Beschreibung

Leuchtdiodenchip

Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2007 003 282.1, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.

Es wird ein Leuchtdiodenchip, d. h. ein optoelektronischer Halbleiterchip, angegeben.

Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, einen Leuchtdiodenchip mit hoher Strahlungseffizienz anzugeben, der niedrige Verluste aufweist.

Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform wird ein Leuchtdiodenchip mit einer Schichtenfolge angegeben, die mindestens eine n-leitende Schicht aufweist. Der Leuchtdiodenchip umfasst einen Spiegel, der mit der Schichtenfolge fest verbunden ist. Der Spiegel weist eine leitend mit der n- leitenden Schicht verbundene, elektrisch leitende Spiegel- Schicht auf. Der Spiegel umfasst ferner mindestens eine dielektrische Schicht, die zwischen der n-leitenden Schicht und der elektrisch leitenden Spiegelschicht angeordnet ist. Die dielektrische Schicht ist vorzugsweise transparent.

Der Brechungsindex der dielektrischen Schicht ist kleiner als derjenige der an die dielektrische Schicht angrenzenden Schicht der Schichtenfolge. Durch die Verwendung der dielektrischen Schicht mit einem kleinen Brechungsindex können die auf die dielektrische Schicht flach einfallenden Strahlungskomponenten vollständig reflektiert werden. Somit ist es sogar möglich, eine Ag-freie Spiegelschicht einzusetzen. Ein

silberfreier Spiegel enthält beispielsweise Al, Rh, Rt. Somit gelingt es, die Feuchtestabilität sowie die Langzeitstabilität des Chips zu erhöhen.

Die mindestens eine dielektrische Schicht weist in einer Variante mindestens zwei übereinander angeordnete Schichten mit unterschiedlich großen Brechungsindizes auf, die zusammen einen Bragg-Spiegel bilden. Bei mehr als zwei dielektrischen Schichten sind die Schichten mit einer relativ hohen und einer relativ niedrigen Brechzahl in abwechselnder Reihenfolge angeordnet. Die Dicke der jeweiligen Schicht beträgt vorzugsweise eine Viertelwellenlänge der in der aktiven Zone erzeugten Strahlung. Das Verhältnis der Brechzahlen der aufeinander folgenden Schichten beträgt vorzugsweise mindestens 1,25.

Der Spiegel kann alternativ eine Abfolge von dielektrischen und elektrisch leitenden Schichten aufweisen, wobei die Schichten mit einer relativ hohen und einer relativ niedrigen Brechzahl in abwechselnder Reihenfolge angeordnet sind.

Bei der Variante mit dem Bragg-Spiegel ist es möglich, eine elektrisch leitende Spiegelschicht zu verwenden, deren Re- flektivität nicht besonders hoch ist, wobei sie z. B. 95% nicht übersteigt .

Die jeweilige n-leitende Schicht der Schichtenfolge kann durch die dielektrische Schicht oder die dielektrischen Schichten des Bragg-Spiegels hindurch z. B. über vertikale elektrische Verbindungen kontaktiert werden. Die vertikalen elektrischen Verbindungen werden nachstehend als Durchkontak- tierungen bezeichnet.

Besonders vorteilhaft ist eine Variante der Schichtenfolge mit einer ersten und einer zweiten n-leitenden Schicht. Die Schichtenfolge weist eine p-leitende Schicht auf, die zwischen den beiden n-leitenden Schichten angeordnet ist (npn- Schichtaufbau) . Die n-leitenden Schichten sind vorzugsweise die endständigen Schichten der Schichtenfolge. Zumindest ist die aktive Zone und die p-leitende Schicht zwischen den beiden n-leitenden Schichten angeordnet.

Die erste n-leitende Schicht ist eine an die strahlungserzeu- gende aktive Zone angrenzende Schicht. Die zweite n-leitende Schicht bildet einen Tunnelkontakt mit der p-leitenden Schicht der Schichtenfolge. Die erste und zweite n-leitende Schicht können in allen Ausführungsbeispielen gegeneinander ausgetauscht werden. Dies bedeutet, dass die Reihenfolge der Schichten der Schichtenfolge bei fixer Lage des Spiegels umgedreht werden kann.

Der Spiegel ist entweder mit der ersten oder mit der zweiten n-leitenden Schicht leitend verbunden. Die dielektrische Schicht ist in einer Variante zwischen der ersten n-leitenden Schicht und der Spiegelschicht angeordnet. Die dielektrische Schicht ist in einer weiteren Variante zwischen der zweiten n-leitenden Schicht und der Spiegelschicht angeordnet.

Mindestens eine der n-leitenden Schichten wird als eine Kontaktschicht benutzt. Als Kontaktschicht wird eine Schicht bezeichnet, die durch einen Anschlussdraht kontaktiert wird, der an eine Stromquelle angeschlossen ist. In einer Variante werden beide n-leitenden Schichten als jeweils eine Kontaktschicht benutzt. Alternativ kann eine der n-leitenden Schichten als eine erste Kontaktschicht und die Spiegelschicht als eine zweite Kontaktschicht benutzt werden.

Gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform wird ein Leuchtdiodenchip mit einer Schichtenfolge angegeben, die in einer Wachstumsrichtung in der angegebenen Reihenfolge aufeinander folgende Schichten aufweist: eine erste n-leitende Schicht, eine Strahlungserzeugende aktive Zone, eine p- leitende Schicht und eine zweite n-leitende Schicht. Zwischen der p-leitenden Schicht und der zweiten n-leitenden Schicht ist ein Tunnelkontakt gebildet .

Die zweite n-leitende Schicht dient als eine Stromaufwei- tungsschicht , die an eine Stromquelle angeschlossen wird. Durch die Einführung der Stromaufweitungsschicht kann der Spiegel vom elektrischen Kontakt entkoppelt werden. Dadurch wird es zum einen ermöglicht, einen hochreflektierenden Spiegel mit einer dielektrischen Schicht zu verwenden, und zum anderen kann der Kontaktwiderstand beim Kontaktieren der Schichtenfolge in hohem Maße reduziert werden. Somit kann die Gesamteffizienz des Leuchtdiodenchips deutlich erhöht werden.

Gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform wird ein Leuchtdiodenchip mit einer Schichtenfolge angegeben, die zwei Schichten des gleichen Leitfähigkeitstyps aufweist, zwischen denen eine Strahlungserzeugende aktive Zone angeordnet ist.

Die zwei Schichten des gleichen Leitfähigkeitstyps weisen eine erste Schicht und eine zweite Schicht des ersten Leitfähigkeitstyps auf, wobei die vorzugsweise relativ dünne zweite Schicht des ersten Leitfähigkeitstyps als ein Ladungsträger- Reservoir zur Erhöhung der Ladungsträgerkonzentration des ersten Leitfähigkeitstyps in der Nähe der aktiven Zone vorgesehen ist. Die Schichtenfolge weist eine Schicht des zweiten Leitfähigkeitstyps auf, die an die zweite Schicht des ersten

Leitfähigkeitstyps angrenzt. Der erste Leitfähigkeitstyp ist n-Typ und der zweite Leitfähigkeitstyp p-Typ, oder umgekehrt.

Die Schichtenfolge weist in einer Variante eine weitere Schichte des zweiten Leitfähigkeitstyps auf, die mit der ersten Schicht des ersten Leitfähigkeitstyps einen Tunnelkontakt bildet.

Die Wachstumsrichtung bei der Erzeugung der Schichtenfolge kann im Prinzip beliebig sein.

Die Dicke der zweiten Schicht des ersten Leitfähigkeitstyps ist vorzugsweise kleiner als diejenige der ersten Schicht. Die Dicke der zweiten Schicht beträgt vorzugsweise maximal 20% derjenigen der ersten Schicht. Die zweite Schicht des ersten Leitfähigkeitstyps ist vorzugsweise maximal 20 nm dick.

In einer vorteilhaften Variante weist die Schichtenfolge die in der angegebenen Reihenfolge aufeinander folgende Schichten auf: eine p-leitende erste Schicht, eine Strahlungserzeugende aktive Zone, eine weitere p-leitende zweite Schicht, die als Löcherreservoir dient, und eine n-leitende Schicht.

Die beiden p-leitenden Schichten bilden eine p-leitende Zone. Die aktive Zone ist in dieser Variante nicht an einem pn- übergang, sondern in der Nähe des pn-übergangs innerhalb der p-leitenden Zone angeordnet. Das Verlagern der aktiven Zone von der Grenzfläche des pn-übergangs in die Zone mit einem bestimmten Leitfähigkeitstyp, in diesem Fall p-Typ, erhöht die Effizienz bei der Strahlungserzeugung.

In einer weiteren vorteilhaften Variante weist die Schichtenfolge die in der angegebenen Reihenfolge aufeinander folgende Schichten auf: eine n-leitende erste Schicht, eine strah- lungserzeugende aktive Zone, eine n-leitende zweite Schicht, die als Elektronenreservoir dient, und eine p-leitende Schicht.

Die beiden n-leitenden Schichten bilden eine n-leitende Zone. Die aktive Zone ist in dieser Variante nicht an einem pn- übergang, sondern in der Nähe des pn-übergangs innerhalb der n-leitenden Zone angeordnet.

Gemäß einer vierten bevorzugten Ausführungsform wird ein Leuchtdiodenchip angegeben mit einer Schichtenfolge, die folgende Schichten aufweist: zwei n-leitende Schichten, eine Strahlungserzeugende aktive Zone und eine p-leitende Schicht. Auf der in Auskopplungsrichtung obersten der n-leitenden Schichten ist eine Anschlussfläche angeordnet. In der Schichtenfolge ist zumindest unterhalb der Anschlussfläche eine Aussparung ausgebildet, die sich in Auskopplungsrichtung zumindest bis zur obersten der n-leitenden Schichten erstreckt. Die Aussparung ist zumindest im Bereich ihrer Mantelflächen durch ein dielektrisches Material ausgekleidet. Der Boden der Aussparung ist in Vertikalrichtung von der Anschlussfläche beabstandet .

Ferner kann die Aussparung beispielsweise in Form eines Sacklochs oder in Form einer Ringaussparung ausgeführt sein. Eine Aussparung, die in Form eines Sacklochs ausgeführt ist, weist zum Beispiel eine zylinderförmige Ausführung auf. Eine Ringaussparung weist die Form eines Zylindermantels auf, wobei die Schichtenfolge in dem Innenbereich nicht ausgespart ist. Das hat den Vorteil, dass der Leuchtdiodenchip keine großflä-

chige Aussparung aufweist, welche sich negativ auf die Stabilität des Leuchtdiodenchips auswirken könnte.

In der Aussparung ist in einer Variante eine Durchkontaktie- rung zur elektrischen Kontaktierung der in Auskopplungsrichtung obersten der n-leitenden Schichten angeordnet.

Die Schichtenfolge ist vorzugsweise mit einem Spiegel fest verbunden, der zumindest eine elektrisch leitfähige Spiegel - schicht aufweist, die vorzugsweise mit einer der n-leitenden Schichten der Schichtenfolge elektrisch verbunden ist. Der Spiegel kann darüber hinaus eine transparente dielektrische Schicht umfassen, die zwischen der Spiegelschicht und der Schichtenfolge angeordnet ist.

In der dielektrischen Schicht ist in einer Variante eine Durchkontaktierung zur elektrischen Kontaktierung der in Auskopplungsrichtung untersten der n-leitenden Schichten angeordnet .

Die angegebenen Ausführungsformen sind beliebig miteinander kombinierbar .

Nachstehend werden vorteilhafte Ausgestaltungen des Leuchtdiodenchips erläutert.

Der Leitfähigkeitstyp der Schichten der Schichtenfolge kann z. B. n-Typ oder p-Typ sein. In einer Halbleiterschicht mit der Leitfähigkeit des n-Typs sind die Elektronen und in einer Halbleiterschicht mit der Leitfähigkeit des p-Typs die Löcher die Majoritätsladungsträger.

Die Schichten mit der Leitfähigkeit des n-Typs werden als n- leitende Schichten und die Schichten mit der Leitfähigkeit des p-Typs als p-leitende Schichten bezeichnet.

Die Schichtenfolge umfasst eine p-leitende Schicht und eine Strahlungserzeugende aktive Zone, die zwischen der p-leiten- den Schicht und der ersten n-leitenden Schicht angeordnet.

Die Schichten der Schichtenfolge sind vorzugsweise epitaktisch aufgewachsen. Die Schichtenfolge ist beispielsweise auf der Basis von GaN gebildet. Die aktive Zone ist in einer Variante durch eine Schicht gebildet, die InGaN oder InGaAlN enthält. Der In-Gehalt beträgt vorzugsweise bis 50%. Der genaue Spektralbereich der in der aktiven Zone erzeugten Strahlung hängt vom In-Gehalt ab und kann im Prinzip beliebig sein. Zur Erzeugung eines Weißlichtes kann auf der Auskoppel - seite ein Converter vorgesehen sein.

Die Schichtenfolge weist in einer vorteilhaften Variante eine p-leitende Schicht, eine weitere p-leitende Schicht und eine zwischen den p-leitenden Schichten angeordnete strahlungser- zeugende aktive Zone auf. Die weitere p-leitende Schicht ist zwischen der aktiven Zone und der ersten n-leitenden Schicht angeordnet. Die Dicke der weiteren p-leitenden Schicht beträgt beispielsweise 0,1 nm bis 100 nm, in einer Variante 0,1 nm bis 10 nm. Der Mindestwert für Dotierung bei der weiteren p-leitenden Schicht beträgt vorzugsweise 10 ¹⁸ Mg-Atome pro cm ³ .

Die Schichtenfolge umfasst in einer bevorzugten Variante eine zweite n-leitende Schicht. Die p-leitende Schicht ist vorzugsweise zwischen der zweiten n-leitenden Schicht und der aktiven Zone angeordnet. Zwischen der p-leitenden Schicht und

der zweiten n-leitenden Schicht ist ein Tunnelkontakt gebildet.

Die Spiegelschicht ist mit der ersten n-leitenden Schicht ü- ber mindestens eine erste Durchkontaktierung, in einer vorteilhaften Variante über mehrere Durchkontaktierungen, die in der dielektrischen Schicht angeordnet sind, leitend verbunden.

Mit mehreren Durchkontaktierungen gelingt es, den Kontaktwiderstand zu reduzieren und somit den Potentialunterschied zwischen der Spiegelschicht und der leitend mit ihr verbundenen n-leitenden Schicht gegenüber der Variante mit nur einer Durchkontaktierung zu verringern. An der Grenzfläche der jeweiligen ersten Durchkontaktierung und der n-leitenden Schicht ist ein vorzugsweise niederohmiger elektrischer Kontakt gebildet. Die Gesamtfläche dieser Kontakte beträgt vorzugsweise maximal 10%, in einer vorteilhaften Variante maximal 5% der Grundfläche der Schichtenfolge.

Der laterale Abstand zwischen den ersten Durchkontaktierungen beträgt vorzugsweise 20-30 Mikrometer, was gegenüber der Dicke der dielektrischen Schicht, die beispielsweise 10 bis 2000 nm, in einer bevorzugten Variante 400-600 nm beträgt, relativ groß ist.

Die dielektrische Schicht wirkt für Strahlungskomponenten, die einen relativ flachen Einfallswinkel - beispielsweise ü- ber 30° - aufweisen, als ein nahezu perfekter Spiegel, dessen Reflexionskoeffizient annähernd 100% beträgt (Totalreflexion) . Da bei der Totalreflexion an der dielektrischen Schicht keine Absorption stattfindet, können Absorptionsverluste für die flachen Einfallswinkel praktisch ausgeschlossen werden.

Die dielektrische Schicht ist für die in der aktiven Zone erzeugte Strahlung vorzugsweise transparent. Die Strahlungskomponenten, die im Wesentlichen senkrecht auf die Grenzfläche der dielektrischen Schicht und der an diese angrenzenden n- leitenden einfallen, werden im Wesentlichen nicht an dieser Grenzfläche, sondern an der Grenzfläche der dielektrischen Schicht und der Spiegelschicht reflektiert.

Der Brechungsindex der dielektrischen Schicht ist vorzugsweise um mindestens einen Faktor 1,5 kleiner als derjenige der zu ihr gewandten Schicht der Schichtenfolge, z. B. der ersten oder zweiten n-leitenden Schicht. Als Materialien für die dielektrische Schicht kommen insbesondere Siliziumdioxid, Siliziumnitrid und Spin-On Glas in Betracht. Weitere transparente, in einer Variante poröse, dielektrische Materialien, deren Brechungsindex kleiner als 1,5 ist, sind auch geeignet. Vorteilhaft sind transparente poröse Materialien, deren Brechungsindex annähernd demjenigen der Luft gleich ist.

Der Gewinn an Auskoppeleffizienz durch die Verwendung der dielektrischen Schicht mit der Brechzahl 1,5 beträgt mindestens 10% gegenüber der Variante mit einem Spiegel, der nur Metallschichten, d. h. keine dielektrische Schicht, aufweist.

Die Spiegelschicht enthält vorzugsweise Metall, z. B. Al, Ag, PtAg und/oder andere geeignete Metalle oder Metalllegierungen, inklusive deren Kombination. Die Dicke der Pt-Schicht bei PtAg beträgt vorzugsweise maximal 3 nm, in einer vorteilhaften Variante maximal 0,3 nm.

Durch den Einsatz der dielektrischen Schicht werden die Unterschiede in der Auskoppeleffizienz für Spiegelschichten aus

unterschiedlichen Materialien nahezu beseitigt. Somit ist es möglich, den Silbergehalt in der Spiegelschicht zu reduzieren und den Aluminiumanteil zu erhöhen. Auf Ag kann unter Umständen sogar komplett verzichtet werden.

Die Spiegelschicht kann durch das Aufdampfen oder Abscheiden eines Metalls hergestellt werden. Die Durchkontaktierungen und/oder eine strukturierte Spiegelschicht können auch durch das Aufdampfen oder Abscheiden eines Metalls unter Verwendung einer geeigneten Maske hergestellt werden.

Die zweite n-leitende Schicht ist in einer vorteilhaften Variante als eine Auskoppelschicht zur Auskopplung der in der aktiven Zone erzeugten Strahlung vorgesehen. Auf der zweiten n-leitenden Schicht ist vorzugsweise eine Anschlussfläche angeordnet, die von außen z. B. durch einen Anschlussdraht kon- taktierbar ist.

Die frei liegende Oberfläche der zweiten n-leitenden Schicht ist vorzugsweise aufgeraut . Anstelle der Aufrauung kann auf der Oberfläche der zweiten n-leitenden Schicht eine andere Auskoppelstruktur wie z. B. photonische Kristall- oder Quasi- kristallstrukturen mit einer periodischen Anordnung von Unebenheiten der Oberfläche angeordnet sein. Nichtperiodische Auskoppelstrukturen kommen auch in Betracht. Z. B. kann an dieser Stelle eine zusätzliche zumindest teilweise transparente Schicht mit einer rauhen Oberfläche vorgesehen sein. Eine matte Schicht kommt auch in Betracht .

Die mit einer aufgerauten Oberfläche nicht identischen Auskoppelstrukturen können z. B. Vertiefungen der Tiefe 100 bis 1000 nm, vorzugsweise 150 bis 500 nm darstellen. Die Vertiefungen können einen kreisrunden oder rechteckigen, insbeson-

dere quadratischen Querschnitt aufweisen. Der Durchmesser bzw. die lineare Querschnittsgröße der Vertiefung beträgt in einer Variante 50 bis 800 nm, vorzugsweise 80 bis 500 nm.

Nicht nur die n-leitende, sondern auch eine andere Auskoppel- schicht, z. B. ein durchsichtiges Substrat, kann die Oberflä- chenrauigkeit oder die AuskoppelStrukturen aufweisen.

Die Oberfläche der Auskoppelschicht ist vorzugsweise nicht überall, sondern mit Ausnahme eines Bereichs, in dem die Anschlussfläche angeordnet ist, aufgeraut . Das auf die Unterseite der Anschlussfläche einfallende Licht kann somit reflektiert werden. Dadurch ergibt sich eine verbesserte Lichtauskopplung .

In einer Variante ist eine Aussparung vorgesehen, die sich vertikal zum Schichtaufbau bis zur zweiten n-leitenden Schicht erstreckt . Die Aussparung ist zumindest teilweise mit einem dielektrischen Material gefüllt. Insbesondere sind die Seitenwände der Aussparung mit dem Dielektrikum ausgekleidet. Dadurch wird insbesondere die Erzeugung bzw. Ausbreitung der in der aktiven Zone erzeugten Strahlung in einem Bereich der Schichtenfolge verhindert, der unterhalb der Anschlussfläche liegt und folglich durch die Anschlussfläche abgeschattet ist. In diesem Fall können Stromverluste beim Betrieb des Leuchtdiodenchips gering gehalten werden, da der Stromverbrauch für die Erzeugung einer Strahlung, die nicht ausgekoppelt werden kann, vermieden werden.

Die Aussparung ist vorzugsweise als eine Sackloch-Aussparung ausgebildet. Der Boden der Aussparung reicht zumindest bis zur Grenzfläche der zweiten n-leitenden Schicht. Der Boden der Aussparung kann aber auch in einer Ebene liegen, die sich

zwischen den beiden Grenzflächen der zweiten n-leitenden Schicht erstreckt. Ferner kann die Aussparung lediglich bis zur p-leitenden Schicht reichen. Erforderlich dabei ist jedoch, dass die Aussparung durch die aktive Schicht geführt ist.

Alternativ kann die Aussparung nicht in Form eines Sacklochs, sondern in Form einer Ringaussparung ausgeführt sein. Dann ist die Aussparung nicht zylinderförmig ausgeführt, sondern weist die Form eines Zylindermantels auf, wobei die Schichtenfolge in dem Innenbereich nicht ausgespart ist. Das hat den Vorteil, dass der Leuchtdiodenchip keine großflächige Aussparung aufweist, welche sich negativ auf die Stabilität des Leuchtdiodenchips auswirken könnte .

In einer Variante ist die Spiegelschicht über mindestens eine zweite Durchkontaktierung mit der zweiten n-leitenden Schicht leitend verbunden. Die Gesamtfläche eines an der Grenzfläche der mindestens einen zweiten Durchkontaktierung und der zweiten n-leitenden Schicht gebildeten elektrischen Kontakts beträgt vorzugsweise maximal 10%, in einer Variante maximal 5% der Grundfläche des Schichtaufbaus .

Die zweite Durchkontaktierung ist vorzugsweise von den ersten Durchkontaktierungen umgeben. Die Grundfläche der zweiten Durchkontaktierung ist vorzugsweise größer als diejenige der jeweiligen ersten Durchkontaktierung.

Die zweite Durchkontaktierung ist vorzugsweise in der Aussparung angeordnet . Zwischen der zweiten Durchkontaktierung und den halbleitenden Schichten des Schichtaufbaus ist in beliebiger Lateralrichtung ein Mantel aus einem dielektrischen Ma-

terial angeordnet .

Die jeweilige erste Durchkontaktierung ist in einer Variante an eine leitende Fläche angeschlossen, die als die Spiegelschicht vorgesehen ist . Die zweite Durchkontaktierung ist vorzugsweise von den ersten Durchkontaktierungen elektrisch isoliert .

In einer weiteren Variante ist die zweite Durchkontaktierung von den ersten Durchkontaktierungen elektrisch isoliert. In diesem Fall ist die mit den ersten Durchkontaktierungen verbundene Spiegelschicht vorzugsweise mit Aussparungen versehen, in denen mit der zweiten Durchkontaktierung leitend verbundene Anschlussflächen angeordnet sind. Gemäß dieser Variante wird sowohl die erste n-leitende Schicht als auch die zweite n-leitende Schicht von nur einer Seite, und zwar von der Seite der Spiegelschicht elektrisch kontaktiert.

Zumindest ein Bereich der mit dem dielektrischen Material zumindest teilweise gefüllte Aussparung ist unterhalb der Anschlussfläche angeordnet . Die Grundfläche der Aussparung ist vorzugsweise größer als diejenige der Anschlussfläche. In einer lateralen Projektionsebene beträgt der Abstand zwischen den Kanten der Anschlussfläche und den Seitenflächen der Aussparung allseitig beispielsweise mindestens 5 Mikrometer, in einer Variante mindestens 10 Mikrometer.

Der Leuchtdiodenchip umfasst in einer Ausführungsform ein mit der Schichtenfolge fest verbundenes Substrat . Gemäß einer ersten Variante ist die zweite n-leitende Schicht zwischen dem Substrat und der p-leitenden Schicht angeordnet. Gemäß einer zweiten Variante ist die erste n-leitende Schicht zwischen dem Substrat und der aktiven Zone angeordnet .

Ein im optischen Bereich transparentes Substrat kann zur Auskoppelung der in der aktiven Zone erzeugten Strahlung verwendet werden. Das Substrat kann, muss aber nicht ein Wachstums- substrat für die epitaktisch aufgewachsene Schichtenfolge sein.

Die Schichtenfolge kann darüber hinaus mit einem Trägersubstrat fest verbunden sein, das eine Abfolge von verschiedenen Metallschichten, darunter z. B. Ge, Mo, Ni, Cu, Ag, AgCu, Si und/oder AlN aufweist. Der Verbund der Spiegelschicht und der dielektrischen Schicht ist dabei zwischen dem Trägersubstrat und der Schichtenfolge angeordnet .

Um den Kontaktwiderstand elektrischer Kontakte an der Grenzfläche der Durchkontaktierungen und der Schichten der Schichtenfolge bzw. der Spiegelschicht gering zu halten, wird für die Durchkontaktierungen und die Spiegelschicht vorzugsweise ein Metall oder eine Metalllegierung mit einer relativ hohen elektrischen Leitfähigkeit wie z. B. Ag, Al usw. verwendet.

Im Folgenden wird das angegebene Bauelement und seine vorteilhaften Ausgestaltungen anhand von schematischen und nicht maßstabgetreuen Figuren erläutert. Es zeigen:

Figuren 1, 2, 3 im Querschnitt jeweils einen Leuchtdiodenchip mit zwei n-leitenden Schichten, einer dielektrischen Schicht und einer Spiegelschicht;

Figur 4 im Querschnitt einen Leuchtdiodenchip mit der zweiten n-leitenden Schicht als Auskoppelschicht;

Figur 5 die Ansicht der dielektrischen Schicht im Leuchtdiodenchip gemäß der Figur 4 ;

Figur 6 im Querschnitt einen Leuchtdiodenchip mit einer Aussparung unterhalb einer Anschlussfläche;

Figur 7 die Ansicht der Aussparung und der Anschlussfläche von oben;

Figur 8 im Querschnitt einen Leuchtdiodenchip, bei dem die beiden n-leitenden Schichten von einer Seite kontaktiert werden und bei dem ein transparentes Substrat zur Auskoppelung der Strahlung dient;

Figur 9 die Ansicht der dielektrischen Schicht im Leuchtdiodenchip gemäß der Figur 8 ;

Figur 10 die Ansicht der Unterseite des Leuchtdiodenchips gemäß der Figur 8 ;

Figur 11 im Querschnitt einen Leuchtdiodenchip, bei dem die beiden n-leitenden Schichten von einer Seite kontaktiert werden und bei dem die zweite n-leitende Schicht zur Auskoppelung der Strahlung dient .

In den Figuren 1, 2, 3, 4, 6, 8, 11 ist jeweils ein optoelektronischer Halbleiterchip mit einer Schichtenfolge 10 zur Strahlungserzeugung gezeigt. Die Schichtenfolge 10 umfasst eine p-leitende Schicht 2, eine erste n-leitende Schicht 31, eine zweite n-leitende Schicht 32 und eine strahlungserzeu- gende aktive Zone 1. Die aktive Zone 1 ist durch eine beispielsweise mit Indium dotierte Schicht gebildet, die zwischen der p-leitenden Schicht 2 und der ersten n-leitenden

Schicht 31 angeordnet ist. Zwischen der p-leitenden Schicht 2 und der zweiten n-leitenden Schicht 32 ist ein Tunnelkontakt 23 gebildet.

Die Schichtenfolge 10 ist auf einem Substrat 6 vorzugsweise epitaktisch aufgewachsen. In den Figuren 1, 2, 3 ist die Wachstumsrichtung (von oben nach unten) mit einem Pfeil angedeutet .

In der Variante gemäß der Figur 1 wird auf dem Substrat 6 zunächst die zweite n-leitende Schicht 32, danach die p-leiten- de Schicht, dann die lichterzeugende Schicht 1 und die erste n-leitende Schicht 31 aufgewachsen.

In der Variante gemäß der Figur 2 wird auf dem Substrat 6 zunächst die erste n-leitende Schicht 31, danach die lichterzeugende Schicht 1, dann die p-leitende Schicht und die zweite n-leitende Schicht 32 aufgewachsen.

In der Variante gemäß der Figur 3 wird auf dem Substrat 6 zunächst die zweite n-leitende Schicht 32, danach die p-leitende Schicht, dann die lichterzeugende Schicht 1, eine weitere p-leitende Schicht und auf dieser die erste n-leitende Schicht 31 aufgewachsen.

Die Wachstumsrichtung (nach unten) verläuft in den Varianten gemäß den Figuren 1-3 antiparallel zur Lichtauskopplungsrich- tung (nach oben) . Die Wachstumsrichtung kann im Prinzip umgedreht werden, so dass die Wachstumsrichtung und die Lichtaus- kopplungsrichtung übereinstimmen bzw. parallel zueinander sind.

Die in den Figuren 1 bis 3 vorgestellten Schichtenfolgen 10 sind mit nachstehend erläuterten Varianten des Leuchtdiodenchips beliebig kombinierbar. Insbesondere ist die Anordnung der aktiven Zone 1 zwischen zwei p-leitenden Schichten 2, 21 in beliebigen Ausführungsformen möglich.

Die Schichtenfolge 10 ist fest mit einem Spiegel verbunden, der eine durchsichtige dielektrische Schicht und eine Spiegelschicht 5 aufweist. Die dielektrische Schicht 4 wird auf der in Wachstumsrichtung gesehen obersten Schicht der Schichtenfolge (in Fig. 1, 3 die Schicht 31, in Fig. 2 die Schicht 32) aufgebracht, z. B. aufgedampft oder aufgesputtert . Die in einer Variante metallische Spiegelschicht 5 wird dann auf die dielektrische Schicht 4 aufgetragen, vorzugsweise aufgedampft .

Alle Schichten der Schichtenfolge 10 sind durchsichtig. Das Substrat 6 ist vorzugsweise durchsichtig und kann wie z. B. in der Variante gemäß der Figur 8 zur Auskoppelung der Strahlung dienen. Im Prinzip besteht die Möglichkeit, das Substrat 6 zu entfernen und den in Fig. 1-3 gezeigten Schichtaufbau auf der Seite des Spiegels 4, 5 mit einem Trägersubstrat zu verbinden.

Die Schichten 4, 5 können im Prinzip mehrere übereinander liegende Teilschichten aufweisen. Dies gilt auch für das Substrat 6 und alle Schichten der Schichtenfolge 10.

In der Variante gemäß der Figur 4 ist die erste n-leitende Schicht 31 mit der leitfähigen Spiegelschicht 5 über in der dielektrischen Schicht 4 angeordnete erste Durchkontaktierun- gen 71 leitend verbunden. Eine Ansicht der dielektrischen

Schicht 4 mit den ersten Durchkontaktierungen 71 ist in der Figur 5 gezeigt .

Zur Erzeugung von ersten Durchkontaktierungen 71 werden in der dielektrischen Schicht 4 noch vor der Erzeugung der Spiegelschicht 5 unter Verwendung einer geeigneten Maske durchgehende öffnungen geätzt. Die öffnungen werden mit einem elektrisch leitenden Material mit einer hohen Leitfähigkeit gefüllt. Nach dem Füllen der öffnungen wird die Spiegelschicht 5 aufgedampft .

Die zweite n-leitende Schicht 32 ist hier als eine Auskoppelschicht vorgesehen. Auf der zweiten n-leitenden Schicht 32 ist eine Anschlussfläche 9 angeordnet, die zur elektrischen Kontaktierung der Schicht 32 durch einen hier nicht gezeigten Anschlussdraht vorgesehen ist.

Auf der frei liegenden Oberfläche der zweiten n-leitenden Schicht 32 außerhalb des durch die Anschlussfläche 9 verdeckten Bereichs ist eine Auskoppelungsstruktur 33 angeordnet, die in einer Variante durch eine aufgeraute Oberfläche der Schicht 32 gebildet sein kann.

Die ersten Durchkontaktierungen 71 sind in einer lateralen Projektionsebene außerhalb des durch die Anschlussfläche 9 verdeckten Bereichs angeordnet, um eine Lichterzeugung unterhalb der Anschlussfläche 9 zu reduzieren. Dies wird in allen Varianten als Vorteil betrachtet.

In der Figur 6 ist eine Weiterbildung der in der Figur 4 gezeigten Ausführungsform gezeigt. In der Schichtenfolge 10 wird vor der Aufbringung der dielektrischen Schicht 4 eine Aussparung 8 in Form eines Sacklochs erzeugt. Zur Erzeugung

der Aussparung 8 werden zumindest einige der Schichten der Schichtenfolge 10 unter Verwendung einer geeigneten Maske bis zu einer vorgegebenen Tiefe der in Lichtauskopplungsrichtung obersten n-leitenden Schicht, in Fig. 6 der Schicht 32, geätzt. Der Tunnelkontakt 23 wird durch die Aussparung 8 unterbrochen.

Alternativ kann die Aussparung 8 nicht in Form eines Sacklochs, wie in Fig. 6 dargestellt, sondern in Form einer Ringaussparung ausgeführt sein. Dann ist die Aussparung nicht wie in Fig. 6 zylinderförmig ausgeführt, sondern weist die Form eines Zylindermantels auf, wobei die Schichtenfolge 10 in dem Innenbereich nicht ausgespart ist (nicht dargestellt) . Das hat den Vorteil, dass der Leuchtdiodenchip keine großflächige Aussparung aufweist, welche sich negativ auf die Stabilität des Leuchtdiodenchips auswirken könnte.

Die dabei gebildete Vertiefung wird mit einem dielektrischen Material 41 gefüllt. Danach wird die dielektrische Schicht 4 vorzugsweise aus dem gleichen dielektrischen Material aufgetragen.

Mit der elektrisch isolierenden Aussparung 8, die insbesondere in der hochleitenden, an die aktive Zone 1 angrenzenden Schicht 31 einen lateralen Stromfluss unterhalb der Anschlussfläche 9 unterbindet, kann eine Bestromung der Schichtenfolge und somit auch die Lichterzeugung unterhalb der Anschlussfläche vermieden werden. Somit gelingt es, den Energieverbrauch für die Strahlung, die wegen der Abschattung durch die Anschlussfläche 9 nicht ausgekoppelt sein könnte, zu reduzieren. Somit wird die Auskoppeleffizient bzw. der Wirkungsgrad des Chips erhöht .

Eine „Deaktivierung" des Materials der Schichtenfolge im Sinne der unterbrochenen Bestromung unterhalb der Anschlussfläche kann alternativ durch eine Materialmodifikation erreicht werden, wobei ein unterhalb der Anschlussfläche liegender Bereich der jeweiligen halbleitenden Schicht elektrisch isolierend gemacht wird.

In einer in Fig. 7 gezeigten lateralen Projektionsebene wird ein gewisser Abstand dl zwischen den Kanten der Anschlussfläche 9 und den Seitenflächen der Aussparung 8 vorzugsweise allseitig eingehalten. Der Abstand dl beträgt z. B. 5-10 Mikrometer.

In den Varianten gemäß den Figuren 8 und 11 werden beide n- leitende Schichten 31, 32 von der Seite des Spiegels 4, 5 kontaktiert . In der Aussparung 8 wird dafür eine zweite Durchkontaktierung 72 erzeugt, die sich bis zum Boden der Aussparung bzw. bis in das Innere der letzten hochleitenden Schicht 32 erstreckt. An der Grenzfläche der Durchkontaktierung 72 und der Schicht 32 ist ein vorzugsweise niederohmiger elektrischer Kontakt 73 gebildet.

Zur Erzeugung von zweiten Durchkontaktierungen 72 wird die Schicht 4 und das dielektrische Material 41 der Aussparung 8 unter Verwendung einer geeigneten Maske zumindest bis zum Boden der Aussparung 8 geätzt. Die dabei gebildete Vertiefung oder öffnung wird mit einem elektrisch leitenden Material mit einer hohen Leitfähigkeit gefüllt.

Die Anschlussfläche 9 ist in diesem Fall auf der Unterseite der zweiten Durchkontaktierung 72 erzeugt. Die jeweilige Anschlussfläche 9 ist in einer Aussparung 81 der Spiegelschicht 5 angeordnet, siehe Fig. 10.

Die Anordnung der Durchkontaktierungen 71, 72 in der dielektrischen Schicht 4 ist in der Figur 9 zu sehen.

Zur Verbesserung der elektrischen Kontakte 73, 74 der Durchkontaktierungen 71, 72 und der n-leitenden Schichten 31, 32 wird für die Durchkontaktierungen ein hochleitendes Material verwendet, z. B. Aluminium und/oder Silber, das in der Lage ist, eine niederohmige elektrische Verbindung zwischen der jeweiligen Durchkontaktierung und der jeweiligen n-leitenden Schicht und eine gute Reflektivität zu gewährleisten. Der Reflexionskoeffizient der elektrischen Kontakte 73, 74 beträgt vorzugsweise mindestens 90%.

In der Variante gemäß der Figur 8 dient das in diesem Fall transparente Substrat 6 zur Auskoppelung der Strahlung. In der Variante gemäß der Figur 11, die sich auch durch eine einseitige Kontaktierung der n-leitenden Schichten 31, 32 auszeichnet, wird die Strahlung aus der zweiten n-leitenden Schicht 32 ausgekoppelt. Der Schichtaufbau des Leuchtdiodenchips und der Typ der Lichtauskoppelung entspricht in diesem Fall der Figur 4 oder 6.

Der Verbund der Schichtenfolge 10 und des Spiegels 4, 5 ist in den Varianten gemäß den Figuren 4, 6 und 11 mit dem in Fig. 11 gezeigten Trägersubstrat 6 verbunden. Zur Verbindung der Schichtenfolge mit dem Spiegel kommt ein Waferbonding o- der eine in den Figuren nicht gezeigte Verbindungsschicht in Betracht .

Auch wenn in den Figuren 4, 6, 8, 11 stets die zweite n- leitende Schicht 32 als die in Auskopplungsrichtung oberste Schicht gezeigt ist, ist es im Prinzip möglich, die Reihen-

folge der Schichten der Schichtenfolge 10 umzukehren, wie z. B. in der Fig. 2. In diesem Fall wird die erste n-leitende Schicht 31 durch die zweiten Durchkontaktierungen 72 und die erste n-leitende Schicht 31 durch die ersten Durchkontaktie- rungen 71 elektrisch kontaktiert.