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Die vorliegende Erfindung betrifft ein strahlungsemittierendes Bauelement mit einem Träger und mindestens einem Halbleiterchip. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines strahlungsemittierenden Bauelements.
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Herkömmlicherweise weisen Halbleiterchips eine erste Kontaktschicht, eine darauf angeordnete Halbleiterschichtenfolge und eine auf der der ersten Kontaktschicht gegenüberliegenden Seite der Halbleiterschichtenfolge angeordnete zweite Kontaktschicht auf. Dabei bildet beispielsweise die Oberfläche des Halbleiterchips, auf der die zweite Kontaktschicht aufgebracht ist, eine Strahlungsaustrittsfläche für die von dem Halbleiterchip emittierte Strahlung.
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Die zweite Kontaktschicht kann dabei bereichsweise auf der Strahlungsaustrittsfläche angeordnet sein. Beispielsweise ist die zweite Kontaktschicht als Kontaktstruktur mit Stegen und einem Bondpad ausgebildet. Auf Bereichen der Strahlungsaustrittsfläche, auf der die Kontaktstruktur aufgebracht ist, findet meist keine Strahlungsauskopplung statt, da die Kontaktstruktur herkömmlicherweise strahlungsabsorbierend ist. Die tatsächlich zur Strahlungsauskopplung genutzte Fläche des Halbleiterchips ist demnach durch die Kontaktstruktur eingeschränkt. Diese Reduktion ist abhängig von der Fläche der Kontaktstruktur im Verhältnis zur Strahlungsaustrittsfläche. Durch die reduzierte Strahlungsaustrittsfläche reduziert sich nachteilig die Effizienz des Halbleiterchips.
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Bei herkömmlichen Halbleiterchips kommen als elektrische Kontaktiertechniken zwischen dem Chip und einem Träger überwiegend Drahtbonden und Löten oder eine Chipmontage mit Leitkleber zum Einsatz. Durch die Kontaktierung des Halbleiterchips über Bonddrähte auf Bondpads erschwert sich nachteilig eine chipnahe Anordnung von optischen Elementen an den Halbleiterchip.
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In der Druckschrift WO 2006 / 005 062 A2 werden Verfahren zur Gehäusung von Licht emittierenden Dioden auf Chip-Ebene beschrieben.
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Die Druckschrift US 2006 / 0 270 206 A1 betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines ohmschen Kontakts.
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Die Druckschrift
JP 2008 - 78 525 A betrifft ein Nitrid-Halbleiter Licht emittierendes Diodenbauelement.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein strahlungsemittierendes Bauelement anzugeben, das insbesondere eine verbesserte Effizienz und gleichzeitig eine geringe Höhe aufweist. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen eines solchen strahlungsemittierenden Bauelements anzugeben.
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Diese Aufgaben werden durch ein strahlungsemittierendes Bauelement mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren zu dessen Herstellung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und bevorzugte Weiterbildungen des Bauelements und des Verfahrens zu dessen Herstellung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Erfindungsgemäß ist ein strahlungsemittierendes Bauelement vorgesehen, das einen Träger und mindestens einen auf dem Träger angeordneten Halbleiterchip aufweist. Der Halbleiterchip weist eine aktive Schicht zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung und eine erste Kontaktschicht auf. Der Träger weist zur elektrischen Kontaktierung des mindestens einen Halbleiterchips mindestens eine erste und eine zweite Kontaktstruktur auf. Der Halbleiterchip ist über die erste Kontaktschicht mit der ersten Kontaktstruktur elektrisch leitend verbunden. Zumindest bereichsweise ist auf zumindest einer Seitenfläche des Halbleiterchips eine Passivierungsschicht angeordnet. Auf zumindest einem Teilbereich der Passivierungsschicht ist eine zweite Kontaktschicht angeordnet, die von der von dem Träger abgewandten Oberfläche des Halbleiterchips über die Passivierungsschicht, vorzugsweise entlang der Seitenfläche des Halbleiterchips, zu der zweiten Kontaktstruktur führt. Der Halbleiterchip weist kein Aufwachssubstrat auf.
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Der Halbleiterchip ist als so genannter substratloser Halbleiterchip ausgebildet. Als substratloser Halbleiterchip wird im Rahmen der Anmeldung ein Halbleiterchip angesehen, während dessen Herstellung das Aufwachssubstrat, auf dem eine Halbleiterschichtenfolge, beispielsweise epitaktisch, aufgewachsen worden ist, vollständig abgelöst worden ist.
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Durch substratlose Halbleiterchips ergibt sich mit Vorteil eine besonders geringe Bauhöhe des Bauelements. Die Abmessung des strahlungsemittierenden Bauelements kann so nahezu im Bereich der Dicke der Epitaxieschichtenfolge liegen.
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Die Kontaktierung des Halbleiterchips erfolgt nicht durch Bonddrähte, sondern durch die zweite Kontaktschicht. Die zweite Kontaktschicht ist dabei planar geführt. Unter einer planaren Führung ist dabei eine chipnahe Anordnung zu verstehen. Das heißt, dass keine Bonddrähte oder andere Leitstrukturen, die in einem Abstand zum Halbleiterchip angeordnet sind, Verwendung finden. Die zweite Kontaktschicht ist dabei entlang der Seitenfläche des Halbleiterchips auf einer Passivierungsschicht angeordnet. Die Passivierungsschicht ist vorzugsweise elektrisch isolierend, um einen Kurzschluss des Halbleiterchips zu vermeiden.
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Durch die planare Kontaktierung des Halbleiterchips ergibt sich eine besonders geringe Bauhöhe des Bauelements. Eine chipnahe Anordnung von beispielsweise optischen Elementen ermöglicht sich mit Vorteil.
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Ferner ist die zweite Kontaktschicht des Halbleiterchips, beispielsweise die n-Kontaktschicht, zur elektrischen Kontaktierung des Halbleiterchips zu der zweiten Kontaktstruktur des Trägers geführt. Ein Bonddraht oder eine Leitstruktur zusätzlich zur zweiten Kontaktschicht findet somit keine Verwendung. Die zweite Kontaktschicht führt lateral über die Oberfläche des Halbleiterchips hinaus, vorzugsweise entlang der Seitenfläche des Halbleiterchips auf die dem Halbleiterchip zugewandte Oberfläche des Trägers, und insbesondere zu der zweiten Kontaktstruktur. Das bedeutet, dass die zweite Kontaktschicht vorzugsweise unter anderem über die mit der Passivierungsschicht versehene Seitenfläche des Halbleiterchips führt.
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Die zweite Kontaktschicht ist vorzugsweise so angeordnet, dass sie lediglich einen Teilbereich der Oberfläche des Halbleiterchips, insbesondere lediglich einen Randbereich der Oberfläche, bedeckt. Bevorzugt weist weniger als 20%, besonders bevorzugt weniger als 10% der Oberfläche eine zweite Kontaktschicht auf.
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Die zweite Kontaktschicht ist für die von der aktiven Schicht emittierte Strahlung zumindest teilweise strahlungsdurchlässig. Besonders bevorzugt ist die Passivierungsschicht für die von der aktiven Schicht emittierte Strahlung zumindest teilweise strahlungsdurchlässig.
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Eine Absorption der von dem Halbleiterchip emittierten Strahlung in der zweiten Kontaktschicht und/oder in der Passivierungsschicht kann dadurch mit Vorteil minimiert werden, sodass sich die Effizienz des Bauelements mit Vorteil steigert. Bevorzugt beträgt die Absorption der von dem Halbleiterchip emittierten Strahlung in der zweiten Kontaktschicht und/oder in der Passivierungsschicht weniger als 40%, besonders bevorzugt weniger als 20%.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die zweite Kontaktschicht auf der von dem Träger abgewandten Oberfläche des Halbleiterchips rahmenförmig angeordnet. Die Oberfläche, auf der die zweite Kontaktschicht geführt ist, ist vorzugsweise die Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterchips.
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Die zweite Kontaktschicht kann vorzugsweise den Bereich der Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterchips vollständig umgeben, wobei der Umriss der rahmenförmigen Kontaktstruktur beispielsweise rechteckförmig, rund, oval oder in einer anderen geometrischen Form auf der Oberfläche des Halbleiterchips geführt ist.
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Durch die rahmenförmige Anordnung der zweiten Kontaktschicht auf der Oberfläche des Halbleiterchips verbessert sich mit Vorteil die Stromaufweitung des Halbleiterchips, wodurch sich die Effizienz der Strahlungserzeugung mit Vorteil verbessert. Die rahmenförmige Kontaktgeometrie der zweiten Kontaktschicht eignet sich besonders für Chips mit einer Seitenlänge von weniger als 400 µm.
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Bei einer bevorzugten Ausgestaltung des Bauelements weist die zweite Kontaktschicht Kontaktstege auf, die auf der von dem Träger abgewandten Oberfläche des Halbleiterchips angeordnet sind.
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Bevorzugt ist die zweite Kontaktschicht auf der Oberfläche des Halbleiterchips rahmenförmig angeordnet, wobei in diesem Rahmenkontakt Kontaktstege angeordnet sind, die sich vorzugsweise auf der Oberfläche des Halbleiterchips nicht kreuzen und besonders bevorzugt parallel zueinander verlaufen. Die Kontaktstege stehen dabei bereichsweise in direktem Kontakt mit dem Rahmenkontakt.
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Durch die Kontaktstege verbessert sich die Stromaufweitung des Halbleiterchips, wodurch größere Chipabmessungen möglich sind. Eine solche Kontaktstruktur ist besonders vorteilhaft für Chips mit einer Seitenlänge von größer als 400 um.
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Die Metallschicht ist in die zweite Kontaktschicht eingebracht. Das bedeutet, dass die Metallschicht in die zweite Kontaktschicht eingebettet ist. Die Metallschicht ist somit vorzugsweise zumindest an den Seitenflächen von der zweiten Kontaktschicht umschlossen. Bevorzugt sind Metallstege der Metallschicht schmäler als die zweite Kontaktschicht. Die Metallstege weisen also bevorzugt eine geringere Breite auf als die zweite Kontaktstruktur. Das bedeutet, dass die zweite Kontaktschicht die Metallstege in Aufsicht auf das Bauelement lateral überragt.
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Eine der elektrischen Zuführungen des Halbleiterchips weist somit zwei verschiedene Materialien auf, die zweite Kontaktschicht und die Metallschicht. Dabei ist die Metallschicht in die zweite Kontaktschicht eingebettet. Die Metallschicht verbessert dabei die Leitfähigkeit der elektrischen Zuführung. Mit Vorteil kann dabei eine, im Vergleich zu einer herkömmlich zur Kontaktierung verwendeten Metallschicht, schmälere Metallschicht verwendet werden. Durch eine zusätzliche Metallschicht verbessert sich die Leitfähigkeit, wobei gleichzeitig durch die möglichst geringe Breite der Metallschicht die Absorption der von dem Halbleiterchip emittierten Strahlung in der Metallschicht reduziert ist.
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Bevorzugt weisen sowohl die zweite Kontaktschicht als auch die Metallschicht jeweils Kontaktstege auf, wobei die Kontaktstege der Metallschicht in den Kontaktstegen der zweiten Kontaktschicht angeordnet sind. Besonders bevorzugt weist die Metallschicht Kontaktstege auf, die eine geringere Breite aufweisen als die Kontaktstege der zweiten Kontaktschicht.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind durch den Träger erste und zweite Durchkontaktierungen geführt, wobei jeweils die erste Durchkontaktierung mit der ersten Kontaktstruktur und jeweils die zweite Durchkontaktierung mit der zweiten Kontaktstruktur elektrisch leitend verbunden ist.
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Durch eine Kontaktierung des Halbleiterchips über Durchkontaktierungen, die durch den Träger führen, kann das strahlungsemittierende Bauelement oberflächenmontierbar ausgebildet sein. Oberflächenmontierbare Bauelemente, oder auch so genannte SMT-Bauelemente (SMT: Surface Mount Technology), zeichnen sich dadurch aus, dass sie mittels lötfähigen Kontaktbereichen direkt beispielsweise auf eine Leiterplatte gelötet werden können. Dadurch werden sehr dichte Bestückungen möglich, wodurch sich der Platzbedarf verringert. Dies erlaubt eine hohe Packungsdichte.
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Bevorzugt ist die zweite Kontaktschicht eine TCO-Schicht (TCO: Transparent Conductive Oxide). Besonders bevorzugt umfasst die zweite Kontaktschicht IZO (Indium-Zink-Oxid), ITO (Indium-Zinn-Oxid) oder ZnO (Zink-Oxid).
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Der Träger enthält bevorzugt eine Keramik, Silizium oder Aluminiumnitrid. Alternativ kann der Träger eine intermetallische Keramik, ein Metall oder eine Metalllegierung mit einer darauf angeordneten elektrisch isolierenden Schicht, beispielsweise ein Dielektrikum, umfassen.
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Bei einer weiteren Ausgestaltung des Bauelements ist an der von dem Träger abgewandten Oberfläche des Halbleiterchips zumindest ein optisches Element angeordnet. Vorzugsweise ist das optische Element der Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterchips nachgeordnet.
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Unter optischen Elementen sind unter anderem Komponenten zu verstehen, die für die von der aktiven Schicht des Halbleiterchips emittierte Strahlung strahlformende Eigenschaften aufweisen, die also insbesondere die Abstrahlcharakteristik und/oder die Direktionalität der emittierten Strahlung gezielt beeinflussen.
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Beispielsweise ist dem Halbleiterchip ein verspiegeltes Prisma nachgeordnet, das eine 90°-Umlenkung der von dem Halbleiterchip emittierten Strahlung bewirkt. Dadurch kann unter anderem ein Seitenemitter erzeugt werden. Ferner können eine oder mehrere Schichten mit einem darin enthaltenen Konversionselement, so genannte Konversionsschichten, der Strahlungsaustrittsfläche nachgeordnet sein. Das Konversionselement absorbiert die von dem Halbleiterchip emittierte Strahlung zumindest teilweise und emittiert Strahlung in einem anderen Wellenlängenbereich. Des Weiteren können Winkel- oder Kantenfilter dem Halbleiterchip nachgeordnet sein.
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Durch die chipnahe Kontaktierung des Halbleiterchips, die nicht wie herkömmlicherweise über Bonddrähte erfolgt, kann mit Vorteil eine chipnahe Anordnung der optischen Elemente erfolgen. Kompakte Bauelemente mit geringen Bauelementabmessungen können so realisiert werden.
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Bevorzugt weist die zweite Kontaktschicht eine Dicke in einem Bereich zwischen einschließlich 50 nm und einschließlich 300 nm auf. Der Halbleiterchip weist bevorzugt eine Höhe von weniger als 40 µm auf.
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Ein Verfahren zum Herstellen einer Mehrzahl von strahlungsemittierenden Bauelementen umfasst folgende Verfahrensschritte:
- - Bereitstellen eines Trägers, der erste und zweite Kontaktstrukturen aufweist,
- - Bereitstellen eines Aufwachssubstrats,
- - Aufwachsen einer Halbleiterschichtenfolge auf das Aufwachssubstrat,
- - Aufbringen einer ersten Kontaktschicht auf die Halbleiterschichtenfolge,
- - Strukturieren der Halbleiterschichtenfolge mit darauf angeordneter erster Kontaktschicht, sodass Halbleiterchips gebildet werden, die jeweils eine Halbleiterschichtenfolge und eine erste Kontaktschicht aufweisen,
- - Anordnen des Trägers und des Aufwachssubstrats relativ zueinander derart, dass die Halbleiterchips den ersten Kontaktstrukturen zugewandt sind,
- - jeweils mechanisches und elektrisch leitendes Verbinden der ersten Kontaktschicht des Halbleiterchips mit jeweils einer ersten Kontaktstruktur und vollständiges Entfernen des mit den Halbleiterchips verbundenen Aufwachssubstrats von den Halbleiterchips,
- - Aufbringen einer Passivierungsschicht zumindest bereichsweise auf jeweils zumindest eine Seitenfläche eines Halbleiterchips, und
- - Aufbringen einer zweiten Kontaktschicht auf jeweils zumindest einem Teilbereich der Passivierungsschicht, wobei die zweite Kontaktschicht jeweils von der von dem Träger abgewandten Oberfläche des Halbleiterchips über die Passivierungsschicht zu der zweiten Kontaktstruktur führt.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens ergeben sich analog zu den vorteilhaften Ausgestaltungen des strahlungsemittierenden Bauelements und umgekehrt. Mittels des Verfahrens ist insbesondere ein hier beschriebenes strahlungsemittierendes Bauelement herstellbar. Das bedeutet, die in Verbindung mit dem Bauelement offenbarten Merkmale gelten auch für das Verfahren und werden somit nicht nochmals erläutert.
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Durch ein solches Verfahren ist es möglich, gleichzeitig eine Mehrzahl von strahlungsemittierenden Bauelementen herzustellen. Die Halbleiterchips sind dabei gemeinsam auf einem Träger angeordnet. Die Herstellung in Großserie ermöglicht sich dadurch mit Vorteil.
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Es wird jeweils eine Metallschicht in die zweite Kontaktschicht, beispielsweise mittels eines Ätzverfahrens, eingebracht. Dadurch verbessert sich die Leitfähigkeit der Kontaktierung des Halbleiterchips.
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Bei einer bevorzugten Ausgestaltung wird der Träger mit darauf angeordneten Halbleiterchips zu strahlungsemittierenden Bauelementen vereinzelt, die jeweils zumindest einen Halbleiterchip aufweisen. Das Bauelement ist dabei nicht auf lediglich einen Halbleiterchip eingeschränkt. Die Anzahl der Halbleiterchips eines strahlungsemittierenden Bauelements kann in Hinsicht auf den Verwendungszweck des Bauelements variieren.
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Weitere Merkmale, Vorteile, bevorzugte Ausgestaltungen und Zweckmäßigkeiten des strahlungsemittierenden Bauelements oder des Verfahrens ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den 1 bis 6 erläuterten Ausführungsbeispielen, wobei die Figuren jeweils Teilaspekte eines erfindungsgemäßen Bauelements beziehungsweise eines Verfahrens zeigen. Es zeigen:
- 1A einen schematischen Querschnitt eines ersten Ausführungsbeispiels Bauelements,
- 1B eine schematische Aufsicht auf das Ausführungsbeispiel des Bauelements aus 1A,
- 2 eine schematische Aufsicht eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Bauelements,
- 3A eine schematische Aufsicht eines dritten Ausführungsbeispiels eines Bauelements,
- 3B einen schematischen Querschnitt des Halbleiterchips des dritten Ausführungsbeispiels aus 3A mit darauf angeordneter zweiter Kontaktschicht und Metallschicht,
- 4A einen schematischen Querschnitt eines vierten Ausführungsbeispiels eines Bauelements,
- 4B eine schematische Aufsicht auf das Ausführungsbeispiel des Bauelements aus 4A,
- 5A bis 5C jeweils einen schematischen Querschnitt eines Ausführungsbeispiels eines Bauelements, und
- 6A bis 6F jeweils eine schematische Ansicht eines Bauelements während des Verfahrens zur Herstellung.
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Gleiche oder gleich wirkende Bestandteile sind jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die dargestellten Bestandteile sowie die Größenverhältnisse der Bestandteile untereinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen.
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1A stellt ein strahlungsemittierendes Bauelement dar, das einen Träger 1 und einen darauf angeordneten Halbleiterchip 2 aufweist. Der Halbleiterchip 2 weist eine aktive Schicht zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung und eine erste Kontaktschicht 21 auf.
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Die aktive Schicht des Halbleiterchips 2 weist einen pnÜbergang, eine Doppelheterostruktur, eine Einfachquantentopfstruktur (SQW) oder eine Mehrfachquantentopfstruktur (MQW) zur Strahlungserzeugung auf.
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Der Halbleiterchip 2 basiert bevorzugt auf einem Nitrid-, einem Phosphit- oder einem Arsenidverbindungshalbleiter. „Auf Nitrid-, Phosphit- oder Arsenidverbindungshalbleitern basierend“ bedeutet im vorliegenden Zusammenhang, dass die aktive Epitaxieschichtenfolge oder zumindest eine Schicht davon ein III/V-Halbleitermaterial mit der Zusammensetzung InxGayAl1-x-yP oder InxGayAl1-x-yN oder InxGayAl1-x-yAs, jeweils mit 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 und x + y ≤ 1, umfasst.
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Der Halbleiterchip 2 des strahlungsemittierenden Bauelements weist kein Aufwachssubstrat auf. Der Halbleiterchip 2 ist somit als substratloser Halbleiterchip ausgebildet.
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Durch einen substratlosen Halbleiterchip 2 ergibt sich mit Vorteil eine besonders geringe Bauhöhe des Bauelements. Bevorzugt weist der Halbleiterchip 2 eine Höhe von weniger als 100 µm, besonders bevorzugt von weniger als 40 µm auf. Die Abmessung des Bauelements kann so nahezu im Bereich der Dicke der Epitaxieschichtenfolge liegen.
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Der Träger 1 weist zur elektrischen Kontaktierung des Halbleiterchips 2 eine erste Kontaktstruktur 4a und eine zweite Kontaktstruktur 4b auf. Der Halbleiterchip 2 ist bereichsweise auf der ersten Kontaktstruktur 4a angeordnet. Der Halbleiterchip 2 ist über die erste Kontaktschicht 21 mit der ersten Kontaktstruktur 4a elektrisch leitend verbunden.
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Die erste Kontaktstruktur 4a und die zweite Kontaktstruktur 4b sind so auf dem Träger 1 angeordnet, dass sie voneinander elektrisch isoliert sind. Dazu sind die erste Kontaktstruktur 4a und der zweite Kontaktstruktur 4b auf dem Träger 1 voneinander beabstandet angeordnet.
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Der Halbleiterchip 2 weist eine Strahlungsaustrittsfläche 3 auf, die auf der dem Träger 1 gegenüberliegenden Seite des Halbleiterchips 2 angeordnet ist.
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Auf den Seitenflächen des Halbleiterchips 2 und bereichsweise auf der Strahlungsaustrittsfläche 3 des Halbleiterchips 2 ist eine Passivierungsschicht 5 angeordnet. Bevorzugt weisen die gesamten Seitenflächen und der Bereich der Strahlungsaustrittsfläche 3, der an die Seitenflächen des Halbleiterchips 2 angrenzt, also insbesondere der Randbereich der Strahlungsaustrittsfläche 3, eine Passivierungsschicht 5 auf. Die Passivierungsschicht 5 ist vorzugsweise rahmenförmig auf der Strahlungsaustrittsfläche 3 angeordnet, wobei die Passivierungsschicht 5 in Aufsicht auf den Halbleiterchip 2 den Halbleiterchip 2 lateral überragt. Die Passivierungsschicht 5 ist somit teilweise neben dem Halbleiterchip 2 angeordnet.
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Ferner ist die Passivierungsschicht 5 zumindest teilweise zwischen erster Kontaktstruktur 4a und zweiter Kontaktstruktur 4b angeordnet. Die Passivierungsschicht 5 kann sich auch auf die zweite Kontaktstruktur 4b ausdehnen. Die Passivierungsschicht 5 ist elektrisch isolierend.
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Auf zumindest einem Teilbereich der Passivierungsschicht 5 ist eine zweite Kontaktschicht 6 angeordnet. Die zweite Kontaktschicht 6 führt von der Strahlungsaustrittsfläche 3 auf der Passivierungsschicht 5 entlang der Seitenfläche des Halbleiterchips 2 zu der zweiten Kontaktstruktur 4b. Die zweite Kontaktschicht 6 stellt somit eine elektrische Verbindung zwischen Halbleiterchip 2 und zweiter Kontaktstruktur 4b dar. Die elektrisch isolierende Passivierungsschicht 5 isoliert somit die zweite Kontaktschicht 6 bereichsweise elektrisch von dem Halbleiterchip 2, insbesondere von den Seitenflächen des Halbleiterchips 2.
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Bevorzugt ist die zweite Kontaktschicht 6 auf der Strahlungsaustrittsfläche 3 des Halbleiterchips 2 rahmenförmig angeordnet. Ein Teilbereich der zweiten Kontaktschicht 6 steht dabei in direktem Kontakt zur Strahlungsaustrittsfläche 3 des Halbleiterchips 2. Die zweite Kontaktschicht 6 überragt lateral die Passivierungsschicht 5, die bevorzugt ebenso rahmenförmig angeordnet ist. Die Geometrie der zweiten Kontaktschicht 6, die als Rahmenkontakt ausgebildet ist, ist in 1B dargestellt. In Aufsicht auf das Bauelement ist die Strahlungsaustrittsfläche 3 dargestellt, die rahmenförmig von der zweiten Kontaktschicht 6 umschlossen ist. Dabei ist die Strahlungsaustrittsfläche 3 vorzugsweise größtenteils frei von der Passivierungsschicht 5 und von der zweiten Kontaktschicht 6. Das bedeutet, dass vorzugsweise weniger als 20%, besonders bevorzugt weniger als 10% der Strahlungsaustrittsfläche 3 eine darauf angeordnete Passivierungsschicht 5 und/oder eine darauf angeordnete zweite Kontaktschicht 6 aufweist.
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Die zweite Kontaktschicht 6 ist für die von der aktiven Schicht emittierte Strahlung zumindest teilweise strahlungsdurchlässig. Das bedeutet, dass der Absorptionsgrad der zweiten Kontaktschicht 6 in dem Wellenlängenbereich der emittierten Strahlung des Halbleiterchips 2 bevorzugt weniger als 40%, besonders bevorzugt weniger als 20% beträgt.
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Die zweite Kontaktschicht 6 ist bevorzugt eine TCO-Schicht, besonders bevorzugt umfasst die zweite Kontaktschicht 6 IZO, ITO oder ZNO. Die zweite Kontaktschicht 6 weist bevorzugt eine Dicke in einem Bereich zwischen einschließlich 50 nm und einschließlich 300 nm auf.
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Der Träger 1 enthält bevorzugt eine Keramik, Silizium oder Aluminiumnitrid. Alternativ kann der Träger 1 eine intermetallische Keramik, ein Metall oder eine Metalllegierung mit einer darauf angeordneten elektrisch isolierenden Schicht, beispielsweise ein Dielektrikum, umfassen.
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In 2 ist eine Aufsicht auf ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Bauelements dargestellt. Im Unterschied zu dem in 1B dargestellten Ausführungsbeispiel weist die zweite Kontaktschicht 6 Kontaktstege 61 auf, die auf der Strahlungsaustrittsfläche 3 des Halbleiterchips 2 angeordnet sind.
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Die Kontaktstege 61 sind dabei vorzugsweise so angeordnet, dass sie sich auf der Strahlungsaustrittsfläche 3 nicht schneiden. Besonders bevorzugt sind die Kontaktstege 61 dabei so angeordnet, dass diese zu zumindest einer Seitenfläche der rahmenförmig angeordneten zweiten Kontaktschicht 6 parallel verlaufen. Bevorzugt stehen die Kontaktstege 61 bereichsweise in direktem Kontakt mit der zweiten Kontaktschicht 6.
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Das in 3A dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel dadurch, dass auf der zweiten Kontaktschicht 6 und auf den Kontaktstegen 61 eine Metallschicht 7 angeordnet ist. Eine der elektrischen Zuführungen des Halbleiterchips setzt sich demnach aus zwei Schichten zusammen, der zweiten Kontaktschicht 6 und der darauf angeordneten Metallschicht 7. Von der gezeigten Darstellung abweichend ist die Metallschicht 7 in die zweite Kontaktschicht 6 eingebettet.
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Bevorzugt weist die Metallschicht 7 Kontaktstege auf. Besonders bevorzugt sind die Kontaktstege der Metallschicht 7 schmäler als die Kontaktstege 61 der zweiten Kontaktschicht 6. Das bedeutet, die Kontaktstege der Metallschicht 7 weisen vorzugsweise eine geringere Dicke auf als die Kontaktstege 61 der zweiten Kontaktschicht 6.
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Durch den zweischichtigen Aufbau der elektrischen Zuführung kann die Metallschicht 7 vorzugsweise besonders schmal ausgebildet sein. Dadurch reduziert sich mit Vorteil der Anteil der emittierten Strahlung, der von der Metallschicht 7 absorbiert wird, wohingegen sich die Leitfähigkeit des Bauelements mit Vorteil durch die Metallschicht 7 verbessert.
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In 3B ist ein Querschnitt des Halbleiterchips 2 mit darauf angeordneter zweiter Kontaktschicht 6 und auf der zweiten Kontaktschicht 6 angeordneter Metallschicht 7 dargestellt. Die zweite Kontaktschicht 6 überragt lateral die Metallschicht 7. Bevorzugt überragt die zweite Kontaktschicht 6 beidseitig lateral die Metallschicht 7. Die Metallschicht 7 ist bevorzugt besonders schmal ausgebildet.
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Von der gezeigten Darstellung abweichend ist die Metallschicht 7 in die zweite Kontaktschicht 6 eingebettet. Die Metallschicht 7 ist von der zweiten Kontaktschicht 6 lateral umschlossen.
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4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines strahlungsemittierenden Bauelements. In 4A ist ein Querschnitt des Bauelements, in 4B eine Aufsicht des dazugehörigen Bauelements dargestellt.
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4A unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel aus 1A dadurch, dass durch den Träger 1 erste und zweite Durchkontaktierungen 8a, 8b geführt sind. Die erste Durchkontaktierung 8a ist mit der ersten Kontaktstruktur 4a elektrisch leitend verbunden. Die zweite Durchkontaktierung 8b ist mit der zweiten Kontaktstruktur 4b elektrisch leitend verbunden.
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Im Unterschied zu dem in 1A dargestellten Ausführungsbeispiel weisen die erste und die zweite Kontaktstruktur 4a, 4b eine andere Strukturierung auf. Die erste Kontaktstruktur 4a weist in diesem Fall vorzugsweise im Wesentlichen eine gleiche Grundfläche wie der Halbleiterchip 2 auf. Demnach überragt die erste Kontaktstruktur 4a den Halbleiterchip 2 in Aufsicht auf den Halbleiterchip 2 nicht lateral. Der elektrische Anschluss des Halbleiterchips 2 erfolgt mittels Durchkontaktierungen 8a, 8b durch den Träger 1 hindurch. Die zweite Kontaktstruktur 4b ist vorzugsweise elektrisch isoliert in einem Abstand zu der ersten Kontaktstruktur 4a auf dem Träger angeordnet. Der Halbleiterchip 2 wird dabei über die zweite Kontaktstruktur 6 mit der zweiten Kontaktstruktur 4b elektrisch leitend verbunden.
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Das in 4 dargestellte Bauelement ist mittels der ersten und der zweiten Durchkontaktierung 8a, 8b vorzugsweise als oberflächenmontierbares Bauelement ausgebildet.
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In den 5A bis 5C sind jeweils Querschnitte von strahlungsemittierenden Bauelementen dargestellt, bei denen dem Halbleiterchip 2 jeweils ein optisches Element 9 nachgeordnet ist.
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Durch die Kontaktierung des Halbleiterchips 2, die bonddrahtlos erfolgt, können optische Elemente chipnah an dem Halbleiterchip 2 angeordnet werden.
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In 5A ist dem Halbleiterchip 2 beispielsweise als optisches Element 9 ein verspiegeltes Prisma nachgeordnet. Das Prisma lenkt die von dem Halbleiterchip 2 emittierte Strahlung um etwa 90° um. Dadurch kann ein Seitenemitter realisiert werden. Das bedeutet, dass bevorzugt seitlich aus dem Bauelement Strahlung auskoppelt wird. Durch die chipnahe Anordnung des Prismas ist mit Vorteil ein kompakter Seitenemitter realisierbar.
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Das Prisma weist auf der dem Halbleiterchip 2 abgewandten Oberfläche eine Verspiegelung 91 auf. Die dem Halbleiterchip 2 abgewandte Oberfläche des Prismas ist vorzugsweise vollständig verspiegelt. Dadurch kann die von dem Halbleiterchip 2 emittierte Strahlung an der Spiegelfläche 91 so umgelenkt werden, dass die Strahlung seitlich aus dem Bauelement emittiert.
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Um das Prisma auf einer nahezu ebenen Oberfläche anzuordnen, ist vorzugsweise zwischen dem Halbleiterchip 2 und dem Prisma eine Ausgleichsschicht 15 angeordnet, die eine nahezu planare Oberfläche ermöglicht.
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In dem Ausführungsbeispiel aus 5B ist dem Halbleiterchip 2 als optisches Element 9 in Abstrahlrichtung eine Konversionsschicht nachgeordnet. Die Konversionsschicht enthält bevorzugt mindestens ein Konversionselement, das die von dem Halbleiterchip 2 emittierte Strahlung zumindest teilweise absorbiert und in einem anderen Wellenlängenbereich emittiert. Dabei kann die Konzentration des Konversionselements in der Konversionsschicht so bestimmt sein, dass die von dem Halbleiterchip 2 emittierte Strahlung nahezu vollständig absorbiert wird. Alternativ kann die Konzentration des Konversionselements geringer sein, sodass lediglich ein Teil der von dem Halbleiterchip 2 emittierten Strahlung absorbiert wird. In diesem Fall entsteht vorzugsweise eine von dem Bauelement emittierte Mischstrahlung, die die von dem Halbleiterchip emittierte Strahlung und die von dem Konversionselement reemittierte Strahlung umfasst.
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Bei dem in 5C dargestellten Ausführungsbeispiel eines strahlungsemittierenden Bauelements ist dem Halbleiterchip 2 in Abstrahlrichtung als optisches Element 9 ein Winkelfilter, beziehungsweise ein Kantenfilter, chipnah nachgeordnet. Wie in dem Ausführungsbeispiel von 5A ist zur planaren Anordnung der Filter eine Ausgleichsschicht 15 zwischen Halbleiterchip 2 und Filter angeordnet.
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In den 6A bis 6F sind jeweils Verfahrensschritte zur Herstellung einer Mehrzahl von strahlungsemittierenden Bauelementen dargestellt.
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Wie in 6A dargestellt, wird auf ein Aufwachssubstrat 10 eine Halbleiterschichtenfolge 20, beispielsweise epitaktisch, aufgewachsen. Auf die Halbleiterschichtenfolge 20 wird eine erste Kontaktschicht 21 aufgebracht.
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Anschließend wird, wie in 6B dargestellt, die Halbleiterschichtenfolge 20 und die darauf angeordnete erste Kontaktschicht 21 strukturiert, bevorzugt mittels Ätzen. Durch diese Strukturierung entstehen Halbleiterchips 2, die jeweils eine Halbleiterschichtenfolge 20 und eine darauf angeordnete erste Kontaktschicht 21 aufweisen.
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Wie in 6C dargestellt, wird ein Träger 1 bereitgestellt, der erste Kontaktstrukturen 4a und zweite Kontaktstrukturen 4b aufweist. Der Träger 1 und das Aufwachssubstrat 10 werden relativ zueinander derart angeordnet, dass die Halbleiterchips 2 den ersten Kontaktstrukturen 4a zugewandt sind. Die erste Kontaktstruktur 4a ist auf dem Träger 1 demnach derart strukturiert, dass ein Teilbereich der ersten Kontaktstruktur 4a etwa so groß ist wie die Grundfläche eines Halbleiterchips 2.
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Anschließend wird die erste Kontaktschicht 21 eines Halbleiterchips 2 jeweils mechanisch und elektrisch leitend mit jeweils einer ersten Kontaktstruktur 4a verbunden. Anschließend wird das mit den Halbleiterchips 2 verbundene Aufwachssubstrat 10 vollständig von den Halbleiterchips 2 entfernt. Wie in 6D dargestellt, ist somit jeder Halbleiterchip 2 mit der ersten Kontaktschicht 21 auf einem Teilbereich der ersten Kontaktstruktur des Trägers 1 angeordnet. Die erste Kontaktschicht 21 ist dabei dem Träger 1 zugewandt.
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Alternativ können die Halbleiterchips 2 mittels eines automatischen Bestückungsverfahrens (Pick and Place-Prozesses) auf dem Träger 1 positioniert und nachfolgend elektrisch und/oder thermisch angeschlossen werden (nicht dargestellt).
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Die erste Kontaktschicht 21 dient mit Vorteil nicht nur der elektrischen Kontaktierung des Halbleiterchips 2, sondern kann ferner die Funktion eines optischen Spiegels übernehmen. Das bedeutet, dass die erste Kontaktschicht 21 die von dem Halbleiterchip 2 emittierte Strahlung, die in Richtung Träger 1 emittiert wird, vorzugsweise in Richtung der Strahlungsaustrittsfläche 3 des Halbleiterchips 2 zurückreflektiert.
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Im nächsten Verfahrensschritt wird, wie in 6E dargestellt, bevorzugt eine Passivierungsschicht 5 zumindest auf jeweils die Seitenflächen eines Halbleiterchips 2 aufgebracht. Vorzugsweise bedeckt die Passivierungsschicht 5 einen Teilbereich der Strahlungsaustrittsfläche 3, insbesondere den Randbereich der Strahlungsaustrittsfläche 3, rahmenförmig. Ferner wird bevorzugt die Passivierungsschicht 5 bereichsweise auf den Träger 1 und auf die erste und zweite Kontaktstruktur 4a, 4b aufgebracht.
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Die Passivierungsschicht 5 wird demnach so auf dem Halbleiterchip 2 und dem Träger 1 angeordnet, dass sie sich über den Randbereich der Strahlungsaustrittsfläche 3 und über die Seitenflächen des Halbleiterchips 2 erstreckt. Bevorzugt weist der Träger 1 zumindest bereichsweise eine darauf angeordnete Passivierungsschicht 5 auf. Vorzugsweise führt die erste Kontaktstruktur 4a und die zweite Kontaktstruktur 5a zum elektrischen Anschluss des Halbleiterchips 2 in Aufsicht auf das Bauelement lateral aus der Passivierungsschicht 5 heraus. Das bedeutet, dass zumindest auf einem Teilbereich der ersten Kontaktstruktur 4a und auf einem Teilbereich der zweiten Kontaktstruktur 5b keine Passivierungsschicht 5 angeordnet ist.
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Als letzter Verfahrensschritt wird eine zweite Kontaktschicht 6 auf jeweils zumindest einem Teilbereich der Passivierungsschicht 5 aufgebracht. Dabei führt die zweite Kontaktschicht 6 jeweils von der von dem Träger 1 abgewandten Oberfläche des Halbleiterchips 2 auf der Passivierungsschicht 5 entlang der Seitenfläche des Halbleiterchips 2 zu der zweiten Kontaktstruktur 4b. Die zweite Kontaktschicht 6 bildet demnach eine elektrische Verbindung zwischen Halbleiterchip 2 und zweiter Kontaktstruktur 4b.
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Wie in 6F dargestellt, ist die zweite Kontaktschicht 6 vorzugsweise rahmenförmig auf einem Teilbereich der Strahlungsaustrittsfläche 3 des Halbleiterchips 2 angeordnet. Ein Teil der zweiten Kontaktschicht 6 steht dabei im direkten Kontakt mit der Strahlungsaustrittsfläche 3. Durch die rahmenförmige Anordnung der zweiten Kontaktschicht 6 erfolgt bevorzugt eine Stromaufweitung im Halbleiterchip 2, wodurch sich die Effizienz mit Vorteil erhöht.
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Die zweite Kontaktschicht 6 ist für die von dem Halbleiterchip 2 emittierte Strahlung zumindest teilweise strahlungsdurchlässig.
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Wie in 6F dargestellt, ist eine möglichst große Teilfläche der Strahlungsaustrittsfläche 3 frei von Passivierungsschicht 5 und zweiter Kontaktschicht 6. Lediglich im Randbereich der Strahlungsaustrittsfläche 3 sind jeweils eine Passivierungsschicht 5 und eine zweite Kontaktschicht 6 angeordnet.
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Die zweite Kontaktschicht 6 stellt vorzugsweise den zweiten Kontakt des Halbleiterchips 2 dar. Das heißt, die zweite Kontaktschicht 6 ist sowohl der zweite Kontakt des Halbleiterchips 2, beispielsweise der n-Kontakt, als auch die elektrische Zuführung von dem Halbleiterchip 2 zur zweiten Kontaktstruktur 4b. Es ist demnach nicht erforderlich, wie herkömmlicherweise, einen zweiten Kontakt des Halbleiterchips und zusätzlich eine elektrische Zuführung zu dem zweiten Kontakt anzuordnen.
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Die in der Mehrzahl hergestellten strahlungsemittierenden Bauelemente können nun mittels Schnitten 12 vereinzelt werden. Dazu wird der Träger 1 mit darauf angeordneten Halbleiterchips 2 so vereinzelt, dass jeweils ein strahlungsemittierendes Bauelement mindestens einen Halbleiterchip 2 aufweist. Die Anzahl der Halbleiterchips eines Bauelements kann dabei variieren, jeweils abhängig von dem Verwendungszweck des Bauelements.