DE102016114992A1

DE102016114992A1 - Optoelektronischer Halbleiterchip

Info

Publication number: DE102016114992A1
Application number: DE102016114992.6A
Authority: DE
Inventors: Frank Singer; Siegfried Herrmann
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2016-08-12
Filing date: 2016-08-12
Publication date: 2018-02-15
Also published as: US11038083B2; US20200365764A1; DE112017004053A5; WO2018029110A1

Abstract

Es wird ein optoelektronischer Halbleiterchip (10) angegeben, mit: – einer Vielzahl von Kern-Hülle-Stäben (20) zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung, die beabstandet zueinander angeordnet sind, – einer ersten elektrisch leitfähigen Kontaktstruktur (17) zur n-seitigen elektrischen Kontaktierung der Kern-Hülle-Stäbe (20), und – einer zweiten elektrisch leitfähigen Kontaktstruktur (19) zur p-seitigen elektrischen Kontaktierung der Kern-Hülle-Stäbe (20), wobei – die erste elektrisch leitfähige Kontaktstruktur (17) und die zweite elektrisch leitfähige Kontaktstruktur (19) zumindest abschnittsweise in einer vertikalen Richtung überlappen, und – der optoelektronische Halbleiterchip (10) an einer Montageseite (10c) oberflächenmontierbar ist.

Description

Es wird ein optoelektronischer Halbleiterchip angegeben.
Die Druckschrift WO 2013/083438 A1 beschreibt einen optoelektronischen Halbleiterchip.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, einen optoelektronischen Halbleiterchip anzugeben, der effizient betrieben werden kann. Eine weitere zu lösende Aufgabe besteht darin, einen optoelektronischen Halbleiterchip anzugeben, der oberflächenmontierbar ist.
Bei einem hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterchip handelt es sich insbesondere um einen strahlungsemittierenden Halbleiterchip, der im Betrieb elektromagnetische Strahlung, insbesondere Licht, emittiert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der optoelektronische Halbleiterchip eine Vielzahl von Kern-Hülle-Stäben zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung. Die Kern-Hülle-Stäbe sind beabstandet zueinander angeordnet. Das heißt, die Kern-Hülle-Stäbe sind beispielsweise in lateralen Richtungen, den Richtungen parallel zu einer Haupterstreckungsebene des Halbleiterchips, derart angeordnet, dass sich zwischen zwei benachbarten Kern-Hülle-Stäben ein Zwischenraum befindet, der frei von dem Material der Kern-Hülle-Stäbe ist. Die Kern-Hülle-Stäbe weisen beispielsweise entlang einer Haupterstreckungsrichtung eine Länge auf, die größer ist als der Durchmesser der Kern-Hülle-Stäbe. Beispielsweise beträgt die Länge wenigstens das Dreifache des Durchmessers. Der mittlere Durchmesser der Kern-Hülle-Stäbe kann dabei im Nanometerbereich oder im Mikrometerbereich liegen. Bei den Kern-Hülle-Stäben handelt es sich dann insbesondere um sogenannte "Nanorods" oder um sogenannte "Mikrorods". Die Kern-Hülle-Stäbe können entlang den lateralen Richtungen beispielsweise in einem regelmäßigen Muster angeordnet sein.
Die Kern-Hülle-Stäbe bilden eine Vielzahl aktiver Bereiche des Halbleiterchips, welche im Betrieb des optoelektronischen Halbleiterchips elektromagnetische Strahlung erzeugen. Ein Großteil der im Betrieb des optoelektronischen Halbleiterchips erzeugten elektromagnetischen Strahlung verlässt den optoelektronischen Halbleiterchip an einer Strahlungsaustrittsseite durch eine Strahlungsaustrittsfläche, bei der es sich auch um eine gedachte oder virtuelle Fläche handeln kann.
Die Kern-Hülle-Stäbe umfassen jeweils ein n-leitendes Halbleitermaterial und ein p-leitendes Halbleitermaterial. Zwischen dem n-leitenden Halbleitermaterial und dem p-leitenden Halbleitermaterial kann zum Beispiel eine aktive Schicht angeordnet sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der optoelektronische Halbleiterchip eine erste elektrisch leitfähige Kontaktstruktur zur n-seitigen elektrischen Kontaktierung der Kern-Hülle-Stäbe. Die erste elektrisch leitfähige Kontaktstruktur kann eine elektrisch leitfähige erste Anschlussschicht zur elektrischen Kontaktierung des optoelektronischen Halbleiterchips auf einer Montageseite des optoelektronischen Halbleiterchips umfassen. Die erste Anschlussschicht kann elektrisch leitfähig mit einer ersten elektrisch leitfähigen Schicht verbunden sein. Die erste elektrisch leitfähige Schicht kann die Kern-Hülle-Stäbe n-seitig kontaktieren.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der optoelektronische Halbleiterchip eine zweite elektrisch leitfähige Kontaktstruktur zur p-seitigen elektrischen Kontaktierung der Kern-Hülle-Stäbe. Die zweite elektrisch leitfähige Kontaktstruktur kann eine elektrisch leitfähige zweite Anschlussschicht zur elektrischen Kontaktierung des optoelektronischen Halbleiterchips auf einer Montageseite des optoelektronischen Halbleiterchips umfassen. Die zweite Anschlussschicht kann elektrisch leitfähig mit einer Stromaufweitungsschicht verbunden sein. Die Stromaufweitungsschicht kann die Kern-Hülle-Stäbe p-seitig kontaktieren.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform überlappen die erste elektrisch leitfähige Kontaktstruktur und die zweite elektrisch leitfähige Kontaktstruktur zumindest abschnittsweise in einer vertikalen Richtung. Eine vertikale Richtung kann beispielsweise parallel zur Haupterstreckungsrichtung der Kern-Hülle-Stäbe verlaufen. Die vertikale Richtung ist insbesondere senkrecht zu einer Haupterstreckungsebene des optoelektronischen Halbleiterchips, also zu den lateralen Richtungen. "Abschnittweise" bedeutet, dass Teile der ersten und zweiten elektrisch leitfähigen Kontaktstruktur in einer vertikalen Richtung überlappen.
Die erste elektrisch leitfähige Kontaktstruktur kann beispielsweise eine erste elektrisch leitfähige Schicht umfassen, welche zumindest stellenweise mit einer zweiten Anschlussschicht der zweiten elektrisch leitfähigen Kontaktstruktur in vertikaler Richtung überlappt. Entlang einer Richtung parallel zur Haupterstreckungsrichtung der Kern-Hülle-Stäbe sind also Teile der ersten und zweiten elektrisch leitfähigen Kontaktstruktur übereinander angeordnet. Beispielsweise können Teilbereiche der ersten elektrisch leitfähigen Schicht und der zweiten Anschlussschicht entlang der vertikalen Richtung übereinander angeordnet sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die erste und die zweite elektrisch leitfähige Kontaktstruktur elektrisch gegeneinander isoliert. Beispielsweise kann eine Isolationsschicht zwischen den beiden Kontaktstrukturen angeordnet sein, so dass kein direkter Stromfluss zwischen den Kontaktstrukturen möglich ist. Ein Stromfluss erfolgt dann ausschließlich über die Kern-Hülle-Stäbe.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der optoelektronische Halbleiterchip an einer Montageseite oberflächenmontierbar. Das heißt, dass die erste und die zweite elektrisch leitfähige Kontaktstruktur an der Montageseite elektrisch kontaktiert werden können. Dazu können die erste und zweite elektrisch leitfähige Kontaktstruktur jeweils eine elektrisch leitfähige Anschlussschicht umfassen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird ein optoelektronischer Halbleiterchip angegeben mit

– einer Vielzahl von Kern-Hülle-Stäben zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung, die beabstandet zueinander angeordnet sind,
– einer ersten elektrisch leitfähigen Kontaktstruktur zur n-seitigen elektrischen Kontaktierung der Kern-Hülle-Stäbe, und
– einer zweiten elektrisch leitfähigen Kontaktstruktur zur p-seitigen elektrischen Kontaktierung der Kern-Hülle-Stäbe, wobei
– die erste elektrisch leitfähige Kontaktstruktur und die zweite elektrisch leitfähige Kontaktstruktur zumindest abschnittsweise in einer vertikalen Richtung überlappen, und
– der optoelektronische Halbleiterchip an einer Montageseite oberflächenmontierbar ist.

Die Kern-Hülle-Stäbe stellen eine dreidimensionale Anordnung eines aktiven Bereichs des optoelektronischen Halbleiterchips dar. Die aktiven Bereiche sind zum Beispiel als "Core-Shell Nano- oder Mikrorods", also als Kern-Hülle-Nano- oder Mikrostäbe, ausgebildet. Damit wird die aktive Fläche des optoelektronischen Halbleiterchips vergrößert und somit auch die Oberfläche, durch die Strahlung austreten kann. Dadurch kann eine reduzierte Ladungsträgerdichte bei gleichem Betriebsstrom erreicht werden und somit eine Steigerung der Effizienz des optoelektronischen Halbleiterchips. Für eine effiziente Lichtauskopplung aus dem optoelektronischen Halbleiterchip können die elektrischen Kontakte auf der Oberfläche des optoelektronischen Halbleiterchips transparent sein.
Durch das Anschlusskonzept mit der ersten und der zweiten elektrisch leitfähigen Kontaktstruktur ist es möglich, dass der optoelektronische Halbleiterchip an einer Montageseite oberflächenmontierbar ist. Außerdem ist es möglich, durch eine Strukturierung zum Beispiel der p-seitigen Kontaktierung verschiedene Pixel auf dem optoelektronischen Halbleiterchip zu erzeugen. Auf diese Weise kann der optoelektronische Halbleiterchip als Anzeigevorrichtung oder als Teil einer Anzeigevorrichtung Verwendung finden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterchips weist ein Großteil der Kern-Hülle-Stäbe jeweils eine Haupterstreckungsrichtung auf. Die Kern-Hülle-Stäbe können beispielsweise die Form eines Zylinders, eines Kegelstumpfes oder eines Prismas haben. Die Haupterstreckungsrichtung der Kern-Hülle-Stäbe verläuft dabei entlang der Höhe der Kern-Hülle-Stäbe.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfassen die Kern-Hülle-Stäbe jeweils einen Kernbereich, der mit einem ersten n-leitenden Halbleitermaterial gebildet ist. Der Kernbereich kann sich beispielsweise entlang der Haupterstreckungsrichtung erstrecken und, falls die Kern-Hülle-Stäbe beispielsweise die Form eines Zylinders aufweisen, weist auch der Kernbereich die Form eines Zylinders auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfassen die Kern-Hülle-Stäbe jeweils eine aktive Schicht zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung, die den Kernbereich zumindest in Richtungen quer oder senkrecht zur Haupterstreckungsrichtung bedeckt. Der Kernbereich weist beispielsweise eine Mantelfläche auf, die mit dem Material der aktiven Schicht vollständig bedeckt sein kann. Die aktive Schicht kann direkt an den Kernbereich der Kern-Hülle-Stäbe angrenzen. Die elektromagnetische Strahlung, welche im Betrieb des optoelektronischen Halbleiterchips erzeugt wird, wird in der aktiven Schicht erzeugt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfassen die Kern-Hülle-Stäbe eine Deckschicht, die mit einem zweiten p-leitenden Halbleitermaterial gebildet ist und die aktive Schicht zumindest in Richtungen quer zur Haupterstreckungsrichtung der Kern-Hülle-Stäbe bedeckt. Beispielsweise kann die aktive Schicht zwischen dem Kernbereich und der Deckschicht angeordnet sein. Die Deckschicht kann die aktive Schicht vollständig bedecken. In einer weiteren Ausführungsform kann die Deckschicht n-leitend und der Kernbereich p-leitend ausgebildet sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterchips ist der Kernbereich des Großteils der Kern-Hülle-Stäbe mittels der ersten elektrisch leitfähigen Kontaktstruktur elektrisch kontaktiert und die Deckschicht des Großteils der Kern-Hülle-Stäbe mittels der zweiten elektrisch leitfähigen Kontaktstruktur elektrisch kontaktiert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterchips weist die zweite elektrisch leitfähige Kontaktstruktur eine Stromaufweitungsschicht auf, die zumindest einen Großteil der Kern-Hülle-Stäbe zumindest in Richtungen quer zu einer Haupterstreckungsrichtung der Kern-Hülle-Stäbe bedeckt. Die Stromaufweitungsschicht ist für im Betrieb in den Kern-Hülle-Stäben erzeugte elektromagnetische Strahlung durchlässig. Die Stromaufweitungsschicht ist dafür vorgesehen, den eingeprägten Strom möglichst gleichmäßig über den optoelektronischen Halbleiterchip zu verteilen. Die Stromaufweitungsschicht kann in direktem Kontakt mit der Deckschicht sein und kann diese vollständig bedecken. Beispielsweise kann die Stromaufweitungsschicht ein transparentes leitfähiges Oxid umfassen. In weiteren Ausführungsformen kann die Stromaufweitungsschicht Zinkoxid, Indiumzinnoxid und/oder Graphen umfassen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterchips ist ein erstes Isolationsmaterial zwischen der Vielzahl von Kern-Hülle-Stäben angeordnet. Das erste Isolationsmaterial ist für im Betrieb des optoelektronischen Halbleiterchips in den Kern-Hülle-Stäben erzeugte elektromagnetische Strahlung durchlässig und umgibt die Kern-Hülle-Stäbe zumindest in Richtungen quer zur Haupterstreckungsrichtung. Das erste Isolationsmaterial grenzt zumindest stellenweise direkt an die Stromaufweitungsschicht an. Die Zwischenräume zwischen den Kern-Hülle-Stäben können mit dem ersten Isolationsmaterial gefüllt werden und das erste Isolationsmaterial kann die Kern-Hülle-Stäbe vollständig bedecken. Das erste Isolationsmaterial kann beispielsweise Parylene, Fluorpolymer, Ormocer, Silizium, Siliziumdioxid oder Glas umfassen.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann das Isolationsmaterial mittels Heißprägung oder Hot-Embossing aufgebracht werden. Dabei wird der optoelektronische Halbleiterchip in ein Polymermaterial gepresst, welches auf über seine Glasübergangstemperatur erhitzt wird. Dabei sind die Kern-Hülle-Stäben dem Polymermaterial zugewandt. Durch das erste Isolationsmaterial kann die im Betrieb des optoelektronischen Halbleiterchips erzeugte elektromagnetische Strahlung den optoelektronischen Halbleiterchip verlassen. Die den Kern-Hülle-Stäben abgewandte Oberseite des ersten Isolationsmaterials kann also die Strahlungsaustrittsseite darstellen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der optoelektronische Halbleiterchip frei von einem Aufwachssubstrat. Eine erste elektrisch leitfähige Schicht wird epitaktisch auf das Aufwachssubstrat abgeschieden. Auf die erste elektrisch leitfähige Schicht werden die Kern-Hülle-Stäbe abgeschieden. Das Aufwachssubstrat wird also nach dem Aufwachsen der Kern-Hülle-Stäbe entfernt. Dabei handelt es sich um ein Merkmal, das den optoelektronischen Halbleiterchip als Gegenstand charakterisiert, da durch Analyse des optoelektronischen Halbleiterchips nachgewiesen werden kann, dass das Aufwachssubstrat von den epitaktisch abgeschiedenen Schichten entfernt wurde. Das Aufwachssubstrat kann beispielsweise mit Saphir gebildet sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist ein zweites Isolationsmaterial zwischen der Vielzahl von Kern-Hülle-Stäben angeordnet und das erste Isolationsmaterial ist an einer der ersten Kontaktstruktur abgewandten Seite des zweiten Isolationsmaterials auf dem zweiten Isolationsmaterial aufgebracht. Die Zwischenräume zwischen den Kern-Hülle-Stäben können mit einem niederviskosen Material, dem zweiten Isolationsmaterial, aufgefüllt werden. Das zweite Isolationsmaterial kann beispielsweise ein Thermoplast oder ein strahlungsdurchlässiges, zum Beispiel klarsichtiges oder transparentes, Duroplast umfassen. Das zweite Isolationsmaterial kann auch durch Bedampfung aufgebracht werden und nachträglich zurückgeätzt werden. Das erste Isolationsmaterial wird auf das zweite Isolationsmaterial mittels Hot-Embossing aufgebracht. Dabei verstärkt das zweite Isolationsmaterial in den Zwischenräumen zwischen den Kern-Hülle-Stäben den optoelektronischen Halbleiterchip mechanisch während des Hot-Embossing-Schrittes. Es wird somit eine höhere Festigkeit und mechanische Stabilität des optoelektronischen Halbleiterchips erreicht. Die beiden Isolationsmaterialien sind nach dem Aufbringen auf den Halbleiterchip zu einem einheitlichen Körper verbunden und haften verbindungsmittelfrei aneinander.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform überragt das erste Isolationsmaterial die Kern-Hülle-Stäbe und die erste und zweite elektrisch leitfähige Kontaktstruktur in lateralen Richtungen. In lateralen Richtungen bedeutet in einer Haupterstreckungsebene des optoelektronischen Halbleiterchips. Beispielsweise kann das erste Isolationsmaterial die Kern-Hülle-Stäbe und die erste und zweite elektrisch leitfähige Kontaktstruktur lateral überragen, wenn der optoelektronische Halbleiterchip vereinzelt ist. Dadurch wird eine verbesserte Lichtauskopplung der im Betrieb des optoelektronischen Halbleiterchips erzeugten elektromagnetischen Strahlung aus dem optoelektronischen Halbleiterchip ermöglicht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform erstreckt sich mindestens ein Teilbereich mindestens einer der beiden elektrisch leitfähigen Kontaktstrukturen durch einen Durchbruch durch mindestens eine Schicht des optoelektronischen Halbleiterchips hindurch. Das heißt, der Durchbruch erstreckt sich teilweise entlang der Richtung von der Montageseite zur Strahlungsaustrittsseite des optoelektronischen Halbleiterchips. Bei einem Durchbruch handelt es sich im vorliegenden Fall um einen Bereich, in dem Material abgetragen ist oder der von Material freigehalten ist. Der Durchbruch kann zum Beispiel durch photolithographische Verfahren oder trockenchemisches Ätzen erzeugt werden.
Der Durchbruch, also der Bereich, der frei von dem Material ist, ist mit Material der ersten oder zweiten elektrisch leitfähigen Kontaktstruktur aufgefüllt. Somit verbindet das Material im Durchbruch, welches als Durchkontaktierung bezeichnet werden kann, zwei Schichten miteinander, welche an unterschiedlichen Positionen in vertikaler Richtung angeordnet sind. Um keine weiteren Schichten elektrisch zu kontaktieren, kann ein Durchbruch in einem äußeren Bereich ein Isolationsmaterial aufweisen. In einem äußeren Bereich bedeutet in diesem Fall in dem den Außenwänden des Durchbruchs zugewandten Bereich.
Beispielsweise kann sich eine erste Durchkontaktierung der ersten elektrisch leitfähigen Kontaktstruktur durch eine Isolationsschicht hindurch zu einer ersten elektrisch leitfähigen Schicht erstrecken. In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann sich die erste Durchkontaktierung der ersten elektrisch leitfähigen Kontaktstruktur durch eine Isolationsschicht, einen Teil der zweiten elektrisch leitfähigen Kontaktstruktur und das erste Isolationsmaterial hindurch zu einer ersten elektrisch leitfähigen Schicht erstrecken. In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann sich eine zweite Durchkontaktierung der zweiten elektrisch leitfähigen Kontaktstruktur durch die Isolationsschicht und die erste elektrisch leitfähige Schicht erstrecken. In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann sich die zweite Durchkontaktierung der zweiten elektrisch leitfähigen Kontaktstruktur durch die Isolationsschicht erstrecken.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel umfasst die zweite elektrisch leitfähige Kontaktstruktur eine Vielzahl von Durchkontaktierungen, um eine gleichmäßige Stromeinprägung zu ermöglichen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das erste Isolationsmaterial in den Zwischenräumen zwischen den Kern-Hülle-Stäben so angeordnet, dass die Kern-Hülle-Stäbe an einer Oberseite, also zum Beispiel auf einer Deckfläche, frei vom ersten Isolationsmaterial sind. Die Oberseite der Kern-Hülle-Stäbe befindet sich entlang der Haupterstreckungsrichtung der Kern-Hülle-Stäbe oben, also auf der der ersten elektrisch leitfähigen Schicht abgewandten Seite der Kern-Hülle-Stäbe. Die Kern-Hülle-Stäbe werden an der Oberseite durch eine dritte elektrisch leitfähige Schicht der zweiten elektrisch leitfähigen Kontaktstruktur elektrisch kontaktiert. Dabei kontaktiert die dritte elektrisch leitfähige Schicht vorzugsweise eine Vielzahl der Kern-Hülle-Stäbe über die Stromaufweitungsschicht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform zeigt die Oberseite der Kern-Hülle-Stäbe in Richtung der Montageseite. Das heißt, der optoelektronische Halbleiterchip wird nach dem Entfernen des Aufwachssubstrates umgedreht, derart, dass die Oberseite der Kern-Hülle-Stäbe nicht mehr in Richtung der Strahlungsaustrittsseite des optoelektronischen Halbleiterchips zeigt, sondern in Richtung der Montageseite des optoelektronischen Halbleiterchips.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform bildet die den Kern-Hülle-Stäben abgewandte Seite der ersten elektrisch leitfähigen Schicht eine Strahlungsaustrittsseite für im Betrieb des optoelektronischen Halbleiterchips erzeugte elektromagnetische Strahlung.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird ein optoelektronischer Halbleiterchip angegeben, bei dem

– die Kern-Hülle-Stäbe teilweise von einem ersten Isolationsmaterial umgeben sind, derart, dass eine Oberseite der Kern-Hülle-Stäbe, an einer der ersten elektrisch leitfähigen Kontaktstruktur abgewandten Seite der Kern-Hülle-Stäbe, zumindest stellenweise frei vom ersten Isolationsmaterial ist,
– eine elektrisch leitfähige zweite Anschlussschicht der zweiten elektrisch leitfähigen Kontaktstruktur eine Vielzahl der Kern-Hülle-Stäbe an deren Oberseite elektrisch kontaktiert,
– der optoelektronische Halbleiterchip frei von einem Aufwachssubstrat ist,
– sich ein Teilbereich der ersten elektrisch leitfähigen Kontaktstruktur durch einen Durchbruch durch mindestens eine Schicht des optoelektronischen Halbleiterchips hindurch erstreckt,
– die erste elektrisch leitfähige Schicht an der der Montagseite des optoelektronischen Halbleiterchips abgewandten Seite der Kern-Hülle Stäbe angeordnet ist, und
– die Kern-Hülle-Stäbe n-seitig elektrisch über die erste elektrisch leitfähige Schicht kontaktiert sind, wobei die erste elektrisch leitfähige Schicht durchlässig für im Betrieb der Kern-Hülle-Stäbe erzeugte elektromagnetische Strahlung ist.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das erste Isolationsmaterial einen in Richtung der dritten elektrisch leitfähigen Schicht größer werdenden optischen Brechungsindex auf. Das erste Isolationsmaterial kann also mehrere Schichten mit verschiedenen optischen Brechungsindizes umfassen. Dabei ist der optische Brechungsindex nahe der Strahlungsaustrittsseite des optoelektronischen Halbleiterchips am kleinsten im Vergleich zu den übrigen Schichten des ersten Isolationsmaterials, so dass eine effiziente Lichtauskopplung an die den optoelektronischen Halbleiterchip umgebende Luft ermöglicht wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das erste Isolationsmaterial eine in Richtung der dritten elektrisch leitfähigen Schicht größer werdende Reflektivität auf. Somit kann in der aktiven Schicht erzeugte elektromagnetische Strahlung effizienter aus dem optoelektronischen Halbleiterchip ausgekoppelt werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist mindestens eine der folgenden drei Schichten reflektierend für in den Kern-Hülle-Stäben erzeugte elektromagnetische Strahlung: das erste Isolationsmaterial, die dritte elektrisch leitfähige Schicht und eine Isolationsschicht, welche zwischen der ersten und der zweiten elektrisch leitfähigen Kontaktstruktur angeordnet ist. Eine oder mehrere dieser drei Schichten kann Titanoxid enthalten, um die Reflektivität zu erhöhen. Wenn eine oder mehrere der genannten drei Schichten reflektierend für die elektromagnetische Strahlung ist, kann diese effizienter aus dem optoelektronischen Halbleiterchip ausgekoppelt werden. In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann zumindest ein Teil des ersten Isolationsmaterials ein Konvertermaterial enthalten, so dass die Wellenlänge des austretenden Lichts konvertiert werden kann.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die erste elektrisch leitfähige Schicht Galliumnitrid und Graphen. In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann die erste elektrisch leitfähige Schicht Galliumnitrid und ein transparentes leitfähiges Oxid umfassen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der optoelektronische Halbleiterchip zumindest stellenweise an der Montageseite eine Kunststoffverstärkung oder eine sogenannte Mold-Supported-Chip-Verstärkung. Die Kunststoffverstärkung ermöglicht eine bessere mechanische Stabilität des optoelektronischen Halbleiterchips nach dem Entfernen des Aufwachssubstrates. Die Kunststoffverstärkung kann insbesondere zwischen der ersten und zweiten Anschlussschicht angeordnet sein und diese elektrisch voneinander isolieren.
Im Folgenden werden hier beschriebene optoelektronische Halbleiterchips und Verfahren zu ihrer Herstellung in Verbindung mit Ausführungsbeispielen und den dazugehörigen Figuren näher erläutert.
1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterchips.
Anhand der schematischen Schnittdarstellungen der 2A bis 2C ist ein Verfahren zur Herstellung der hier beschriebenen Kern-Hülle-Stäbe näher erläutert.
Anhand der schematischen Schnittdarstellungen der 3A bis 3F ist ein Verfahren zur Herstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterchips näher erläutert. Die 3F zeigt einen fertiggestellten Halbleiterchip gemäß dem weiteren Ausführungsbeispiel.
Anhand der schematischen Schnittdarstellungen der 4A bis 4C ist ein Verfahren zur Herstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterchips näher erläutert. Die 4C zeigt einen fertiggestellten Halbleiterchip gemäß dem weiteren Ausführungsbeispiel.
Anhand der schematischen Schnittdarstellungen der 5A bis 5F ist ein Verfahren zur Herstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterchips näher erläutert. Die 5F zeigt einen fertiggestellten Halbleiterchip gemäß dem weiteren Ausführungsbeispiel.
Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder für eine bessere Verständlichkeit übertrieben groß dargestellt sein.
Die 1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterchips 10. Der optoelektronische Halbleiterchip 10 umfasst eine Vielzahl von Kern-Hülle-Stäben 20, welche beabstandet zueinander angeordnet sind. In diesem Ausführungsbeispiel weisen die Kern-Hülle-Stäbe 20 die Form eines Zylinders mit einem angeschrägten Deckbereich 14 auf. Die Oberseite der Kern-Hülle-Stäbe 20 zeigt in diesem Ausführungsbeispiel in eine einer Montageseite 10c des optoelektronischen Halbleiterchips 10 abgewandte Richtung.
Die Kern-Hülle-Stäbe 20 umfassen Kernbereiche 11, welche ebenfalls als Zylinder mit angeschrägtem Deckbereich 14 ausgeführt sind. Die Kernbereiche 11 sind mit einem n-leitenden ersten Halbleitermaterial gebildet. Weiter umfassen die Kern-Hülle-Stäbe 20 eine aktive Schicht 12, welche in diesem Ausführungsbeispiel die Kernbereiche 11 vollständig bedeckt. In der aktiven Schicht 12 wird im Betrieb des optoelektronischen Halbleiterchips 10 elektromagnetische Strahlung erzeugt.
Weiter umfassen die Kern-Hülle-Stäbe 20 eine Deckschicht 13, welche die aktive Schicht 12 vollständig bedeckt. Die Deckschicht 13 ist mit einem p-leitenden zweiten Halbleitermaterial gebildet.
Die Deckschicht 13 ist vollständig von einer Stromaufweitungsschicht 19c bedeckt. Die Stromaufweitungsschicht 19c ist strahlungsdurchlässig für im Betrieb des optoelektronischen Halbleiterchips 10 erzeugte elektromagnetische Strahlung. Beispielsweise kann die Stromaufweitungsschicht 19c mit einem transparenten leitfähigen Oxid gebildet sein.
Ein erstes Isolationsmaterial 16 bedeckt die Kern-Hülle-Stäbe 20 vollständig und füllt die Zwischenräume zwischen den Kern-Hülle-Stäben 20 aus. Das erste Isolationsmaterial 16 ist strahlungsdurchlässig für im Betrieb des optoelektronischen Halbleiterchips 10 erzeugte elektromagnetische Strahlung. Weiterhin ist das erste Isolationsmaterial 16 elektrisch isolierend. Beispielsweise kann das erste Isolationsmaterial 16 mit einem Parylen, einem Polymer, einem Fluorpolymer, Ormocer, Silizium, Siliziumdioxid oder Glas gebildet sein.
Eine erste elektrisch leitfähige Kontaktstruktur 17 kontaktiert die Kern-Hülle-Stäbe 20 n-seitig, das heißt, die erste elektrisch leitfähige Kontaktstruktur 17 kontaktiert die Kernbereiche 11 der Kern-Hülle-Stäbe 20. In diesem Ausführungsbeispiel weist die erste elektrisch leitfähige Kontaktstruktur 17 eine erste elektrisch leitfähige Schicht 17c auf, welche eine Vielzahl von Kernbereichen 11 der Kern-Hülle-Stäbe 20 elektrisch kontaktiert. Eine elektrisch leitfähige erste Durchkontaktierung 17b erstreckt sich durch einen Durchbruch durch eine Isolationsschicht 18 und kontaktiert die erste elektrisch leitfähige Schicht 17c direkt. Eine elektrisch leitfähige erste Anschlussschicht 17a der ersten elektrisch leitfähigen Kontaktstruktur 17 ist mit der ersten Durchkontaktierung 17b elektrisch leitfähig verbunden und befindet sich auf der Montageseite 10c des optoelektronischen Halbleiterchips 10. Die erste elektrisch leitfähige Schicht 17c kann beispielsweise reflektierend für die in der aktiven Schicht 12 erzeugte elektromagnetische Strahlung sein.
In den Zwischenräumen zwischen den Kern-Hülle-Stäben 20 ist auf der ersten elektrisch leitfähigen Schicht 17c zum Beispiel eine Maskenschicht 15 angeordnet. Die Maskenschicht 15 kann als Fotomaske mit Öffnungen während des Wachstums der Kern-Hülle-Stäbe 20 dienen.
Die Isolationsschicht 18 isoliert die erste elektrisch leitfähige Kontaktstruktur 17 von der zweiten elektrisch leitfähigen Kontaktstruktur 19.
Die zweite elektrisch leitfähige Kontaktstruktur 19 umfasst die Stromaufweitungsschicht 19c und eine elektrisch leitfähige zweite Durchkontaktierung 19b. Die zweite Durchkontaktierung 19b erstreckt sich durch einen Durchbruch von einer elektrisch leitfähigen zweiten Anschlussschicht 19a der zweiten elektrisch leitfähigen Kontaktstruktur 19 zur Stromaufweitungsschicht 19c.
Die erste elektrisch leitfähige Kontaktstruktur 17 und die zweite elektrisch leitfähige Kontaktstruktur 19 überlappen zumindest abschnittsweise in einer vertikalen Richtung R. Beispielsweise überlappen in dieser Ausführungsform die erste elektrisch leitfähige Schicht 17c und die zweite Anschlussschicht 19a in der vertikalen Richtung R. Teile der ersten elektrisch leitfähigen Schicht 17c und der zweiten Anschlussschicht 19a sind also in vertikaler Richtung R übereinander angeordnet.
Die erste und die zweite Anschlussschicht 17a, 19a weisen eine Außenfläche an der Montageseite 10c auf. Somit ist der optoelektronische Halbleiterchip oberflächenmontierbar und kann beispielsweise auf eine Leiterplatte aufgebracht werden.
Ferner erstreckt sich der Durchbruch durch die Isolationsschicht 18 und die erste elektrisch leitfähige Schicht 17c. Um die zweite elektrisch leitfähige Kontaktstruktur 19 gegen die erste elektrisch leitfähige Kontaktstruktur 17 zu isolieren, erstreckt sich auch die Isolationsschicht 18 durch den Durchbruch der zweiten elektrisch leitfähigen Kontaktstruktur 19. Die zweite Durchkontaktierung befindet sich also in einem inneren Bereich des Durchbruchs der zweiten elektrisch leitfähigen Kontaktstruktur 19 und die Isolationsschicht 18 befindet sich in einem äußeren Bereich des Durchbruchs, sodass die zweite elektrisch leitfähige Kontaktstruktur 19 gegenüber der ersten elektrisch leitfähigen Schicht 17c elektrisch isoliert ist.
Die zweite Anschlussschicht 19a befindet sich auf der Montageseite 10c des optoelektronischen Halbleiterchips 10.
Anhand der schematischen Schnittdarstellungen der 2A bis 2C ist ein Verfahren zur Herstellung der Kern-Hülle-Stäbe 20 des hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterchips 10 näher erläutert.
Die 2A zeigt ein Aufwachssubstrat 22 mit einer epitaktisch abgeschiedenen Halbleiterschicht 21. Das Aufwachssubstrat 22 kann beispielsweise mit Saphir gebildet sein.
Die 2B zeigt zusätzlich eine Maskenschicht 15, welche auf die Halbleiterschicht 21 aufgebracht ist, sodass die Maskenschicht 15 eine Fotomaske mit Öffnungen bildet.
In Verbindung mit der 2C ist dargestellt, dass die Kernbereiche 11 in den Öffnungen der Maskenschicht 15 aufgewachsen werden. Die Kernbereiche 11 können dabei beispielsweise die Form von Zylindern mit einem angeschrägten Deckbereich 14 aufweisen.
Auf die Außenfläche der Kernbereiche 11 wird jeweils die aktive Schicht 12 epitaktisch abgeschieden. Danach wird die Deckschicht 13 epitaktisch auf die aktive Schicht 12 abgeschieden. In diesem Ausführungsbeispiel bedeckt die Deckschicht 13 die aktive Schicht 12 vollständig.
Die Kernbereiche 11 sind in diesem Ausführungsbeispiel aus einem n-leitenden ersten Halbleitermaterial gebildet und die Deckschicht 13 aus einem p-leitenden zweiten Halbleitermaterial. Es ist aber auch möglich, dass die Kernbereiche 11 aus einem p-leitenden ersten Halbleitermaterial gebildet sind und die Deckschicht 13 aus einem n-leitenden zweiten Halbleitermaterial.
In Verbindung mit der 2C ist gezeigt, dass die Kern-Hülle-Stäbe 20 eine Haupterstreckungsrichtung R entlang der Wachstumsrichtung der Kern-Hülle-Stäbe 20 aufweisen. Die Richtungen x und y erstrecken sich in einer Ebene, welche senkrecht zur Haupterstreckungsrichtung R liegt.
Anhand der schematischen Schnittdarstellungen der 3A bis 3F ist ein Verfahren zur Herstellung eines Ausführungsbeispiels eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterchips näher erläutert.
Die 3A zeigt beispielhaft vier Kern-Hülle-Stäbe 20 auf einem Aufwachssubstrat 22, welche vollständig mit einer Stromaufweitungsschicht 19c bedeckt sind. Die gezeigten vier Kern-Hülle-Stäbe 20 stehen exemplarisch für eine Vielzahl von Kern-Hülle-Stäben 20.
Im nächsten Verfahrensschritt, 3B, werden die Zwischenräume zwischen den Kern-Hülle-Stäben 20 mit einem ersten Isolationsmaterial 16 gefüllt. In diesem Ausführungsbeispiel bedeckt das erste Isolationsmaterial 16 die Kern-Hülle-Stäbe 20 vollständig. Es ist beispielsweise auch möglich, dass das erste Isolationsmaterial 16 mittels Heißprägen aufgebracht wird. Dabei wird der optoelektronische Halbleiterchip 10 in ein Polymermaterial gepresst, welches auf über seine Glasübergangstemperatur erhitzt wurde.
Wie in 3C gezeigt, wird im nächsten Verfahrensschritt das Aufwachssubstrat 22 entfernt. Das Aufwachssubstrat 22 kann mit einem Laser-lift-off-Verfahren entfernt werden. Nach dem Laser-lift-off-Prozess kann die Halbleiterschicht 21 teilweise zurückgeätzt werden, um diese zu reinigen.
In Verbindung mit der 3D ist dargestellt, dass eine elektrisch leitfähige reflektierende Schicht 23 auf die Halbleiterschicht 21 an deren den Kern-Hülle-Stäben 20 abgewandter Seite aufgebracht ist. Die reflektierende Schicht 23 kann im Betrieb des optoelektronischen Halbleiterchips 10 erzeugte elektromagnetische Strahlung in Richtung der Strahlungsaustrittsseite reflektieren. Des Weiteren wird ein Durchbruch durch die Halbleiterschicht 21 und die reflektierende Schicht 23 erzeugt.
In 3E ist gezeigt, dass die Halbleiterschicht 21 und die reflektierende Schicht 23 in einem weiteren Ausführungsbeispiel durch die erste elektrisch leitfähige Schicht 17c ersetzt werden können. Die Isolationsschicht 18 ist auf die erste elektrisch leitfähige Schicht 17c aufgebracht an ihrer den Kern-Hülle-Stäben 20 abgewandten Seite. Die Isolationsschicht 18 füllt außerdem den erzeugten Durchbruch aus.
In Verbindung mit der 3F sind weitere Verfahrensschritte beschrieben und es ist ein fertiggestellter Halbleiterchip dargestellt. Die zweite Anschlussschicht 19a ist stellenweise auf der Montageseite 10c des optoelektronischen Halbleiterchips 10 angebracht und ein elektrisch leitfähiger Bereich 19b erstreckt sich durch den Durchbruch in Richtung der Stromaufweitungsschicht 19c und kontaktiert diese elektrisch. Somit kontaktiert die zweite elektrisch leitfähige Kontaktstruktur 19 die Kern-Hülle-Stäbe 20 p-seitig. Es ist möglich, dass die zweite elektrisch leitfähige Kontaktstruktur 19 mehrere Durchbrüche in Richtung der Stromaufweitungsschicht 19c aufweist. Somit kann ein elektrischer Strom gleichmäßig eingeprägt werden.
Die erste Anschlussschicht 17a befindet sich ebenfalls stellenweise auf der Montageseite 10c des optoelektronischen Halbleiterchips 10. Eine erste Durchkontaktierung 17b der ersten elektrisch leitfähigen Kontaktstruktur 17 erstreckt sich durch die Isolationsschicht 18 in Richtung der ersten elektrisch leitfähigen Schicht 17c und kontaktiert diese elektrisch. Somit kontaktiert die erste elektrisch leitfähige Kontaktstruktur 17 die Kern-Hülle-Stäbe 20 n-leitend über die Kernbereiche 11.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist es möglich, dass die erste elektrisch leitfähige Schicht 17c eine Halbleiterschicht 21 und eine reflektierende Schicht 23 aufweist.
Anhand der schematischen Schnittdarstellungen der 4A bis 4B ist ein Verfahren zur Herstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterchips näher erläutert.
4A zeigt schematisch vier Kern-Hülle-Stäbe 20 auf einem Aufwachssubstrat 22, wobei die Zwischenräume zwischen den Kern-Hülle-Stäben 20 mit einem zweiten Isolationsmaterial 24 aufgefüllt sind. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Zwischenräume zwischen den Kern-Hülle-Stäben 20 derart mit dem zweiten Isolationsmaterial 24 aufgefüllt, dass die Kern-Hülle-Stäbe 20 stellenweise nicht vom zweiten Isolationsmaterial 24 bedeckt sind. Das zweite Isolationsmaterial 24 kann zum Beispiel durch ein niederviskoses Material wie zum Beispiel Thermoplast oder transparentes Duroplast gebildet sein, welche zum Auffüllen erhitzt werden. Durch das Aufbringen des zweiten Isolationsmaterials 24 werden die Kern-Hülle-Stäbe 20 zusätzlich mechanisch gestützt, sodass der optoelektronische Halbleiterchip 10 eine größere Festigkeit, Zähigkeit und mechanische Stabilität aufweist.
Im nächsten Verfahrensschritt, 4B, wird der optoelektronische Halbleiterchip 10 zum Beispiel mittels Heißprägung in ein Polymermaterial gepresst. In diesem Verfahrensschritt wird also das erste Isolationsmaterial 16 auf den optoelektronischen Halbleiterchip 10 aufgebracht. Dafür ist es vorteilhaft, wenn der optoelektronische Halbleiterchip 10 zusätzlich durch das zweite Isolationsmaterial 24 unterstützt wird. Die beiden Isolationsmaterialien 16, 24 sind nach dem Aufbringen auf den optoelektronischen Halbleiterchip 10 zu einem einheitlichen Körper verbunden. Das erste Isolationsmaterial 16 überragt die Kern-Hülle-Stäbe 20 und die erste und zweite elektrisch leitfähige Kontaktstruktur 17, 19 in lateralen Richtungen in einer Haupterstreckungsebene des optoelektronischen Halbleiterchips 10. Beispielsweise kann das erste Isolationsmaterial 16 die Kern-Hülle-Stäbe 20 und die erste und zweite elektrisch leitfähige Kontaktstruktur 17, 19 lateral überragen, wenn der optoelektronische Halbleiterchip 10 vereinzelt ist. Dadurch wird eine verbesserte Lichtauskopplung der im Betrieb des optoelektronischen Halbleiterchips 10 erzeugten elektromagnetischen Strahlung aus dem optoelektronischen Halbleiterchip 10 ermöglicht.
4C zeigt ein Ausführungsbeispiel eines optoelektronischen Halbleiterchips 10, welches mit den in den 3C bis 3F dargestellten Verfahrensschritten hergestellt wurde. Außerdem weist dieses Ausführungsbeispiel das erste und das zweite Isolationsmaterial 16, 24 auf, welche wie im Zusammenhang mit den 4A und 4B beschrieben aufgebracht werden.
Anhand der schematischen Schnittdarstellungen der 5A bis 5F ist ein Verfahren zur Herstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterchips näher erläutert.
5A zeigt exemplarisch vier Kern-Hülle-Stäbe auf einem Aufwachssubstrat 22.
In 5B ist dargestellt, dass die Zwischenräume zwischen den Kern-Hülle-Stäben 20 mit dem ersten Isolationsmaterial 16 aufgefüllt sind.
Im nächsten Verfahrensschritt, 5C, wird das erste Isolationsmaterial 16 soweit zurückgeätzt, dass es die Kern-Hülle-Stäbe 20 an deren Oberseite nicht mehr vollständig bedeckt. Das heißt, die Deckbereiche 14 der Kern-Hülle-Stäbe 20 sind teilweise frei vom ersten Isolationsmaterial 16. Der Rückätzprozess kann beispielsweise mit einem Plasma erfolgen.
Wie in 5D dargestellt, wird danach eine dritte elektrisch leitfähige Schicht 19d auf die Kern-Hülle-Stäbe 20 und auf die erste Isolationsschicht 16 aufgebracht, sodass die dritte elektrisch leitfähige Schicht 19d die Kern-Hülle-Stäbe 20 über die Stromaufweitungsschicht 19c elektrisch kontaktiert. Dabei grenzt die dritte elektrisch leitfähige Schicht 19d direkt an das erste Isolationsmaterial 16 an. Die dritte elektrisch leitfähige Schicht 19d kann reflektierend für elektromagnetische Strahlung, welche in den Kern-Hülle-Stäben 20 im Betrieb des optoelektronischen Halbleiterchips 10 erzeugt wird, ausgebildet sein.
Im nächsten Verfahrensschritt, 5E, wird das Aufwachssubstrat 22 mit den Kern-Hülle-Stäben 20, der dritten elektrisch leitfähigen Schicht 19d und dem ersten Isolationsmaterial 16 gedreht, derart, dass die Oberseite der Kern-Hülle-Stäbe 20 in Richtung der Montageseite 10c des optoelektronischen Halbleiterchips 10 zeigt. Das heißt, dass sich das Aufwachssubstrat 22 nach dieser Drehung auf der Strahlungsaustrittsseite des optoelektronischen Halbleiterchips 10 befindet. Analog zu dem in 3F gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst die erste elektrisch leitfähige Kontaktstruktur 17 eine erste Anschlussschicht 17a, die elektrisch leitfähig mit einer elektrisch leitfähigen ersten Durchkontaktierung 17b verbunden ist, welche sich durch einen Durchbruch durch mehrere Schichten des optoelektronischen Halbleiterchips 10 erstreckt. Die erste Durchkontaktierung 17b ist außerdem elektrisch leitfähig mit der ersten Halbleiterschicht 21 verbunden.
Die zweite elektrisch leitfähige Kontaktstruktur 19 umfasst die dritte elektrisch leitfähige Schicht 19d, welche elektrisch leitfähig mit einer elektrisch leitfähigen zweiten Durchkontaktierung 19b verbunden ist, die sich durch einen Durchbruch durch die Isolationsschicht 18 erstreckt. Die zweite Durchkontaktierung 19b ist elektrisch leitfähig mit der zweiten Anschlussschicht 19a verbunden. Die Isolationsschicht 18 isoliert die erste und die zweite elektrisch leitfähige Kontaktstruktur 17, 19 gegeneinander. Die dritte elektrisch leitfähige Schicht 19d und die erste Anschlussschicht 17a befinden sich auf der Montageseite 10c des optoelektronischen Halbleiterchips 10. Auf der Montageseite 10c sind die dritte elektrisch leitfähige Schicht 19d und die erste Anschlussschicht 17a gegeneinander isoliert durch eine Kunststoffverstärkung 26.
Im nächsten Verfahrensschritt, 5F, wird das Aufwachssubstrat 22 mittels Laser-lift-off entfernt. Außerdem wird die Halbleiterschicht 21 entfernt. Nach dem Entfernen der Halbleiterschicht 21 wird eine erste elektrisch leitfähige Schicht 17c auf die Strahlungsaustrittsseite des optoelektronischen Halbleiterchips 10 aufgebracht. Die erste elektrisch leitfähige Schicht 17c ist elektrisch leitfähig mit der ersten Durchkontaktierung 17b verbunden.
5F zeigt ein fertiggestelltes Ausführungsbeispiel eines optoelektronischen Halbleiterchips 10. Die Oberseite der Kern-Hülle-Stäbe 20 ist zumindest stellenweise frei vom ersten Isolationsmaterial 16 und zeigt in Richtung der Montageseite 10c des optoelektronischen Halbleiterchips 10. Das heißt, der optoelektronische Halbleiterchip 10 wird nach dem Entfernen des Aufwachssubstrates 22 umgedreht, derart, dass die Oberseite der Kern-Hülle-Stäbe 20 nicht mehr in Richtung der Strahlungsaustrittsseite des optoelektronischen Halbleiterchips 10 zeigt, sondern in Richtung der Montageseite 10c des optoelektronischen Halbleiterchips 10.
Die dritte elektrisch leitfähige Schicht 19d kontaktiert die Kern-Hülle-Stäbe 20 an deren Oberseite elektrisch über die Stromaufweitungsschicht 19c. Die dritte elektrisch leitfähige Schicht 19d ist elektrisch leitfähig mit der zweiten Anschlussschicht 19a über die zweite Durchkontaktierung 19b verbunden.
Die erste elektrisch leitfähige Schicht 17c ist an der der Montagseite 10c abgewandten Seite der Kern-Hülle Stäbe 20 angeordnet. Die Kern-Hülle-Stäbe 20 sind n-seitig elektrisch über die erste elektrisch leitfähige Schicht 17c kontaktiert, wobei die erste elektrisch leitfähige Schicht 17c durchlässig für im Betrieb des optoelektronischen Halbleiterchips 10 in den Kern-Hülle-Stäben 20 erzeugte elektromagnetische Strahlung ist. Die erste elektrisch leitfähige Schicht 17c ist elektrisch leitfähig mit der ersten Anschlussschicht 17a über die erste Durchkontaktierung 17b verbunden.
Die erste elektrisch leitfähige Schicht 17c kann zum Beispiel mit einem transparenten leitfähigen Oxid gebildet sein, wie zum Beispiel Zinkoxid, oder mit Galliumnitrid und Graphen.
Das erste Isolationsmaterial 16 kann einen Gradienten im optischen Brechungsindex n aufweisen. Das heißt, das erste Isolationsmaterial 16 kann aus verschiedenen Schichten bestehen, wobei der Brechungsindex n auf der der dritten elektrisch leitfähigen Schicht 19d zugewandten Seite am größten ist und in Richtung der ersten elektrisch leitfähigen Schicht 17c abnimmt. Damit kann im Betrieb des optoelektronischen Halbleiterchips 10 emittierte elektromagnetische Strahlung effizient ausgekoppelt werden.
Die Isolationsschicht 18, die zweite Anschlussschicht 19a und das erste Isolationsmaterial 16 können reflektierend ausgebildet sein und beispielsweise mit Titanoxid gebildet sein.
Auf der Montageseite 10c sind die dritte elektrisch leitfähige Schicht 19d und die erste Anschlussschicht 17a gegeneinander isoliert durch eine Kunststoffverstärkung 26.
Die Kunststoffverstärkung 26 ermöglicht eine größere mechanische Stabilität des optoelektronischen Halbleiterchips 10 nach dem Entfernen des Aufwachssubstrates 22.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Bezugszeichenliste

10: Optoelektronischer Halbleiterchip
10c: Montageseite
11: Kernbereiche
12: aktive Schicht
13: Deckschicht
14: Deckbereich
15: Maskenschicht
16: erstes Isolationsmaterial
17: erste elektrisch leitfähige Kontaktstruktur
17a: erste Anschlussschicht
17b: erste Durchkontaktierung
17c: erste elektrisch leitfähige Schicht
18: Isolationsschicht
19: zweite elektrisch leitfähige Kontaktstruktur
19a: zweite Anschlussschicht
19b: zweite Durchkontaktierung
19c: Stromaufweitungsschicht
19d: dritte elektrisch leitfähige Schicht
20: Kern-Hülle-Stab
21: Halbleiterschicht
22: Aufwachssubstrat
23: reflektierende Schicht
24: zweites Isolationsmaterial
26: Kunststoffverstärkung
R: Haupterstreckungsrichtung
n: Brechungsindex

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2013/083438 A1 [0002]

Claims

Optoelektronischer Halbleiterchip (10) mit: – einer Vielzahl von Kern-Hülle-Stäben (20) zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung, die beabstandet zueinander angeordnet sind, – einer ersten elektrisch leitfähigen Kontaktstruktur (17) zur n-seitigen elektrischen Kontaktierung der Kern-Hülle-Stäbe (20), und – einer zweiten elektrisch leitfähigen Kontaktstruktur (19) zur p-seitigen elektrischen Kontaktierung der Kern-Hülle-Stäbe (20), wobei – die erste elektrisch leitfähige Kontaktstruktur (17) und die zweite elektrisch leitfähige Kontaktstruktur (19) zumindest abschnittsweise in einer vertikalen Richtung überlappen, und – der optoelektronische Halbleiterchip (10) an einer Montageseite (10c) oberflächenmontierbar ist.
Optoelektronischer Halbleiterchip (10) gemäß Anspruch 1, bei dem zumindest ein Großteil der Kern-Hülle-Stäbe (20) jeweils aufweist – eine Haupterstreckungsrichtung (R), – einen Kernbereich (11), der mit einem ersten n-leitenden Halbleitermaterial gebildet ist, – eine aktive Schicht (12) zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung, die den Kernbereich (11) zumindest in Richtungen (x, y) quer zur Haupterstreckungsrichtung (R) bedeckt, – eine Deckschicht (13), die mit einem zweiten p-leitenden Halbleitermaterial gebildet ist und die aktive Schicht (12) zumindest in Richtungen (x, y) quer zur Haupterstreckungsrichtung (R) bedeckt, wobei – der Kernbereich (11) des Großteils der Kern-Hülle-Stäbe (20) mittels der ersten elektrisch leitfähigen Kontaktstruktur (17) elektrisch kontaktiert ist, und – die Deckschicht (13) des Großteils der Kern-Hülle-Stäbe (20) mittels der zweiten elektrisch leitfähigen Kontaktstruktur (19) elektrisch kontaktiert ist.
Optoelektronischer Halbleiterchip (10) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, bei dem – die zweite elektrisch leitfähige Kontaktstruktur (19) eine Stromaufweitungsschicht (19c) aufweist, die zumindest einen Großteil der Kern-Hülle-Stäbe (20) zumindest in Richtungen (x, y) quer zu einer Haupterstreckungsrichtung (R) der Kern-Hülle-Stäbe (20) bedeckt, wobei die Stromaufweitungsschicht (19c) für im Betrieb in den Kern-Hülle-Stäben (20) erzeugte elektromagnetische Strahlung durchlässig ist, und – ein erstes Isolationsmaterial (16) zwischen der Vielzahl von Kern-Hülle-Stäben (20) angeordnet ist, wobei das erste Isolationsmaterial (16) für im Betrieb in den Kern-Hülle-Stäben (20) erzeugte elektromagnetische Strahlung durchlässig ist, das erste Isolationsmaterial (16) die Kern-Hülle-Stäbe (20) zumindest in Richtungen (x, y) quer zur Haupterstreckungsrichtung (R) umgibt, und das erste Isolationsmaterial (16) zumindest stellenweise direkt an die Stromaufweitungsschicht (19c) grenzt.
Optoelektronischer Halbleiterchip (10) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, bei dem der optoelektronische Halbleiterchip (10) frei von einem Aufwachssubstrat (22) ist.
Optoelektronischer Halbleiterchip (10) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, bei dem – ein zweites Isolationsmaterial (24) zwischen der Vielzahl von Kern-Hülle-Stäben (20) angeordnet ist, und – das erste Isolationsmaterial (16) an einer der ersten Kontaktstruktur (17) abgewandten Seite des zweiten Isolationsmaterials (24) auf dem zweiten Isolationsmaterial (24) aufgebracht ist.
Optoelektronischer Halbleiterchip (10) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, bei dem ein erstes Isolationsmaterial (16) zwischen der Vielzahl von Kern-Hülle-Stäben (20) angeordnet ist und das erste Isolationsmaterial (16) die Kern-Hülle-Stäbe (20) und die erste und zweite elektrisch leitfähige Kontaktstruktur (17, 19) in lateralen Richtungen überragt.
Optoelektronischer Halbleiterchip (10) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, bei dem sich mindestens ein Teilbereich (17b, 19b) mindestens einer der beiden elektrisch leitfähigen Kontaktstrukturen (17, 19) durch einen Durchbruch durch mindestens eine Schicht des optoelektronischen Halbleiterchips (10) hindurch erstreckt.
Optoelektronischer Halbleiterchip (10) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, bei dem – die Kern-Hülle-Stäbe (20) teilweise von einem ersten Isolationsmaterial (16) umgeben sind, derart, dass eine Oberseite der Kern-Hülle-Stäbe (20), an einer der ersten elektrisch leitfähigen Kontaktstruktur (17) abgewandten Seite der Kern-Hülle-Stäbe (20), zumindest stellenweise frei vom ersten Isolationsmaterial (16) ist, – eine elektrisch leitfähige zweite Anschlussschicht (19a) der zweiten elektrisch leitfähigen Kontaktstruktur (19) eine Vielzahl der Kern-Hülle-Stäbe (20) an deren Oberseite elektrisch kontaktiert, – der optoelektronische Halbleiterchip (10) frei von einem Aufwachssubstrat (22) ist, – sich ein Teilbereich (17b) der ersten elektrisch leitfähigen Kontaktstruktur (17) durch einen Durchbruch durch mindestens eine Schicht des optoelektronischen Halbleiterchips (10) hindurch erstreckt, – die erste elektrisch leitfähige Schicht (17c) an der der Montagseite (10c) des optoelektronischen Halbleiterchips (10) abgewandten Seite der Kern-Hülle Stäbe (20) angeordnet ist, und – die Kern-Hülle-Stäbe (20) n-seitig elektrisch über die erste elektrisch leitfähige Schicht (17c) kontaktiert sind, wobei die erste elektrisch leitfähige Schicht (17c) durchlässig für im Betrieb der Kern-Hülle-Stäbe (20) erzeugte elektromagnetische Strahlung ist.
Optoelektronischer Halbleiterchip (10) gemäß dem vorherigen Anspruch, bei dem das erste Isolationsmaterial (16) einen in Richtung der zweiten Anschlussschicht (19a) größer werdenden optischen Brechungsindex (n) aufweist.
Optoelektronischer Halbleiterchip (10) gemäß einem der Ansprüche 8 bis 9, bei dem mindestens eine der folgenden drei Schichten reflektierend für in den Kern-Hülle-Stäben (20) erzeugte elektromagnetische Strahlung ist: das erste Isolationsmaterial (16), die zweite Anschlussschicht (19a) und eine Isolationsschicht (18), welche zwischen der ersten und der zweiten elektrisch leitfähigen Kontaktstruktur (17, 19) angeordnet ist.
Optoelektronischer Halbleiterchip (10) gemäß einem der Ansprüche 8 bis 10, bei dem die erste elektrisch leitfähige Schicht (17c) Galliumnitrid und Graphen umfasst.