WO2015189056A2 - Optoelektronisches halbleiterbauelement - Google Patents

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WO2015189056A2
WO2015189056A2 PCT/EP2015/062009 EP2015062009W WO2015189056A2 WO 2015189056 A2 WO2015189056 A2 WO 2015189056A2 EP 2015062009 W EP2015062009 W EP 2015062009W WO 2015189056 A2 WO2015189056 A2 WO 2015189056A2
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semiconductor
semiconductor device
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current spreading
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Korbinian Perzlmaier
Fabian Kopp
Christian Eichinger
Björn MUERMANN
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Osram Opto Semiconductors Gmbh
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    • H01L33/40—Materials therefor
    • H01L33/42—Transparent materials

Definitions

  • Optoelectronic Semiconductor Device The present application relates to an optoelectronic semiconductor device.
  • LEDs are often on one side, on which the radiation exits during operation, a large area
  • TCO transparent conductive oxides
  • One task is an optoelectronic
  • Charge carrier injection is characterized.
  • the semiconductor component has a semiconductor body with a semiconductor layer sequence.
  • the semiconductor layer sequence has one for generating
  • Radiation provided active area.
  • the active region for generating radiation is
  • the active region is arranged between a semiconductor layer and a further semiconductor layer of the semiconductor layer sequence.
  • the semiconductor layer and the further semiconductor layer are at least in places with respect to
  • the semiconductor body further has a
  • Radiation exit surface which is parallel to a main extension plane of the semiconductor layers of the
  • Radiation exit surface closes the semiconductor body in a vertical direction, that is perpendicular to a
  • the semiconductor component has a current spreading layer.
  • the current-spreading layer is arranged in particular outside the semiconductor body, for example on the radiation exit surface.
  • the current spreading layer contains a TCO material.
  • the semiconductor component has a contact structure for the external electrical contacting of the semiconductor layer.
  • the contact structure is in particular electrically conductively connected to the current spreading layer.
  • the semiconductor component has a further contact structure for the external electrical contacting of the further semiconductor layer.
  • electrical voltage between the contact structure and the further contact structure can charge carriers of
  • Terminal area defines the area on the
  • Radiation exit surface in which a charge carrier injection from the current spreading layer into the semiconductor layer takes place.
  • the current spreading layer extends in particular within an enveloping outer border of the connection region. As an enveloping outer border becomes in doubt
  • Semiconductor device has the current spreading layer, in particular within an enveloping outer border of the connection region, a structuring with a plurality of recesses. Within the outer border of the connection area, therefore, the current spreading layer is not over the whole area with a homogeneous thickness on the surface
  • Radiation exit surface arranged.
  • radiation from the semiconductor component emerges from the recesses during operation of the semiconductor component.
  • Radiation exit surface itself has a recess, for example, for electrical contacting of the other
  • Optoelectronic semiconductor device on a semiconductor body which has a semiconductor layer sequence with an active region for generating radiation, a
  • the active area is between the
  • Semiconductor body is a current spreading layer
  • the current spreading layer is electrically conductively connected to a contact structure for the external electrical contacting of the semiconductor layer.
  • the current spreading layer has a structuring with a plurality of recesses, through which radiation from the semiconductor component during operation
  • the recesses are in particular within one
  • connection area enveloping outer border of the connection area
  • the recesses point, for example, along a
  • a longitudinal extent Longitudinal direction, along which they have a maximum extension, a longitudinal extent. Furthermore, the recesses have a transverse extent perpendicular to the longitudinal direction. For circular recesses, the longitudinal extent is equal to the transverse extent.
  • Semiconductor device is the transverse extent so to a
  • Transverse conductivity of the semiconductor layer adapted that in plan view of the semiconductor device at each point in the recesses in the operation of the semiconductor device
  • Recesses in the active area form areas that are not energized and cause radiation absorption. Such absorption effects could be the reduced
  • the recesses in plan view of the semiconductor device are at least partially elongated
  • the recesses have a longitudinal extent along the longitudinal direction that is at least 20% greater than the transverse extent along one
  • the recesses may for example have an elliptical or trench-shaped basic shape. For example, a plurality of trench-shaped and parallel to each other
  • extending recesses form a comb-shaped structure.
  • the recesses, in particular trench-shaped recesses can also be up to the outer edge of the
  • Recesses in plan view of the semiconductor device completely within the connection area extend. In elongated recesses runs the
  • the longitudinal directions of the recesses extend along a shortest connection between the
  • Semiconductor component has the structuring trench-shaped recesses extending between the trench-shaped recesses webs of the current spreading layer.
  • a transverse extent of the trench-shaped recesses decreases at least in places as the distance from the contact structure increases.
  • trench-shaped recesses and / or a transverse extension of the webs in the connection region by at least 20%, preferably by at least 50%.
  • Transverse conductivity of the semiconductor layer adapted so that in plan view of the semiconductor device within the
  • Contact structure takes in particular the area of the
  • connection region has a first square surface and a second square surface.
  • the first square area and the second square area each form subregions of the
  • first square surface and the second square surface are the same size and each have an edge length which is greater than or equal to twice a transverse dimension of the recesses in the first square surface.
  • first square surface and the second square surface are the same size and each have an edge length which is greater than or equal to twice a transverse dimension of the recesses in the first square surface.
  • the first square area and the second square area are each completely disposed within the outer border of the terminal area.
  • the first square surface and the second square surface can be used in particular as
  • the first surface is arranged closer to a nearest point of the contact structure than the second surface.
  • the first area may be in a rung between the nearest point of
  • Recesses thus adjoins the current spreading layer to the semiconductor layer. A large area
  • Carrier injection into the semiconductor layer is thus simplified.
  • the recesses are formed as recesses that completely through the
  • Recesses are particularly easy to produce. Furthermore, the radiation generated in the active area during operation in the area of the recesses no material of the
  • Semiconductor device contains the structuring in
  • the optical information can be embodied, for example, in the form of one or more characters and / or symbols.
  • the optical information is preferably designed so that it can be seen under a light microscope.
  • the first recess and the second recess have a different shape and / or a different area.
  • the structuring has a plurality of first recesses and a plurality of second recesses, wherein by means of the first recesses and the second
  • Recesses information is encoded.
  • the information may be encoded in digital form, wherein the first recesses represent a digital zero and the second recesses represent a digital one
  • trench-shaped recesses information in the form of a bar code (barcode) to be encoded.
  • the information may relate, for example, to the manufacture of the semiconductor device and, for example, contain information about the manufacturer or parameter during the production of the method.
  • the traceability of the semiconductor device may relate, for example, to the manufacture of the semiconductor device and, for example, contain information about the manufacturer or parameter during the production of the method.
  • the structuring is formed so that the structuring in a region in which a
  • a lateral flow of current along the preferred direction favors.
  • elongated recesses are oriented with their longitudinal direction along the preferred direction.
  • Semiconductor device is the structuring in one
  • the structuring may be formed by means of a plurality of recesses which are arranged in the form of a lattice or honeycomb. Such structuring may be expedient, for example, in a region of the connection region in which the adjacent contact structure does not run straight and has, for example, a kink or a bend.
  • the semiconductor component can have at least one point with a structuring with an effect influencing the direction of the lateral current flow and a point with a structuring with an effect which does not influence the direction of the lateral current flow
  • Semiconductor device is the radiation exit surface in a region of the semiconductor device, in which a
  • FIGS. 1A and 1B show an exemplary embodiment of a
  • FIGS. 1C and 1D show further exemplary embodiments of an optoelectronic semiconductor component in FIG.
  • Figure 3 shows an embodiment of a structuring
  • FIG. 4 shows a luminance distribution of a
  • FIG. 1A shows a top view of an optoelectronic semiconductor component 1.
  • the semiconductor device is formed as a semiconductor chip, for example as a
  • the semiconductor component 1 has a semiconductor body with a semiconductor layer sequence 2. In a vertical direction running perpendicular to a main extension plane of the semiconductor layers of the semiconductor layer sequence, the semiconductor body is delimited by a radiation exit surface 210.
  • the semiconductor body with the semiconductor layer sequence 2 comprises an active region 20 provided for generating radiation.
  • the active region 20 is arranged between a semiconductor layer 21 of a first conductivity type and a further semiconductor layer 22 of a second conductivity type different from the first power type.
  • Semiconductor body, in particular the active region 20 contains, for example, a III-V compound semiconductor material.
  • III-V compound semiconductor materials are known for
  • Compound semiconductor materials in particular from the said material systems, can continue in the
  • the semiconductor layer 21 contains p-type doped nitride compound semiconductor material, in particular Al x In y Gai-xy N, and the further semiconductor layer n-type doped nitride compound semiconductor material.
  • the semiconductor layer 21 forms the radiation exit surface 210.
  • the semiconductor layer 21 is therefore between the
  • Radiation exit surface 210 and the active region 20 is arranged.
  • Current spreading layer 3 is permeable to the radiation generated in the active region and contains, for example, a TCO material, such as indium tin oxide (ITO) or zinc oxide (ZnO).
  • a TCO material such as indium tin oxide (ITO) or zinc oxide (ZnO).
  • the semiconductor device 1 also has a
  • the contact structure 4 for the external electrical contacting of the semiconductor layer 21 on.
  • the contact structure 4 has a contact surface 41 for the electrical contacting, for example by means of a contact surface 41 Wire bonding connection on. Starting from the contact surface 41 extending webs 42 for power distribution over the
  • Radiation exit surface 210 The arrangement of the webs 42, their position and their number can be varied within wide limits.
  • the contact structure may be formed as a closed frame extending along the side surfaces of the semiconductor device 1.
  • the contact surface 41 is preferably designed so that a charge carrier injection below the contact surface is avoided or at least reduced.
  • FIGS. 1B to 1D show different embodiments for this purpose. Apart from that, there are no further differences between these embodiments.
  • the contact structure directly adjoins the semiconductor layer 21. In this area, the current spreading layer is recessed.
  • the electrical contact between the contact surface 41 and the semiconductor layer is specifically designed so that in
  • an insulating layer 6 is arranged.
  • the insulating layer contains an oxide or a nitride. Neither the contact surface 41 nor the
  • the insulation layer 6, in contrast to FIG. 1D, has a
  • the electrical contact between the contact surface 41 and the semiconductor layer is specifically designed so that there is essentially no direct charge carrier injection from the contact surface 41 into the semiconductor layer 21.
  • the semiconductor device 1 has another
  • the further contact structure 5 is for external electrical contacting of the other
  • Semiconductor layer 22 is provided.
  • the further contact structure 5 is arranged in a recess 25 of the semiconductor body with the semiconductor layer sequence 2.
  • the recess 25 extends through the semiconductor layer 21 and the active region 20 into the further semiconductor layer 22.
  • the semiconductor layer sequence 2 is arranged on a support 29.
  • a carrier for example, is a
  • the carrier 29 comprises a radiation-transmissive material, such as sapphire, gallium nitride or silicon carbide. But it can also find another material application, such as silicon.
  • the current spreading layer 3 is arranged in a connection region 30 on the semiconductor layer 21 and adjoins the semiconductor layer.
  • the connection region 30 extends within an outer border with a rectangular basic shape. Within this border, the current spreading layer has a
  • the recesses of the structuring are the same
  • Current spreading layer is, for example, if necessary, an electrical contact by means of the contact structure 4, such as shown in Figure 1B or 1D, or the other
  • contact structures 5 do not constitute such recesses
  • radiopaque such as metallic
  • the recesses 35 may extend completely through the current spreading layer 3 in the vertical direction or may be formed as blind holes ending in the current spreading layer.
  • a transverse extent of the recesses is preferably between and including 2 ym and including 100 ym, more preferably between and including 2 ym and
  • Transverse expansion here is the maximum extent perpendicular to a longitudinal direction along which the recess has the maximum extent
  • FIG. 2A by way of example, a longitudinal extent 351 and a transverse extent 352 for elliptical recesses 35 are shown.
  • the longitudinal extent of the recesses can also be much larger than the transverse extent, as long as the smallest distance within the recesses for nearest point of the current spreading layer is not larger than the current spreading length in the
  • Radiation exit surface 210 from which radiation can escape from the semiconductor device without having to pass the entire thickness of the current spreading layer 3. This reduces the proportion of total in
  • Semiconductor component configured so that at any point in the recesses in the operation of the semiconductor device 1 charge carriers can be injected via the semiconductor layer 21 in the active region 20. This avoids the creation of 35 points in the active area below the recesses which are not energized and cause increased absorption during operation. Such absorption could reduce the absorption by the
  • the coverage with material of the current spreading layer 3 can be varied.
  • a square can be used which has an edge length which is greater than or equal to twice a transverse extent of the recesses. This square shows at various points of the connection area 30 a different occupancy.
  • FIG. 1A by way of example, a first square area 81 and a second square area 82 of the same size are entered, wherein the first
  • square area 81 is closer to the nearest edge of the contact structure 4 than the second square
  • the recesses in the first square area fill at least 50% of the first square area and the recesses in the second square area fill at most 10% of the second square area
  • the coverage with material of the current spreading layer 3 may increase, for example, linearly or with a higher power with increasing distance from the nearest border of the contact structure 4.
  • the occupancy increases in proportion to x n to, where x is the distance, and 0 ⁇ n ⁇ 1. In areas that are close to the contact structure 4 and in which therefore a comparatively large
  • Carrier injection takes place in the active region 20 via the semiconductor layer 21, so have a
  • Semiconductor layer 21 is less than the transverse conductivity of the further semiconductor layer 22nd By a variation of the occupation with the
  • Current spreading layer 3 by means of structuring 31 can be achieved in particular an optimization in terms of a homogeneous current density and / or a homogeneous luminance.
  • Recesses 35 of the contact structure 4 is preferably so large that the recesses do not impede or at least substantially hinder the distribution of the current in the current spreading layer.
  • the recesses 35 are arranged in the form of a matrix. The longitudinal extent of the recesses 35 extends in each case perpendicular to the border of the nearest
  • Contact structure 5 can thus extend continuously between the recesses 35. As a result, the current path which the charge carriers have to cover in order to energize the active region 20 in the current spreading layer 3 is kept low. Unlike circular recesses can at
  • the area of the recesses are increased, without that the maximum distance to the nearest point of the
  • the maximum distance point for an ellipse is the center of the ellipse and the maximum distance is half the transverse axis of the ellipse.
  • the recesses 35 are also elongated and have a trench-shaped basic shape. The trench-shaped
  • Recesses 35 run parallel to one another, so that webs 33 of the current spreading layer 3 are formed between these trenches.
  • the trench-shaped recesses 35 may also, as shown in Figure 2C, to the edge of the
  • trench-shaped recesses at least in places with increasing distance from the contact structure 4 from.
  • Radiation exit surface 210 thus in turn near the contact structure 4 has a lower occupancy with the
  • the transverse extent of the trench-shaped recesses and / or the transverse extent of the webs 33 can, for example, in the connection area
  • FIGS. 2E to 2H show various configurations in which the material is covered with material
  • Embodiments according to Figure 2E and 2F varies the occupancy by means of a variation of the transverse extent of
  • Recesses 35 In the embodiment shown, the recesses 35 are circular. Deviating from this, however, they can also have an elongated basic shape, for example an elliptical basic shape.
  • FIGS. 2G and 2H Exemplary embodiments are shown in FIGS. 2G and 2H, in which the occupancy varies by means of a variation of the mean distance between adjacent recesses 35.
  • FIGS. 2G and 2H Exemplary embodiments are shown in FIGS. 2G and 2H, in which the occupancy varies by means of a variation of the mean distance between adjacent recesses 35.
  • Figures 2F and 2H Exemplary embodiments are shown in FIGS. 2G and 2H, in which the occupancy varies by means of a variation of the mean distance between adjacent recesses 35.
  • the recesses 35 are each arranged so that perpendicular to the contact structure 4 continuous current paths between the recesses 35th
  • This embodiment promotes a local
  • FIGS. 2E and 2G are particularly suitable for areas of the invention
  • FIGS. 21 and 2J show two exemplary embodiments in which an optical information 39 is formed by means of the structuring 31. In the case of FIG. 21
  • Letters, signs or graphic symbols such as logos as optical information are designed to provide a flow of current in the letters or elements.
  • the individual letters each have an elongated shape perpendicular to the contact structure 4.
  • the structuring 31 has a plurality of first recesses 35a and a plurality of second recesses 35b, which differ in their size and are arranged in the form of a matrix.
  • optical information can be coded in digital form.
  • an optical information can therefore be represented without this having to have a major influence on the performance of the semiconductor component.
  • optical information is particularly suitable for the traceability of the semiconductor components produced and can, for example, information for the production, for
  • the information may also be coded in a different form, for example by a variation of the shape of the recesses. Furthermore, for example, at
  • elongated recesses such as trench-shaped recesses optical information in the form of a bar pattern
  • FIG. 3 shows an exemplary embodiment of a
  • Contact structure 4 is not consistently straight. In the exemplary embodiment shown, the contact structure 4 has two kinks. In such a range, there is no large uniform uniform preferred direction for the flow of current within the StromaufWeitungs für. In such
  • FIG. 4 schematically shows the luminance distribution L of a semiconductor component without a structuring of a semiconductor component
  • Carrier injection would take place, this may be appropriate. For example, these are areas of

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Abstract

Es wird ein optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) mit einem Halbleiterkörper (2), der eine Halbleiterschichtenfolge mit einem zum Erzeugen von Strahlung vorgesehenen aktiven Bereich(20), einer Halbleiterschicht(21)und einer weiteren Halbleiterschicht (22) aufweist,angegeben,wobei -der aktive Bereich zwischen der Halbleiterschicht und der weiteren Halbleiterschicht angeordnet ist; - auf einer Strahlungsaustrittsfläche (210) des Halbleiterkörpers eine Stromaufweitungsschicht angeordnet ist; - die Stromaufweitungsschicht elektrisch leitend mit einer Kontaktstruktur (4) für die externe elektrische Kontaktierung der Halbleiterschicht verbunden ist; - die Stromaufweitungsschicht in Draufsicht auf das Halbleiterbauelement in einem Anschlussbereich (30) an die Halbleiterschicht angrenzt, und - die Stromaufweitungsschicht eine Strukturierung (31) mit einer Mehrzahl von Ausnehmungen (35) aufweist, durch die im Betrieb Strahlung aus dem Halbleiterbauelement austritt.

Description

Beschreibung
Optoelektronisches Halbleiterbauelement Die vorliegende Anmeldung betrifft ein optoelektronisches Halbleiterbauelement .
Bei Strahlungserzeugenden Halbleiterbauelementen wie
beispielsweise Leuchtdioden sind oftmals auf einer Seite, auf der die Strahlung im Betrieb austritt, großflächig
Kontaktschichten aufgebracht, um eine möglichst großflächige Ladungsträgerinjektion zu bewirken. Auch bei Verwendung von strahlungsdurchlässigen Materialien, beispielsweise
transparenten leitfähigen Oxiden (Transparent Conductive Oxide, TCO) geht jedoch beim Durchgang durch eine solche Kontaktschicht ein signifikanter Anteil des Lichts durch Absorption verloren.
Eine Aufgabe ist es, ein optoelektronisches
Halbleiterbauelement anzugeben, das sich durch verringerte Absorptionsverluste bei gleichzeitig guter
Ladungsträgerinj ektion auszeichnet .
Diese Aufgabe wird unter anderem durch den Gegenstand des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere
Ausgestaltungen und Zweckmäßigkeiten sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Es wird ein optoelektronisches Halbleiterbauelement
angegeben, das insbesondere im Betrieb des
Halbleiterbauelements elektromagnetische Strahlung erzeugt. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements weist das Halbleiterbauelement einen Halbleiterkörper mit einer Halbleiterschichtenfolge auf. Die Halbleiterschichtenfolge weist einen zum Erzeugen von
Strahlung vorgesehenen aktiven Bereich auf. Beispielsweise ist der aktive Bereich zur Erzeugung von Strahlung im
ultravioletten, sichtbaren und/oder infraroten
Spektralbereich vorgesehen. Beispielsweise ist der aktive Bereich zwischen einer Halbleiterschicht und einer weiteren Halbleiterschicht der Halbleiterschichtenfolge angeordnet.
Zweckmäßigerweise sind die Halbleiterschicht und die weitere Halbleiterschicht zumindest stellenweise bezüglich des
Leitungstyps voneinander verschieden, so dass sich der aktive Bereich in einem pn-Übergang befindet.
Der Halbleiterkörper weist weiterhin eine
Strahlungsaustrittsfläche auf, die sich parallel zu einer Haupterstreckungsebene der Halbleiterschichten der
Halbleiterschichtenfolge erstreckt. Die
Strahlungsaustrittsfläche schließt den Halbleiterkörper in einer vertikalen Richtung, also senkrecht zu einer
Haupterstreckungsebene der Halbleiterschichten der
Halbleiterschichtenfolge ab. Zum Beispiel bildet die
Halbleiterschicht die Strahlungsaustrittsfläche.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements weist das Halbleiterbauelement eine Stromaufweitungsschicht auf. Die StromaufWeitungsschicht ist insbesondere außerhalb des Halbleiterkörpers angeordnet, beispielsweise auf der Strahlungsaustrittsfläche. Die
Stromaufweitungsschicht ist beispielsweise für die im
Halbleiterbauelement erzeugte Strahlung strahlungsdurchlässig ausgebildet. Zum Beispiel enthält die Stromaufweitungsschicht ein TCO-Material.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements weist das Halbleiterbauelement eine Kontaktstruktur für die externe elektrische Kontaktierung der Halbleiterschicht auf. Die Kontaktstruktur ist insbesondere elektrisch leitend mit der Stromaufweitungsschicht verbunden. Beispielsweise weist das Halbleiterbauelement eine weitere Kontaktstruktur für die externe elektrische Kontaktierung der weiteren Halbleiterschicht auf. Durch Anlegen einer
elektrischen Spannung zwischen der Kontaktstruktur und der weiteren Kontaktstruktur können Ladungsträger von
unterschiedlichen Seiten in den aktiven Bereich injiziert werden und dort unter Emission von Strahlung rekombinieren.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des
Halbleiterbauelements grenzt die Stromaufweitungsschicht in Draufsicht auf das Halbleiterbauelement in einem
Anschlussbereich an die Halbleiterschicht an. Der
Anschlussbereich definiert denjenigen Bereich auf der
Strahlungsaustrittsfläche, in dem eine Ladungsträgerinjektion von der Stromaufweitungsschicht in die Halbleiterschicht erfolgt. In Draufsicht auf das Halbleiterbauelement verläuft die Stromaufweitungsschicht insbesondere innerhalb einer einhüllenden äußeren Umrandung des Anschlussbereichs. Als eine einhüllende äußere Umrandung wird im Zweifel ein
gedachter Verlauf eines elastischen Bandes angesehen, der entlang der Außenflächen der Stromaufweitungsschicht
verläuft .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des
Halbleiterbauelements weist die Stromaufweitungsschicht , insbesondere innerhalb einer einhüllenden äußeren Umrandung des Anschlussbereichs, eine Strukturierung mit einer Mehrzahl von Ausnehmungen auf. Innerhalb der äußeren Umrandung des Anschlussbereichs ist die StromaufWeitungsschicht also nicht vollflächig mit homogener Dicke auf der
Strahlungsaustrittsfläche angeordnet. Insbesondere tritt durch die Ausnehmungen im Betrieb des Halbleiterbauelements Strahlung aus dem Halbleiterbauelement aus. Bereiche, in denen der Halbleiterkörper von der Kontaktstruktur überdeckt ist und in denen sich keine darunter liegende
Stromaufweitungsschicht befindet, werden dagegen nicht als Ausnehmungen im Sinne der vorliegenden Anmeldung angesehen. Ebenfalls stellen Bereiche, in denen die
Strahlungsaustrittsfläche selbst eine Vertiefung aufweist, beispielsweise zur elektrischen Kontaktierung der weiteren
Halbleiterschicht mittels der weiteren Kontaktstruktur, keine Ausnehmungen der Stromaufweitungsschicht im Anschlussbereich dar . In mindestens einer Ausführungsform weist das
optoelektronische Halbleiterbauelement einen Halbleiterkörper auf, der eine Halbleiterschichtenfolge mit einem zum Erzeugen von Strahlung vorgesehenen aktiven Bereich, einer
Halbleiterschicht und einer weiteren Halbleiterschicht aufweist. Der aktive Bereich ist zwischen der
Halbleiterschicht und der weiteren Halbleiterschicht
angeordnet. Auf einer Strahlungsaustrittsfläche des
Halbleiterkörpers ist eine Stromaufweitungsschicht
angeordnet. Die Stromaufweitungsschicht ist elektrisch leitend mit einer Kontaktstruktur für die externe elektrische Kontaktierung der Halbleiterschicht verbunden. Die
Stromaufweitungsschicht grenzt in Draufsicht auf das
Halbleiterbauelement in einem Anschlussbereich an die Halbleiterschicht an. Die StromaufWeitungsschicht weist eine Strukturierung mit einer Mehrzahl von Ausnehmungen auf, durch die im Betrieb Strahlung aus dem Halbleiterbauelement
austritt .
Die Ausnehmungen sind insbesondere innerhalb einer
einhüllenden äußeren Umrandung des Anschlussbereichs
ausgebildet .
Die Ausnehmungen weisen beispielsweise entlang einer
Längsrichtung, entlang der sie eine maximale Ausdehnung aufweisen, eine Längsausdehnung auf. Weiterhin weisen die Ausnehmungen senkrecht zur Längsrichtung eine Querausdehnung auf. Bei kreisförmigen Ausnehmungen ist die Längsausdehnung gleich der Querausdehnung.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des
Halbleiterbauelements ist die Querausdehnung so an eine
Querleitfähigkeit der Halbleiterschicht angepasst, dass in Draufsicht auf das Halbleiterbauelement an jeder Stelle in den Ausnehmungen im Betrieb des Halbleiterbauelements
Ladungsträger über die Halbleiterschicht in den aktiven
Bereich injiziert werden. Die Querausdehnung der Ausnehmungen ist also nur so groß, dass der aktive Bereich in Draufsicht auf das Halbleiterbauelement auch innerhalb der Ausnehmungen vollständig bestromt wird.
Insbesondere wird vermieden, dass sich mittels der
Ausnehmungen im aktiven Bereich Bereiche ausbilden, die nicht bestromt werden und eine Strahlungsabsorption verursachen. Derartige Absorptionseffekte könnten die reduzierte
Absorption in der StromaufWeitungsschicht aufgrund der
Ausnehmungen überkompensieren. Im Anschlussbereich ist der maximale Abstand zur StromaufWeitungsschicht an jeder Stelle in den Aussparungen also so klein, dass Ladungsträger diesen Abstand aufgrund der Querleitfähigkeit der Halbleiterschicht überbrücken können.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des
Halbleiterbauelements sind die Ausnehmungen in Draufsicht auf das Halbleiterbauelement zumindest teilweise länglich
ausgebildet. Beispielsweise weisen die Ausnehmungen entlang der Längsrichtung eine Längsausdehnung auf, die mindestens 20 % größer ist als die Querausdehnung entlang einer
senkrecht zur Längsrichtung verlaufenden Querrichtung. Auch bei einer Längsausdehnung der Ausnehmungen, die sehr viel größer ist als Querausdehnung der Ausnehmungen, kann in den Ausnehmungen eine effiziente Ladungsträgerinjektion in den aktiven Bereich erfolgen. Beispielsweise ist die Ausdehnung in Längsrichtung mindestens doppelt so groß oder mindestens fünf Mal so groß wie die Querausdehnung. Die Ausnehmungen können beispielsweise eine elliptische oder grabenförmige Grundform aufweisen. Beispielsweise kann eine Mehrzahl von grabenförmig ausgebildeten und parallel zueinander
verlaufenden Ausnehmungen eine kammförmige Struktur bilden. Die Ausnehmungen, insbesondere grabenförmige Ausnehmungen können sich auch bis zur äußeren Umrandung des
Anschlussbereichs erstrecken. Alternativ können die
Ausnehmungen in Draufsicht auf das Halbleiterbauelement vollständig innerhalb des Anschlussbereichs verlaufen. Bei länglich ausgebildeten Ausnehmungen verläuft die
Längsrichtung vorzugsweise entlang einer lokalen
Vorzugsrichtung des Stroms in der StromaufWeitungsschicht .
Beispielsweise verlaufen die Längsrichtungen der Ausnehmungen entlang einer kürzesten Verbindung zwischen der
Kontaktstruktur und der weiteren Kontaktstruktur an der jeweiligen Stelle. Dadurch werden der Strompfad innerhalb der Stromaufweitungsschicht und der durch die
Stromaufweitungsschicht resultierende Serienwiderstand minimiert .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des
Halbleiterbauelements weist die Strukturierung grabenförmige Ausnehmungen mit zwischen den grabenförmigen Ausnehmungen verlaufenden Stegen der Stromaufweitungsschicht auf.
Insbesondere nimmt eine Querausdehnung der grabenförmigen Ausnehmungen zumindest stellenweise mit zunehmendem Abstand von der Kontaktstruktur ab. Beispielsweise nimmt die
Querausdehnung der grabenförmigen Ausnehmungen kontinuierlich ab. Zum Beispiel variiert eine Querausdehnung der
grabenförmigen Ausnehmungen und/oder eine Querausdehnung der Stege im Anschlussbereich um mindestens 20 %, bevorzugt um mindestens 50 %.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des
Halbleiterbauelements variiert in Draufsicht auf das
Halbleiterbauelement eine Fläche der Ausnehmungen und/oder ein Mittenabstand der Ausnehmungen. Mit anderen Worten ändert sich eine Belegung der Halbleiterschicht mit Material der Stromaufweitungsschicht in lateraler Richtung. Bei einer Variation der Fläche der Ausnehmungen sind vorzugsweise alle Ausnehmungen bezüglich deren Querausdehnung an die
Querleitfähigkeit der Halbleiterschicht angepasst, so dass in Draufsicht auf das Halbleiterbauelement innerhalb der
Ausnehmungen an jeder Stelle eine Ladungsträgerinjektion in den aktiven Bereich erfolgt. Als Mittenabstand der Ausnehmungen wird im Zweifel der
Abstand der jeweiligen Flächenschwerpunkte der Ausnehmungen angesehen . Mit zunehmendem Abstand von der nächstgelegenen
Kontaktstruktur nimmt insbesondere die Fläche der
Ausnehmungen ab und/oder der Mittenabstand der Ausnehmungen zu. Bereiche, die nahe an der Kontaktstruktur angeordnet sind, sind also mit einem kleineren Volumen des Materials der Stromaufweitungsschicht bedeckt als weiter von der
Kontaktstruktur entfernt angeordnete Bereiche.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des
Halbleiterbauelements weist der Anschlussbereich eine erste quadratische Fläche und eine zweite quadratische Fläche auf. Die erste quadratische Fläche und die zweite quadratische Fläche stellen jeweils Teilbereiche der
Stromaufweitungsschicht dar, wobei die erste quadratische Fläche und die zweite quadratische Fläche gleich groß sind und jeweils eine Kantenlänge aufweisen, die größer oder gleich dem Zweifachen einer Querausdehnung der Ausnehmungen in der ersten quadratischen Fläche ist. In Draufsicht auf das Halbleiterbauelement füllen die Ausnehmungen in der ersten quadratischen Fläche mindestens 20 % der ersten quadratischen Fläche und die Ausnehmungen in der zweiten quadratischen
Fläche höchstens 10 % der zweiten quadratischen Fläche. Die erste quadratische Fläche und die zweite quadratische Fläche sind jeweils vollständig innerhalb der äußeren Umrandung des Anschlussbereichs angeordnet. Die erste quadratische Fläche und die zweite quadratische Fläche können insbesondere als
Maß für die Variation der Belegung des Anschlussbereichs mit Material der Stromaufweitungsschicht dienen. Hierbei ist insbesondere die erste Fläche näher an einem nächstgelegenen Punkt der Kontaktstruktur angeordnet als die zweite Fläche. Insbesondere kann sich die erste Fläche in einem Strompfad zwischen dem nächstgelegenen Punkt der
Kontaktstruktur und der zweiten Fläche befinden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des
Halbleiterbauelements erstrecken sich die Ausnehmungen in vertikaler Richtung nicht vollständig durch die
Stromaufweitungsschicht hindurch. Auch im Bereich der
Ausnehmungen grenzt die Stromaufweitungsschicht also an die Halbleiterschicht an. Eine großflächige
Ladungsträgerinjektion in die Halbleiterschicht wird so vereinfacht .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des
Halbleiterbauelements sind die Ausnehmungen als Aussparungen ausgebildet, die sich vollständig durch die
Stromaufweitungsschicht hindurch erstrecken. Derartige
Ausnehmungen sind besonders einfach herzustellen. Weiterhin muss die im aktiven Bereich im Betrieb erzeugte Strahlung im Bereich der Aussparungen kein Material der
Stromaufweitungsschicht passieren. Der in der
Stromaufweitungsschicht absorbierte Strahlungsanteil wird so verringert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des
Halbleiterbauelements enthält die Strukturierung in
Draufsicht auf das Halbleiterbauelement eine optische
Information. Die optische Information kann beispielsweise in Form von einem oder mehreren Schriftzeichen und/oder Symbolen ausgebildet sein. Die optische Information ist vorzugsweise so ausgebildet, dass sie unter einem Lichtmikroskop erkennbar ist .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des
Halbleiterbauelements weist die Strukturierung zumindest eine erste Ausnehmung und eine zweite Ausnehmung auf, wobei sich die erste Ausnehmung und die zweite Ausnehmung in Draufsicht auf das Halbleiterbauelement in ihrer Grundfläche voneinander unterscheiden. Beispielsweise weisen die erste Ausnehmung und die zweite Ausnehmung eine unterschiedliche Form und/oder eine unterschiedliche Fläche auf.
Insbesondere weist die Strukturierung eine Mehrzahl erster Ausnehmungen und eine Mehrzahl zweiter Ausnehmungen auf, wobei mittels der ersten Ausnehmungen und der zweiten
Ausnehmungen eine Information codiert ist. Beispielsweise kann die Information in digitaler Form codiert sein, wobei die ersten Ausnehmungen eine digitale Null und die zweiten Ausnehmungen eine digitale Eins repräsentieren oder
umgekehrt. Weiterhin kann beispielsweise mittels
grabenförmiger Ausnehmungen eine Information in Form eines Strichcodes (Barcode) codiert sein.
Die Information kann beispielsweise die Herstellung des Halbleiterbauelements betreffen und zum Beispiel Angaben über den Hersteller oder Parameter während der Herstellung des Verfahrens enthalten. Die NachVerfolgbarkeit der
Halbleiterbauelemente wird so verbessert. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des
Halbleiterbauelements ist die Strukturierung so ausgebildet, dass die Strukturierung in einem Bereich, in dem ein
Stromfluss lokal eine Vorzugsrichtung in der Stromaufweitungsschicht aufweist, einen lateralen Stromfluss entlang der Vorzugsrichtung begünstigt. Beispielsweise sind länglich ausgebildete Ausnehmungen mit ihrer Längsrichtung entlang der Vorzugsrichtung orientiert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des
Halbleiterbauelements ist die Strukturierung in einem
Bereich, in dem ein Stromfluss lokal keine Vorzugsrichtung aufweist, so ausgebildet, dass die Strukturierung keine oder zumindest keine wesentliche die Richtung des lateralen
Stromflusses beeinflussende Wirkung hat. Beispielsweise kann die Strukturierung mittels einer Mehrzahl von Ausnehmungen gebildet sein, die gitterförmig oder wabenförmig angeordnet sind. Eine solche Strukturierung kann beispielsweise in einem Bereich des Anschlussbereichs zweckmäßig sein, in dem die angrenzende Kontaktstruktur nicht gerade verläuft und beispielsweise einen Knick oder eine Biegung aufweist.
Insbesondere kann das Halbleiterbauelement mindestens eine Stelle mit einer Strukturierung mit einer die Richtung des lateralen Stromflusses beeinflussenden Wirkung und eine Stelle mit einer Strukturierung mit einer die Richtung des lateralen Stromflusses nicht beeinflussenden Wirkung
aufweisen .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des
Halbleiterbauelements ist die Strahlungsaustrittsfläche in einem Bereich des Halbleiterbauelements, in dem eine
Stromdichte unter 20 % der mittleren Stromdichte liegt, zur Erhöhung der Strahlungsauskopplung aus dem
Halbleiterbauelement frei von der Stromaufweitungsschicht . Ein Bereich des Halbleiterbauelements, in dem beispielsweise aufgrund der Geometrie der Kontaktstruktur und/oder der weiteren Kontaktstruktur auch bei Vorhandensein einer
Stromaufweitungsschicht nur eine vergleichsweise geringe Ladungsträgerinjektion in den darunter angeordneten Teil des aktiven Bereichs erzielt werden könnte, wird also gezielt von der Stromaufweitungsschicht freigehalten, um so die
Strahlungsauskopplung aus dem Halbleiterbauelement in diesem Bereich zu erhöhen.
Weitere Ausgestaltungen und Zweckmäßigkeiten ergeben sich aus der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele in
Verbindung mit den Figuren.
Es zeigen: die Figuren 1A und 1B ein Ausführungsbeispiel für ein
optoelektronisches Halbleiterbauelement in
schematischer Draufsicht (Figur 1A) und zugehöriger Schnittansicht entlang der Linie A-A' (Figur 1B) ; die Figuren IC und 1D weitere Ausführungsbeispiele für ein optoelektronisches Halbleiterbauelement in
schematischer Schnittansicht; die Figuren 2A bis 2J jeweils Ausführungsbeispiele für
eine Strukturierung anhand eines jeweils vergrößert dargestellten Ausschnitts 91 der Figur 1A;
Figur 3 ein Ausführungsbeispiel für eine Strukturierung
anhand eines weiteren Ausschnitts 92 der Figur 1A; und
Figur 4 eine Leuchtdichteverteilung eines
Halbleiterbauelements . Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit denselben 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.
In Figur 1A ist ein optoelektronisches Halbleiterbauelement 1 in Draufsicht gezeigt. Das Halbleiterbauelement ist als ein Halbleiterchip ausgebildet, beispielsweise als eine
Leuchtdiode .
Das Halbleiterbauelement 1 weist einen Halbleiterkörper mit einer Halbleiterschichtenfolge 2 auf. In einer senkrecht zu einer Haupterstreckungsebene der Halbleiterschichten der Halbleiterschichtenfolge verlaufenden vertikalen Richtung ist der Halbleiterkörper durch eine Strahlungsaustrittsfläche 210 begrenzt .
Der Halbleiterkörper mit der Halbleiterschichtenfolge 2 umfasst einen zur Erzeugung von Strahlung vorgesehenen aktiven Bereich 20. Der aktive Bereich 20 ist zwischen einer Halbleiterschicht 21 eines ersten Leitungstyps und einer weiteren Halbleiterschicht 22 eines vom ersten Leistungstyp verschiedenen zweiten Leitungstyps angeordnet. Der
Halbleiterkörper, insbesondere der aktive Bereich 20 enthält beispielsweise ein III-V-Verbindungshalbleitermaterial .
III-V-Verbindungshalbleitermaterialien sind zur
Strahlungserzeugung im ultravioletten (Alx Iny Gai-x-y N ) über den sichtbaren (Alx Iny Gai-x-y N, insbesondere für blaue bis grüne Strahlung, oder Alx Iny Gai-x-y P, insbesondere für gelbe bis rote Strahlung) bis in den infraroten (Alx Iny Gai-x-y As) Spektralbereich besonders geeignet. Hierbei gilt jeweils O ^ x ^ l, O ^ y ^ l und x + y < 1, insbesondere mit x + 1, y + 1, x + 0 und/oder y + 0. Mit III-V-
Verbindungshalbleitermaterialien, insbesondere aus den genannten Materialsystemen, können weiterhin bei der
Strahlungserzeugung hohe interne Quanteneffizienzen erzielt werden.
Beispielsweise enthält die Halbleiterschicht 21 p-leitend dotiertes Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial, insbesondere Alx Iny Gai-x-y N, und die weitere Halbleiterschicht n-leitend dotiertes Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial.
Die Halbleiterschicht 21 bildet die Strahlungsaustrittsfläche 210. Die Halbleiterschicht 21 ist also zwischen der
Strahlungsaustrittsfläche 210 und dem aktiven Bereich 20 angeordnet.
Auf der Strahlungsaustrittsfläche 210 ist eine
Stromaufweitungsschicht 3 angeordnet. Die
Stromaufweitungsschicht 3 ist für die im aktiven Bereich erzeugte Strahlung durchlässig ausgebildet und enthält beispielsweise ein TCO-Material, etwa Indiumzinnoxid (ITO) oder Zinkoxid (ZnO) .
Das Halbleiterbauelement 1 weist weiterhin eine
Kontaktstruktur 4 für die externe elektrische Kontaktierung der Halbleiterschicht 21 auf. Die Kontaktstruktur 4 weist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel eine Kontaktfläche 41 für die elektrische Kontaktierung, beispielsweise mittels einer Drahtbond-Verbindung auf. Von der Kontaktfläche 41 ausgehend verlaufen Stege 42 zur Stromverteilung über die
Strahlungsaustrittsfläche 210. Die Anordnung der Stege 42, deren Position und deren Anzahl kann in weiten Grenzen variiert werden. Beispielsweise kann die Kontaktstruktur als ein geschlossener Rahmen ausgebildet sein, der entlang der Seitenflächen des Halbleiterbauelements 1 verläuft.
Die Kontaktfläche 41 ist vorzugsweise so ausgebildet, dass eine Ladungsträgerinjektion unterhalb der Kontaktfläche vermieden oder zumindest vermindert wird. Die Figuren 1B bis 1D zeigen hierfür verschiedene Ausführungsbeispiele. Davon abgesehen bestehen zwischen diesen Ausführungsbeispielen keine weiteren Unterschiede.
Bei dem in Figur 1B dargestellten Ausführungsbeispiel grenzt die Kontaktstruktur direkt an die Halbleiterschicht 21 an. In diesem Bereich ist die Stromaufweitungsschicht ausgespart. Der elektrische Kontakt zwischen der Kontaktfläche 41 und der Halbleiterschicht ist gezielt so ausgebildet, dass im
Wesentlichen keine direkte Ladungsträgerinjektion von der Kontaktfläche 41 in die Halbleiterschicht 21 erfolgt.
Insbesondere besteht zwischen der Kontaktfläche und der
Halbleiterschicht keine direkte ohmsche Verbindung.
Bei dem in Figur IC dargestellten Ausführungsbeispiel überlappen die Stromaufweitungsschicht 3 und die
Kontaktfläche 41. Insbesondere verläuft die
Stromaufweitungsschicht 3 unterhalb der Kontakfläche
durchgängig. Zur Vermeidung einer Ladungsträgerinjektion unterhalb der Kontaktfläche ist unterhalb der Kontaktfläche 41 zwischen der Stromaufweitungsschicht 3 und der
Halbleiterschicht 21 eine Isolationsschicht 6 angeordnet. Beispielsweise enthält die Isolationsschicht ein Oxid oder ein Nitrid. Weder die Kontaktfläche 41 noch die
Stromaufweitungsschicht 3 grenzen unterhalb der Kontakfläche direkt an die Halbleiterschicht 21 an.
Bei dem in Figur 1D dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Isolationsschicht 6 im Unterschied zu Figur 1D eine
Aussparung 65 auf. In Draufsicht auf das Halbleiterbauelement 1 überlappen die Kontaktfläche 41 und die Aussparung. In der Aussparung 65 grenzt die Kontaktfläche 41 unmittelbar an die Halbleiterschicht 21 an. Die Kontaktfläche erstreckt sich in diesem Ausführungsbeispiel also bereichsweise durch die
Stromaufweitungsschicht 3 und die Isolationsschicht 6 hindurch. Der elektrische Kontakt zwischen der Kontaktfläche 41 und der Halbleiterschicht ist gezielt so ausgebildet, dass im Wesentlichen keine direkte Ladungsträgerinjektion von der Kontaktfläche 41 in die Halbleiterschicht 21 erfolgt.
Weiterhin weist das Halbleiterbauelement 1 eine weitere
Kontaktstruktur 5 mit einer weiteren Kontaktfläche 51 und einem weiteren Steg 52 auf. Die weitere Kontaktstruktur 5 ist zur externen elektrischen Kontaktierung der weiteren
Halbleiterschicht 22 vorgesehen. Die weitere Kontaktstruktur 5 ist in einer Ausnehmung 25 des Halbleiterkörpers mit der Halbleiterschichtenfolge 2 angeordnet. Die Ausnehmung 25 erstreckt sich durch die Halbleiterschicht 21 und den aktiven Bereich 20 hindurch in die weitere Halbleiterschicht 22 hinein . Die Halbleiterschichtenfolge 2 ist auf einem Träger 29 angeordnet. Als Träger eignet sich beispielsweise ein
Aufwachssubstrat für die insbesondere epitaktische
Abscheidung der Halbleiterschichten des Halbleiterkörpers 2, beispielsweise mittels MOVPE . Beispielsweise enthält der Träger 29 ein strahlungsdurchlässiges Material, etwa Saphir, Galliumnitrid oder Siliziumcarbid. Es kann aber auch ein anderes Material Anwendung finden, beispielsweise Silizium.
Die Stromaufweitungsschicht 3 ist in einem Anschlussbereich 30 auf der Halbleiterschicht 21 angeordnet und grenzt an die Halbleiterschicht an. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel verläuft der Anschlussbereich 30 innerhalb einer äußeren Umrandung mit einer rechteckigen Grundform. Innerhalb dieser Umrandung weist die Stromaufweitungsschicht eine
Strukturierung 31 mit einer Mehrzahl von Ausnehmungen 35 auf.
Verschiedene Ausführungsbeispiele für die Strukturierung sind anhand eines Ausschnitts 91 und eines weiteren Ausschnitts 92 in den Figuren 2A bis 2J beziehungsweise Figur 3 gezeigt.
Die Ausnehmungen der Strukturierung sind jeweils so
ausgebildet, dass Strahlung im Betrieb des
Halbleiterbauelements durch die Ausnehmungen hindurch
austreten kann. Bereiche des Halbleiterbauelements 1, in denen die Strahlungsaustrittsfläche 210 frei von der
Stromaufweitungsschicht ist, beispielsweise um gegebenenfalls eine elektrische Kontaktierung mittels der Kontaktstruktur 4, wie etwa in Figur 1B oder 1D dargestellt, oder der weiteren
Kontaktstruktur 5 herzustellen, stellen dagegen keine solchen Ausnehmungen dar. An diesen Stellen kann aufgrund der
strahlungsundurchlässigen, beispielsweise metallischen
Ausgestaltung der Kontaktstruktur 4 und der weiteren
Kontaktstruktur 5 keine Strahlung aus dem
Halbleiterbauelement austreten. Die Ausnehmungen 35 können sich in vertikaler Richtung vollständig durch die Stromaufweitungsschicht 3 hindurch erstrecken oder als Sacklöcher ausgebildet sein, die in der Stromaufweitungsschicht enden. Sich durch die
Stromaufweitungsschicht hindurch erstreckende Ausnehmungen, also Aussparungen, sind besonders einfach herstellbar und minimieren die Absorption in den Bereichen der Ausnehmungen. Bei Ausnehmungen, die sich nicht vollständig durch die
Stromaufweitungsschicht hindurch erstrecken, grenzt die
Stromaufweitungsschicht auch im Bereich der Ausnehmungen an die Halbleiterschicht 21 an. Eine möglichst großflächige Stromeinprägung in die Halbleiterschicht 21 ist so
vereinfacht . Eine Querausdehnung der Ausnehmungen beträgt vorzugsweise zwischen einschließlich 2 ym und einschließlich 100 ym, besonders bevorzugt zwischen einschließlich 2 ym und
einschließlich 50 ym. Als Querausdehnung wird hierbei die maximale Ausdehnung senkrecht zu einer Längsrichtung, entlang der die Ausnehmung die maximale Ausdehnung aufweist,
verstanden. In Figur 2A ist exemplarisch eine Längsausdehnung 351 und eine Querausdehnung 352 für elliptische Ausnehmungen 35 gezeigt. Die maximale Querausdehnung der Ausnehmungen, bei der auch in den Ausnehmungen eine vollständige Bestromung des aktiven Bereichs erfolgt, hängt insbesondere von der
Querleitfähigkeit der elektrisch zu kontaktierenden
Halbleiterschicht 21 ab.
Die Längsausdehnung der Ausnehmungen kann dagegen auch sehr viel größer sein als die Querausdehnung, so lange der kleinste Abstand innerhalb der Ausnehmungen zur nächstgelegenen Stelle der Stromaufweitungsschicht nicht größer ist als die Stromaufweitungslänge in der
Halbleiterschicht 21. Mittels der Ausnehmungen 35 entstehen Bereiche auf der
Strahlungsaustrittsfläche 210, aus denen Strahlung aus dem Halbleiterbauelement austreten kann, ohne die gesamte Dicke der Stromaufweitungsschicht 3 passieren zu müssen. Dadurch verringert sich der Anteil der insgesamt im
Halbleiterbauelement absorbierten Strahlung. Die laterale Ausdehnung der Ausnehmungen ist in Draufsicht auf das
Halbleiterbauelement so ausgebildet, dass an jeder Stelle in den Ausnehmungen im Betrieb des Halbleiterbauelements 1 Ladungsträger über die Halbleiterschicht 21 in den aktiven Bereich 20 injiziert werden können. So wird vermieden, dass im aktiven Bereich unterhalb der Ausnehmungen 35 Stellen entstehen können, die nicht bestromt werden und im Betrieb eine erhöhte Absorption verursachen. Eine solche Absorption könnte die verringerte Absorption durch die
Stromaufweitungsschicht 3 aufgrund der Ausnehmungen 35 überkompensieren .
Mittels der Strukturierung 31 der Stromaufweitungsschicht 3 werden also eine minimierte Strahlungsabsorption und eine effiziente Ladungsträgerinjektion miteinander vereint.
Innerhalb des Anschlussbereichs 30 kann die Belegung mit Material der Stromaufweitungsschicht 3 variiert sein. Als Maß für die Belegung mit Material der Stromaufweitungsschicht kann beispielsweise ein Quadrat herangezogen werden, das eine Kantenlänge, die größer oder gleich dem Zweifachen einer Querausdehnung der Ausnehmungen ist. Dieses Quadrat zeigt an verschiedenen Stellen des Anschlussbereichs 30 eine unterschiedliche Belegung. In Figur 1A sind exemplarisch eine erste quadratische Fläche 81 und eine gleich große zweite quadratische Fläche 82 eingetragen, wobei die erste
quadratische Fläche 81 näher an der nächstgelegenen Umrandung der Kontaktstruktur 4 liegt als die zweite quadratische
Fläche 82. Vorzugsweise füllen die Ausnehmungen in der ersten quadratischen Fläche mindestens 50 % der ersten quadratischen Fläche und die Ausnehmungen in der zweiten quadratischen Fläche füllen höchstens 10 % der zweiten quadratischen
Fläche.
Die Belegung mit Material der Stromaufweitungsschicht 3 kann beispielsweise linear oder mit einer höheren Potenz mit zunehmendem Abstand von der nächstgelegenen Umrandung der Kontaktstruktur 4 zunehmen. Zum Beispiel nimmt die Belegung proportional zu xn zu, wobei x der Abstand ist und 0 < n < 1 gilt. In Bereichen, die nahe an der Kontaktstruktur 4 sind und in denen deshalb eine vergleichsweise große
Ladungsträgerinjektion in den aktiven Bereich 20 über die Halbleiterschicht 21 erfolgt, weisen also eine
vergleichsweise geringe Belegung mit Material der
Stromaufweitungsschicht 3 auf. Aufgrund der erhöhten
Strahlungsemission in diesen Bereichen wirken sich hier die verringerten Absorptionsverluste durch die Ausnehmungen 35 besonders günstig auf die Effizienz des Halbleiterbauelements 1 aus. Bereiche, die weiter von der Kontaktstruktur 4
entfernt sind, werden dagegen aufgrund des längeren
Strompfads in der Stromaufweitungsschicht 3 weniger stark bestromt, insbesondere wenn die Querleitfähigkeit der
Halbleiterschicht 21 geringer ist als die Querleitfähigkeit der weiteren Halbleiterschicht 22. Durch eine Variation der Belegung mit der
Stromaufweitungsschicht 3 mittels der Strukturierung 31 kann insbesondere eine Optimierung im Hinblick auf eine homogene Stromdichte und/oder eine homogene Leuchtdichte erzielt werden.
Vorzugsweise ist die Strukturierung 31 der
Stromaufweitungsschicht 3 und die äußeren Umrandung der
Stromaufweitungsschicht frei von eckigen Kanten. Die Gefahr von Strom- und/oder Spannungsspitzen, die zur Erwärmung oder gar zur Zerstörung des Halbleiterbauelements 1 führen
könnten, ist so vermieden.
Der Abstand der der Kontaktstruktur 4 nächstgelegenen
Ausnehmungen 35 von der Kontaktstruktur 4 ist vorzugsweise so groß, dass die Ausnehmungen die Verteilung des Stroms in der Stromaufweitungsschicht nicht oder zumindest nicht wesentlich behindern . Bei dem in Figur 2A dargestellten Ausführungsbeispiel für die Strukturierung 31 sind die Ausnehmungen 35 matrixförmig angeordnet. Die Längsausdehnung der Ausnehmungen 35 verläuft jeweils senkrecht zur Umrandung der nächstgelegenen
Kontaktstruktur 4. Ein Stromfluss innerhalb der
Stromaufweitungsschicht 3 entlang einer Vorzugsrichtung des Stroms zwischen der Kontaktstruktur 4 und der weiteren
Kontaktstruktur 5 kann sich so zwischen den Ausnehmungen 35 durchgängig erstrecken. Dadurch wird der Strompfad gering gehalten, den die Ladungsträger zur Bestromung des aktiven Bereichs 20 in der Stromaufweitungsschicht 3 zurücklegen müssen . Im Unterschied zu kreisförmigen Ausnehmungen kann bei
länglichen, beispielsweise elliptischen Ausnehmungen die Fläche der Ausnehmungen vergrößert werden, ohne dass sich der maximale Abstand zur nächstgelegenen Stelle der
Stromaufweitungsschicht 3 vergrößert. Beispielsweise ist der Punkt mit maximalem Abstand bei einer Ellipse der Mittelpunkt der Ellipse und der maximale Abstand entspricht der halben Querachse der Ellipse. Bei dem in Figur 2B dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Ausnehmungen 35 ebenfalls länglich ausgebildet und weisen eine grabenförmige Grundform auf. Die grabenförmigen
Ausnehmungen 35 verlaufen parallel zueinander, so dass zwischen diesen Gräben Stege 33 der Stromaufweitungsschicht 3 entstehen. Die grabenförmigen Ausnehmungen 35 können sich auch, wie in Figur 2C dargestellt, bis zum Rand der
Stromaufweitungsschicht 3 erstrecken, so dass sich
bereichsweise eine kammförmige Strukturierung 31 ergibt. Die Querausdehnung der grabenförmigen Ausnehmungen 35
und/oder der Stege 33 kann, wie in Figur 2D dargestellt, auch variieren. Vorzugsweise nimmt eine Querausdehnung der
grabenförmigen Ausnehmungen zumindest stellenweise mit zunehmendem Abstand von der Kontaktstruktur 4 ab. Die
Strahlungsaustrittsfläche 210 weist also wiederum nahe der Kontaktstruktur 4 eine niedrigere Belegung mit der
Stromaufweitungsschicht 3 auf als in einem weiter von der Kontaktstruktur 4 entfernten Bereich. Die Querausdehnung der grabenförmigen Ausnehmungen und/oder die Querausdehnung der Stege 33 kann im Anschlussbereich beispielsweise um
mindestens 50 "6 ν3. "ϊϊθ- ΘΠ· In den Figuren 2E bis 2H sind verschiedene Ausgestaltungen gezeigt, in denen die Belegung mit Material der
Stromaufweitungsschicht 3 variiert ist. Bei den
Ausführungsbeispielen gemäß Figur 2E und 2F variiert die Belegung mittels einer Variation der Querausdehnung der
Ausnehmungen 35. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Ausnehmungen 35 kreisförmig ausgebildet. Davon abweichend können sie aber auch eine längliche Grundform, beispielsweise eine elliptische Grundform aufweisen.
In den Figuren 2G und 2H sind jeweils Ausführungsbeispiele gezeigt, bei denen die Belegung mittels einer Variation des mittleren Abstands zwischen benachbarten Ausnehmungen 35 variiert. Bei den in Figur 2F und 2H dargestellten
Ausführungsbeispielen sind die Ausnehmungen 35 jeweils so angeordnet, dass sich senkrecht zur Kontaktstruktur 4 durchgängige Strompfade zwischen den Ausnehmungen 35
ausbilden. Diese Ausgestaltung fördert einen lokalen
Stromfluss entlang einer Vorzugsrichtung senkrecht zur nächstgelegenen Kontaktstruktur 4.
Die in den Figuren 2E und 2G dargestellte Ausgestaltung, bei der parallel zueinander verlaufende Reihen der Ausnehmungen entlang der Kontaktstruktur 4 versetzt zueinander angeordnet sind, eignen sich insbesondere für Bereiche der
Stromaufweitungsschicht , in denen keine Vorzugsrichtung senkrecht zur Kontaktstruktur 4 besteht. Durch die gezeigte Anordnung der Ausnehmungen, die lokal zumindest
näherungsweise einem hexagonalen Gitter entspricht, erhöht sich die Dichte der Ausnehmungen bei gleichem Abstand
zwischen benachbarten Ausnehmungen. In den Figuren 21 und 2J sind zwei Ausführungsbeispiele gezeigt, in denen mittels der Strukturierung 31 eine optische Information 39 gebildet ist. Bei dem in Figur 21
dargestellten Ausführungsbeispiel ist die optische
Information 39 mittels Buchstaben gebildet, in dem gezeigten Ausführungsbeispiel durch eine Zeichenkette „OSRAM" .
Selbstverständlich eignet sich auch eine andere Art von
Buchstaben, Zeichen oder grafischen Symbolen wie Logos als optische Information. Vorzugsweise sind die Buchstaben oder Elemente so ausgebildet, dass sie einen Stromfluss in der
Stromaufweitungsschicht nur geringfügig beeinflussen. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel weisen die einzelnen Buchstaben jeweils senkrecht zur Kontaktstruktur 4 eine lang gestreckte Form auf.
Bei dem in Figur 2J dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Strukturierung 31 eine Mehrzahl erster Ausnehmungen 35a und eine Mehrzahl zweiter Ausnehmungen 35b auf, die sich in ihrer Größe unterscheiden und matrixförmig angeordnet sind. Mittels dieser zwei verschiedenen Typen von Ausnehmungen kann eine optische Information in digitaler Form codiert sein.
Durch eine gezielte Variation der Fläche und/oder Form der Ausnehmungen ist also eine optische Information darstellbar, ohne dass dies großen Einfluss auf die Leistungsfähigkeit des Halbleiterbauelements haben muss.
Die optische Information eignet sich insbesondere für die Nachverfolgbarkeit der hergestellten Halbleiterbauelemente und kann beispielsweise Informationen zur Herstellung, zum
Beispiel zum Hersteller selbst, zur Charge oder zur Position des hergestellten Halbleiterchips auf dem Wafer, aus dem er hervorgeht, enthalten. Beispielsweise lässt sich durch 16 Ausnehmungen eine Information von 16 Bit, also eine
Information über 65.536 verschiedene Positionen auf dem Wafer angeben . Selbstverständlich kann die Information auch in anderer Form codiert sein, beispielsweise durch eine Variation der Form der Ausnehmungen. Weiterhin kann beispielsweise bei
länglichen Ausnehmungen, etwa grabenförmigen Ausnehmungen eine optische Information in Form eines Strichmusters
(Barcode) codiert sein.
In Figur 3 ist ein Ausführungsbeispiel für eine
Strukturierung anhand eines weiteren Ausschnitts 92 gezeigt. Dieser weitere Ausschnitt 92 befindet sich in einem Bereich der StromaufWeitungsschicht 31, in dem die angrenzende
Kontaktstruktur 4 nicht durchgängig geradlinig verläuft. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel weist die Kontaktstruktur 4 zwei Knicke auf. In einem solchen Bereich stellt sich keine großflächige gleichmäßige Vorzugsrichtung für den Stromfluss innerhalb der StromaufWeitungsschicht ein. In solchen
Bereichen ist beispielsweise eine Anordnung von Ausnehmungen in einem Muster, das keine wesentliche Stromwirkung hat, beispielsweise ein wabenförmiges Muster, besonders geeignet. Figur 4 zeigt schematisch die Leuchtdichteverteilung L eines Halbleiterbauelements ohne eine Strukturierung einer
Stromaufweitungsschicht . Die Leuchtdichte L und die
Dimensionen entlang der x-Achse und der y-Achse sind jeweils in beliebigen Einheiten (arbitrary units, a.u.) angegeben.
In verschiedenen Bereichen des Halbleiterbauelements 1 kann, wie in Figur 4 dargestellt, auf das Ausbilden einer
Stromaufweitungsschicht 3 gezielt verzichtet werden. Dies ist insbesondere für Randbereiche oder Eckbereiche zweckmäßig, in denen aufgrund der Anordnung der Kontaktbereiche auch bei Vorsehen einer StromaufWeitungsschicht nur eine
vergleichsweise geringe Ladungsträgerinjektion in den
darunter liegenden aktiven Bereich erfolgen würde. Auch für innenliegende Bereichen, in denen nur eine geringe
Ladungsträgerinjektion erfolgen würde, kann dies zweckmäßig sein. Beispielsweise sind dies Bereiche des
Halbleiterbauelements, in dem eine Stromdichte unter 20 % der mittleren Stromdichte liegt. Durch Freibereiche 38 an diesen Stellen kann die Auskopplung der erzeugten Strahlung, die an einer beliebigen Position innerhalb des aktiven Bereichs 20 entstehen kann, erhöht werden. Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2014 108 300.8, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
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 in den Ausführungsbeispielen angegeben ist .

Claims

Patentansprüche
1. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) mit einem Halbleiterkörper (2), der eine Halbleiterschichtenfolge mit einem zum Erzeugen von Strahlung vorgesehenen aktiven Bereich (20), einer Halbleiterschicht (21) und einer weiteren
Halbleiterschicht (22) aufweist, wobei
- der aktive Bereich zwischen der Halbleiterschicht und der weiteren Halbleiterschicht angeordnet ist;
- auf einer Strahlungsaustrittsfläche (210) des
Halbleiterkörpers eine StromaufWeitungsschicht angeordnet ist ;
- die Stromaufweitungsschicht elektrisch leitend mit einer Kontaktstruktur (4) für die externe elektrische Kontaktierung der Halbleiterschicht verbunden ist;
- die Stromaufweitungsschicht in Draufsicht auf das
Halbleiterbauelement in einem Anschlussbereich (30) an die Halbleiterschicht angrenzt, und
- die Stromaufweitungsschicht eine Strukturierung (31) mit einer Mehrzahl von Ausnehmungen (35) aufweist, durch die im
Betrieb Strahlung aus dem Halbleiterbauelement austritt.
2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1,
wobei die Ausnehmungen in Draufsicht auf das
Halbleiterbauelement zumindest teilweise länglich ausgebildet sind, wobei die Ausnehmungen entlang einer Längsrichtung eine Längsausdehnung (351) aufweisen, die mindestens 20% größer ist als eine Querausdehnung (352) entlang einer senkrecht zur Längsrichtung verlaufenden Querrichtung.
3. Halbleiterbauelement nach Anspruch 2,
wobei die Querausdehnung so an eine Querleitfähigkeit der Halbleiterschicht angepasst ist, dass in Draufsicht auf das Halbleiterbauelement an jeder Stelle m den Ausnehmungen im Betrieb des Halbleiterbauelements Ladungsträger über die Halbleiterschicht in den aktiven Bereich injiziert werden.
4. Halbleiterbauelement nach Anspruch 2 oder 3,
wobei die Strukturierung grabenförmige Ausnehmungen mit zwischen den grabenförmigen Ausnehmungen verlaufenden Stegen der Stromaufweitungsschicht aufweist und eine Querausdehnung der grabenförmigen Ausnehmungen zumindest stellenweise mit zunehmendem Abstand von der Kontaktstruktur abnimmt.
5. Halbleiterbauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei in Draufsicht auf das Halbleiterbauelement eine Fläche der Ausnehmungen und/oder ein Mittenabstand der Ausnehmungen variiert .
6. Halbleiterbauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Anschlussbereich eine erste quadratische Fläche (81) und eine zweite quadratische Fläche (82) aufweist, wobei die erste quadratische Fläche und die zweite quadratische Fläche gleich groß sind und jeweils eine Kantenlänge
aufweisen, die größer oder gleich dem Zweifachen einer
Querausdehnung der Ausnehmungen in der ersten quadratischen Fläche ist, und wobei in Draufsicht auf das
Halbleiterbauelement die Ausnehmungen in der ersten
quadratischen Fläche mindestens 20 % der ersten quadratischen Fläche und die Ausnehmungen in der zweiten quadratischen Fläche höchstens 10 % der zweiten quadratischen Fläche füllen .
7. Halbleiterbauelement nach Anspruch 6, wobei die erste Fläche näher an einem nächst gelegenen Punkt der
Kontaktstruktur angeordnet ist als die zweite Fläche.
8. Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
wobei sich die Ausnehmungen in einer senkrecht zur
Haupterstreckungsebene der Halbleiterschichtenfolge
verlaufenden vertikalen Richtung nicht vollständig durch die Stromaufweitungsschicht hindurch erstrecken.
9. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Ausnehmungen als Aussparungen ausgebildet sind, die sich vollständig durch die Stromaufweitungsschicht hindurch erstrecken .
10. Halbleiterbauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Strukturierung in Draufsicht auf das
Halbleiterbauelement eine optische Information (39) enthält.
11. Halbleiterbauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Strukturierung zumindest eine erste Ausnehmung (35a) und eine zweite Ausnehmung (35b) aufweist, wobei sich die erste Ausnehmung und die zweite Ausnehmung in Draufsicht auf das Halbleiterbauelement in ihrer Grundfläche voneinander unterscheiden .
12. Halbleiterbauelement nach Anspruch 11,
wobei die Strukturierung eine Mehrzahl erster Ausnehmungen (35a) und eine Mehrzahl zweiter Ausnehmungen (35b) aufweist und mittels der ersten Ausnehmungen und der zweiten
Ausnehmungen eine Information codiert ist.
13. Halbleiterbauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Strukturierung so ausgebildet ist, dass die
Strukturierung in einem Bereich, in dem ein Stromfluss lokal eine Vorzugsrichtung in der Stromaufweitungsschicht aufweist, einen lateralen Stromfluss entlang der Vorzugsrichtung begünstigt .
14. Halbleiterbauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Strukturierung in einem Bereich, in dem ein
Stromfluss lokal keine Vorzugsrichtung aufweist, so
ausgebildet ist, dass die Strukturierung keine oder zumindest keine wesentliche die Richtung des lateralen Stromflusses beeinflussende Wirkung hat.
15. Halbleiterbauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Strahlungsaustrittsfläche in einem Bereich des Halbleiterbauelements, in dem eine Stromdichte unter 20 % der mittleren Stromdichte liegt, zur Erhöhung der
Strahlungsauskopplung aus dem Halbleiterbauelement frei von der Stromaufweitungsschicht ist.
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