfolge hervor und weisen dieselbe materielle Zusammensetzung auf.
Die Halbleiterschichtenfolge, die den Halbleiterkörper 2 bildet, ist vorzugsweise epitaktisch abgeschieden, etwa mittels MBE oder MOVPE . Die Halbleiterschichtenfolge umfasst einen aktiven Bereich 20, der zwischen einer ersten
Halbleiterschicht 21 und einer zweiten Halbleiterschicht 22 angeordnet ist. Die erste Halbleiterschicht ist auf der vom Träger 5 abgewandten Seite des aktiven Bereichs angeordnet. Der aktive Bereich ist im Emissionsbereich zur Erzeugung von Strahlung und im Detektionsbereich zur Detektion von
Strahlung vorgesehen.
Auf der dem Träger 5 abgewandten Seite des Halbleiterkörpers 2 ist eine Strahlungsaustrittsfläche 10 des Halbleiterchips 1, insbesondere des Emissionsbereichs 23, gebildet. Im
Betrieb des Halbleiterchips im aktiven Bereich des
Emissionsbereichs erzeugte Strahlung tritt vorzugsweise überwiegend durch die Strahlungsaustrittsfläche aus dem
Halbleiterchip 1 aus. Zur Steigerung der Auskoppeleffizienz kann die Strahlungsaustrittsfläche 10 im Emissionsbereich mit einer Aufrauung versehen sein (nicht explizit dargestellt) . Zur vereinfachten Kontaktierung kann der Detektionsbereich von der Aufrauung ausgespart sein, so dass dieser eine glatte Oberfläche zur elektrischen Kontaktierung zur Verfügung stellt .
Die erste Halbleiterschicht 21 ist bezüglich des Leitungstyps von der zweiten Halbleiterschicht 22 verschieden.
Beispielsweise kann die zweite Halbleiterschicht p-leitend und die erste Halbleiterschicht n-leitend ausgeführt sein oder umgekehrt. Der aktive Bereich 20 ist also in einer
Diodenstruktur angeordnet. Der Emissionsbereich 23 und der Detektionsbereich 24 sind durch einen Zwischenraum 26 voneinander getrennt. Der
Zwischenraum 26 erstreckt sich in vertikaler Richtung, also in einer Richtung senkrecht zu einer Haupterstreckungsebene der Halbleiterschichten des Halbleiterkörpers 2 vollständig durch den Halbleiterkörper 2 hindurch. So ist eine
elektrische Isolation des Detektionsbereichs vom
Emissionsbereich auf einfache Weise realisiert.
Zwischen dem Halbleiterkörper 2 und dem Träger 5 ist eine erste Anschlussschicht 31 ausgebildet. Im Emissionsbereich 23 weist der Halbleiterkörper 2 eine Mehrzahl von Ausnehmungen 25 auf, die sich durch die zweite Halbleiterschicht 22 und durch den aktiven Bereich 20 in die erste Halbleiterschicht 21 hinein erstrecken. Die erste Anschlussschicht 31 verläuft durch die Ausnehmungen hindurch und stellt von der dem Träger zugewandten Seite des Halbleiterkörpers 2 eine elektrisch leitende Verbindung zur ersten Halbleiterschicht 21 her.
Auf einer der ersten Hauptfläche 51 gegenüberliegenden zweiten Hauptfläche 52 des Trägers 5 ist ein erster Kontakt 41 ausgebildet, der über den Träger 5 und die
Verbindungsschicht 6 elektrisch leitend mit einem ersten Kontakt verbunden ist.
Zwischen dem Halbleiterkörper 2 und dem Träger 5,
insbesondere zwischen dem Halbleiterkörper und der ersten Anschlussschicht 31 ist eine zweite Anschlussschicht 32 ausgebildet. Die zweite Anschlussschicht 32 ist mit einem zweiten Kontakt 42 elektrisch leitend verbunden. Der zweite Kontakt ist über die zweite Anschlussschicht 32 mit der zweiten Halbleiterschicht 22 im Emissionsbereich 23 und im Detektionsbereich 24 elektrisch leitend verbunden und bildet so einen gemeinsamen Kontakt für den Emissionsbereich und den Detektionsbereich .
Im Betrieb des Halbleiterchips 1 können über die Kontakte 41,
42 Ladungsträger von verschiedenen Seiten in den aktiven Bereich 20 des Emissionsbereichs 23 injiziert werden und dort unter Emission von Strahlung rekombinieren.
Zwischen der ersten Anschlussschicht 31 und der zweiten
Anschlussschicht 32 ist eine Isolationsschicht 71
ausgebildet. Die Isolationsschicht verhindert eine
elektrische Verbindung zwischen der ersten Anschlussschicht und der zweiten Anschlussschicht sowie zwischen der ersten Anschlussschicht und der zweiten Halbleiterschicht 22.
Im Detektionsbereich 24 ist die erste Halbleiterschicht 21 mit einem zusätzlichen Kontakt 43 elektrisch verbunden.
Zwischen dem zweiten Kontakt 42 und dem zusätzlichen Kontakt
43 kann im Betrieb ein im aktiven Bereich 20 des
Detektionsbereichs erzeugtes Signal abgegriffen werden. Der Detektionsbereich 24 ist also unabhängig vom Emissionsbereich betreibbar. Das Signal wird überwiegend durch Strahlung erzeugt, die durch eine Seitenfläche 241 des
Detektionsbereichs auftrifft, insbesondere durch Strahlung, die im aktiven Bereich 23 des Emissionsbereichs erzeugt wird und durch eine Seitenfläche 231 des Emissionsbereichs
austritt. Der Einfluss von Fremdstrahlung, also von
Strahlung, die nicht vom Halbleiterchip 1 erzeugt wird, ist so reduziert, insbesondere im Vergleich zu einer Anordnung mit einem separat vom Halbleiterchip angeordneten Detektor.
Das im Detektionsbereich 24 erzeugte Signal eignet sich also besonders für die Überwachung oder Regelung des Emissionsbereichs 23. Bei Verwendung eines solchen Halbleiterchips in einem Halbleiterbauelement mit einem oder mehreren solchen Halbleiterchips 1 ist also keine zusätzliche externe Photodiode erforderlich. Gegenüber einer externen Photodiode zeichnet sich die beschriebene integrierte
Photodiode in Form des Detektionsbereichs durch einen
besonders geringen und weiterhin bereits bei der Herstellung festgelegten Abstand aus. Der Abstand beträgt vorzugsweise 50 μπι oder weniger, besonders bevorzugt 20 μπι oder weniger. Der Einfluss von Fremdstrahlung ist so weitergehend
reduziert .
Bei einer Verkapselung des Halbleiterchips 1 kann der
Zwischenraum 26 vollständig mit dem Verkapselungsmaterial gefüllt werden. Der Strahlungspfad zwischen dem
Emissionsbereich 23 und dem Detektionsbereich 24 verläuft innerhalb der Verkapselung. Die Gefahr einer Degradation des im Detektionsbereich erzeugten Signals aufgrund einer
Verschmutzung ist im Vergleich zu einer Anordnung mit einer separaten, vom Halbleiterchip beabstandeten, Photodiode reduziert .
Weiterhin weist eine Anordnung mit mehreren Halbleiterchips 1 eine mit der Zahl der Emissionsbereiche 23 proportional steigende Anzahl von Detektionsbereichen auf, so dass ein zuverlässiges Überwachen oder Regeln der einzelnen
Emissionsbereiche vereinfacht erzielbar ist.
Die Mehrzahl von Ausnehmungen 25 dient der in lateraler
Richtung gleichmäßigen Injektion von Ladungsträgern über die erste Halbleiterschicht 21 in den aktiven Bereich 20. Die Ausnehmungen 25 können beispielsweise matrixartig oder in Form eines Wabenmusters angeordnet sein. Insbesondere bei hinreichend hoher Querleitfähigkeit der ersten
Halbleiterschicht 21 ist auch eine Ausführung des
Halbleiterchips denkbar, die im Emissionsbereich lediglich eine einzige Ausnehmung 25 zur elektrischen Kontaktierung der ersten Halbleiterschicht 21 aufweist.
In Aufsicht auf den Halbleiterchip 1 ist die Fläche des Detektionsbereichs 24 vorzugsweise klein gegenüber der Fläche des Emissionsbereichs 23. Bevorzugt beträgt die Fläche des Detektionsbereichs höchstens 20 %, besonders bevorzugt höchstens 10 % der Fläche des Halbleiterchips 1. Je geringer der Flächenanteil des Detektionsbereichs ist, desto geringer sind die durch die Integration eines Detektionsbereichs bedingten Einbußen der für den Emissionsbereich 24 zur
Strahlungserzeugung nutzbaren Fläche.
Im Betrieb des Halbleiterchips 1 können die elektrischen Spannungen zwischen dem ersten Kontakt 41 und dem zweiten Kontakt 42 beziehungsweise zwischen dem zusätzlichen Kontakt 43 und dem zweiten Kontakt 42 unabhängig voneinander
eingestellt werden. Dies erfolgt zweckmäßigerweise so, dass der Emissionsbereich in Durchlassrichtung und gleichzeitig der Detektionsbereich spannungsfrei oder in Sperr-Richtung betrieben werden.
Der Halbleiterkörper 2, insbesondere der aktive Bereich 20, enthält vorzugsweise ein I I I-V-Halbleitermaterial .
I I I-V-Halbleitermaterialien sind zur Strahlungserzeugung im ultravioletten ( InxGayAli-x-yN) über den sichtbaren
( InxGayAli-x-yN, insbesondere für blaue bis grüne Strahlung, oder InxGayAli-x-yP, insbesondere für gelbe bis rote Strahlung) bis in den infraroten ( InxGayAli-x-yAs ) Spektralbereich besonders geeignet. Hierbei gilt jeweils 0 < x < 1, 0 < y < 1 und x + y < 1 insbesondere mit x 1, y 1, x Φ 0 und/oder y Φ 0. Mit I I I-V-Halbleitermaterialien, insbesondere aus den genannten Materialsystemen, können weiterhin bei der
Strahlungserzeugung hohe interne Quanteneffizienzen erzielt werden .
Die erste Anschlussschicht 31 und/oder die zweite
Anschlussschicht 32 enthalten vorzugsweise jeweils ein
Metall, beispielsweise Titan, Platin, Nickel, Gold, Silber, Aluminium oder Rhodium oder eine metallische Legierung mit zumindest einem der genannten Materialien oder bestehen aus einem Metall oder einer metallischen Legierung. Alternativ oder ergänzend kann die erste Anschlussschicht 31 und/oder die zweite Anschlussschicht 32 ein TCO (transparent
conductive oxide ) -Material , beispielsweise Indiumzinnoxid (ITO) oder Zinkoxid, enthalten oder aus einem solchen
Material bestehen.
Die zweite Anschlussschicht 32 weist weiterhin bevorzugt für die im aktiven Bereich 20 des Emissionsbereichs 23 erzeugte Strahlung eine hohe Reflektivität auf. Im ultravioletten und blauen Spektralbereich eignet sich im Hinblick auf eine hohe Reflektivität beispielsweise Silber, Aluminium oder Rhodium, im roten und infraroten Spektralbereich beispielsweise Gold. Mittels einer reflektierend ausgebildeten zweiten
Anschlussschicht kann die im aktiven Bereich erzeugte und in Richtung des Trägers 5 abgestrahlte Strahlung in Richtung der Strahlungsaustrittsfläche 10 umgelenkt werden und durch diese aus dem Halbleiterchip 1 austreten.
Der erste Kontakt 41 und der zweite Kontakt 42 können
insbesondere ein im Zusammenhang mit der ersten und zweiten Anschlussschicht genanntes Metall oder eine metallische
Legierung mit einem dieser Materialien enthalten oder aus einem solchen Material bestehen. Insbesondere eignen sich Materialien, mit denen auf einfache Weise eine externe elektrische Kontaktierung, etwa mittels eines Bonddrahts oder mittels einer Lötverbindung herstellbar ist. Beispielsweise ist Gold als Material für die Kontakte besonders geeignet.
Als Material für den Träger 5 eignet sich in diesem
Ausführungsbeispiel beispielsweise ein vorzugsweise dotiertes Halbleitermaterial, etwa Germanium, Galliumarsenid oder
Silizium.
Die erste Isolationsschicht 71 kann beispielsweise ein Oxid, etwa Siliziumoxid oder Titanoxid, ein Nitrid, etwa
Siliziumnitrid oder ein Oxinitrid, etwa Siliziumoxinitrid enthalten oder aus einem solchen Material bestehen.
Von dem beschriebenen Ausführungsbeispiel abweichend kann der Halbleiterchip 1 zusätzlich einen Schutzdiodenbereich
aufweisen, der den Halbleiterchip vor einer Schädigung durch elektrostatische Entladung ( electrostatic discharge, ESD) schützt. Die Integration einer Schutzdiode in den
Halbleiterkörper eines Halbleiterchips ist in der
Druckschrift DE 10 2009 006 177 beschrieben, deren
Offenbarungsgehalt diesbezüglich hiermit in die vorliegende Anmeldung aufgenommen wird.
Der Halbleiterchip gemäß dem in den Figuren 2A und 2B
dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel entspricht im
Wesentlichen dem im Zusammenhang mit den Figuren 1A und 1B beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel. Im Unterschied hierzu sind der erste Kontakt 41 und der zweite Kontakt 42 auf derselben Seite des Trägers 5
angeordnet. Mit anderen Worten befinden sich alle Kontakte des Halbleiterchips 1 auf der der Strahlungsaustrittsfläche 10 zugewandten Seite des Halbleiterchips. In diesem
Ausführungsbeispiel ist der erste Kontakt 41 in einem Bereich angeordnet, in dem der Halbleiterkörper 2 und die zweite Anschlussschicht 32 entfernt sind. Der erste Kontakt 41 grenzt unmittelbar an die erste Anschlussschicht 31 an. Die Injektion von Ladungsträgern erfolgt nicht durch den Träger hindurch, so dass für den Träger und für die
Verbindungsschicht 6 auch elektrisch isolierende Materialien Anwendung finden können. Beispielsweise kann der Träger eine Keramik, etwa Aluminiumnitrid oder Bornitrid, enthalten oder aus einem solchen Material bestehen.
Von dem beschriebenen Ausführungsbeispiel abweichend können aber auch der erste Kontakt und der zweite Kontakt auf der zweiten Hauptfläche 51 des Trägers 5 angeordnet sein. In diesem Fall kann die elektrische Verbindung der Kontakte 41, 42 mit den Anschlussschichten 31 beziehungsweise 32
beispielsweise über elektrisch voneinander isolierte
Durchkontaktierungen durch den Träger erfolgen.
Die Anordnung der Kontakte 41, 42 und 43 kann in weiten
Grenzen variiert werden. Beispielsweise können die Kontakte, wie in dem in Figur 3 dargestellten dritten
Ausführungsbeispiel, das im Wesentlichen dem im Zusammenhang mit den Figuren 2A und 2B beschriebenen zweiten
Ausführungsbeispiel entspricht, veranschaulicht, derart nebeneinander entlang einer Seitenfläche des Halbleiterchips 1 angeordnet sein, dass der Emissionsbereich 23 in Aufsicht eine rechteckige Grundform aufweist. Das in den Figuren 4A und 4B dargestellte vierte Ausführungsbeispiel entspricht im wesentlichen dem ersten Ausführungsbeispiel. Im Unterschied hierzu ist im
Detektionsbereich 24 eine zusätzliche Ausnehmung 25b
ausgebildet, die sich durch die zweite Halbleiterschicht 22 und den aktiven Bereich 20 hindurch erstreckt. Durch die zusätzliche Ausnehmung hindurch ist die erste
Halbleiterschicht 21 im Detektionsbereich 24 mit der ersten Anschlussschicht 31 elektrisch leitend verbunden. Der erste Kontakt 41 dient als gemeinsamer Kontakt für den
Emissionsbereich 23 und den Detektionsbereich 24.
Die zweite Anschlussschicht 32 ist mittels einer Aussparung 27 in einen ersten Teilbereich 32a und einen davon isolierten zweiten Teilbereich 32b unterteilt. Der erste Teilbereich dient der elektrischen Kontaktierung der zweiten
Halbleiterschicht 22 des Emissionsbereichs 23. Der zweite Teilbereich ist für die elektrische Kontaktierung der zweiten Halbleiterschicht 22 im Detektionsbereich 24 vorgesehen. In diesem Ausführungsbeispiel ist der zusätzliche Kontakt 43 vom Detektionsbereich lateral beabstandet. Der Detektionsbereich ist also auf der dem Träger 5 abgewandten Seite frei von einem externen Kontakt.
In diesem Fall kann die erste Halbleiterschicht 21 zur
Erhöhung der Strahlungsauskopplung aus dem Emissionsbereich 23 vollflächig mit einer Aufrauung versehen sein (nicht explizit dargestellt) . Auf eine aufwändige Definition von Bereichen, die bei der Strukturierung für ein nachfolgenden Ausbilden von glatten elektrischen Kontakten ausgenommen werden sollen, kann verzichtet werden. Ein fünftes Ausführungsbeispiel für einen optoelektronischen Halbleiterchip ist in den Figuren 5A und 5B dargestellt.
Dieses Ausführungsbeispiel entspricht im wesentlichen dem ersten Ausführungsbeispiel. Im Unterschied hierzu ist der erste Kontakt 41 als gemeinsamer Kontakt für den
Emissionsbereich 23 und den Detektionsbereich 24 ausgebildet. Die erste Anschlussschicht 31 ist im Emissionsbereich 23 elektrisch leitend mit der ersten Halbleiterschicht 21 und im Detektionsbereich 24 mit der zweiten Halbleiterschicht 22 verbunden. Die elektrische Verbindung mit der zweiten
Halbleiterschicht erfolgt durch ein Detektionsfenster 320, das in der zweiten Anschlussschicht 32 ausgebildet ist. Zur Vermeidung eines elektrischen Kontakts der zweiten
Anschlussschicht 32 mit der zweiten Halbleiterschicht im Detektionsbereich 24 ist eine zweite Isolationsschicht 72 zwischen der zweiten Anschlussschicht und dem
Detektionsbereich angeordnet. Davon abweichend kann die elektrische Isolation aber auch dadurch erzielt werden, dass der Detektionsbereich 24 in Aufsicht auf den Halbleiterchip 1 vollständig innerhalb des Detektionsfensters 320 angeordnet ist. Auf die zweite Isolationsschicht kann so verzichtet werden .
Ein Ausführungsbeispiel für ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips ist in den Figuren 6A bis 6E anhand von Zwischenschritten dargestellt, wobei exemplarisch ein optoelektronischer Halbleiterchip
hergestellt wird, der wie im ersten Ausführungsbeispiel beschrieben ausgeführt ist.
Eine Halbleiterschichtenfolge 2, die einen aktiven Bereich 20 aufweist, der zwischen einer ersten Halbleiterschicht 21 und einer zweiten Halbleiterschicht 22 angeordnet ist, wird auf einem Substrat, beispielsweise einem Aufwachssubstrat 28 für die Halbleiterschichtenfolge, bereitgestellt. Zur
vereinfachten Darstellung ist lediglich ein Teil der
Halbleiterschichtenfolge gezeigt, aus dem bei der Herstellung ein Halbleiterkörper für einen Halbleiterchip hervorgeht (Figur 6A) .
Von der dem Aufwachssubstrat 28 abgewandten Seite her werden in der Halbleiterschichtenfolge 2 Ausnehmungen 25
ausgebildet, die sich in die erste Halbleiterschicht 21 hineinerstrecken (Figur 6A) . Auf der vorgefertigten
Halbleiterschichtenfolge 2 wird eine zweite Anschlussschicht 32 ausgebildet, beispielsweise mittels Aufdampfens oder
Sputterns . Eine Isolationsschicht wird aufgebracht, die die Seitenflächen der Ausnehmungen 25 bedeckt. Auf die
Isolationsschicht wird eine erste Anschlussschicht 31
aufgebracht, die in den Ausnehmungen eine elektrische
Verbindung zur ersten Halbleiterschicht herstellt (Figur 6C) .
Die erste Anschlussschicht bedeckt die
Halbleiterschichtenfolge vollständig. Eine Strukturierung der ersten Anschlussschicht 31 oder ein strukturiertes Aufbringen der ersten Anschlussschicht ist nicht erforderlich.
Ein Verbund 8 umfassend die Halbleiterschichtenfolge 2 und einen Träger 5 wird mittels einer Verbindungsschicht 6 ausgebildet. Der Träger dient der mechanischen Stabilisierung der Halbleiterschichtenfolge 2. Das Aufwachssubstrat 28 ist hierfür nicht mehr erforderlich und kann entfernt werden.
Das Entfernen kann beispielsweise mechanisch, etwa mittels Schleifens, Läppens oder Polierens und/oder chemisch, etwa mittels nasschemischen oder trockenchemischen Ätzens, erfolgen. Alternativ oder ergänzend kann auch ein Laserablöseverfahren verwendet werden.
Nach dem Entfernen des Aufwachssubstrats 28 können
Emissionsbereiche 23 und die Detektionsbereiche 24 aus der Halbleiterschichtenfolge 2 ausgebildet werden.
Zur elektrischen Kontaktierung werden erste Kontakte 41, zweite Kontakte 42 und zusätzliche Kontakte 43 ausgebildet, etwa mittels Aufdampfens oder Sputterns .
Nachfolgend erfolgt ein Vereinzeln in Halbleiterchips 1, beispielsweise mechanisch, etwa mittels Spaltens, Brechens, Sägens oder Wasserstrahlschneidens, chemisch, etwa mittels nasschemischen oder trockenchemischen Ätzens, und/oder mittels Laserstrahlung.
Bei der Vereinzelung gehen Halbleiterchips 1 hervor, die jeweils einen Emissionsbereich 23 und einen Detektionsbereich 24 aufweisen. Die relative Anordnung dieser Bereiche
zueinander ist bereits bei der Herstellung vorgegeben. Auf ein aufwändiges Positionieren einer separaten Photodiode zur Überwachung der emittierten Abstrahlcharakteristik kann verzichtet werden.
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 den Ausführungsbeispielen angegeben ist .

Claims

Patentansprüche
1. Optoelektronischer Halbleiterchip (1), der einen Träger (5) und einen auf dem Träger (5) angeordneten
Halbleiterkörper (2) mit einer Halbleiterschichtenfolge aufweist, wobei
- in dem Halbleiterkörper (2) mit der
Halbleiterschichtenfolge ein Emissionsbereich (23) und ein Detektionsbereich (24) gebildet sind;
- die Halbleiterschichtenfolge einen aktiven Bereich (20) umfasst, der zwischen einer ersten Halbleiterschicht (21) und einer zweiten Halbleiterschicht (22) angeordnet ist und im Emissionsbereich (23) zur Erzeugung von Strahlung vorgesehen ist ;
- die erste Halbleiterschicht (21) auf der dem Träger (5) abgewandten Seite des aktiven Bereichs (20) angeordnet ist;
- der Emissionsbereich (23) eine Ausnehmung (25) aufweist, die sich durch den aktiven Bereich (20) hindurch erstreckt;
- die erste Halbleiterschicht (21) im Emissionsbereich (23) über eine erste Anschlussschicht (31) elektrisch leitend mit einem ersten Kontakt (41) verbunden ist, wobei sich die erste Anschlussschicht (31) in der Ausnehmung (25) von der ersten Halbleiterschicht (21) in Richtung des Trägers (5) erstreckt;
- die zweite Halbleiterschicht (22) über eine zweite
Anschlussschicht (32) mit einem zweiten Kontakt (42)
elektrisch leitend verbunden ist; und
- der Detektionsbereich (24) mit einem zusätzlichen Kontakt (43) elektrisch leitend verbunden ist.
2. Halbleiterchip nach Anspruch 1,
bei dem der Halbleiterkörper stoffschlüssig mit dem Träger verbunden ist.
3. Halbleiterchip nach Anspruch 1 oder 2,
bei dem die erste Anschlussschicht bereichsweise zwischen dem Halbleiterkörper und dem Träger verläuft.
4. Halbleiterchip nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
bei dem die zweite Anschlussschicht bereichsweise zwischen dem Emissionsbereich und der ersten Anschlussschicht
verläuft .
5. Halbleiterchip nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
bei dem der zweite Kontakt einen gemeinsamen Kontakt für den Emissionsbereich und den Detektionsbereich bildet.
6. Halbleiterchip nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
bei dem der erste Kontakt einen gemeinsamen Kontakt für den Emissionsbereich und den Detektionsbereich bildet.
7. Halbleiterchip nach Anspruch 6,
bei dem in der zweiten Anschlussschicht ein Anschlussfenster (320) ausgebildet ist, wobei die erste Anschlussschicht durch das Anschlussfenster hindurch im Detektionsbereich mit der zweiten Halbleiterschicht verbunden ist.
8. Halbleiterchip nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
bei dem der zusätzliche Kontakt im Detektionsbereich auf der ersten Halbleiterschicht angeordnet ist.
9. Halbleiterchip nach Anspruch 6,
bei dem der Detektionsbereich eine zusätzliche Ausnehmung (25b) aufweist, wobei sich die erste Anschlussschicht in der zusätzlichen Ausnehmung von der ersten Halbleiterschicht in der weiteren Ausnehmung in Richtung des Trägers erstreckt.
10. Halbleiterchip nach Anspruch 9,
bei dem die zweite Anschlussschicht mittels einer Aussparung (27) in zumindest zwei elektrisch voneinander isolierte
Teilbereiche (32a, 32b) unterteilt ist.
11. Halbleiterchip nach Anspruch 10,
bei dem der zusätzliche Kontakt und der Detektionsbereich in Aufsicht auf den Halbleiterchip nebeneinander angeordnet sind .
12. Halbleiterchip nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
bei dem der aktive Bereich des Emissionsbereichs und der aktive Bereich des Detektionsbereichs dieselbe
Zusammensetzung aufweisen.
13. Verfahren zur Herstellung einer Mehrzahl von
optoelektronischen Halbleiterchips (1) mit den Schritten: a) Bereitstellen einer Halbleiterschichtenfolge (2), die einen aktiven Bereich (20) aufweist, der zwischen einer ersten Halbleiterschicht (21) und einer zweiten
Halbleiterschicht (22) angeordnet ist;
b) Ausbilden einer Mehrzahl von Ausnehmungen (25) , die sich durch die zweite Halbleiterschicht (22) und durch den aktiven Bereich (20) hindurch erstrecken;
c) Ausbilden einer ersten Anschlussschicht (31) auf der
Halbleiterschichtenfolge (2), wobei die erste
Anschlussschicht (31) in den Ausnehmungen (25) elektrisch leitend mit der ersten Halbleiterschicht (21) verbunden wird; d) Ausbilden eines Verbunds (8) mit der
Halbleiterschichtenfolge (2) und einem Träger (5);
e) Ausbilden einer Mehrzahl von Emissionsbereichen (23) und einer Mehrzahl von Detektionsbereichen (24) aus der
Halbleiterschichtenfolge, wobei die Emissionsbereiche (23) jeweils mindestens eine Ausnehmung (25) aufweisen und die Detektionsbereiche (24) jeweils mit einem zusätzlichen
Kontakt (43) versehen werden, der von den Emissionsbereichen (23) elektrisch isoliert ist;
f) Vereinzeln des Verbunds (8) in eine Mehrzahl von
Halbleiterchips (1), wobei jeder Halbleiterchip (1) zumindest einen Emissionsbereich (23) und zumindest einen
Detektionsbereich (24) aufweist.
14. Verfahren nach Anspruch 13,
bei dem vor Schritt e) ein Aufwachssubstrat (28) für die Halbleiterschichtenfolge zumindest bereichsweise entfernt wird .
15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14,
bei dem eine Mehrzahl von Halbleiterchips gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12 hergestellt wird.
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