Semiconductor chip, sensor device and electronic device

Abstract

A semiconductor chip (1) comprising a semiconductor layer sequence (2) with an active region (20) configured to emit electromagnetic radiation (81) and an optics (4) is specified, wherein the semiconductor chip (1) is configured to illuminate an illuminated area (5), wherein a ratio between a length L of the illuminated area (5) along a longitudinal axis (50) and a width W of the illuminated area (5) perpendicular to the longitudinal axis (50) is at least 4:1. Further, a sensor device (6) and an electronic device (7) are specified.

Description

SEMICONDUCTOR CHIP, SENSOR DEVICE AND ELECTRONIC DEVICE

[0001] The present application relates to a semiconductor chip, to a sensor device and to an electronic device.

[0002] In electronic devices such as smartphones, electronic sensors may be arranged underneath the display of the device to save space. However, it has turned out that optoelectronic sensors using emitters may cause a screen distortion. Even though the emitted radiation is not visible to the human eye, spots may appear in the illuminated area on the display, for example because the radiation negatively affects the transistors of the display.

[0003] An object to be solved is to provide a means that facilities the integration of an emitter in an electronic device.

[0004] This object is obtained inter alia by a semiconductor chip, a sensor device and an electronic device according to the independent claims. Further developments and configurations are subject of the dependent claims.

[0005] A semiconductor chip is specified.

[0006] According to at least one embodiment of the semiconductor chip, the semiconductor chip comprises a semiconductor layer sequence with an active region configured to emit electromagnetic radiation. For example, the active region is configured to emit radiation in the infrared spectral range, for example with a peak emission wavelength between 800 nm and 1.5 μm.

[0007] For example, the semiconductor chip is a vertical cavity surface-emitting laser (VCSEL) comprising one or a plurality of emitter regions.

[0008] For example, the active region is arranged between a first semiconductor layer of a first conductivity type and a second semiconductor layer of a second conductivity type different from the first conductivity type so that the active region is located in a pn-junction.

[0009] The active region, the first semiconductor layer and / or the second semiconductor layer may each comprise several sublayers.

[0010] For example, the active region comprises a quantum structure. In the context of the application, the term quantum structure comprises in particular any structure in which charge carriers can undergo a quantization of their energy states by confinement. In particular, the term quantum structure does not imply any limitation on the dimensionality of the quantization. It thus includes, among others, quantum wells, quantum wires, quantum rods and quantum dots and any combination of these structures.

[0011] The semiconductor layer sequence, in particular the active region may comprise a III-V compound semiconductor material.

[0012] With III-V compound semiconductor materials, high internal quantum efficiencies can be achieved in radiation generation.

[0013] For example, the semiconductor layer sequence, in particular the active region may be based on arsenide or phosphide compound semiconductor material.

[0014] Based on "arsenide or phosphide compound semiconductor material" means in the present context that the semiconductor layer sequence or at least a part thereof, particularly preferably at least the active region and / or the growth substrate, has a compound semiconductor material with arsenic and / or phosphorus as group V element, preferably comprising AlxInyGa1-x-yPzAs1-z or consisting thereof, where 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤y ≤ 1, x+y ≤ 1 and 0 ≤ z ≤ 1. This material does not necessarily have to have a mathematically exact composition according to the above formula. Rather, it may comprise, for example, one or more dopants as well as additional constituents. For the sake of simplicity, however, the above formula includes only the essential constituents of the crystal lattice (Al, Ga, In, P, As) , even if these may be partially replaced and / or supplemented by small amounts of other substances. Radiation in the infrared and in the visible spectral range can be produced using this material system.

[0015] According to at least one embodiment of the semiconductor chip, the semiconductor chip comprises an optics. For example, the optics is formed on or in the semiconductor chip at wafer level. Thus, the semiconductor chip formed during a singulation process from a wafer already may include the optics.

[0016] In particular the optics may be part of the semiconductor chip so that the radiation emitted in the active region extends only through solid material on its beam path from the active region to the optics.

[0017] By means of the integration of the optics into the semiconductor chip, optics assembly and aligning steps with  respect to the light source can be avoided. As the semiconductor chip inherently emits radiation with an elongate shape, eye safety risks can be significantly reduced, for example compared to a light source having a round beam profile.

[0018] The optics may be a lens-based optics. Alternatively or in addition, the optics may comprise holographic optics such as a holographic beam shaper (HBS) . Such optics may be formed using a computer-generated hologram (CGH) pattern. A typical structure size is on the order of 0.5 μm. Large divergence angles may be obtained using a holographic optics.

[0019] Holographic optics can be integrated in surface emitting lasers such as VCSELs, in particular on wafer-level.

[0020] Alternatively or in addition, the optics may comprise a meta-optics. A typical structure size is on the order of hundreds of nanometers. Particularly large (negative) divergence angles may be obtained using a meta-surface. Meta-optics can be compact and monolithic. Further, a one layer etch may be sufficient to produce the meta-optics. Meta-optics can be integrated in surface emitting lasers such as VCSELs, in particular on wafer-level.

[0021] Holographic optics or meta-optics may provide more design freedom compared to lens-based optics.

[0022] According to at least one embodiment of the semiconductor chip, the semiconductor chip is configured to illuminate an illuminated area wherein a ratio between a length L of the illuminated area along a longitudinal axis and a width W of the illuminated area perpendicular to the longitudinal axis is at least 2: 1 or at least 4: 1. In case of doubt, the ratio  may be determined at a predefined working distance from the optics. For example, the working distance is between 0.05 mm and 3 mm.

[0023] For example, the ratio L: W is at least 6: 1 or at least 10: 1 or at least 15: 1 or at least 20: 1 or at least 25: 1 and / or at most 200: 1 or at most 100: 1 or at most 50: 1.

[0024] In at least one embodiment of the semiconductor chip, the semiconductor chip comprises a semiconductor layer sequence with an active region configured to emit electromagnetic radiation and an optics, wherein the semiconductor chip is configured to illuminate an illuminated area wherein a ratio between a length L of illuminated area along a longitudinal axis and a width W of the illuminated area perpendicular to the longitudinal axis is at least 2: 1.

[0025] Using the optics integrated into the semiconductor chip, an elongate or substantially line-shaped beam profile may be obtained. Conventional surface-emitting devices such as LEDs or VCSELs, in contrast, typically have a round or donut beam shape.

[0026] If the semiconductor chip is placed underneath a display such that the longitudinal axis extends parallel to the lines of the display pixels, the number of lines located within the illuminated area can be reduced by a factor of at least 1.4 compared to a conventional chip providing an illuminated area having a square shape with the same area. As the display distortion may be cleared by the display refreshing signal from line to line, the display distortion may be reduced if the number of affected display lines within the illuminated  area is reduced. Thus, the shape of the illuminated area helps to reduce the display distortion.

[0027] In this context, the term “parallel” also includes slight deviations due to assembly tolerances, for example a deviation of at most + / -5°.

[0028] A timing of the light emission may be synchronized to a display refresh signal. This can be done using a programmable timing control, for instance. In other words, the time between the start of the emission and the display refresh signal can be accurately controlled. A reduced number of affected display lines allows to program for a shorter time, so that the display distortion can be cleared quicker. This results in less visible impact.

[0029] The reshaping of the emitted radiation can be obtained within the semiconductor chip by means of the optics so that additional optical elements are not required.

[0030] According to at least one embodiment of the semiconductor chip, the semiconductor chip comprises a substrate. For example, the substrate is a growth substrate on which the semiconductor layer sequence is epitaxially grown, for example by means of MOCVD. For example, the substrate may comprise or consist of GaAs. GaAs is transmissive to radiation in the infrared spectral range.

[0031] However, the substrate may also be a substrate different from the growth substrate which is attached to the semiconductor layer sequence at wafer level, in particular prior to the singulation process.

[0032] According to at least one embodiment of the semiconductor chip, the optics is formed on a side of the substrate that faces away from the semiconductor layer sequence. In particular, the optics may be formed directly in the substrate material, for example by etching. Alternatively, an optics material may be applied to the substrate to form the optics.

[0033] For example, the semiconductor chip is configured as a flip-chip providing electrical contacts on the side of the semiconductor layer sequence facing away from the substrate. VCSELs emitting through the substrate are also referred to as backside-emitting VCSELs.

[0034] By using a semiconductor chip comprising a backside-emitting VCSEL or VCSEL array, an improved heat dissipation can be obtained. This may result in a higher efficiency. Further, the electrical contacting of the semiconductor chip does not require wire bonds. This may result in a lower inductance and facilitate the generation of short pulses.

[0035] According to at least one embodiment of the semiconductor chip, the semiconductor chip is subdivided into a plurality of emitter regions. The emitter regions may be addressable individually or in groups. Alternatively or in addition a plurality of emitter regions may be electrically connected in parallel.

[0036] According to at least one embodiment of the semiconductor chip, at least some of the emitter regions, or all emitter regions, are provided with individual optics. For example, there may be a one-to-one correspondence between the emitter region and the optics. Thus, each optics may be configured to  provide an appropriate beam steering or focusing such that the radiation emitted by the associated emitter region is emitted within the illuminated area.

[0037] According to at least one embodiment of the semiconductor chip, at least some of the emitter regions are arranged at an offset with respect to an optical axis of the individual optics assigned to the respective emitter region. By means of the offset, a deflection angle of the emitted radiation may be set reliably and with a high precision during the manufacturing process of the semiconductor chip.

[0038] According to at least one embodiment of the semiconductor chip, at least some of the emitter regions with the individual optics are configured to produce a plurality of illumination spots arranged side-by-side along the longitudinal axis. Consequently, the superposition of the illumination spots along the longitudinal axis provides an elongate, for example line-shaped emission profile. For example, all of the emitter regions are configured to produce illumination spots arranged side-by-side along the same longitudinal axis. In other words, n emitters produce a 1 x n array of illumination spots, where n is an integer.

[0039] The illumination spots may be arranged such that they overlap with at least one adjacent illumination spot. A size of the illumination spot may be defined as an area where the radiation intensity amounts to at least 50%of the maximum intensity within the illumination spot.

[0040] For example, an average center-to-center distance between adjacent illumination spots along the longitudinal axis is at most 200%or at most 150%or at most 120%and / or at least 30% or at least 50%or at least 80%of an average width of the illumination spots along the longitudinal axis. The width may be defined as a full width at half maximum of the intensity profile of the individual illumination spots along the longitudinal axis.

[0041] According to at least one embodiment of the semiconductor chip, the illumination spots extend along at least two lines extending parallel to the longitudinal axis. Generally, n emitter regions may produce an array of m x n / m illumination spots, where m and n are integers selected such that n / m is an integer as well. For example, m = 2 applies, so that the illumination spots extend along exactly two lines. The emitter regions may be driven in common during operation of the semiconductor chip.

[0042] According to at least one embodiment of the semiconductor chip, at least some of the emitter regions differ from one another with respect to a distance from the longitudinal axis in a top view onto the illuminated area. For example, the emitter regions are arranged in a matrix. For example, the matrix comprises at least a first line and a second line extending in parallel to the longitudinal axis. By means of the individual optics, the radiation originating from different lines of the matrix may be reshaped or redirected such that the corresponding illumination spots are arranged along the longitudinal axis.

[0043] According to at least one embodiment of the semiconductor chip, at least one illumination spot originating from an emitter region of the second line is arranged between two illumination spots originating from two directly adjacent emitter regions in the first line. This means that even  though the emitter regions are directly adjacent to one another, one or more further illumination spots may be arranged between the two illumination spots belonging to the directly adjacent emitter regions in the same line.

[0044] According to at least one embodiment of the semiconductor chip, the optics is a common optics assigned to at least some or all of the emitter regions arranged side-by-side along the longitudinal axis. For example, the optics is a cylindrical optics extending over a plurality of emitter regions along the longitudinal axis.

[0045] According to at least one embodiment of the semiconductor chip, the optics is a cylindrical lens that, in a plane perpendicular to the longitudinal axis and to the illuminated area, collimates or focuses the radiation from the one or more emitter regions and does not collimate the radiation in a plane that extends perpendicular to the illuminated area and includes the longitudinal axis.

[0046] According to at least one embodiment of the semiconductor chip, the semiconductor chip is configured to illuminate a further illuminated area extending along a further longitudinal axis, wherein the further longitudinal axis extends in parallel to the longitudinal axis. Thus, the semiconductor chip may provide two illuminated areas that may be spaced apart from one another. For example, the further illuminated area and the illuminated area may be illuminated sequentially so that a display distortion caused by the illuminated area has already been cleared before the further illuminated area is illuminated. The semiconductor chip may also be configured to illuminate more than two illuminated areas.

[0047] Further, a sensor device comprising at least one semiconductor chip is specified. The semiconductor chip may be configured as described above.

[0048] According to at least one embodiment of the sensor device, the sensor device comprises at least one detector. For example, the detector is sensitive to the radiation emitted by the semiconductor chip so that a part of the radiation reflected or scattered by an object outside of the sensor device towards the sensor device may be detected by the detector.

[0049] According to at least one embodiment, the sensor device is configured to perform at least one of proximity sensing, gesture sensing and time-of-flight sensing. For example, the sensor device is a surface mounted device (smd) .

[0050] Further, an electronic device is specified.

[0051] According to at least one embodiment, the electronic device comprises a display and a semiconductor chip, wherein the semiconductor chip may be embodied as described above. In particular, the semiconductor chip may be arranged underneath the display in a top view onto the display of the electronic device. For example, the longitudinal axis of the illuminated area extends in parallel to the pixel lines of the display. In particular, the semiconductor chip may be part of the sensor device described above.

[0052] According to at least one embodiment of the electronic device, the illuminated area extends over at most ten pixel lines or at most five pixel lines or at most three pixel lines or at most two pixel lines of the display. By reducing the number  of pixel lines overlapping with the illuminated area of the semiconductor chip, display distortion effects may be significantly reduced.

[0053] Features described above in connection with at least one embodiment of the semiconductor chip or the sensor device or the electronic device can be combined with other features described in connection with at least one embodiment of the semiconductor chip or the sensor device or the electronic device unless they are contradictory.

[0054] In the exemplary embodiments and figures similar or similarly acting constituent parts are provided with the same reference signs. Generally, only the differences with respect to the individual exemplary embodiments are described. Unless specified otherwise, the description of a part or feature in one exemplary embodiment applies to a corresponding part or feature in another exemplary embodiment as well.

[0055] In the Figures:

[0056] Figures 1A, 1B and 1C show an exemplary embodiment of a semiconductor chip wherein Figure 1A shows a cross-sectional view, Figure 1B shows a detail 9 of Figure 1A and Figure 1C shows an illuminated area;

[0057] Figures 2A to 2C show an exemplary embodiment of a semiconductor chip in perspective view (Figure 2A) in a sideview along the longitudinal axis (Figure 2B) and in a sideview perpendicular to the longitudinal axis (Figure 2C) ;

[0058] Figure 3 shows an exemplary embodiment of a semiconductor chip in sectional view;

[0059] Figures 4A to 4C show an exemplary embodiment of a semiconductor chip in a perspective view (Figure 4A) , in a top view onto the illuminated area (Figure 4B) and in a top view onto the semiconductor chip (Figure 4C) ;

[0060] Figures 5A and 5B show an exemplary embodiment of a sensor device in a perspective view (Figure 5A) and in a top view (Figure 5B) ;

[0061] Figures 6A, 6B and 6C show exemplary embodiments of an electronic device in a top view (Figures 6A and 6B) and in a sectional view (Figure 6C) ;

[0062] Figure 6D shows a reference example of an electronic device;

[0063] Figures 7A and 7B each show an exemplary embodiment of an arrangement of pixels;

[0064] Figures 8A and 8B show examples of operating the semiconductor chip in an electronic device; and

[0065] Figures 8C and 8D show reference examples of operating a reference semiconductor chip.

[0066] The figures are schematic representations. The elements illustrated in the figures and their size relationships among one another are not necessarily true to scale. Rather, individual elements or layer thicknesses may be represented with an exaggerated size for the sake of better representability and / or for the sake of better understanding.

[0067] The semiconductor chip 1 illustrated in Figure 1A comprises a semiconductor layer sequence 2 with an active region 20 configured to emit electromagnetic radiation 81.

[0068] The active region 20 is arranged between a first semiconductor layer 21 of a first conductivity type and a second semiconductor layer 22 of a second conductivity type different from the first conductivity type. For example, the first semiconductor layer is n-type and the second semiconductor layer 22 is p-type or vice versa.

[0069] The semiconductor chip 1 further comprises an optics 4. As illustrated in Figure 1C, a ratio between a length L of the illuminated area 5 along a longitudinal axis 50 and a width W of the illuminated area 5 perpendicular to the longitudinal axis 50 is at least 4: 1, for example at least 8: 1 or at least 10: 1 or at least 20: 1 or at least 25: 1 and / or at most 200: 1 or at most 100: 1 or at most 50: 1.

[0070] For example, the width W is at least 5 μm or at least 10 μm and / or at most 100 μm or at most 50 μm or at most 30 μm.

[0071] In the exemplary embodiment shown in Figure 1A, the semiconductor chip 1 is embodied as a backside-emitting vertical cavity surface-emitting laser.

[0072] The first semiconductor layer 21 is electrically connected to a first contact 23. A second contact 24 is electrically connected to the second semiconductor layer 22 so that by applying an external electrical voltage between the first contact 23 and the second contact 24, charge carriers are injected from different sides of the active region 20 into  the active region 20 and recombine there under the emission of electromagnetic radiation.

[0073] For example, the emitted radiation 81 is in the near infrared spectral range. The semiconductor chip 1 may comprise a single emitter region 25 or a plurality of emitter regions 25.

[0074] Some or all of the emitter regions 25 may be electrically connected in parallel, so that only two contacts 23, 24 are required for electrical contacting of several or even all emitter regions 25. Alternatively, the emitter regions 25 may be electrically addressable at least in part independently of one another.

[0075] As illustrated in Figure 1B, a deflection angle 49 of the emitted radiation 81 can be tuned by providing an offset d between the emitter region 25 and an optical axis 40 of the associated optics 4.

[0076] Thus, the deflection angle 49 can be defined during the production of the semiconductor chip 1. In the exemplary embodiment shown in Figure 1A, the optics 4 is formed on a side of the substrate 3 that faces away from the semiconductor layer sequence 2. In particular, the substrate 3 may be the growth substrate on which the semiconductor layer sequence 2 is epitaxially grown. For example, the optics 4 may be formed by directly etching into the substrate 3, for example the growth substrate of the semiconductor layer sequence 2. Alternatively, an optics material may be applied to the substrate.

[0077] The optics 4 etched into the substrate may also be formed as  holographic optics such as a holographic beam shaper. This can be done, for example, by etching an appropriately designed CGH pattern using several photolithographic masks into the substrate 3 of the surface-emitting laser. For example, the substrate 3 is a growth substrate of GaAs. For example, a hologram with 16 height levels can be obtained with four etching steps.

[0078] Alternatively or in addition, the optics 4 may comprise a meta-optics. A one layer etch may be sufficient to produce the meta-optics in the substrate 3.

[0079] In the exemplary embodiment illustrated in Figures 2A to 2C, the optics 4 is configured as a cylindrical lens. The semiconductor chip 1 may comprise one or more emitter regions 25 arranged along a line extending parallel to the longitudinal axis 50.

[0080] As illustrated in Figure 2B, in a plane perpendicular to the longitudinal axis 5 and to the longitudinal axis 50, the radiation can be focused or collimated by the optics 4 to have a line shape with a particularly small line width W of the illuminated area 5.

[0081] In a plane that extends perpendicular to the illuminated area 5 and includes the longitudinal axis 50, the radiation may diverge as illustrated in Figure 2C. Thus, even with a single emitter region 25, a comparably large ratio L: W can be obtained.

[0082] The ratio can be increased even further by arranging a plurality of emitter regions 25 along the longitudinal axis 50 in a top view onto the semiconductor chip 1.

[0083] As illustrated in Figure 2C, a working distance 45 between the optics 4 and the illuminated area 5 may be in a range between 0.2 mm and 2.5 mm, for instance. This working distance 45 is particularly suited for a semiconductor chip 1 for use underneath a display. For other applications, however, other working distances may also be appropriate.

[0084] Figure 3 illustrates a further exemplary embodiment of a semiconductor chip 1, wherein the semiconductor chip 1 comprises a plurality of emitter regions 25. In this exemplary embodiment each emitter region 25 is provided with an individual optics 4. For example, the optics 4 has a circular shape in a top view onto the semiconductor chip 1.

[0085] As described in connection with Figure 1B, the deflection angle may be designed for each emitter region 25 by appropriately positioning the emitter region 25 with respect to the optical axis 40 of the associated optics 4. Each of the optics 4 may provide an illumination spot 55 arranged along the longitudinal axis 50 to form an illuminated area 5 having a large ratio L: W.

[0086] The exemplary embodiment illustrated in Figures 4A to 4C illustrates a further example where the illuminated area 5 is formed by a plurality of illumination spots 55 arranged along the longitudinal axis 50. In this exemplary embodiment, the semiconductor chip 1 comprises a matrix of emitter regions 25. As an example, the matrix comprises three columns and three lines, namely a first line 26, a second line 27 and a third line 28.

[0087] The individual optics 4 assigned to the emitter regions 25 are configured such that the illumination spots 55 are  arranged along the longitudinal axis 50 to form the illuminated area 5. Figures 4B and 4C illustrate the emitter regions 25a, 25b, …, 25i and the associated illumination spots 55a, 55b, …, 55i.

[0088] As the figures illustrate, the illumination spots 55a and 55b are spaced apart from one another, wherein further illumination spots 55d and 55g belonging to the emitter regions 25d and 25g are arranged in the second line 27 and the third line 28, respectively. This exemplary embodiment illustrates that individual illumination spots 55 may be arranged along a common longitudinal axis 50 to form the illuminated area 5, even if the emitter regions 25 themselves are not arranged along a common line.

[0089] One of the lines, for example the second line 27 may overlap with the longitudinal axis 50 of the illuminated area 5 in a top view onto the semiconductor chip 1 whereas the further lines are arranged at a larger distance from the longitudinal axis 50.

[0090] Of course, the relative arrangement of the emitter regions 25, the number of lines and the number of columns may be varied in wide ranges depending on the application requirements.

[0091] Unlike in Figure 4A the illumination spots 55 do not necessarily have to be arranged in a single line. For example, n emitter regions 25 may produce an array of m x n / m illumination spots 55 such as an array of 2 x n / 2 illumination spots. The illuminations spots 55 of one line may directly adjoin or overlap with illumination spots 55 from an adjacent line.

[0092] Figures 5A and 5B illustrate an exemplary embodiment of a sensor device 6 comprising a semiconductor chip 1 as described above. The sensor device 6 comprises a housing 63 with a first recess 631 and a second recess 632. The semiconductor chip 1 is arranged in the first recess 631. A detector 61 is arranged in a second recess 632. By means of the housing 63, a direct optical beam path between the semiconductor chip 1 and the detector 61 is blocked.

[0093] However, the housing 63 is not necessary. A barrier between the detector 61 and the semiconductor chip 1 as an emitter may be sufficient to manage or avoid direct cross-talk. The housing or barrier does not have to be part of the sensor device 6. It can also be an additional component or material provided by an electronic device comprising the sensor device 6.

[0094] The detector 61 is, for example, configured to detect a part of radiation emitted by the semiconductor chip 1 reflected or scattered outside of the sensor device 6 and redirected back to the detector 61.

[0095] The sensor device 6 may further comprise a controller circuit 62, for example an application specific integrated circuit (ASIC) . For example, the controller circuit is embedded in the housing 63.

[0096] For example, the detector is configured to perform at least one of proximity sensing, gesture sensing and time-of-flight sensing. Further, the detector 61 may comprise further sensitive areas, for example to detect radiation from the ambient light in the visible spectral range.

[0097] Figures 6A and 6B show exemplary embodiments of an electronic device 7 comprising a display 71. In the embodiments shown, the electronic device is a smartphone. However, the electronic device may also be another electronic device, in particular a handheld or wearable electronic device comprising a display, for example a tablet or a smartwatch.

[0098] Figure 6C represents a sectional view of a detail of the electronic device 7.

[0099] In the exemplary embodiment shown in Figure 6A, the semiconductor chip 1 is located underneath the display 71 so that the illuminated area 5 has a line shape extending along the pixel lines of the display 71.

[0100] In the exemplary embodiment shown in Figure 6B, an illuminated area 5 and a further illuminated area 51 are illustrated. For example, these two illuminated areas 5, 51 each comprise one or plurality of emitter regions 25 wherein the emitter regions assigned to the illuminated area are addressable independently from the emitter region (s) 25 assigned to the further illuminated area 51 as described in the previous exemplary embodiments.

[0101] For comparison Figure 6D illustrates a reference device 70 with a reference illuminated area 59 having a donut shape. Compared to the line shape of the illuminated area 5 illustrated in Figure 6A, the reference illuminated area 59 overlaps with a larger number of pixel lines of display 71.

[0102] Examples of pixel lines 710 are illustrated in Figures 7A and 7D, wherein the individual pixels of the display 71 comprise red subpixels 711r, green subpixels 711g and blue subpixels  711b. In Figure 7A the subpixels are arranged in a pentile pixel arrangement. In Figure 7B the pixels are arranged in a diamond pixel arrangement. However, other types of pixel arrangements may also apply.

[0103] Figure 6C illustrates a sectional view of the electronic device 7, wherein the size relationships between the individual elements of the electronic device 7 are not true to scale. The electronic device 7 comprises a sensor device 6 with a semiconductor chip 1 arranged on a carrier 72, for example a printed circuit board. For example, the carrier 72 is attached to a housing 75 of the electronic device.

[0104] The semiconductor chip 1 is arranged behind the display 71 of the electronic device 7. For example, the display 71 is a display comprising light-emitting material 76, for example organic material, configured to emit light in the red, green and blue spectral ranges for the individual subpixels 711r, 711g, 711b.

[0105] The display 71 further comprises transistors 77 to address the light-emitting material 76 of the assigned pixel. The light-emitting material 76 and the transistor 77 may be formed on a carrier 78, for example comprising a glass or a plastics material.

[0106] The display 71 may further comprise an encapsulation 79 to protect the light-emitting material 76.

[0107] Radiation 81 emitted by the semiconductor chip 1 may pass through the display 71. Part of this radiation may be reflected off or scattered at an external object, for example a body part of a user. As illustrated by arrows 85, this  radiation as well as ambient light may reach the detector 61 of sensor device 6.

[0108] Figures 8A and 8B illustrate operating modes during operation of the electronic device 7. As an example, the semiconductor chip is operated in Figure 8A in pulsed mode with a pulse length of 128 microseconds.

[0109] If the illuminated area 5 covers two pixel lines 710 of the display 71, the display clearing takes 12 μs assuming a clearing time of 6 μs per line.

[0110] Consequently, the distortion caused by radiation 81 emitted by semiconductor chip 1 stays on the display for 140 μs. In reference device 70 shown in Figure 6D, in contrast, the reference illuminated area 59 covers 10 pixel lines 710, resulting in a clearing time of 60 μs so that the distortion stays on the display for 188 μs.

[0111] Figure 8B illustrates the case for a display device as shown in Figure 6B with a further illuminated area 51 in addition to the illuminated area 5. In this exemplary embodiment the total radiation emission can be split between the two illuminated areas so that the pulse duration can be divided by two. Thus the distortion stays on the display for 76 μs at each illuminated area 5, 51. However, the illuminated area 5 and the further illuminated area 51 can be sequentially illuminated such that the distortion caused by the illuminated area 5 has already been erased before the further illuminated area 51 causes a further distortion.

[0112] In the reference device 70, splitting the radiation into two subsequent pulses would not reduce the distortion as both  pulses would illuminate the same area. Thus, the distortion stays on the display for 252 μs.

[0113] These examples illustrate that the display distortion caused by a radiation-emitting semiconductor chip 1 located underneath the display 7 can be significantly reduced by appropriately designing the geometry of the illuminated area.

[0114] The reduced display distortion further allows to increase the output power of the semiconductor chip 1 which may help to improve the sensing range and / or the signal-to-noise ratio of the sensor device including the semiconductor chip 1 as radiation source. Thus, the failure rate due to wrong readouts can be reduced.

[0115] The invention described herein is not restricted by the description given with reference to the exemplary embodiments. Rather, the invention encompasses any novel feature and any combination of features, including in particular any combination of features in the claims, even if this feature or this combination is not itself explicitly indicated in the claims or exemplary embodiments.

[0116] References 1                    semiconductor chip 2                    semiconductor layer sequence 20                   active region 21                   first semiconductor layer 22                   second semiconductor layer 23                   first contact 24                   second contact 25                   emitter region 25a, 25b, …, 25i    emitter region 26                   first line 27                   second line 28                   third line 3                    substrate 4                    optics 40                   optical axis 45                   working distance 49                   deflection angle 5                    illuminated area 50                   longitudinal axis 51                   further illuminated area 510                  further longitudinal axis 55                   illumination spot 55a, 55b, …, 55i    illumination spot 59                   reference illuminated area 6                    sensor device 61                   detector 62                   controller circuit 63                   housing 631                  first recess 632                  second recess 7                    electronic device 7                      display 70                     reference device 710                    pixel line 711r                   red subpixel 711g                   green subpixel 711rb                  blue subpixel 72                     carrier 75                     housing 76                     light-emitting material 77                     transistor 78                     carrier 79                     encapsulation 81                     radiation 85                     ambient light d                      offset L                      length of illuminated area W                      width of illuminated area

Claims

1.A semiconductor chip (1) comprising a semiconductor layer sequence (2) with an active region (20) configured to emit electromagnetic radiation (81) and an optics (4) , wherein the semiconductor chip (1) is configured to illuminate an illuminated area (5) , wherein a ratio between a length L of the illuminated area (5) along a longitudinal axis (50) and a width W of the illuminated area (5) perpendicular to the longitudinal axis (50) is at least 2: 1.2.The semiconductor chip according to claim 1,wherein the ratio L: W is at least 4: 1.3.The semiconductor chip according to claim 1,wherein the ratio L: W is at least 10: 1.4.The semiconductor chip according to any one of the preceding claims,wherein the semiconductor chip (1) comprises a substrate (3) , wherein the optics (4) is formed on a side of the substrate (3) that faces away from the semiconductor layer sequence (2) .5.The semiconductor chip according to any one of the preceding claims,wherein the active region (20) is subdivided into a plurality of emitter regions (25) .6.The semiconductor chip according to claim 5,wherein at least some of the emitter regions (25) are provided with individual optics (4) .7.The semiconductor chip according to claim 6,wherein at least some of the emitter regions are arranged at an offset (d) with respect to an optical axis (40) of the individual optics assigned to the respective emitter region (25) .8.The semiconductor chip according to any one of claims 5 to 7,Wherein at least some of the emitter regions (25) with the individual optics (4) are configured to produce a plurality of illumination spots (55) arranged side by side along the longitudinal axis (50) .9.The semiconductor chip according to claim 8,wherein the illumination spots (55) extend along two lines extending parallel to the longitudinal axis (50) .10.The semiconductor chip according to any one of claims 5 to 9,wherein at least some of the emitter regions (25) differ from one another with respect to a distance from the longitudinal axis in a top view onto the illuminated area.11.The semiconductor chip according to any one of claims 5 to 10,wherein the emitter regions are arranged in a matrix comprising a first line (26) and a second line (27) extending in parallel to the longitudinal axis (50) , wherein at least one illumination spot (55) originating from an emitter region (25) of the second line (27) is arranged between two illumination spots (55) originating from two directly adjacent emitter regions (25) in the first line (26) .12.The semiconductor chip according to any one of claims 5 to 11,wherein the optics (4) is a common optics assigned to at least some of the emitter regions (25) arranged side by side along the longitudinal axis (50) .13.The semiconductor chip according to claim 12,wherein the optics (4) is a cylindrical lens that, in a plane perpendicular to the longitudinal axis and to the illuminated area (5) , collimates or focuses the radiation from the emitter regions (25) and does not collimate the radiation in a plane that extends perpendicular to the illuminated area (5) and includes the longitudinal axis (50) .14.The semiconductor chip according to any one of the preceding claims,wherein the semiconductor chip (1) is configured to illuminate a further illuminated area (51) extending along a further longitudinal axis (510) , the further longitudinal axis (510) extending in parallel to the longitudinal axis (50) .15.A sensor device (6) comprising a semiconductor chip (1) according to any one of the preceding claims and a detector (61) .16.The sensor device according to claim 15,wherein the sensor device (6) is configured to perform at least one of proximity sensing, gesture sensing, and time of flight sensing.17.An electronic device (7) comprising a display (71) and a semiconductor chip (1) according to one of claims 1 to 14,wherein the semiconductor chip (1) is arranged underneath the display (71) in a top view onto the display (71) .18.The electronic device (7) according to claim 17,wherein the illuminated area extends over at most three pixel lines (710) of the display (71) .

Images