DE102017130131A1 - Verfahren zur Herstellung von optoelektronischen Halbleiterbauteilen und optoelektronisches Halbleiterbauteil - Google Patents

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Abstract

Die Anmeldung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von optoelektronischen Halbleiterbauteilen (1) mit den Schritten:A) Aufwachsen einer Halbleiterschichtenfolge (3) zur Strahlungserzeugung auf ein Aufwachssubstrat (2),B) Strukturieren der Halbleiterschichtenfolge (3) zu Emittersträngen (11), sodass die Halbleiterschichtenfolge (3) in Lücken (12) zwischen benachbarten Emittersträngen (11) entfernt wird,C) Aufbringen einer Passivierungsschicht (4), wobei die Halbleiterschichtenfolge (3) an dem Aufwachssubstrat (2) abgewandten Wellenleiterkontakten (51) und die Lücken (12) zumindest teilweise frei bleiben,D) Erzeugen mindestens einer Metallschicht (50), die von den Wellenleiterkontakten (51) bis in die Lücken (12) reicht,E) Ersetzen des Aufwachssubstrats (2) durch einen Träger (6),F) Erstellen von Durchkontaktierungen (53) im Träger (6), sodass die Metallschicht (50) und dem Träger (6) zugewandte Unterseitenkontakte (52) der Halbleiterschichtenfolge (3) elektrisch kontaktiert werden sowie Entfernen des Trägers (6) zwischen zumindest einigen der Emitterstränge (11) und zwischen entlang der Emitterstränge (11) aufeinanderfolgenden Emittereinheiten (13), undG) Brechen der Halbleiterschichtenfolge (3) zwischen den Emittereinheiten (13), sodass Facetten (31) entstehen.

Description

  • Es wird ein Verfahren zur Herstellung von optoelektronischen Halbleiterbauteilen angegeben. Darüber hinaus wird ein optoelektronisches Halbleiterbauteil angegeben.
  • Eine zu lösende Aufgabe liegt darin, ein Verfahren anzugeben, mit dem ein oberflächenmontierbarer Halbleiterlaser effizient herstellbar ist.
  • Diese Aufgabe wird unter anderem durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der übrigen Ansprüche.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden mit dem Verfahren optoelektronische Halbleiterbauteile hergestellt. Bei den Halbleiterbauteilen handelt es sich bevorzugt um Laserdioden, kurz LDs. Alternativ ist es möglich, dass Leuchtdioden, kurz LEDs, oder Leuchtdioden mit einer resonanten Kavität, kurz RC-LEDs, hergestellt werden.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt des Aufwachsens einer Halbleiterschichtenfolge auf ein Aufwachssubstrat. Die Halbleiterschichtenfolge ist zur Strahlungserzeugung vorgesehen.
  • Die Halbleiterschichtenfolge weist mindestens eine aktive Zone auf, die im Betrieb des Leuchtdiodenchips zur Erzeugung von Strahlung eingerichtet ist. Die erzeugte Strahlung ist bevorzugt kohärent. Die Halbleiterschichtenfolge basiert bevorzugt auf einem III-V-Verbindungshalbleitermaterial. Bei dem Halbleitermaterial handelt es sich zum Beispiel um ein Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial wie AlnIn1-n-mGamN oder um ein Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial wie AlnIn1-n-mGamP oder auch um ein Arsenid-Verbindungshalbleitermaterial wie AlnIn1-n-mGamAs oder wie AlnGamIn1-n-mAs1-n-mPk-k, wobei jeweils 0 ≤ n ≤ 1, 0 ≤ m ≤ 1 und n + m ≤ 1 sowie 0 ≤ k < 1 ist. Bevorzugt gilt dabei für zumindest eine Schicht oder für alle Schichten der Halbleiterschichtenfolge 0 < n ≤ 0,8, 0,4 ≤ m < 1 und n + m ≤ 0,95 sowie 0 < k ≤ 0,5. Dabei kann die Halbleiterschichtenfolge Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen. Der Einfachheit halber sind jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters der Halbleiterschichtenfolge, also Al, As, Ga, In, N oder P, angegeben, auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt und/oder ergänzt sein können. Bevorzugt basiert die Halbleiterschichtenfolge auf dem Materialsystem AlInGaAs.
  • Bei dem Aufwachssubstrat handelt es sich insbesondere um ein GaAs-Substrat. Alternativ können Aufwachssubstratewie GaN, Saphir, Siliziumcarbid oder Silizium zum Einsatz kommen, abhängig vom Materialsystem für die Halbleiterschichtenfolge.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt des Strukturierens der Halbleiterschichtenfolge zu Emittersträngen. Dabei wird die Halbleiterschichtenfolge in Lücken zwischen benachbarten Emittersträngen ganz oder teilweise entfernt. Es ist möglich, dass in den Lücken das Aufwachssubstrat oder eine Anwachsschicht für die Halbleiterschichtenfolge, die sich an dem Aufwachssubstrat befindet, freigelegt wird. Die Emitterstränge verlaufen bevorzugt parallel zu Hauptemissionsrichtungen und/oder Resonatoren der fertig hergestellten Halbleiterbauteile.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt des Anbringens einer Passivierungsschicht. Die Passivierungsschicht wird bevorzugt derart erzeugt, sodass die Halbleiterschichtenfolge an dem Aufwachssubstrat abgewandten Wellenleiterkontakten freibleibt. Die Wellenleiterkontakte sind zur Bestromung der Halbleiterschichtenfolge vorgesehen. An den Wellenleiterkontakten kann sich eine hochdotierte Halbleiterkontaktschicht der Halbleiterschichtenfolge befinden. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass die Lücken teilweise oder vollständig frei von der Passivierungsschicht bleiben.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird mindestens eine Metallschicht erzeugt, die von den Wellenleiterkontakten bis in die Lücken reicht. Über die Metallschicht oder die Metallschichten ist später eine elektrische Kontaktierung der Halbleiterschichtenfolge an den Wellenleiterkontakten ermöglicht.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird das Aufwachssubstrat durch einen Träger ersetzt. Das Aufwachssubstrat wird beispielsweise mittels Ätzen, insbesondere über Nassätzen, entfernt. Weiterhin ist es möglich, dass das Aufwachssubstrat teilweise oder vollständig mittels Schleifen oder Polieren entfernt wird. Bei lichtdurchlässigen Aufwachssubstraten ist es möglich, dass ein Ablösen mittels Laserstrahlung, auch als Laserabhebeverfahren oder englisch Laser Lift-Off oder kurz LLO bezeichnet, durchgeführt wird. Bei dem Träger, der das Aufwachssubstrat ersetzt, handelt es sich bevorzugt um einen permanenten Träger, von dem zumindest ein Teil je in den fertigen Halbleiterbauteilen vorhanden ist. Insbesondere stellt der Träger diejenige Komponente der fertigen Halbleiterbauteile dar, welche die Halbleiterbauteile mechanisch trägt und stabilisiert.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden Durchkontaktierungen in dem Träger erstellt. Über die Durchkontaktierungen ist die Metallschicht und damit der Wellenleiterkontakt von einer der Halbleiterschichtenfolge abgewandten Seite des Trägers her elektrisch anschließbar. Ferner werden mit den Durchkontaktierungen Unterseitenkontakte der Halbleiterschichtenfolge, die den Träger und damit zuvor dem Aufwachssubstrat zugewandt sind, elektrisch kontaktiert. Auch die Unterseitenkontakte sind bevorzugt wie die Wellenleiterkontakte mit einer hochdotierten Halbleiterkontaktschicht versehen.
  • Somit sind die Halbleiterbauteile oberflächenmontierbar gestaltbar. Alle elektrischen Kontaktflächen zum externen elektrischen Kontaktieren der fertigen Halbleiterbauteile liegen damit bevorzugt an der der Halbleiterschichtenfolge abgewandten Seite des Trägers.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform erfolgt ein Entfernen des Trägers zwischen zumindest einigen der Emitterstränge und zwischen entlang der Emitterstränge aufeinanderfolgenden Emittereinheiten. Die fertigen Halbleiterbauteile weisen je eine Emittereinheit der Halbleiterschichtenfolge auf, gesehen entlang der Emitterstränge. Durch das Entfernen des Trägers aus Bereichen zwischen benachbarten Emittereinheiten ist es möglich, die Halbleiterschichtenfolge effizient zu vereinzeln.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt des Brechens der Halbleiterschichtenfolge zwischen den Emittereinheiten. Durch das Brechen entstehen Facetten. Die Facetten der Halbleiterschichtenfolge sind zur Reflektion und/oder zum Auskoppeln einer in der Halbleiterschichtenfolge im Betrieb erzeugten Strahlung eingerichtet. Von dem Brechen ist bevorzugt im Wesentlichen nur die Halbleiterschichtenfolge betroffen. Insbesondere wird der Träger von dem Brechen nicht oder nicht signifikant beeinflusst, bevorzugt ebenso wenig wie die Metallschicht. Das heißt, ein Zerteilen des Trägers in Einheiten für die optoelektronischen Halbleiterbauteile erfolgt dem Brechen vorgelagert.
  • In mindestens einer Ausführungsform ist das Verfahren zur Herstellung von optoelektronischen Halbleiterbauteilen eingerichtet und umfasst die folgenden Schritte, bevorzugt in der angegebenen Reihenfolge:
    1. A) Aufwachsen einer Halbleiterschichtenfolge zur Strahlungserzeugung auf ein Aufwachssubstrat,
    2. B) Strukturieren der Halbleiterschichtenfolge zu Emittersträngen, sodass die Halbleiterschichtenfolge in Lücken zwischen benachbarten Emittersträngen entfernt wird,
    3. C) Aufbringen einer Passivierungsschicht, wobei die Halbleiterschichtenfolge an dem Aufwachssubstrat abgewandten Wellenleiterkontakten und die Lücken zumindest teilweise frei bleiben,
    4. D) Erzeugen mindestens einer Metallschicht, die von den Wellenleiterkontakten bis in die Lücken reicht,
    5. E) Ersetzen des Aufwachssubstrats durch einen Träger,
    6. F) Erstellen von Durchkontaktierungen im Träger, sodass die Metallschicht und dem Träger zugewandte Unterseitenkontakte der Halbleiterschichtenfolge elektrisch kontaktiert werden sowie Entfernen des Trägers zwischen zumindest einigen der Emitterstränge und zwischen entlang der Emitterstränge aufeinanderfolgenden Emittereinheiten, und
    7. G) Brechen der Halbleiterschichtenfolge zwischen den Emittereinheiten, sodass Facetten entstehen.
  • Mit den hier beschriebenen Verfahren ist eine zweiseitige elektrische Kontaktierung der Halbleiterschichtenfolge möglich, insbesondere an den einander gegenüberliegenden Wellenleiterkontakten und Unterseitenkontakten, wobei auf aufwendige Drahtbandprozesse verzichtet werden kann und wobei geringere Bauteilhöhen realisiert werden können, insbesondere da Bonddrähte entfallen. Ferner kann auf kostenaufwendige Laserritzprozesse und Brechprozesse durch ein Aufwachssubstrat hindurch beim Vereinzeln von Laserbaren und insbesondere Laserdioden verzichtet werden.
  • Üblicherweise werden Halbleiterlaserdioden von zwei verschiedenen Seiten kontaktiert, wobei ein Kontakt typisch mittels Drahtbonden erfolgt. Eine lichtemittierende Epitaxieschicht befindet sich dabei im Regelfall auf dem zum Wachstum benötigten Homoepitaxiesubstrat, beispielsweise ein GaAs-Substrat, das eine relativ schlechte Wärmeleitfähigkeit aufweist. Das Vereinzeln von Laserbaren und Laserdioden wird mittels Laserritzen und Brechen vergleichsweise aufwendig und kostenintensiv erzielt, wobei zunächst Laserritze gesetzt und anschließend durch das dicke Wachstumssubstrat und üblicherweise auch durch ein zähes Rückseitenmetall durchgebrochen wird.
  • Bei dem hier beschriebenen Verfahren erfolgt eine Entfernung der Epitaxieschichten in Teilbereichen der Laserdiodenchips und eine Führung einer elektrisch leitenden Schicht, der Metallschicht, von einem oberen Kontakt des Lasers in einen geätzen Bereich, beispielsweise von einer p-leitenden Halbleiterkontaktschicht eines Infrarot emittierenden Streifenwellenleiterlasers in einem auch als Mesagraben dienenden Bereich neben den Streifenwellenleitern. Weiterhin erfolgt bevorzugt ein Umbonden des teilprozessierten Wafers, also des Aufwachsubstrats mit der Halbleiterschichtenfolge, auf einen Hilfsträger. Nachfolgend wird das Aufwachsubstrat entfernt, beispielsweise mittels Schleifen und Ätzen. Daraufhin wird eine Kontaktschicht in den freigelegten Bereichen aufgebracht, insbesondere auf einer passenden n-Halbleiterkontaktschicht im Falle von IR-Streifenwellenleiterlasern, sowie ein Auffüllen und Nivellieren der umgebenden Bereiche.
  • Daraufhin erfolgt ein Bonden der lichtemittierenden Epitaxieschicht auf den Träger, welcher insbesondere ein Silizium-Substrat ist. Dieses Bonden ist bevorzugt ein Direktbondverfahren mittels zweier Siliziumoxidflächen. Ferner kann der Träger gedünnt werden, beispielsweise auf zirka 120 µm. Über Ätzprozesse, dem Aufbringen einer Isolierung und Verfüllen mit elektrisch leitendem Material voll oder teilweise werden Durchkontaktierungen erstellt, auch als Through Silicon Vias oder kurz TSV bezeichnet. Durch das Aufbringen eines geeigneten Metallstapels an den TSV können die Halbleiterbauteile später effizient gebondet werden und in einem Package untergebracht werden, beispielsweise mittels SMT. Ferner wird der Hilfsträger entfernt und insbesondere über ein Plasmaätzen zwischen den späteren einzelnen Halbleiterbauteilen, speziell parallel zur späteren Emissionsrichtung eines Infrarot-Streifenwellenleiterlasers sowie im Bereich senkrecht dazu, wird der Träger strukturiert. Schließlich erfolgt ein Erzeugen der Laserfacetten mittels eines Brechverfahrens, insbesondere mittels eines Brechmessers, und ein Expandieren auf einer Folie.
  • Das Umbonden auf einen Träger wie ein Siliziumsubstrat führt speziell im Falle von IR-Laserdioden zu einer besseren Wärmeabfuhr durch den Träger hindurch, im Vergleich zu dem Fall, dass die lichtemittierenden Epitaxieschichten auf dem Wachstumssubstrat wie GaAs verbleiben. So liegt die thermische Leitfähigkeit von Silizium ungefähr bei 150 W/m·K, wohingegen GaAs lediglich eine Wärmeleitfähigkeit von ungefähr 55 W/m·K aufweist. Dies erlaubt eine gute Laserperformance bei hohen Temperaturen.
  • Durch das Umbonden vom Aufwachssubstrat auf den Träger kann zudem die weitere Behandlung, insbesondere die TSV-Prozessierung, auch auf für die Scheibengröße des Trägers ausgelegten Anlagen erfolgen. So kann beispielsweise eine 2" GaN-Scheibe auf eine 6"-Siliziumscheibe direktgebondet werden und dieses dann als 6"-System weiterprozessiert werden. Somit ist eine hohe Fertigungstauglichkeit erreicht.
  • Durch das bevorzugt lotfreie Direktbonden und dem Ätzen des Trägers im Bereich der Laserfacette kann beim Facettenbrechen eine sehr gute Brechqualität der Epitaxieschichten erzielt werden, da beim Facettenbrechen im Wesentlichen nur noch durch die Halbleiterschichtenfolge, nicht jedoch durch das dicke Aufwachssubstrat oder eine zähe Metallschicht gebrochen werden muss. Es kann dabei auch ein Laserritzen des Wachstumssubstrats und von Rückseitenmetallen entfallen.
  • Somit ist eine hohe Facettenqualität erreichbar und ein kostengünstiger parallelisierbarer Vereinzelungsprozess kann eingesetzt werden.
  • Durch das Kontaktieren mittels TSV werden keine Bonddrähte benötigt, wodurch eine geringe Bauhöhe und eine hohe Hochfrequenztauglichkeit sichergestellt werden können. Außerdem können die Halbleiterbauteile, insbesondere in Form von Laserdioden, einfach in ein Package mit mehreren Halbleiterbauteilen integriert werden, da vergleichsweise komplizierte Drahtverbondungen entfallen. Dabei kann eine Mehrfachanordnung entweder als Einzelchip oder als Multichip, auch als Barren bezeichnet, herangezogen werden. Somit ist ein kleineres Package erzielbar, das zudem verbessere Hochfrequenzeigenschaften aufweist.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich bei den Halbleiterbauteilen um kantenemittierende Laser. Die Laser können einen Streifenwellenleiter aufweisen und damit indexgeführt sein. Ebenso ist es möglich, dass die Laser gewinngeführt sind, sodass eine Führung einer Mode im Wesentlichen durch das Einstellen eines Bestromungsbereichs einer aktiven Zone erfolgt.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird die Passivierungsschicht direkt auf die Halbleiterschichtenfolge aufgebracht. Ferner wird bevorzugt die Metallschicht direkt auf die Passivierungsschicht aufgebracht. Damit weist die Metallschicht einen geringen Abstand zur Halbleiterschichtenfolge auf, welcher im Wesentlichen der Dicke der Passivierungsschicht entspricht. Eine Dicke der Passivierungsschicht liegt bevorzugt bei mindestens 20 nm oder 40 nm und/oder bei höchstens 1000 nm oder 200 nm oder 100 nm.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform formt die Metallschicht Seitenflächen der Emitterstränge nach. Das heißt, im Querschnitt gesehen weist die Metallschicht die gleiche Geometrie auf wie die Seitenflächen der Halbleiterschichtenfolge. Die Metallschicht also an den Seitenflächen als ein geometrischer Abdruck der Emitterstränge aufgefasst werden.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Facetten oder ist ein Teil der Facetten zu einer Strahlungsauskopplung aus den fertigen Halbleiterbauteilen eingerichtet. Ebenso ist es möglich, dass ein Teil der Facetten zur Reflexion der Strahlung eingerichtet ist. Die Facetten können einzig aufgrund des Brechungsindexunterschieds zu einer Umgebung wirken. Alternativ ist es möglich, dass an den Facetten ganzflächig oder stellenweise reflektierende Schichten wie Bragg-Spiegel oder Antireflexschichten aufgebracht sind. Lokal können auch strahlungsabsorbierende Schichten an den Facetten erzeugt sein. Ferner können die Facetten passiviert sein, um insbesondere eine Oxidation der Facetten zu vermeiden.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform stehen die Facetten nach dem Schritt F) und insbesondere in den fertigen Halbleiterbauteilen über den zugehörigen Träger über. Der Überstand ist insbesondere in einer Richtung parallel zu einer Resonatorsachse der Halbleiterlaser vorhanden. Beispielsweise beträgt der Überstand mindestens 2 µm oder 5 µm oder 10 µm. Alternativ oder zusätzlich liegt dieser Überstand bei höchstens 100 µm oder 50 µm oder 20 µm.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden vor dem Schritt C) an einer dem Aufwachssubstrat abgewandten Seite der Halbleiterschichtenfolge jeweils Streifenwellenleiter erzeugt. Die Streifenwellenleiter sind bevorzugt zu einer eindimensionalen Strahlführung in Richtung parallel zu den Emittersträngen eingerichtet, auch als Indexführung bezeichnet. Über den Streifenwellenleiter ist je die Resonatorsachse definiert. Dabei befinden sich die Wellenleiterkontakte jeweils bevorzugt an dem zugehörigen Streifenwellenleiter.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist eine dem Aufwachssubstrat abgewandte Seite der Halbleiterschichtenfolge im Bereich einer Bestromungsbreite der aktiven Zone der Halbleiterschichtenfolge plan. Somit können die fertigen Halbleiterbauteile als gewinngeführte Laser gestaltet sein. Es ist in diesem Fall kein Streifenwellenleiter vorhanden. Bei gewinngeführten Lasern ist es möglich, dass an der dem Aufwachssubstrat abgewandten Seite der Halbleiterschichtenfolge Gräben in die Halbleiterschichtenfolge geätzt werden, die nicht zu einer Wellenführung, sondern zu einer verstärkten Streuung von nicht entlang der Resonatorsachse verlaufender Strahlung eingerichtet sind.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird zwischen den Schritten D) und E) eine Füllschicht erzeugt. Die Füllschicht füllt die Lücken zwischen benachbarten Emittersträngen auf, insbesondere lückenlos und ohne Hohlräume zu bilden. Damit ist eine dem Aufwachssubstrat abgewandte Seite der Füllschicht bevorzugt plan. Die Füllschicht kann als Planarisierung ausgeführt sein. Bevorzugt ist die Füllschicht aus einem Oxid wie Siliziumoxid oder aus einem Nitrid wie Aluminiumnitrid.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird nach dem Erzeugen der Füllschicht ein Hilfsträger an der Füllschicht angebracht. Der Hilfsträger ist beispielsweise ein Glasträger oder ein Siliziumträger. Das Anbringen der Füllschicht an den Hilfsträger erfolgt bevorzugt über Siliziumoxid-Siliziumoxid-Direktbonden und damit verbindungsmittelfrei. Alternativ kann die Bondung auch mittels BCB (Benzocyclobuten) erfolgen.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird vor oder mit dem Schritt A) zwischen der Halbleiterschichtenfolge und dem Aufwachssubstrat eine Ätzstoppschicht erzeugt. Bevorzugt ist das Aufwachssubstrat selektiv gegenüber der Ätzstoppschicht ätzbar. Beispielsweise liegt eine Ätzrate für das Aufwachssubstrat um mindestens einen Faktor 100 oder 1000 oder 10000 höher als für die Ätzstoppschicht. Handelt es sich bei dem Aufwachssubstrat um ein GaAs-Substrat, so ist die Ätzstoppschicht bevorzugt aus AlGaAs mit einem Aluminiumanteil von mindestens 20 %.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird die Ätzstoppschicht im Schritt B) aus den Lücken zwischen den Emittersträngen teilweise oder vollständig entfernt. Die verbleibenden Reste der Ätzstoppschicht werden bevorzugt im Schritt E) zwischen dem Ablösen des Aufwachssubstrats und dem Anbringen des Trägers entfernt.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird an den Unterseitenkontakten nach dem Entfernen der Reste der Ätzstoppschicht und vor dem Anbringen des Trägers je mindestens eine Kontaktschicht erzeugt. Die Kontaktschicht oder die Kontaktschichten sind bevorzugt aus je einem oder mehreren Metallen oder alternativ auch aus transparenten leitfähigen Oxiden. Bevorzugt handelt es sich bei der mindestens einen Kontaktschicht um eine Metallschicht, insbesondere einen Metallschichtenstapel.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden die Kontaktschichten an den Unterseitenkontakten mit einer Planarisierungsschicht abgedeckt. Bei der Planarisierungsschicht handelt es sich um ein Oxid, wie Siliziumoxid, oder alternativ auch um ein elektrisch isolierendes Nitrid. Des Weiteren können auch diamantartige Kohlenstoffschichten, kurz DLC, verwendet werden, um beispielsweise eine bessere Wärmeabfuhr zu erzielen. Durch die Planarisierungsschicht können elektrische Kurzschlüsse vermieden werden.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird der Träger mittels Direktbonden unmittelbar und flächig auf der Planarisierungsschicht angebracht. Nachfolgend wird bevorzugt der Zwischenträger entfernt.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform erstreckt sich die Metallschicht je beiderseits der zugehörigen Emitterstränge von den jeweiligen Wellenleiterkontakten bis in die angrenzenden Lücken. Damit kann die Metallschicht im Querschnitt gesehen die Halbleiterschichtenfolge symmetrisch umgeben.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind pro Emittereinheit in Richtung senkrecht zu den Emittersträngen genau zwei oder drei der Durchkontaktierungen vorhanden. Im Falle von drei Durchkontaktierungen befindet sich die Durchkontaktierung für den Unterseitenkontakt der betreffenden Emittereinheit bevorzugt mittig zwischen den beiden Durchkontaktierungen für die Wellenleiterkontakte.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind pro Emittereinheit in Richtung parallel zu den Emittersträngen, somit insbesondere auch in Richtung parallel zur Resonatorsachse der Halbleiterlaser, je Unterseitenkontakt und/oder je Wellenleiterkontakt nur eine Durchkontaktierung vorgesehen. Alternativ ist es möglich, dass für den Unterseitenkontakt und/oder für den Wellenleiterkontakt mehrere Durchkontaktierungen vorgesehen sind. Diese Durchkontaktierungen folgen bevorzugt entlang der Resonatorsachse aufeinander, insbesondere in gerader Linie oder auch in einer gewundenen, beispielsweise sinusförmigen Linie.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Metallschicht entlang der Emitterstränge pro Emittereinheit in mehrere elektrisch unabhängig voneinander ansteuerbare Teilbereiche unterteilt. Damit lässt sich die Halbleiterschichtenfolge in den Emittereinheiten bevorzugt abschnittsweise ansteuern. Alternativ oder zusätzlich gilt gleiches für die Wellenleiterkontakte. Somit können pro Emittereinheit mehrere Wellenleiterkontakte und/oder Unterseitenkontakte vorliegen.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform erstreckt sich die Metallschicht längs der Emitterstränge je zu mindestens 80 % oder 90 % oder 95 % oder vollständig entlang der Emittereinheiten. Das heißt, die Seitenflächen der Halbleiterschichtenfolge können längs der Emitterstränge und damit längs der Resonatorsachse der Halbleiterlaser überwiegend oder vollständig von der Metallschicht bedeckt sein. Sind die Metallschicht und/oder die Wellenleiterkontakte und/oder die Unterseitenkontakte strukturiert, so liegen zwischen benachbarten Teilbereichen der Metallschicht bevorzugt nur schmale Streifen, die frei von der Metallschicht sind.
  • Weiterhin reicht die Metallschicht bevorzugt nicht bis an die Facetten der jeweiligen Emittereinheit heran. Beispielsweise liegt ein Abstand zwischen den Facetten und der Metallschicht längs der Resonatorsachse bei mindestens 1 µm oder 2 µm oder 5 µm und/oder bei höchstens 50 µm oder 20 µm oder 10 µm. Reicht die Metallschicht nicht bis an die Facetten heran, ist ein Brechen der Halbleiterschichtenfolge und der Emitterstränge vereinfacht.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind mehrere der Emittereinheiten in Richtung senkrecht zu den Emittersträngen elektrisch in Serie verschaltet. Dies ist durch eine entsprechende Strukturierung der Durchkontaktierungen und zugehöriger elektrischer Querverbindungen möglich. Dabei verbleibt der Träger im Schritt F) bevorzugt nur zwischen in Serie geschalteten Emittereinheiten zwischen benachbarten Emittersträngen. Zwischen benachbarten Emittersträngen, deren zugehörige Emittereinheiten nicht in Serie geschaltet werden, wird der Träger im Schritt F) bevorzugt vollständig entfernt.
  • Darüber hinaus wird ein optoelektronisches Halbleiterbauteil angegeben. Das Halbleiterbauteil wird mit einem Verfahren hergestellt, wie in Verbindung mit einer oder mehrerer der oben genannten Ausführungsformen beschrieben. Merkmale des Halbleiterbauteils sind daher auch für das Verfahren offenbart und umgekehrt.
  • In mindestens einer Ausführungsform ist das Halbleiterbauteil oberflächenmontierbar und weist einen Träger auf, in dem sich mehrere elektrische Durchkontaktierungen befinden. Auf dem Träger ist eine Halbleiterschichtenfolge mit einer aktiven Zone zur Strahlungserzeugung angebracht. Eine Passivierungsschicht bedeckt Seitenflächen der Halbleiterschichtenfolge vollständig und lässt einen den Träger abgewandten Wellenleiterkontakt teilweise oder vollständig frei. Eine oder mehrere Metallschichten reichen von dem Wellenleiterkontakt bis zum Träger. Die Durchkontaktierungen kontaktieren die Metallschicht und einen dem Träger zugewandten Unterseitenkontakt der Halbleiterschichtenfolge elektrisch. Eine Facette der Halbleiterschichtenfolge zur Strahlungsauskopplung steht über den Träger über, in Richtung parallel zu einer Resonatorachse des Halbleiterbauteils. Die Metallschicht formt die Seitenflächen der Emitterstränge nach, sodass ein mittlerer Abstand zwischen der Metallschicht und der Halbleiterschichtenfolge bei höchstens 1 µm oder 0,5 µm liegt, insbesondere im Querschnitt gesehen.
  • Nachfolgend werden ein hier beschriebenes Verfahren und ein hier beschriebenes optoelektronisches Halbleiterbauteil unter Bezugnahme auf die Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen geben dabei gleiche Elemente in den einzelnen Figuren an. Es sind dabei jedoch keine maßstäblichen Bezüge dargestellt, vielmehr können einzelne Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
  • Es zeigen:
    • 1A bis 1I schematische Schnittdarstellungen von Verfahrensschritten eines hier beschriebenen Verfahrens,
    • 1J eine schematische Schnittdarstellung einer Durchkontaktierung für hier beschriebene optoelektronische Halbleiterbauteile,
    • 1K eine schematische Schnittdarstellung eines Verfahrensschritts eines hier beschriebenen Verfahrens,
    • 1L eine schematische Draufsicht und zwei zugehörige Schnittdarstellungen zu einem Verfahrensschritt eines hier beschriebenen Verfahrens,
    • 1M eine schematische Draufsicht auf einen Verfahrensschritt eines hier beschriebenen Verfahrens,
    • 1N eine schematische Schnittdarstellung eines Verfahrensschritts eines hier beschriebenen Verfahrens,
    • 2 eine schematische Schnittdarstellung einer Abwandlung eines Herstellungsverfahrens,
    • 3 eine schematische Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteils,
    • 4 eine schematische Schnittdarstellung einer Abwandlung eines Halbleiterbauteils,
    • 5 bis 8 schematische Schnittdarstellungen von Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteilen, und
    • 9 schematische Draufsichten auf Ausführungsbeispiele von hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteilen.
  • In 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines Herstellungsverfahrens für optoelektronische Halbleiterbauteile 1 gezeigt. Gemäß 1A wird ein Aufwachssubstrat 2 bereitgestellt. Das Aufwachssubstrat 2 ist etwa ein GaAs-Substrat.
  • Auf dem Aufwachssubstrat 2 wird optional eine Ätzstoppschicht 22 hergestellt. Die Ätzstoppschicht 22 ist zum Beispiel aus AlGaAs mit einem Aluminiumanteil von 30 %.
  • Auf der Ätzstoppschicht 22 wird eine Halbleiterschichtenfolge 3 epitaktisch gewachsen. Die Halbleiterschichtenfolge 3 umfasst eine aktive Zone 33 und basiert beispielsweise auf dem Materialsystem AlInGaAs.
  • Optional werden an einer dem Aufwachssubstrat 2 abgewandten Seite der Halbleiterschichtenfolge 3 mehrere Streifenwellenleiter 35 durch Ätzen erzeugt. Die Streifenwellenleiter 35 erstrecken sich in Richtung senkrecht der Zeichenebene in 1A, ebenso wie durch die Streifenwellenleiter 35 definierte Resonatorachsen.
  • Im Verfahrensschritt der 1B wird die Halbleiterschichtenfolge 3 zu sich senkrecht zur Zeichenebene erstreckenden Emittersträngen 11 strukturiert. Jeder der Emitterstränge 11 verfügt bevorzugt über einen der Streifenwellenleiter 35. Zwischen benachbarten Emittersträngen 11 werden Lücken 12 gebildet, in denen das Aufwachssubstrat 2 oder, anders als in 1B dargestellt, die Ätzstoppschicht 22 freiliegt.
  • Eine Höhe H1 der Halbleiterschichtenfolge 3 zusammen mit der Ätzstoppschicht 22 liegt bei ungefähr 3 µm. Eine Höhe H2 des Streifenwellenleiters 35 beträgt beispielsweise 0,5 µm. Die aktive Zone 33 kann unterhalb des Streifenwellenleiters 35 liegen. Eine Dicke der Ätzstoppschicht 22 beträgt insbesondere mindestens 100 nm und/oder höchstens 1000 nm.
  • Ein Abstand D1 zwischen benachbarten Emittersträngen 11 liegt bevorzugt bei mindestens 20 µm und/oder bei höchstens 100 µm, beispielsweise bei um 50 µm und ist damit vergleichsweise groß. Eine Breite D2 der Emitterstränge 11 beträgt bevorzugt mindestens 100 µm.
  • In 1C ist gezeigt, dass eine Passivierungsschicht 4 erzeugt wird. Die Passivierungsschicht 4 ist beispielsweise aus Siliziumdioxid und verfügt über eine Dicke insbesondere zwischen 100 nm und 500 nm. Die vergleichsweise dünne Passivierungsschicht 4 lässt das Aufwachssubstrat 2 stellenweise in den Lücken 12 frei. Ebenso ist der Streifenwellenleiter 35 frei von der Passivierungsschicht 4, sodass dort ein Wellenleiterkontakt 51 an einer Halbleiterkontaktschicht gebildet wird.
  • Gemäß 1D werden Metallschichten 50 erzeugt, die auf der Passivierungsschicht 4 sowie auf den Wellenleiterkontakten 51 liegen. In der linken Seite der 1D ist gezeigt, dass mehrere Metallschichten 50a, 50b, 50c vorhanden sind. Die Metallschicht 50a ist auf den Wellenleiterkontakt 51 beschränkt. Bei der Metallschicht 50a handelt es sich beispielsweise um eine Platinschicht. Die übrigen Metallschichten 50b, 50c verlaufen deckungsgleich zueinander von dem Streifenwellenleiter 35 aus bis in die Lücken 12. Die Metallschichten 50b, 50c sind beispielsweise aus Titan, Platin, Palladium oder Gold. Demgegenüber ist in 1D, rechte Seite, lediglich eine einzige Metallschicht 50 vorhanden. Die Konfiguration in der linken Hälfte der 1D ist bevorzugt.
  • Um elektrische Kurzschlüsse zu vermeiden, erstreckt sich die Metallschicht 50 nicht durchgehend über die Emitterstränge 11 hinweg. Ein Abstand D4 zwischen den Metallschichten 50 benachbarter Emitterstränge 11 liegt bevorzugt bei mindestens 2 µm oder 5 µm und/oder bei höchstens 20 µm oder 10 µm. Eine Breite D3, innerhalb der die Metallschicht 50 mit dem Aufwachssubstrat 2 in Kontakt steht, liegt bevorzugt bei mindestens 10 µm und/oder bei höchstens 40 µm. Eine Dicke der Metallschichten 50a, 50b, 50c zusammengenommen oder der Metallschicht 50 beträgt zum Beispiel mindestens 0,3 µm und/oder höchstens 5 µm.
  • Im Schritt der 1E wird eine Füllschicht 70 erzeugt, beispielsweise aus Siliziumdioxid. Über die Füllschicht 70 wird eine Planarisierung erreicht. Eine Höhe H3, mit der die Füllschicht 70 die Metallschicht 50 überragt, beträgt bevorzugt mindestens 0,2 µm oder 0,5 µm und/oder höchstens 2 µm oder 1 µm.
  • Beispielsweise über Direktbonden wird flächig auf die Füllschicht 70 ein Hilfsträger 71, insbesondere aus Silizium, aufgebracht.
  • In 1F ist das Aufwachssubstrat 2 entfernt. Das Entfernen des Aufwachssubstrats 2 erfolgt bevorzugt über Schleifen und nasschemisches Ätzen, wobei die Ätzstoppschicht 22 bevorzugt das Ätzen stoppt. Nach dem Entfernen des Aufwachssubstrats 2 kann auch die Ätzstoppschicht 22 entfernt werden. Alternativ kann die Ätzstoppschicht 22 an der übrigen Halbleiterschichtenfolge 3 verbleiben.
  • Damit wird gegenüber dem Wellenleiterkontakt 51 je ein Unterseitenkontakt 52 gebildet. Die Passivierungsschicht 4 kann die Unterseitenkontakte 52 in Richtung weg von den Wellenleiterkontakten 51 überragen.
  • Im Schritt der 1G wird an den Unterseitenkontakten 52 jeweils eine Kontaktschicht 54 erzeugt. Bei der Kontaktschicht 54 kann es sich um eine einzige Schicht handeln, siehe die linke Seite in 1G, oder, bevorzugt, um einen Schichtenstapel, siehe die rechte Seite in 1G. die Kontaktschicht 54 ist bevorzugt eine metallische Schicht oder ein metallischer Schichtenstapel.
  • Nachfolgend wird eine Planarisierungsschicht 73 aufgebracht, die die Kontaktschicht 54 sowie die Passivierungsschicht 4 und auch die Metallschicht 50 vollständig und plan bedeckt. Die Planarisierungsschicht 73 ist elektrisch isolierend und beispielsweise aus Siliziumdioxid.
  • Daraufhin wird, siehe 1H, ein Träger 6 angebracht. Der Träger 6 wird bevorzugt über Direktbonden an der Planarisierungsschicht 73 befestigt. Bei dem Träger 6 handelt es sich bevorzugt um einen dotierten oder auch um einen undotierten Siliziumträger. Der Träger 6 weist nach einem optionalen Dünnungsprozess beispielsweise eine Dicke zwischen 60 µm und 250 µm auf.
  • Gemäß 1I werden durch den Träger 6 hindurch mehrere elektrische Durchkontaktierungen 53 erzeugt. Über die Durchkontaktierungen 53 wird einerseits die Metallschicht 50 und damit die Wellenleiterkontakte 51 elektrisch kontaktiert. Zum anderen werden die Kontaktschichten 54 an den Unterseitenkontakten 52 elektrisch angeschlossen. Durch die Durchkontaktierungen 53 werden auch elektrische Kontaktflächen 55 zur externen elektrischen Kontaktierung gebildet.
  • Der Hilfsträger kann im Schritt der 1I bereits entfernt sein oder auch, anders als dargestellt, noch vorhanden sein.
  • In 1J ist exemplarisch eine der Durchkontaktierungen 53 detaillierter gezeichnet. Insbesondere als Zylindermantel ist eine elektrische Isolierung 56 vorhanden, beispielsweise aus Siliziumdioxid. Eine Dicke der Isolierung 76 liegt beispielsweise zwischen 10 nm und 500 nm, bevorzugt um 100 nm. Innen an der Isolierung 76 wird eine erste Saatschicht 77 erzeugt, beispielsweise mittels Sputtern oder CVD (Chemische Gasphasenabscheidung). Die erste Saatschicht 77 ist etwa aus Wolfram, Tantal, Titan, Titannitrid, Tantalnitrid, Kupfer oder Titanwolframnitrid.
  • Ausgehend von der ersten Saatschicht 77 wird eine Füllung 78 erzeugt, beispielsweise galvanisch oder über CVD. Die Füllung 78 kann den Bereich innerhalb der Isolierung 76 vollständig oder auch nur teilweise, insbesondere in Form eines Zylindermantels, ausfüllen. Die Füllung 78 ist beispielsweise aus Wolfram, Kupfer oder Nickel.
  • Entsprechend wird senkrecht dazu eine zweite Saatschicht 79 erzeugt, auf die die elektrischen Kontaktflächen 55 aufgebracht werden. Über die Kontaktflächen 55 ist das fertige Halbleiterbauteil 1 extern elektrisch kontaktierbar.
  • In 1K ist gezeigt, dass an der Füllschicht 70 eine Expansionsfolie 8 aufgebracht wird.
  • In 1L ist eine Aufsicht auf die Kontaktflächen 55 gezeigt, sowie, durch die Pfeile und Strich-Linien markiert, zwei zugehörige Schnittdarstellungen. Der Träger 6 ist entlang von Gitternetzlinien entfernt. Hierdurch werden einzelne Emittereinheiten 13 definiert. Pro Emittereinheit 13 sind beispielsweise zwei der Kontaktflächen 55 vorhanden.
  • Somit werden die Emitterstränge 11, die von den Lücken 12 separiert sind, in Längsrichtung je in mehrere der Emittereinheiten 13 unterteilt. Dabei verlaufen die Emitterstränge 11 gemäß 1L noch durchgehend von links nach rechts, ebenso wie die Lücken 12, also parallel zu Resonatorachsen 37 der Halbleiterbauteile 1. Das heißt, die Halbleiterschichtenfolge 3 ist im Bereich der Emitterstränge 11 gemäß 1L noch nicht unterteilt. Dies ist in der Schnittdarstellung in 1L oben rechts zu erkennen. Der Schnittdarstellung in 1L oben links ist zu entnehmen, dass der Träger 6 zwischen benachbarten Emittersträngen 11 im Bereich der Lücken 12 zerteilt ist. Damit wird eine Vielzahl von beispielsweise rechteckigen Teilbereichen des Trägers 6 erzeugt, je ein Teilbereich für jedes Halbleiterbauteil 1.
  • Daraufhin erfolgt ein Vereinzeln zu den Halbleiterbauteilen 1 über Brechen, sodass die Emitterstränge 11 in die Emittereinheiten 13 unterteilt werden. Weiterhin erfolgt eine Expansion über die Expansionsfolie 8, siehe 1M.
  • Das Brechen ist in 1N näher erläutert. Entlang der Emitterstränge 11 wird zwischen den Teilgebieten des Trägers 6 für die noch zusammenhängenden Emittereinheiten 13 ein Werkzeug wie ein Brechmesser 85 angesetzt, wodurch mittels Brechen Facetten 31 erzeugt werden.
  • Dadurch, dass der Träger 6 zuvor im Bereich der Facetten 31 entfernt wurde, steht die Halbleiterschichtenfolge 3 an den Facetten 31 über den jeweils zugehörigen Träger 6 über. Ein Überstand E liegt beispielsweise bei ungefähr 5 µm. bevorzugt sind auch die Metallschicht 50 und die in 1N nicht gezeichneten Kontaktschichten 54 von den Facetten 51 zurückversetzt, beispielsweise um mindestens 1 µm oder 2 µm und/oder um höchstens 10 µm oder 3 µm. Weiterhin reichen auch die Kontaktflächen 55 nicht bis an die Facetten 31.
  • In 2 ist eine Abwandlung gezeigt. Gemäß 2 erfolgt das Brechen mit dem Werkzeug 85, wenn das Aufwachssubstrat 2 sowie Metallisierungen 65 noch vorhanden sind. Damit muss beim Verfahren, wie in Verbindung mit 2 illustriert, auch das Aufwachssubstrat 2 sowie die Metallisierungen 65 zerteilt werden. Dies bedeutet einen erhöhten Aufwand und führt zu einem Risiko eines größten Ausschusses beim Erstellen der Facetten.
  • In 3 ist ein fertiges Halbleiterbauteil 1 in montiertem Zustand an einer Montageplattform 9 gezeigt. Das Halbleiterbauteil 1 ist oberflächenmontierbar und bonddrahtfrei angeschlossen.
  • Demgegenüber ist bei der Abwandlung der 4 ein Bonddraht 91 nötig, um die elektrische Kontaktierung an der Montageplattform 9 zu erreichen.
  • Beim Ausführungsbeispiel der 5 sind mehrere der Emittereinheiten 13 monolithisch in der Füllschicht und an dem zusammenhängenden Träger 6 integriert. Das Halbleiterbauteil 1 weist somit mehrere der Emittereinheiten 13 auf. Über die Durchkontaktierungen 53 und die Kontaktflächen 55 können die einzelnen Emittereinheiten 13 elektrisch unabhängig voneinander kontaktiert werden. Zwischen benachbarten Emittereinheiten 11 befinden sich die Lücken 12, die mit dem Füllmaterial 70 aufgefüllt sind.
  • Demgegenüber sind in 6 mehrere der Halbleiterbauteile 1, wie etwa in 3 gezeigt, einzeln und platzsparend auf der Montageplattform 9 angebracht.
  • In 7 ist illustriert, dass die Emittereinheiten 13 über die Kontaktflächen 55b, die sich zwischen benachbarte Emittereinheiten 13 erstrecken, elektrisch in Serie geschaltet sind. Anodenkontakte und Kathodenkontakte werden durch die randständigen Kontaktflächen 55a, 55c gebildet.
  • Eine elektrische Parallelschaltung dagegen lässt sich etwa erzielen, dass sich die Metallschicht 50 durchgehend über alle Emitterbereiche 13 erstreckt und die Durchkontaktierungen 53, 55 entsprechend gestaltet sind.
  • In den bisherigen Ausführungsbeispielen ist entlang der Emitterstränge 11 pro Emittereinheit 13 nur eine der Durchkontaktierungen 53 vorhanden, siehe auch 1N. Ferner ist in Querrichtung, senkrecht zu den Emittersträngen 11, für den Unterseitenkontakt 52 sowie den Wellenleiterkontakt 51 ebenfalls je nur eine Durchkontaktierung 53 vorhanden, sodass wie in 6 gezeigt in Querrichtung pro Emittereinheit 13 genau zwei Durchkontaktierungen vorliegen. Diese Konfiguration ist nicht zwingend. So können beispielsweise in Querrichtung zwei Durchkontaktierungen pro Emittereinheit 13 für die Metallschicht 50 vorhanden sein, siehe 8A. Die äußeren Durchkontaktierungen 53 sowie die Metallschicht 50 sind bevorzugt symmetrisch zu der Halbleiterschichtenfolge 3 mit dem Streifenwellenleiter 35 angeordnet.
  • In den bisherigen Ausführungsbeispielen handelt es sich bei dem Halbleiterbauteil 1 jeweils um einen kantenemittierenden Stegwellenleiterlaser. Dies ist nicht zwingend erforderlich, siehe 8B. So kann das Halbleiterbauteil 1 auch als gering geführter Laser ohne Stegwellenleiter gestaltet sein.
  • Die in Verbindung mit den 8A und 8B dargestellte Art der Kontaktierung kann auch in allen anderen Ausführungsbeispielen entsprechend herangezogen werden.
  • In 9 sind verschiedene Konfigurationen für die Durchkontaktierungen 53 sowie die elektrischen Kontaktflächen 55 gezeigt. Diese Bauformen können in gleicher Weise für die Ausführungsbeispiele der 1 bis 8 angewendet werden.
  • Gemäß 9A sind längs der Resonatorachsen 37, also längs der Emitterstränge 11 und senkrecht zu den Facetten 31 mehrere der Durchkontaktierungen 53 vorhanden. Dies gilt für beide Kontaktflächen 55.
  • Demgegenüber, siehe 9B, sind die Durchkontaktierungen 53 nicht näherungsweise kreisförmig, in Draufsicht gesehen, sondern langgestreckt gestaltet. Pro Kontaktfläche 55 ist in diesem Fall beispielsweise genau eine der Durchkontaktierungen 53 vorhanden, die sich jedoch über einen Großteil der Kontaktflächen 55 entlang der Resonatorachse 37 hinweg erstreckt.
  • In 9C ist die Kontaktfläche 55 für den Wellenleiterkontakt 51 in mehrere Teilbereiche 56 unterteilt. Auch die Metallschicht, in 9C nicht gezeichnet, kann entsprechend unterteilt sein. Beispielsweise ist pro Teilbereich 56 eine der Durchkontaktierungen 53 vorhanden. Damit kann die Halbleiterschichtenfolge 3 längs der Resonatorachse 37 in den Teilbereichen 56 jeweils unabhängig voneinander angesteuert werden.
  • In 9D ist eine Konfiguration der Kontaktflächen 55 insbesondere für den Fall gezeigt, dass in Querrichtung mehrere Anschlüsse für die Metallschicht 50 vorhanden sind, vergleiche 8A oder 8B. Beispielsweise ist die Kontaktfläche 55 für die beiden äußeren Durchkontaktierungen 53 für den Wellenleiterkontakt 51 U-förmig oder auch, abweichend von der Darstellung in 9D, rahmenförmig gestaltet. Die innenliegende Kontaktfläche 55, beispielsweise für den Unterseitenkontakt 52, kann rechteckig ausgeführt sein.
  • Die in den Figuren gezeigten Komponenten folgen, sofern nicht anders kenntlich gemacht, bevorzugt in der angegebenen Reihenfolge jeweils unmittelbar aufeinander. Sich in den Figuren nicht berührende Schichten sind bevorzugt voneinander beabstandet. Soweit Linien parallel zueinander gezeichnet sind, sind die entsprechenden Flächen bevorzugt ebenso parallel zueinander ausgerichtet. Ebenfalls, soweit nicht anders kenntlich gemacht, sind die relativen Positionen der gezeichneten Komponenten zueinander in den Figuren korrekt wiedergegeben.
  • Die hier beschriebene Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    optoelektronisches Halbleiterbauteil
    11
    Emitterstrang
    12
    Lücke
    13
    Emittereinheit
    2
    Aufwachssubstrat
    22
    Ätzstoppschicht
    3
    Halbleiterschichtenfolge
    30
    Seitenfläche der Halbleiterschichtenfolge
    31
    Facette
    33
    aktive Zone
    35
    Streifenwellenleiter
    37
    Resonatorachse
    4
    Passivierungsschicht
    50
    Metallschicht
    51
    Wellenleiterkontakt
    52
    Unterseitenkontakt
    53
    Durchkontaktierung
    54
    Kontaktschicht
    55
    elektrische Kontaktfläche
    56
    Teilbereich
    65
    Metallisierung
    6
    Träger
    70
    Füllschicht
    71
    Hilfsträger
    73
    Planarisierungsschicht
    74
    elektrische Isolationsschicht
    76
    elektrische Isolierung
    77
    erste Saatschicht
    78
    Füllung
    79
    zweite Saatschicht
    8
    Expansionsfolie
    85
    Brechmesser
    9
    Montageplattform
    91
    Bonddraht
    D
    Breite
    E
    Überstand
    H
    Höhe

Claims (19)

  1. Verfahren zur Herstellung von optoelektronischen Halbleiterbauteilen (1) mit den Schritten: A) Aufwachsen einer Halbleiterschichtenfolge (3) zur Strahlungserzeugung auf ein Aufwachssubstrat (2), B) Strukturieren der Halbleiterschichtenfolge (3) zu Emittersträngen (11), sodass die Halbleiterschichtenfolge (3) in Lücken (12) zwischen benachbarten Emittersträngen (11) entfernt wird, C) Aufbringen einer Passivierungsschicht (4), wobei die Halbleiterschichtenfolge (3) an dem Aufwachssubstrat (2) abgewandten Wellenleiterkontakten (51) und die Lücken (12) zumindest teilweise frei bleiben, D) Erzeugen mindestens einer Metallschicht (50), die von den Wellenleiterkontakten (51) bis in die Lücken (12) reicht, E) Ersetzen des Aufwachssubstrats (2) durch einen Träger (6), F) Erstellen von Durchkontaktierungen (53) im Träger (6), sodass die Metallschicht (50) und dem Träger (6) zugewandte Unterseitenkontakte (52) der Halbleiterschichtenfolge (3) elektrisch kontaktiert werden sowie Entfernen des Trägers (6) zwischen zumindest einigen der Emitterstränge (11) und zwischen entlang der Emitterstränge (11) aufeinanderfolgenden Emittereinheiten (13), und G) Brechen der Halbleiterschichtenfolge (3) zwischen den Emittereinheiten (13), sodass Facetten (31) entstehen.
  2. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei - die Halbleiterbauteile (1) kantenemittierende Laser sind, - die Passivierungsschicht (4) direkt auf die Halbleiterschichtenfolge (3) und die Metallschicht (50) direkt auf die Passivierungsschicht (4) aufgebracht werden, und - die Metallschicht (50) Seitenflächen (30) der Emitterstränge (11) nachformt.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem mindestens ein Teil der Facetten (4) zu einer Strahlungsauskopplung aus den fertigen Halbleiterbauteilen (1) eingerichtet ist, wobei die Facetten (4) nach dem Schritt G) um mindestens 2 µm und µm höchstens 50 µm über den zugehörigen Träger (6) überstehen.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem vor dem Schritt C) an einer dem Aufwachssubstrat (2) abgewandten Seite der Halbleiterschichtenfolge (3) Streifenwellenleiter (35) erzeugt werden, die zu einer eindimensionalen Strahlungsführung in Richtung parallel zu den Emittersträngen (11) eingerichtet sind, wobei sich die Wellenleiterkontakte (51) je an dem zugehörigen Streifenwellenleiter (35) befinden.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem eine dem Aufwachssubstrat (2) abgewandte Seite der Halbleiterschichtenfolge (3) im Bereich einer Bestromungsbreite einer aktiven Zone (33) der Halbleiterschichtenfolge (3) plan ist, sodass die fertigen Halbleiterbauteile (1) gewinngeführte Laser sind.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zwischen den Schritten D) und E) - eine Füllschicht (70) erzeugt wird, die die Lücken (12) auffüllt, sodass eine dem Aufwachssubstrat (2) abgewandte Seite der Füllschicht (70) plan ist, und nachfolgend - auf die Füllschicht (70) ein Hilfsträger (71) angebracht wird.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem vor oder mit dem Schritt A) zwischen der Halbleiterschichtenfolge (3) und dem Aufwachssubstrat (2) eine Ätzstoppschicht (22) erzeugt wird, wobei die Ätzstoppschicht (22) im Schritt B) aus den Lücken (12) entfernt wird und verbleibende Reste der Ätzstoppschicht (22) im Schritt E) zwischen einem Ablösen des Aufwachssubstrats (2) und einem Anbringen des Trägers (6) entfernt werden.
  8. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei nach dem Entfernen der Reste der Ätzstoppschicht (22) und vor dem Anbringen des Trägers (6) - an den Unterseitenkontakten (52) je mindestens eine Kontaktschicht (54) erzeugt wird, und - die Kontaktschichten (54) mit einer Planarisierungsschicht (73) abgedeckt werden.
  9. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Träger (6) mittels Direktbonden unmittelbar und flächig auf der Planarisierungsschicht (73) angebracht wird und nachfolgend der Zwischenträger (71) entfernt wird.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem sich die Metallschicht (50) je beiderseits der Emitterstränge (11) von den jeweiligen Wellenleiterkontakten (51) bis in die angrenzenden Lücken (12) erstreckt, sodass die Emitterstränge (11) im Bereich der Halbleiterschichtenfolge (3) im Querschnitt gesehen symmetrisch von der Metallschicht (50) umgeben sind.
  11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem pro Emittereinheit (13) in Richtung senkrecht zu den Emittersträngen (11) genau zwei der Durchkontaktierungen (53) erstellt werden.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem pro Emittereinheit (13) in Richtung senkrecht zu den Emittersträngen (11) drei der Durchkontaktierungen (53) erstellt werden, wobei sich die Durchkontaktierung (53) für die Unterseitenkontakte (52) je mittig zwischen den beiden Durchkontaktierungen (53) für die Wellenleiterkontakte (51) befindet.
  13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem pro Emittereinheit (13) in Richtung parallel zu den Emittersträngen (11) je Unterseitenkontakt (52) und je Wellenleiterkontakt (51) nur eine Durchkontaktierung (53) vorgesehen ist.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem pro Emittereinheit (13) in Richtung parallel zu den Emittersträngen (11) je Unterseitenkontakt (52) und/oder je Wellenleiterkontakt (51) mehrere der Durchkontaktierungen (53) vorgesehen sind.
  15. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei entlang der Emitterstränge (11) pro Emittereinheit (13) die Metallschicht (50) und/oder die Wellenleiterkontakte (51) in mehrere elektrisch unabhängig voneinander ansteuerbare Teilbereiche (56) unterteilt ist.
  16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem sich die Metallschicht (50) längs der Emitterstränge (11) je zu mindestens 90 % entlang der Emittereinheiten (13) erstreckt.
  17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Halbleiterschichtenfolge (3) auf InAlGaAs basiert, das Aufwachssubstrat (2) ein GaAs-Substrat ist und der Träger (6) ein Silizium-Substrat ist.
  18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem mehrere der Emittereinheiten (13) in Richtung senkrecht zu den Emittersträngen (11) elektrisch in Serien verschaltet werden, wobei nur zwischen in Serie geschalteten Emittereinheiten (13) der Träger (6) im Schritt F) zwischen benachbarten Emittersträngen (11) verbleibt.
  19. Oberflächenmontierbares optoelektronisches Halbleiterbauteil (1), das mit einem Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche hergestellt ist, aufweisend: - einen Träger (6), in dem sich mehrere elektrische Durchkontaktierungen (53) befinden, - eine Halbleiterschichtenfolge (3) auf dem Träger (6) mit einer aktiven Zone (33) zur Strahlungserzeugung, - eine Passivierungsschicht (4), die Seitenflächen (30) der Halbleiterschichtenfolge (3) vollständig bedeckt und die einen dem Träger (6) abgewandten Wellenleiterkontakt (51) zumindest teilweise frei lässt, - mindestens eine Metallschicht (50), die von dem Wellenleiterkontakt (51) bis zum Träger (6) reicht, wobei - die Durchkontaktierungen (53) die Metallschicht (50) und einen dem Träger (6) zugewandten Unterseitenkontakt (52) der Halbleiterschichtenfolge (3) elektrisch kontaktieren, - eine Facette (31) der Halbleiterschichtenfolge (3) zur Strahlungsauskopplung über den Träger (6) über steht, und - die Metallschicht (50) die Seitenflächen (30) nachformt, sodass ein mittlerer Abstand zwischen der Metallschicht (50) und der Halbleiterschichtenfolge (3) bei höchstens 1 µm liegt.
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