Optoelektronischer Halbleiterchip und optoelektronisches Modul

Die vorliegende Anmeldung betrifft einen optoelektronischen Halbleiterchip und ein optoelektronisches Modul.

Optoelektronische Halbleiterchips wie Leuchtdiodenhalbleiter- chips, beispielsweise LEDs, können zu größeren funktionalen Einheiten verbunden werden. Eine mögliche Anwendung ist die Zusammenstellung von Einheiten aus mehreren optoelektronischen Halbleiterchips mit unterschiedlicher Farbcharakteris ^¬ tik, z. B. Rot, Grün und Blau (RGB). Solche RGB-Einheiten können in einer Matrixverschaltung in Displays oder Videoleinwänden verwendet werden. Die einzelnen Halbleiterchips werden dabei zeilen- und spaltenweise mit einer hohen Wiederholungsfrequenz angesprochen. Dabei kann es für die Auflösung vorteilhaft sein, dass einzelne Einheiten ohne größeren Ab- stand zueinander oder nahtlos aneinandergefügt werden können, um ein homogenes Bild erzeugen zu können.

Die meisten LEDs beispielsweise besitzen mindestens einen Kontakt auf ihrer Vorderseite, d.h. der Seite, auf der Licht abgestrahlt wird. Eine Kontaktierung der Chips untereinander erfolgt so in der Regel über die Vorderseite der einzelnen optoelektronischen Halbleiterchips und ist in der Regel mit der Absorption von Licht durch das Material der Kontaktierung verbunden .

Eine Aufgabe ist es, einen optoelektronischen Halbleiterchip und ein optoelektronisches Modul anzugeben, welche eine platzsparende Kontaktierung erlauben. Diese Aufgabe wird unter anderem durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterchips weist der optoelektronische Halbleiterchip einen Halbleiterkörper mit einer Halbleiterschichtenfolge auf. Die Halbleiterschichtenfolge umfasst insbesondere einen aktiven Bereich, der zur Erzeugung und/oder zum Empfangen von Strahlung vorgesehen ist. Der aktive Bereich ist beispielsweise zum Empfangen oder zum Erzeugen von Strahlung im ultravioletten, sichtbaren oder infraroten Spektralbereich vorgesehen. Ferner ist der aktive Bereich zum Beispiel zwischen einer ersten Halbleiterschicht und einer zweiten Halbleiter- schicht angeordnet. Zweckmäßigerweise sind die erste Halb ^¬ leiterschicht und die zweite Halbleiterschicht bezüglich des Leitungstyps voneinander verschieden. Beispielsweise ist die erste Halbleiterschicht n-leitend und die zweite Halbleiter ^¬ schicht p-leitend oder umgekehrt.

Der Halbleiterchip umfasst einen Träger, auf dem der Halbleiterkörper angeordnet ist. Die erste Halbleiterschicht ist elektrisch leitend mit einem ersten Kontakt verbunden. Der erste Kontakt ist auf einer von dem Halbleiterkörper abge- wandten Rückseite des Trägers ausgebildet. Die zweite Halb ^¬ leiterschicht ist elektrisch leitend sowohl mit einem zweiten Kontakt als auch mit einem dritten Kontakt verbunden. Dabei sind der zweite Kontakt auf der dem Halbleiterkörper zuge ^¬ wandten Vorderseite des Trägers und der dritte Kontakt auf der dem Halbleiterkörper abgewandten Rückseite des Trägers ausgebildet. Beispielsweise sind der zweite und der dritte Kontakt einander gegenüberliegend angeordnet. Der erste Kontakt, der zweite Kontakt und der dritte Kontakt sind insbesondere für die externe elektrische Kontaktierung des optoelektronischen Halbleiterchips vorgesehen. Hierfür bilden diese Kontakte jeweils frei zugängliche Bereiche einer Außenfläche des Halbleiterchips. Beispielsweise ist mindes ^¬ tens einer der Kontakte für eine Drahtbond-Verbindung

und/oder mindestens einer der Kontakte für eine Lötverbindung oder eine elektrisch leitfähige Klebeverbindung zugänglich. Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Träger ein elektrisch leitendes Material, beispielsweise ein Halbleiter ^¬ material. Alternativ oder in Ergänzung umfasst der Träger ein Moldmaterial . Dieses Moldmaterial kann beispielsweise Epoxid ^¬ harze oder Silikone enthalten und für die emittierte oder de- tektierte Strahlung des Halbleiterchips transparent oder opak sein. Ferner kann das Moldmaterial weitere Partikel, bei ^¬ spielsweise reflektierende Partikel, wie Titandioxid- Partikel, aufweisen. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass das Moldmaterial Partikel aufweist, die der Anpas- sung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Trägers an den thermischen Ausdehnungskoeffizienten der übrigen Komponenten des Halbleiterchips, dienen. Hierfür eignen sich beispielsweise Siliziumdioxid-Partikel . Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die erste Halb ^¬ leiterschicht auf der dem Träger abgewandten Seite des akti ^¬ ven Bereichs angeordnet. Die erste Halbleiterschicht ist zu ^¬ dem über eine erste Anschlussschicht mit dem ersten Kontakt verbunden .

Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Halbleiterkörper zumindest eine Ausnehmung auf. Die eine oder die meh ^¬ reren Ausnehmungen erstrecken sich durch die zweite Halb- leiterschicht und durch den aktiven Bereich hindurch. Dabei ist die erste Anschlussschicht zumindest teilweise in der Ausnehmung angeordnet und mit der ersten Halbleiterschicht verbunden .

Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die zweite Halb ^¬ leiterschicht über eine zweite Anschlussschicht mit dem zwei ^¬ ten und dem dritten Kontakt elektrisch leitend verbunden. Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die zweite An ^¬ schlussschicht auf der dem Träger zugewandten Seite des akti ^¬ ven Bereichs angeordnet.

Ein optoelektronisches Modul weist gemäß zumindest einer Aus- führungsform zumindest einen ersten Halbleiterchip der oben dargestellten Art auf. Dabei ist dessen erster Kontakt als ein erster rückseitiger Kontakt ausgebildet. In ähnlicher Weise ist der zweite Kontakt des einen oder der mehreren ers ^¬ ten Halbleiterchips als ein erster vorderseitiger Kontakt und dessen dritter Kontakt als ein zweiter rückseitiger Kontakt ausgebildet .

Darüber hinaus umfasst das optoelektronische Modul zumindest einen zweiten Halbleiterchip, der zur Erzeugung oder zum Emp- fangen von Strahlung vorgesehen ist. Dieser zweite Halbleiterchip weist ferner zumindest je einen ersten vorderseitigen Kontakt und einen ersten rückseitigen Kontakt auf. Der erste Halbleiterchip und der zweite Halbleiterchip sind mittels eines Modulträgers mechanisch verbunden. Zudem sind die ersten rückseitigen Kontakte des ersten Halbleiterchips und des zweiten Halbleiterchips und/oder die ersten vorderseiti ^¬ gen Kontakte des ersten Halbleiterchips und des zweiten Halb ^¬ leiterchips elektrisch leitend miteinander verbunden. Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das optoelekt ^¬ ronische Modul zumindest einen dritten Halbleiterchip, der zur Erzeugung oder zum Empfangen von Strahlung vorgesehen ist. Der dritte Halbleiterchip umfasst je einen ersten vor- derseitigen Kontakt und einen ersten rückseitigen Kontakt. Der erste Halbleiterchip, der zweite Halbleiterchip und der dritte Halbleiterchip sind mittels des Modulträgers mecha ^¬ nisch verbunden und in einer ersten Reihe oder nach Art eines Dreiecks zueinander im Modulträger angeordnet. Die ersten rückseitigen Kontakte des ersten, zweiten und dritten Halbleiterchips sind miteinander elektrisch leitend verbunden und/oder die ersten vorderseitigen Kontakte des ersten, zweiten und dritten Halbleiterchips sind untereinander elektrisch leitend verbunden.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind zumindest je ein weiterer erster, zweiter und dritter Halbleiterchip in wenigstens einer zweiten Reihe oder nach Art eines weiteren Dreiecks zueinander im Modulträger angeordnet. Zudem sind die ersten rückseitigen Kontakte der ersten, zweiten und die dritten Halbleiterchips jeweils entlang der Reihen oder Drei ^¬ ecke elektrisch leitend verbunden. Die jeweiligen ersten vorderseitigen Kontakte der ersten Halbleiterchips, der jeweils zweiten Halbleiterchips und der jeweils dritten Halbleiter- chips aus unterschiedlichen Reihen oder unterschiedlichen Dreiecken bilden Spalten und sind untereinander elektrisch leitend verbunden. Die jeweiligen ersten vorderseitigen Kontakte der ersten Halbleiterchips, der jeweils zweiten Halb ^¬ leiterchips und der jeweils dritten Halbleiterchips aus un- terschiedlichen Reihen oder unterschiedlichen Dreiecken sind untereinander elektrisch leitend verbunden. Gemäß zumindest einer Ausführungsform erfolgt die elektrisch leitende Verbindung auf den Rückseiten der Halbleiterchips mittels und/oder auf den Vorderseiten der Halbleiterchips mittels dünner Metallschichten, beispielsweise lithographisch strukturierter metallischer Verbindungen. Beispielswiese mittels Lötpads können die elektrisch leitenden Verbindungen extern kontaktiert und angesteuert werden.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform erfolgt eine elektroni- sehe Ansteuerung des optoelektronischen Moduls mittels dem wenigstens einen zweiten rückseitigen Kontakt eines oder mehrerer der ersten Halbleiterchips und mittels der rückseitigen Kontakte eines oder mehrerer der zweiten und dritten Halbleiterchips .

Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die rückseitigen Kontakte zumindest teilweise mit Bondpads oder Lötpads ver ^¬ bunden. Die Verbindung mit den Bondpads oder Lötpads erfolgt beispielsweise über dünne Metallschichten.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind der wenigstens ei ^¬ ne erste Halbleiterchip, der zweite Halbleiterchip und der dritte Halbleiterchip zumindest teilweise zur Erzeugung oder zum Empfangen von elektromagnetischer Strahlung unterschied- licher Wellenlängen ausgebildet.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der Modulträger ein elektrisch leitendes Material, ein halbleitendes Material und/oder ein Moldmaterial . Insbesondere umfasst der Modulträ- ger den Träger des ersten Halbleiterchips.

Ferner kann das Moldmaterial des Modulträgers weitere Parti ^¬ kel, beispielsweise reflektierende Partikel, wie Titandioxid- Partikel, aufweisen. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass das Moldmaterial Partikel aufweist, die der Anpas ^¬ sung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Trägers an den thermischen Ausdehnungskoeffizienten der übrigen Kompo- nenten des Halbleiterchips, dienen. Hierfür eignen sich beispielsweise Siliziumdioxid-Partikel .

Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der zumindest eine zweite oder der dritte Halbleiterchip einen weiteren Träger und einen auf dem weiteren Träger angeordneten Halbleiterkörper mit einer Halbleiterschichtenfolge. Die Halb ^¬ leiterschichtenfolge umfasst einen aktiven Bereich, der zwi ^¬ schen einer ersten Halbleiterschicht und einer zweiten Halbleiterschicht angeordnet ist und zur Erzeugung oder zum Emp- fangen von Strahlung vorgesehen ist. Die erste Halbleiterschicht ist zudem elektrisch leitend mit dem ersten rücksei ^¬ tigen Kontakt verbunden. Der erste rückseitige Kontakt auf einer dem Halbleiterkörper zugewandten Vorderseite ist als weiterer Träger ausgebildet. Der erste vorderseitige Kontakt ist auf einer vom Halbleiterkörper abgewandten Rückseite des Trägers ausgebildet. Schließlich sind der erste rückseitige Kontakt und der erste vorderseitige Kontakt elektrisch lei ^¬ tend miteinander verbunden. Die ersten optoelektronischen Halbleiterchips sind besonders geeignet für eine platzsparende Anordnung zu funktionalen Einheiten zusammen mit den zweiten und dritten Halbleiterchips, beispielsweise zu einem optoelektronischen Modul. Da ^¬ bei ist die elektrische Verbindung des zweiten und dritten Kontakts dergestalt, dass sich ein Ohm ^x scher Leiter ergibt. Dadurch kann ein vorderseitiger Kontakt auf die Rückseite hindurch kontaktiert werden, sodass eine Kontaktierung nicht auf der Vorderseite erfolgen muss. Diese Kontaktierung durch den Träger hindurch umfasst keinen weiteren p-n-Übergang oder Diode .

Die Verschaltung der ersten optoelektronischen Halbleiter- chips mit anderen Halbleiterchips kann besonders platzspa ^¬ rend, beispielsweise ohne zusätzliche Hilfschips oder Ausspa ^¬ rungen im Moldmaterial erfolgen. Werden die Halbleiterchips in Form einer Matrix in Reihen bzw. Zeilen und Spalten angeordnet, so reicht es aus, dass zumindest ein erster Halb- leiterchip in einer entsprechenden Reihe oder Spalte vorgesehen ist. Die Matrixverschaltung entlang jeweils vorderseitiger bzw. rückseitiger Kontakte entlang von Reihen oder Spalten erlaubt eine individuelle Ansteuerung jedes der Halb ^¬ leiterchips. Durch hochfrequentes Wiederholen der Ansteuerung kann so ein Display oder eine Videoleinwand mit hoher Auflö ^¬ sung realisiert werden.

Es zeigen: die Figuren 1A, 1B, IC und 1D jeweils Ausführungsbeispiele für einen optoelektronischen Halbleiterchip in schematischer Schnittansicht, die Figuren 2A, 2B, 2C und 2D zeigen ein Ausführungsbeispiel eines optoelektronischen Moduls in einer 3x3-

Matrixanordnung, die Figuren 3A, 3B, 3C und 3D zeigen ein Ausführungsbeispiel eines optoelektronischen Moduls in einer 3x6- Matrixanordnung, die Figuren 4A, 4B, und 4C zeigen weitere Ausführungsbeispie ^¬ le eines optoelektronischen Moduls und die Figuren 5A, 5B, 5C und 5D zeigen Ausführungsbeispiele ei ^¬ ner Bondpad-Verschaltung eines optoelektronischen Moduls . Gleiche, gleichartige oder gleichwirkende Elemente sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäb ^¬ lich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente und insbesondere Schichtdicken zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.

Die Beschreibung erfolgt nachfolgend exemplarisch anhand ei- nes zur Erzeugung von Strahlung vorgesehenen Halbleiterchips, beispielsweise eines Leuchtdioden-Halbleiterchips, etwa einer LED. Davon abweichend kann der Halbleiterchip auch als ein Strahlungsempfänger ausgebildet sein, bei dem ein aktiver Bereich zur Erzeugung eines elektrischen Signals in Abhängig- keit von der auf den aktiven Bereich auftreffenden Strahlungsleistung vorgesehen ist.

Ein Ausführungsbeispiel für einen optoelektronischen Halbleiterchip 1 ist in Figur 1A in schematischer Schnittansicht gezeigt.

Der optoelektronische Halbleiterchip 1 umfasst einen Halb ^¬ leiterkörper 2. Der Halbleiterkörper 2 weist eine Halbleiterschichtenfolge mit einem aktiven Bereich 20 auf. Der aktive Bereich 20 ist zur Erzeugung von Strahlung im ultravioletten, sichtbaren oder infraroten Spektralbereich vorgesehen. In vertikaler Richtung, also senkrecht zu einer Haupterstre- ckungsebene der Halbleiterschichtenfolge des Halbleiterkör- pers, erstreckt sich der Halbleiterkörper 2 zwischen einer Strahlungsdurchtrittsflache 26 und einer Hauptfläche 27. Der aktive Bereich 20 ist zwischen einer ersten Halbleiterschicht 21 eines ersten Leitungstyps und einer zweiten Halbleiter- schicht 22 eines vom ersten Leitungstyp verschiedenen zweiten Leitungstyps angeordnet. Beispielsweise ist die erste Halb ^¬ leiterschicht n-leitend und die zweite Halbleiterschicht p- leitend oder umgekehrt. Der Halbleiterkörper, insbesondere der aktive Bereich enthält vorzugsweise ein III-V- Verbindungs-Halbleitermaterial .

III-V-Verbindungs-Halbleitermaterialien sind zur Strahlungserzeugung im ultravioletten (Al _x In _y Gai- _x - _y N) über den sichtbaren (Al _x In _y Gai- _x - _y N, insbesondere für blaue bis grüne Strah- lung, oder Al _x In _y Gai- _x - _y P, insbesondere für gelbe bis rote

Strahlung) bis in den infraroten (Al _x In _y Gai- _x - _y As ) Spektralbe ^¬ reich besonders geeignet. Hierbei gilt jeweils 0 ^ x ^ 1, 0 ^ y < 1 und x + y < 1, insbesondere mit x ¥= 1 , y ¥= 1, x ^ 0 und/oder y + 0. Mit III-V-Verbindungs-Halbleitermaterialien, insbesondere aus den genannten Materialsystemen, können weiterhin bei der Strahlungserzeugung hohe interne Quanteneffizienzen erzielt werden.

Der Halbleiterchip 1 umfasst weiterhin einen Träger 5, der sich in vertikaler Richtung zwischen einer Vorderseite 51 und einer Rückseite 52 erstreckt. Der Träger enthält in diesem Ausführungsbeispiel ein Moldmaterial , beispielsweise aus Epo ^¬ xidharz oder Silikonen. Das Moldmaterial kann sowohl transparent wie auch opak sein für Licht, welches im verwendeten Wellenlängenbereich des Halbleiterchips 1 emittiert oder de- tektiert wird. Der Halbleiterkörper 2 ist durch das Moldmate ^¬ rial mechanisch stabil mit dem Träger 5 verbunden. Ferner kann das Moldmaterial Füllstoffe aufweisen, etwa Par ^¬ tikel, beispielsweise reflektierende Partikel, wie Titandi ^¬ oxid-Partikel. Weiter ist es möglich, dass das Moldmaterial Partikel aufweist, die der Anpassung des thermischen Ausdeh- nungskoeffizienten des Trägers 5 an den thermischen Ausdehnungskoeffizienten der übrigen Komponenten des Halbleiterchips, dienen. Hierfür eignen sich beispielsweise Siliziumdi ^¬ oxid-Partikel . Der Halbleiterkörper 2 weist eine Mehrzahl von Ausnehmungen 25 auf, die sich von der Hauptfläche 27 durch die zweite Halbleiterschicht 22 und den aktiven Bereich 20 hindurch in die erste Halbleiterschicht 21 hinein erstrecken und dort en ^¬ den. Aus Gründen der besseren Darstellbarkeit sind in der Zeichnung nur zwei Ausnehmungen 25 dargestellt. Die Ausnehmungen 25 sind jeweils elektrisch leitend mit einer ersten Anschlussschicht 31 verbunden, die sich innerhalb des Trägers 5 erstreckt. Mittels der Anschlussschicht 31 sind die Ausneh ^¬ mungen 25 untereinander elektrisch leitend verbunden.

Die Anschlussschicht 31 erstreckt sich zudem in vertikaler Richtung durch den Träger 5 bis zur Rückseite 52 des Trägers 5 und endet dort. An dieser Stelle ist ein erster Kontakt 41 ausgebildet. Der erste Kontakt 41 ist beispielsweise mittels einer dünnen metallischen Schicht mit einem Lötpad für die elektrische Kontaktierung des Halbleiterchips 1 mittels einer Drahtbondverbindung verbunden.

Der optoelektronische Halbleiterchip 1 umfasst weiterhin eine zweite Anschlussschicht 32, die elektrisch leitend mit der zweiten Halbleiterschicht 22 verbunden ist. Die Anschluss ^¬ schicht 32 erstreckt sich zumindest teilweise in horizontaler Richtung entlang der Hauptfläche 27 des Trägers 5 bis zur Rückseite 52 des Trägers 5. Die Anschlussschicht 32 ist so eingerichtet, dass sie sich soweit erstreckt, dass an einem Ende ein zweiter Kontakt 42 ausgebildet ist. Der zweite Kon ^¬ takt 42 ist beispielsweise mittels einer dünnen Metall- Schicht, beispielsweise einer lithographisch strukturierten Metallschicht, für die elektrische Kontaktierung des Halb ^¬ leiterchips 1 mittels einer Drahtbondverbindung verbunden.

In vertikaler Richtung erstreckt sich die Anschlussschicht 32 durch den Träger 5 bis zur Rückseite 52 des Trägers 5 und en ^¬ det dort. An dieser Stelle ist ein dritter Kontakt 43 ausge ^¬ bildet. Der dritte Kontakt 43 ist wie der erste Kontakt 41 beispielsweise mittels einer dünnen Metallschicht mit einem Lötpad für die elektrische Kontaktierung des Halbleiterchips 1 mittels einer Drahtbondverbindung verbunden.

Der zweite Kontakt 42 und der dritte Kontakt 43 sind mittels der zweiten Anschlussschicht 32 durch einen ersten Strompfad il elektrisch leitend miteinander verbunden (vgl. Figur 1B) , der sich von der Vorderseite 51 zur Rückseite 52 erstreckt. Der erste Strompfad il ist gewissermaßen ein Ohm' scher- Strompfad, der durch den Träger 5 verläuft und nicht durch einen p-n-Übergang bzw. nicht durch die Diode selbst verläuft. In Figur 1B ist ein Ersatzschaltbild der Strompfade im Halbleiterchip 1 eingezeichnet.

Der erste, zweite und dritte Kontakt 41, 42, 43 müssen nicht notwendigerweise eine zusätzlich zur ersten oder zweiten Anschlussschicht 31, 32 vorgesehene Schicht sein. Alternativ kann auch ein für eine externe elektrische Kontaktierung frei zugänglicher Bereich der ersten oder zweiten Anschlussschicht 31, 32 selbst die Kontakte 41, 42, 43 bilden. Die zweite Anschlussschicht 32 und die erste Anschlussschicht 31 überlappen in Aufsicht auf den Halbleiterchip 1 zumindest bereichsweise. Zwischen der ersten Anschlussschicht 31 und der zweiten Anschlussschicht 32 und teilweise entlang des Trägers 5 ist eine Isolationsschicht 9 ausgebildet. Die Iso ^¬ lationsschicht 9 bedeckt auch die Seitenflächen der Ausnehmungen 25 und isoliert so die erste Anschlussschicht 31 von der zweiten Halbleiterschicht 22 und vom aktiven Bereich 20. Mit anderen Worten sind der erste Kontakt 41 und der zweite Kontakt 42 nur über die Diode bzw. durch einen zweiten Strompfad i2 (vgl. Figur 1B) elektrisch leitend miteinander verbunden .

Der erste Kontakt 41 und der dritte Kontakt 43 sind auf der Rückseite 52 des Trägers 5 angeordnet und ermöglichen so eine rückseitige Kontaktierung des Halbleiterchips 1. Der zweite Kontakt 42 ist seitlich des Halbleiterkörpers 2 angeordnet, so dass eine Abschattung der Strahlungsdurchtrittsfläche 26 durch ein strahlungsundurchlässiges Kontaktmaterial vermieden werden kann. Der Halbleiterchip 1 ist mittels des zweiten Kontakts 42 vorderseitig elektrisch kontaktierbar.

Im Betrieb des optoelektronischen Halbleiterchips 1 kann zwischen dem ersten Kontakt 41 und dem zweiten Kontakt 42 bzw. dem dritten Kontakt 43 eine externe elektrische Spannung an ^¬ gelegt werden, so dass Ladungsträger in den aktiven Bereich 20 injiziert werden und dort unter Emission von Strahlung rekombinieren. Dies ist durch den zweiten Strompfad i2 in Figur 1B durch ein Ersatzschaltbild angedeutet.

Da der Halbleiterchip 1 mit dem ersten und dritten Kontakt 41, 43 zwei Kontakte (beispielsweise n- und p-Kontakte) auf der Rückseite 52 und mit dem zweiten Kontakt 42 einen zusätz- liehen Kontakt auf der Vorderseite 51 aufweist, kann der Halbleiterchip 1 vorteilhaft mit anderen Halbleiterchips zu funktionalen Einheiten kombiniert werden. Unter der Voraussetzung identischer Polarität der Halbleiterchips genügt bei einer funktionalen Einheit aus mehreren optoelektronischen

Halbleiterchips mit unterschiedlicher Farbcharakteristik (etwa eine RGB-Einheit) z.B. ein optoelektronischer Halbleiterchip 1 der vorgeschlagenen Art, mit den gezeigten Vorderseiten- und Rückseitenkontakten, um auf zusätzliche Kontaktie- rungen, wie etwa durch zusätzliche Hilfschips oder Aussparun ^¬ gen im Moldmaterial , verzichten zu können. Details zur Ver- schaltung zu größeren funktionellen Einheiten oder optoelektronischen Modulen werden weiter unten ausführlich diskutiert. Dabei können die einzelnen Halbleiterchips dabei zeilen- und spaltenweise bzw. in Form einer Matrix verschaltet und mit einer hohen Wiederholungsfrequenz jeweils einzeln angesprochen werden.

Über die Mehrzahl von Ausnehmungen 25 können Ladungsträger in lateraler Richtung gleichmäßig in die erste Halbleiterschicht 21 injiziert werden. Insbesondere abhängig von der Querleit ^¬ fähigkeit der ersten Halbleiterschicht 21 kann die Anzahl der Ausnehmungen 25 in weiten Grenzen variiert werden. Im Extremfall kann bereits eine einzelne Ausnehmung 25 für die elekt- rische Kontaktierung der ersten Halbleiterschicht 21 ausrei ^¬ chend sein.

Der optoelektronische Halbleiterchip 1 ist beispielsweise als ein Dünnfilm-Halbleiterchip ausgebildet, bei dem ein Auf- wachssubstrat für die Halbleiterschichtenfolge des Halb ^¬ leiterkörpers 2 nach deren epitaktischen Abscheidung entfernt ist. Ein solcher Halbleiterchip stellt in guter Näherung einen Lambert ' sehen Oberflächenstrahler dar. Davon abweichend kann das Aufwachssubstrat aber auch vollständig im Halb ^¬ leiterchip verbleiben oder nur bereichsweise entfernt oder gedünnt sein. Auf der Strahlungsdurchtrittsfläche 26 des Halbleiterkörpers 2 kann ein Strahlungskonversionselement (nicht gezeigt) ange ^¬ ordnet sein. Beispielsweise kann mittels des Strahlungskon- versionselements im aktiven Bereich 20 des Halbleiterkörpers erzeugte Strahlung im blauen Spektralbereich zumindest teil- weise in Strahlung im gelben Spektralbereich umgewandelt werden, so dass der Halbleiterchip 1 insgesamt für das menschliche Auge weiß erscheinende Mischstrahlung abstrahlen kann. Als Strahlungskonversionselement eignet sich beispielsweise ein vorgefertigtes Plättchen mit einer rechteckigen Grund- form, das an dem Halbleiterkörper 2 befestigt ist. Alternativ kann das Strahlungskonversionselement den Halbleiterchip kom ^¬ plett bedecken. Abhängig von der abzustrahlenden Wellenlänge kann auf das Strahlungskonversionselement auch verzichtet werden .

Die Ausführungsbeispiele in den Figuren IC und 1D stellen al ^¬ ternative Ausführungen des Halbleiterchips 1 dar. Im Folgen ^¬ den soll nur auf die Unterschiede eingegangen werden. Der Betrieb der optoelektronischen Halbleiterchips 1 ist dem im Zu- sammenhang mit den Figuren 1A und 1B vorgestellten ähnlich.

Insbesondere verfügen alle Ausführungsformen über einen zweiten und dritten Kontakt, die mittels der zweiten Anschluss ^¬ schicht 32 durch einen Strompfad elektrisch leitend miteinander verbunden sind, der sich von der Vorderseite 51 zur Rück- seite 52 erstreckt. Der Strompfad ist ebenfalls ein

Ohm' scher-Strompfad im oben vorgestellten Sinne, der durch den Träger 5 verläuft, und der nicht durch einen p-n-Übergang bzw. die nicht durch die Diode selbst verläuft. Ein weiteres Ausführungsbeispiel für einen optoelektronischen Halbleiterchip 1 ist in Figur IC in schematischer Schnittansicht gezeigt. In dieser Ausführungsform enthält der Träger 5 beispielsweise ein dotiertes Halbleitermaterial, etwa Silizium oder Germani ^¬ um. Der Halbleiterkörper 2 ist mittels einer Verbindungsschicht 6, beispielsweise einer elektrisch leitfähigen Klebe ^¬ schicht oder einer Lotschicht mit dem Träger 5 mechanisch stabil verbunden.

Zudem bedeckt die erste Anschlussschicht 31 den Träger 5 im Bereich der Ausnehmungen 25 vollflächig. In lateraler Richtung ist die erste Anschlussschicht 31 durch eine Isolations- schicht 9 zumindest einer Ausnehmung 25 begrenzt, die sich in vertikaler Richtung durch den Träger 5 hindurch erstreckt. Die erste Halbleiterschicht 21 ist mit einem ersten Kontakt 41 elektrisch leitend verbunden. Der erste Kontakt 41 ist an der Rückseite 52 des Trägers 5 ausgebildet.

Die zweite Anschlussschicht 32 erstreckt sich im Wesentlichen wie in der Figur 1A beschrieben und ist mit einem zweiten Kontakt 42 versehen. In vertikaler Richtung kann die zweite Anschlussschicht 32 mittels der Verbindungsschicht 6

elektrisch leitend mit einer weiteren Anschlussschicht ver ^¬ bunden sein, die sich in den Träger 5 in eine weitere Ausnehmung 28 hinein erstreckt und im Bereich von dessen Rückseite 52 endet. Alternativ kann sich die zweite Anschlussschicht 32 durchgehend bis auf die Rückseite des Trägers 5 erstrecken. In beiden Fällen sind die Anschlussschichten 32 durch die

Isolationsschicht 9 der Aussparung 25 elektrisch von der ersten Anschlussschicht 31 getrennt. Der dritte Kontakt 43 ist auf der Rückseite 52 des Trägers auf der Anschlussschicht ausgebildet. Weiterhin ist die Anschlussschicht 32 mittels der Isolationsschicht 9 vom Träger 5 isoliert.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel für einen optoelektronischen Halbleiterchip 1 ist in Figur 1D in schematischer Schnittansicht gezeigt.

Diese Ausführungsform basiert auf derjenigen aus Figur IC. Abweichend ist der Träger 5 in weitere Ausnehmungen 28 struk- turiert, die die erste Anschlussschicht 31 umfassen und an deren Ende im Bereich der Rückseite 52 des Trägers 5 der ers ^¬ te Kontakt ausgebildet ist.

Die Figuren 2A, 2B, 2C und 2D zeigen ein Ausführungsbeispiel eines optoelektronischen Moduls in einer 3x3-Matrixanordnung . Dabei zeigt die Figur 2A eine Vorderseitenansicht und die Fi ^¬ gur 2B eine Rückseitenansicht des optoelektronischen Moduls. Die Figuren 2C und 2D zeigen jeweils die Anordnung von Halbleiterchips in einem Modulträger und deren Verschaltung un- tereinander.

In Figur 2A ist die 3x3 Matrixanordnung von mehreren optoelektronischen Halbleiterchips 200, 300, 400 gezeigt. Ein erster Typ 200 der Halbleiterchips ist ein optoelektronischer Halbleiterchip einer Art, die in den Figuren 1A bis 1D beschrieben wurde. Diese Halbleiterchips 200 sind in dieser Ausführungsform beispielhaft dazu eingerichtet, blaues Licht zu emittieren. Die ersten, zweiten und dritten Kontakte werden in diesem Zusammenhang mit den Bezugszeichen 241, 242 und 243 bezeichnet. Ein zweiter Typ 300 der Halbleiterchips ist ein optoelektronischer Halbleiterchip mit einem ersten Kontakt 341 auf seiner Rückseite und einem zweiten Kontakt 342 auf seiner Vorderseite. Ein dritter Typ 400 der Halbleiter- chips ist ein optoelektronischer Halbleiterchip mit einem ersten Kontakt 441 auf seiner Rückseite und einem zweiten Kontakt 442 auf seiner Vorderseite. Der zweite Typ 300 der Halbleiterchips ist beispielhaft dazu eingerichtet, grünes Licht zu emittieren und der dritte Typ 400 der Halbleiterchips ist beispielhaft dazu eingerichtet, rotes Licht zu emittieren .

Die Halbleiterchips 200, 300, 400 sind entlang einer 3x3 Mat- rix angeordnet. Die elektrische Kontaktierung der Halbleiterchips 200, 300, 400 erfolgt über die vorderseitigen Kontakte 242, 342, 442 und mittels jeweiliger dünner Metallschichten 601. Dabei sind jeweils in einer Zeile 101, 102, 103 oder ei ^¬ ner Spalte 104, 105, 106 der Matrixanordnung je ein Halb- leiterchip des ersten Typs 200, des zweiten Typs 300 und des dritten Typs 400 miteinander verschaltet. Da die Halbleiterchips 200, 300, 400 unterschiedliche Farbcharakteristiken in ihrer Emission von Licht aufweisen, kann man gewissermaßen von einer Kontaktierung zwischen den Farben sprechen (vgl. Figur 2C) .

In Figur 2B ist die Rückseite der 3x3 Matrixanordnung mehrerer optoelektronischer Halbleiterchips 200, 300, 400 gezeigt. Die elektrische Kontaktierung der Halbleiterchips 300, 400 erfolgt hier über die rückseitigen Kontakte 341, 441 und mit ^¬ tels jeweiliger dünner Metallschichten 600. Dabei sind jeweils in einer Spalte 104, 105 der Matrixanordnung die Halbleiterchips des zweiten Typs 300 und die des dritten Typs 400 miteinander verschaltet.

Die spezielle Ausgestaltung der Halbleiterchips des ersten Typs 200 erlaubt eine spezielle Verschaltung . Die Halbleiter ^¬ chips des ersten Typs 200 verfügen nämlich auf ihrer Rücksei- te über zwei Kontakte, die dem ersten und zweiten Kontakt 41, 43 aus den Figuren 1A bis 1D entsprechen. Diese Kontakte werden im Rahmen der Darstellung des Moduls 100 mit den Bezugszeichen 241 bzw. 243 bezeichnet. Die jeweils ersten Kontakte 241 sind mittels dünner Metallschichten 602 elektrisch untereinander kontaktiert und so untereinander verschaltet. Die dritten Kontakte 243 können mittels dünner Metallschichten 603 und Lötpads 604 kontaktiert werden und zur Ansteuerung verwendet werden. Die Halbleiterchips des ersten Typs 200 sind entlang einer Spalte 106 angeordnet und verschaltet.

Insgesamt ergibt sich auf diese Weise eine Kontaktierung der Halbleiterchips 200, 300, 400 entlang der Farben im oben skizzierten Sinne (vgl. Figur 2D) . Die Anordnung in einer Matrix und die vorgestellte Kontaktie ^¬ rung entlang der Farben mittels der rückseitigen Kontakte und zwischen den Farben mittels der vorderseitigen Kontakte führt zu einer Matrixverschaltung einer Funktionseinheit aus den Halbleiterchips 200, 300, 400, z.B. eine RGB-Einheit für ein Display oder eine Videoleinwand. Die dritten Kontakte 243 er ^¬ lauben eine Verbindung der Funktionseinheit bzw. 3x3 Matrixanordnung mit geeigneten Steuerungsmitteln. Auf diese Weise lassen sich die jeweiligen Halbleiterchips einzeln zeilen- oder spaltenweise entsprechend der Matrix ansteuern. Ferner ist durch die rückseitige Ausgestaltung der dritten Kontakte eine besonders platzsparende Anordnung der Halbleiterchips möglich, da diese nicht jeweils einen weiteren Ansteuerkontakt bzw. weitere Drahtbondverbindungen auf der Vorderseite aufweisen müssen. Insbesondere kann auf zusätzliche Hilf- schips oder Aussparungen im Träger verzichtet werden.

In unterschiedlichen Ausgestaltungen der vorgestellten Ausführungsform der Figuren 2A und 2B können die Kontakte bei- spielsweise n- oder p-Kontakte sein. Zudem kann die Orientie ^¬ rung der Halbleiterchips zueinander variieren. In Figur 2A und 2B sind die Halbleiterchips durch quadratische Flächen dargestellt. Die Halbleiterchips können eine quadratische Grundform aufweisen, beispielsweise durch quadratische Halb ^¬ leiterkörper. Das vorgestellte Prinzip ist jedoch nicht auf diese Form eingeschränkt.

Die Figuren 2C und 2C zeigen Seitenansichten der Anordnung von Halbleiterchips in einem Modulträger. Der Modulträger 150 umfasst ein Moldmaterial und die Halbleiterchips 200, 300, 400 sind in das Moldmaterial des Trägers 150 eingebettet. Das Moldmaterial erlaubt eine besonders mechanisch stabile Anord ^¬ nung. Der Modulträger 150 ist zumindest teilweise im Träger 5 der Halbleiterchips eingebettet.

Figur 2C verdeutlicht die Kontaktierung zwischen den Farben entlang der Reigen 101, 102, 103. Insbesondere kann der dritte Kontakt 243 seitlich auf einer Rückseite des Moduls her- ausgeführt werden und bedeckt nicht die Vorderseite der ers ^¬ ten Halbleiterchips 200. Figur 2D verdeutlicht die Kontaktie ^¬ rung innerhalb der Farben, beispielsweise entlang der Spalten 104, 105, 106. Die Figuren 3A, 3B, 3C und 3D zeigen ein Ausführungsbeispiel eines optoelektronischen Moduls in einer 3x6-Matrixanordnung . Dabei zeigt die Figur 3A eine Vorderseitenansicht und die Fi ^¬ gur 3B eine Rückseitenansicht des optoelektronischen Moduls. Die Figuren 3C und 3D zeigen jeweils die Anordnung von Halb- leiterchips in dem Modulträger und deren Verschaltung untereinander . Die 3x6-Matrixanordnung basiert auf der 3x3-Matrixanordnung aus den Figuren 2A bis 2D stellt gewissermaßen eine Erweiterung dar. Zusätzlich ist eine Spalte 106 vorgesehen, die einen vierten Typ 500 der Halbleiterchips mit einem ersten Kon- takt 541 auf seiner Rückseite und einem zweiten Kontakt 542 auf seiner Vorderseite. Der vierte Typ 500 der Halbleiterchips ist beispielhaft dazu eingerichtet, blaues Licht zu emittieren . Die Halbleiterchips 200, 300, 400, 500 sind entsprechend der 3x6-Matrixanordnung in Zeilen 101, 102, 103 und Spalten 104, 105, 106, 107, 108, 109 angeordnet und bilden so das opto ^¬ elektronische Modul. Dabei befinden sich die Halbleiterchips des ersten Typs 200, also die Halbleiterchips mit zwei rück- seifigen Kontakten 241, 243, jeweils an einem Zeilenende. Dieser Umstand erlaubt eine platzsparende Verschaltung.

Die Figuren 4A, 4B, und 4C zeigen weitere Ausführungsbeispie ^¬ le eines optoelektronischen Moduls.

Die Figur 4A zeigt eine Reihe von Halbleiterchips 200, 300, 400, die jeweils durch eine rechteckige Fläche repräsentiert sind. Ferner zeigt die Figur 4B eine Dreiecksanordnung von Halbleiterchips 200, 300, 400, die ebenfalls eine rechteckige Grundfläche aufweisen, die jedoch durch verschiedene jeweili ^¬ ge Seitenlängen charakterisiert sein können. Die Halbleiterchips können verschiedene Grundformen aufweisen, die sich beispielsweise durch quadratische oder rechteckige Halb ^¬ leiterkörper ausdrückt.

Die Figur 4C zeigt eine 3x6 Matrixanordnung aus dreiecksför- migen Gruppen 700. Eine dreiecksförmige Gruppe 700 umfasst jeweils einen ersten, zweiten und dritten Halbleiterchips 200, 300, 400. Die elektrisch leitende Verbindung ist wie in einer Reihe entlang der Farben im Sinne der Figuren 2A und 3A ausgebildet. Lediglich die räumliche Anordnung ist unter ^¬ schiedlich, so dass die Metallschichten entsprechend auf der Vorderseite bzw. auf der Rückseite gewinkelt verlaufen. Die ersten Halbleiterchips je einer dreiecksförmigen Gruppe 700 sind an einem Rand der 3x6 Matrixanordnung angeordnet. Abwei ^¬ chend zu den Anordnungen gemäß der Figuren 2A und 3A zum Beispiel, haben die ersten Halbleiterchips unterschiedliche Emissionscharakteristik und emittierenden beispielsweise jeweils im blauen, roten oder grünen Spektralbereich.

Die Figuren 5A, 5B, 5C und 5D zeigen Ausführungsbeispiele einer rückseitigen Verschaltung eines optoelektronischen Mo- duls.

Die rückseitigen Kontakte der Halbleiterchips sind mittels der dünnen Metallschichten miteinander verschaltet und können mittels Lötpads 604 extern kontaktiert werden und so eine An- Steuerung des optoelektronischen Moduls ermöglichen. Beispielsweise werden die einzelnen Halbleiterchips von RGB- Einheiten zeilen- und spaltenweise bzw. in Form einer Matrix verschaltet und mit einer hohen Wiederholungsfrequenz jeweils einzeln angesprochen.

Die Lötpads 604 können mit den Grundflächen der Halbleiterchips ganz oder teilweise überlappen, wie es beispielsweise in den Figuren 5A, 5B oder 5D angedeutet ist. Es ist auch denkbar, die Lötpads 604 zumindest teilweise neben den ei- gentlichen Halbleiterchips anzuordnen, wie es die Figur 5C zeigt . Die Lötpads 604 sind jeweils an Rändern der Anordnungen von Halbleiterchips vorgesehen. Auf diese Weise lassen sich über die Rückseite des Moduls die einzelnen Reihen und Spalten und damit einzelne Halbleiterchips adressieren. Auf der Vorder- seite können die Kontakte mit Hilfe von dünnen Metallschichten elektrisch verbunden werden.

Die Figuren 5A und 5C zeigen jeweils eine 3x3-Matrixanordnung wie sie in Figur 2A bis 2D vorgestellt wurde. Die Lötpads 604 sind jeweils an Rändern angeordnet, überlappend mit den Halb ^¬ leiterchips in Figur 5A und neben den Halbleiterchips in Fi ^¬ gur 5C.

Die Anordnung von 5B weicht von dieser Anordnung etwas ab. Hier sind die Lötpads 604 überlappend mit den Halbleiterchips jedoch teilweise an unterschiedlichen Rändern angeordnet. Dadurch können Designvorgaben flexibel umgesetzt werden. Zudem können Halbleiterchips mit unterschiedlicher Geometrie der Kontakte verbaut sein. Ein Halbleiter 201 des ersten Typs 200 ist in der unteren rechten Ecke der Anordnung eingefügt. Seine Kontakte 241 und 243 sind so ausgeführt, dass sie platzsparend die Ecke der Anordnung ausfüllen können.

Die Anordnung von Figur 5D weicht von den Anordnungen der Fi- guren 5A und 5C ab. In dieser Anordnung ist in der mittleren Reihe ein Halbleiterchip 200 eingefügt, der eine andere Emis ^¬ sionscharakteristik als die ersten Halbleiterchips der übrigen Halbleiterchips 200 in den anderen Reihen aufweist.

Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2015 107 526.1, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird. 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 i den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal o- der diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.

Bezugs zeichenliste

1 optoelektronischer Halbleiterchip

2 Halbleiterkörper

5 Träger

6 VerbindungsSchicht

9 IsolationsSchicht

20 aktiver Bereich

21 Halbleiterschicht

22 Halbleiterschicht

25 Ausnehmung

26 Strahlungsdurchtrittsflache

27 Hauptfläche

28 weitere Anschlussschicht

31 erste Anschlussschicht

32 zweite Anschlussschicht

41 Kontakt

42 Kontakt

43 Kontakt

51 Vorderseite des Trägers

52 Rückseite des Trägers

100 optoelektronisches Modul

101 Zeile

102 Zeile

103 Zeile

104 Spalte

105 Spalte

106 Spalte

107 Spalte

108 Spalte

109 Spalte

200 Halbleiterchip

201 Halbleiterchip 241 Kontakt

242 Kontakt

243 Kontakt

300 Halbleiterchip

341 Kontakt

342 Kontakt

343 Kontakt

400 Halbleiterchip

441 Kontakt

442 Kontakt

443 Kontakt

500 Halbleiterchip

541 Kontakt

542 Kontakt

543 Kontakt

600 Metallschicht

601 Metallschicht

602 Metallschicht

603 Metallschicht

604 Lötpad

700 dreiecksförmige Gruppe il Strompfad

i2 Strompfad