DE102018106970A1

DE102018106970A1 - Optoelektronisches Halbleiterbauelement und Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements

Info

Publication number: DE102018106970A1
Application number: DE102018106970.7A
Authority: DE
Inventors: Christian Müller; Dominik Scholz; Joachim Hertkorn
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2018-03-23
Filing date: 2018-03-23
Publication date: 2019-09-26
Also published as: US11404471B2; WO2019180192A1; US20210028223A1

Abstract

Es wird ein optoelektronisches Halbleiterbauelement mit einem Halbleiterkörper umfassend einen ersten Bereich eines n-Leitungstyps, einen zweiten Bereich eines p-Leitungstyps, einen aktiven Bereich, der zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung geeignet ist, eine Markierungsschicht, einer Mehrzahl von Emissionsbereichen und einer Mehrzahl von Aussparungen angegeben. Der aktive Bereich ist zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich in einer Ebene parallel zur Haupterstreckungsebene des Halbleiterkörpers angeordnet. Die Emissionsbereiche sind getrennt voneinander ansteuerbare Bereiche des aktiven Bereichs und lateral beabstandet zueinander angeordnet. Die Aussparungen begrenzen die Emissionsbereiche in lateraler Richtung. Die Markierungsschicht ist parallel zur Haupterstreckungsebene des Halbleiterkörpers ausgerichtet. Die Aussparungen erstrecken sich ausgehend von der dem aktiven Bereich abgewandten Seite des ersten Bereichs quer zur Haupterstreckungsebene des Halbleiterkörpers in Richtung des zweiten Bereichs und grenzen an die Markierungsschicht an oder durchdringen die Markierungsschicht vollständig. Die Aussparungen sind nur im ersten Bereich ausgebildet oder die Aussparungen erstrecken sich bis in den zweiten Bereich und durchdringen den aktiven Bereich vollständig. Weiterhin wird ein Verfahren zur Herstellung des optoelektronischen Halbleiterbauelements angegeben.

Description

Es wird ein optoelektronisches Halbleiterbauelement und ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements angegeben. Bei dem optoelektronischen Halbleiterbauelement kann es sich insbesondere um ein strahlungsemittierendes optoelektronisches Halbleiterbauelement handeln, das im Betrieb elektromagnetische Strahlung, zum Beispiel Licht, emittiert.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein optoelektronisches Halbleiterbauelement anzugeben, das verbesserte optische Eigenschaften aufweist.
Eine weitere zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements anzugeben, das eine vereinfachte Herstellung ermöglicht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements umfasst das optoelektronische Halbleiterbauelement einen Halbleiterkörper mit einem ersten Bereich eines n-Leitungstyps, einen zweiten Bereich eines p-Leitungstyps und einen aktiven Bereich, der zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung geeignet ist.
Der aktive Bereich ist zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich in einer Ebene parallel zur Haupterstreckungsebene des Halbleiterkörpers angeordnet und umfasst bevorzugt einen pn-Übergang, eine Doppelheterostruktur, eine Einfachquantentopfstruktur (SQW, single quantum well) oder, besonders bevorzugt, eine Mehrfachquantentopfstruktur (MQW, multi quantum well) zur Strahlungserzeugung. Die Haupterstreckungsebene des Halbleiterkörpers verläuft quer, bevorzugt senkrecht zur Stapelrichtung des Halbleiterkörpers. Die Bereiche des Halbleiterkörpers werden vorzugsweise epitaktisch aufgewachsen.
Die Ausbildung eines p-Leitungstyps oder eines n-Leitungstyps erfolgt vorzugsweise mittels einer Dotierung des Halbleitermaterials mit einem p-leitenden Material wie beispielsweise Bor, Indium, Magnesium oder Aluminium beziehungsweise mit einem n-leitenden Material wie beispielsweise Silizium, Magnesium, Phosphor, Arsen oder Antimon.
Vorzugsweise basiert der Halbleiterkörper auf einem Nitrid-Verbindungshalbleiter. „Auf Nitrid-Verbindungshalbleitern basierend“ bedeutet im vorliegenden Zusammenhang, dass die aktive Epitaxie-Schichtenfolge oder zumindest eine Schicht davon ein Nitrid-III/V-Verbindungshalbleitermaterial, vorzugsweise A1_nGa_mIn_1-n-mN umfasst, wobei 0 ≤ n ≤ 1, 0 ≤ m ≤ 1 und n+m ≤ 1. Dabei muss dieses Material nicht zwingend eine mathematisch exakte Zusammensetzung nach obiger Formel aufweisen. Vielmehr kann es einen oder mehrere Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen, die die charakteristischen physikalischen Eigenschaften des A_1nGa_mIn_1-n-mN-Materials im Wesentlichen nicht ändern. Der Einfachheit halber beinhaltet obige Formel jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters (Al, Ga, In, N), auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt sein können.
Weiter bevorzugt wird bei einem auf einem Nitrid-Verbindungshalbleiter basierenden Halbleiterkörper ein p-Leitungstyp durch Dotierung mit Magnesium und/oder ein n-Leitungstyp durch Dotierung mit Silizium ausgebildet.
Ferner umfasst das optoelektronische Halbleiterbauelement eine Markierungsschicht, eine erste Hauptseite, eine zweite Hauptseite, eine Mehrzahl von Emissionsbereichen und eine Mehrzahl von Aussparungen.
Die Markierungsschicht ist parallel zur Haupterstreckungsebene des Halbleiterkörpers ausgerichtet und insbesondere innerhalb des Halbleiterkörpers beispielsweise im ersten Bereich angeordnet. Die Markierungsschicht dient insbesondere in einem Ätzverfahren zur exakten Bestimmung der Ätztiefe. Beim Erreichen der Markierungsschicht verändert sich das Ätzverhalten und/oder es ergibt sich ein messbares Signal, aufgrund dessen die Ätztiefe auf die Markierungsschicht eingestellt werden kann.
Die Emissionsbereiche bezeichnen getrennt voneinander ansteuerbare Bereiche des aktiven Bereichs und sind lateral zueinander beabstandet angeordnet. Die Emissionsbereiche unterteilen den Chip in Pixel. Jeder Emissionsbereich ist separat elektrisch ansteuerbar.
Die Aussparungen begrenzen die Emissionsbereiche in lateraler Richtung und erstrecken sich quer, bevorzugt senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der Haupterstreckungsebene des Halbleiterkörpers. Die Grenzflächen der Aussparungen stellen einen Brechungsindexsprung für elektromagnetische Strahlung innerhalb des Halbleiterkörpers dar und vermindern so das Übersprechen von benachbarten Emissionsbereichen.
Die erste Hauptseite begrenzt den Halbleiterkörper auf der dem aktiven Bereich abgewandten Seite des ersten Bereichs und ist zur Auskopplung von elektromagnetischer Strahlung aus dem Halbleiterkörper vorgesehen. Zur Verbesserung der Auskoppeleffizienz der ersten Hauptseite weist die erste Hauptseite eine Aufrauhung oder eine Strukturierung auf. Diese Strukturierung kann beispielsweise in Form kleiner Pyramiden ausgeführt sein. Bedingt durch die Aufrauhung oder Strukturierung der Oberfläche der ersten Hauptfläche vermindert sich der Wellenleitereffekt des Halbleiterkörpers, womit sich die Auskoppeleffizienz vorteilhaft erhöht. Der Wellenleitereffekt beruht auf der an parallelen transparenten Grenzflächen auftretenden Totalreflexion von elektromagnetischer Strahlung.
Die zweite Hauptseite begrenzt den Halbleiterkörper auf der dem aktiven Bereich abgewandten Seite des zweiten Bereichs und ist vorzugsweise für die Montage des optoelektronischen Halbleiterbauelements auf beispielsweise einem weiteren Anschlussträger vorgesehen.
Die Aussparungen grenzen an die Markierungsschicht an oder durchdringen die Markierungsschicht, vorzugsweise vollständig. Um die Markierungsschicht als Tiefenbegrenzung bei einem Ätzvorgang nutzen zu können, muss die Tiefe der zu erzeugenden Aussparungen mindestens die Markierungsschicht erreichen oder die Markierungsschicht durchdringen. Die Markierungsschicht enthält ein Material oder eine Materialzusammensetzung, die sich von dem die Markierungsschicht umgebenden Material unterscheidet.
Die Aussparungen sind nur im ersten Bereich ausgebildet oder erstrecken sich bis in den zweiten Bereich und durchdringen den aktiven Bereich vollständig. Mit anderen Worten, die Aussparungen können den aktiven Bereich vollständig durchdringen und sich über den ersten und den zweiten Bereich erstrecken oder nur innerhalb des ersten Bereichs ausgebildet sein und den aktiven Bereich unberührt lassen. Das vollständige Durchdringen des aktiven Bereichs ermöglicht vorteilhaft eine bessere optische Isolation der Emissionsbereiche voneinander. Wird andererseits eine Durchdringung des aktiven Bereichs vermieden, so ergeben sich vorteilhaft weniger Defektstellen innerhalb des aktiven Bereichs, an denen unerwünschte nichtstrahlende Rekombination auftreten können.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements umfasst das optoelektronische Halbleiterbauelement

- einen Halbleiterkörper umfassend einen ersten Bereich eines n-Leitungstyps, einen zweiten Bereich eines p-Leitungstyps, einen aktiven Bereich, der zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung geeignet ist, eine Markierungsschicht,
- eine erste Hauptseite, eine zweite Hauptseite, eine Mehrzahl von Emissionsbereichen und eine Mehrzahl von Aussparungen, wobei
- der aktive Bereich zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich in einer Ebene parallel zur Haupterstreckungsebene des Halbleiterkörpers angeordnet ist,
- die Emissionsbereiche getrennt voneinander ansteuerbare Bereiche des aktiven Bereichs sind und lateral beabstandet zueinander angeordnet sind,
- die Aussparungen die Emissionsbereiche in lateraler Richtung begrenzen,
- die erste Hauptseite den Halbleiterkörper auf der dem aktiven Bereich abgewandten Seite des ersten Bereichs begrenzt und zur Auskopplung von elektromagnetischer Strahlung aus dem Halbleiterkörper vorgesehen ist,
- die erste Hauptseite eine Aufrauhung oder eine Strukturierung aufweist,
- die zweite Hauptseite den Halbleiterkörper auf der dem aktiven Bereich abgewandten Seite des zweiten Bereichs begrenzt,
- die Markierungsschicht parallel zur Haupterstreckungsebene des Halbleiterkörpers ausgerichtet ist,
- sich die Aussparungen ausgehend von der ersten Hauptseite quer zur Haupterstreckungsebene des Halbleiterkörpers in Richtung der zweiten Hauptseite erstrecken und an die Markierungsschicht angrenzen oder die Markierungsschicht vorzugsweise vollständig durchdringen, und wobei
- die Aussparungen nur im ersten Bereich ausgebildet sind oder sich die Aussparungen bis in den zweiten Bereich erstrecken und den aktiven Bereich vollständig durchdringen.

Das hier beschriebene optoelektronische Halbleiterbauelement macht unter anderem von der Idee Gebrauch, neben der elektrischen Isolation der Emissionsbereiche voneinander auch eine optische Isolation der einzelnen Emissionsbereiche zu verwenden, um ein optoelektronisches Halbleiterbauelement mit einem verbesserten Kontrast zu erhalten. Dies geschieht beispielsweise durch das Einbringen von Aussparungen und weitergehend durch das Befüllen dieser Aussparungen mit vorzugsweise reflektivem Material.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements ist in den Aussparungen ein optischer Isolator angeordnet, der mit einem Metall und/oder einem Dielektrikum gebildet ist und vorzugsweise eine hohe Reflektivität für eine mittlere Wellenlänge einer von dem optoelektronischen Halbleiterbauelement erzeugten und insbesondere von dem aktiven Bereich emittierten elektromagnetischen Strahlung aufweist. Der optische Isolator dient der optischen Isolation benachbarter Emissionsbereiche voneinander und verhindert das Übersprechen eines Emissionsbereichs in einen der benachbarten Emissionsbereiche. Eine hohe Reflektivität des optischen Isolators verhindert die unerwünschte Absorption von elektromagnetischer Strahlung und somit einen unerwünschten Verlust von elektromagnetischer Strahlung. Die Transparenz des Füllmaterials des optischen Isolators ist variabel festlegbar, wodurch sich das Übersprechen der Emissionsbereiche gezielt auf einen gewünschten Wert einstellen lässt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements ist der optische Isolator mit einem der folgenden Materialien gebildet oder besteht daraus: Kupfer, Nickel, Gold, Silber oder Aluminium. Diese Materialien zeichnen sich vor allem durch eine hohe Reflektivität für elektromagnetische Strahlung aus.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements ist der optische Isolator mit einem der folgenden Materialien gebildet oder besteht daraus: Siliziumoxid, Titanoxid, Tantaloxid, Siliziumnitrid, Siliziumoxinitrid oder Nioboxid.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements ist der optische Isolator als dielektrischer Spiegel ausgeführt. Ein dielektrischer Spiegel ist eine Abfolge von dielektrischen Schichten mit definierter optischer Dicke und jeweils unterschiedlichem Brechungsindex. Bedingt durch die Brechungsindexsprünge an den Grenzflächen der unterschiedlichen Materialien wirkt der Schichtenstapel als reflektive Schicht für eine Wellenlänge für die die gewählten optischen Schichtdicken eine konstruktive Interferenz ergeben. Der optische Isolator kann also auch aus mehreren aufeinander folgenden Schichten bestehen, deren Haupterstreckungsrichtung quer, bevorzugt senkrecht zur Haupterstreckungsebene des Halbleiterkörpers orientiert ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements enthält die Markierungsschicht Aluminium, Indium und/oder Stickstoff. Vorzugsweise basiert die Markierungsschicht auf Aluminiumindiumgalliumnitrid. Derartige Markierungsschichten zeigen ein vorteilhaft starkes Signal beispielsweise bei der Ätzung in einem Plasmaätzprozess. Dadurch ist es möglich, das Erreichen der Markierungsschicht bei einem Ätzprozess genau zu ermitteln, wodurch sich bei bekannter Anordnung der Markierungsschicht innerhalb des Halbleiterkörpers auf die erreichte Ätztiefe schließen lässt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements ist auf der zweiten Hauptseite jeweils zwischen den Aussparungen eine Mehrzahl von Spiegelschichten angeordnet, die parallel zur Haupterstreckungsebene des Halbleiterkörpers ausgerichtet sind. Diese Spiegelschichten sind beispielsweise mit Silber gebildet und weisen eine hohe Reflektivität für eine mittlere Wellenlänge einer von dem aktiven Bereich emittierten elektromagnetischen Strahlung auf. Dadurch kann das Abstrahlen von elektromagnetischer Strahlung in Richtung der zweiten Hauptseite verhindert werden und die Effizienz des Bauteils wird vorteilhaft erhöht. Aus einer Richtung senkrecht zur Haupterstreckungsebene des Halbleiterkörpers betrachtet gesehen sind die Spiegelschichten jeweils auf einen Emissionsbereich ausgerichtet. Mit anderen Worten, die Spiegelschichten sind derart angeordnet, dass sich zwischen zwei benachbarten Emissionsbereichen jeweils eine Lücke ergibt. Diese Anordnung vermindert vorteilhaft das Übersprechen von benachbarten Emissionsbereichen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements ist der Halbleiterkörper mit seiner zweiten Hauptseite auf einem funktionellen Bereich umfassend eine Mehrzahl von Schaltungselementen und/oder Kontaktstrukturen angeordnet. Der funktionelle Bereich übernimmt die Kontaktierung und kann auch Schaltungselemente aufweisen, die zur pixelgenauen Ansteuerung der Emissionsbereiche vorgesehen sind. Damit ist eine elektrisch getrennte Ansteuerung jedes Emissionsbereichs möglich. Weitergehend können beispielsweise Spiegelschichten in dem funktionellen Bereich eingebettet sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements wird zunächst in einem Schritt A) ein Halbleiterkörper bereitgestellt, umfassend einen ersten Bereich eines n-Leitungstyps, eine erste Hauptseite, einen aktiven Bereich der zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung geeignet ist, einen zweiten Bereich eines p-Leitungstyps, eine zweite Hauptseite und eine Markierungsschicht, wobei der aktive Bereich zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich angeordnet ist und sich die erste Hauptseite auf der dem aktiven Bereich abgewandten Seite des ersten Bereichs erstreckt und zur Auskopplung von elektromagnetischer Strahlung vorgesehen ist. Das Einbringen der Markierungsschicht in den Halbleiterkörper erfolgt beispielsweise während der Epitaxie oder nachträglich mittels Implantation oder Diffusion.
Danach folgt in einem Schritt B) das Einbringen einer Mehrzahl von Aussparungen ausgehend von der ersten Hauptseite in Richtung der zweiten Hauptseite zur Unterteilung des aktiven Bereichs in lateral voneinander beabstandete Emissionsbereiche. Dies geschieht mittels eines ersten Ätzprozesses und einer Ätztiefe, die so groß ist, dass die Aussparungen an die Markierungsschicht angrenzen oder die Markierungsschicht vollständig durchdringen. Der erste Ätzprozess umfasst vorzugsweise einen trockenchemischen Ätzprozess wie beispielsweise Plasmaätzen, Ionenstrahlätzen oder Elektronenstrahlätzen.
Weiter folgt in einem Schritt C) das Aufrauen der ersten Hauptseite mittels eines zweiten Ätzprozesses. Dieser zweite Ätzprozess kann beispielsweise nasschemisch, chemischmechanisch oder trockenchemisch erfolgen. Die Aufrauhung vermindert den Wellenleitereffekt innerhalb des Halbleiterkörpers und erhöht somit vorteilhaft die Auskoppeleffizienz der ersten Hauptseite.
Bei einer Abwandlung dieser Ausführungsform kann die Reihenfolge der Schritte auch vertauscht sein, wobei insbesondere ein Aufrauen gemäß Schritt C) vor dem Einbringen der Aussparungen gemäß Schitt B) erfolgen kann.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements wird zwischen Schritt B) und Schritt C) ein optischer Isolator in den Aussparungen eingebracht, der ein Metall und/oder ein Dielektrikum umfasst. Das Metall kann beispielsweise mittels Sputtern eingebracht werden. Ein Dielektrikum kann beispielsweise mittels eines CVD-Verfahrens oder eines PECVD-Verfahrens eingebracht werden. Bevorzugt ist das Material des optischen Isolators so gewählt, dass der zweite Ätzprozess eine geringere oder gleiche Abtragsrate bei dem Material des optischen Isolators zeigt, wie bei dem Material des Halbleiterkörpers an der ersten Hauptseite. Mit anderen Worten, das Material des optischen Isolators weist bevorzugt eine geringere Abtragsrate für den zweiten Ätzprozess in Schritt C) auf als das Material des ersten Bereichs des Halbleiterkörpers.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements wird das Dielektrikum mittels eines ALD-Verfahrens abgeschieden. ALD-Schichten (ALD: atomic layer deposition) können mittels eines ALD-Abscheideverfahrens, bei dem eine Monolage von Atomen abgeschieden wird, hergestellt werden. Die Abscheidung der Monolage kann durch Abscheidung von mehreren Submonolagen, beispielsweise mittels eines metallorganischen Precursors, wie Trimethylaluminium, erfolgen. Dabei verhindern die Methylgruppen mittels „sterischer Hinderung“ der einzelnen Liganden eine vollständige Monolage und bilden so zunächst eine Submonolage aus. Dieser Zyklus kann mehrere Male wiederholt werden, bis aus mehreren Submonolagen eine Monolage entsteht. Somit werden keine sich übereinanderstapelnde Atomlagen ausgebildet, sondern es wird nur eine einatomare Schicht auf einer Fläche abgeschieden. Der Vorteil einer solchen Monolage in Abscheidung ist eine sehr gute Bedeckung der Oberfläche und die Überformung selbst kleinster Partikel und Unebenheiten. Dadurch entsteht eine sehr dichte Schicht, die vorteilhaft eine gute Diffusionsbarriere darstellen kann. Die Ausbildung des Dielektrikums als ALD-Schicht ist insbesonders dann von Vorteil, wenn die Ätztiefe der Aussparung weiter geht als der aktive Bereich und der aktive Bereich somit verletzt wurde. Dabei wirkt die ALD-Schicht als eine Feuchtigkeitsbarriere, die den aktiven Bereich vor äußeren Umwelteinflüssen schützt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements wird nach dem Einbringen des optischen Isolators und vor Schritt C) überschüssiges Material des optischen Isolators von der ersten Hauptseite derart entfernt, dass das Material des optischen Isolators innerhalb der Aussparungen vollständig erhalten bleibt. Das Entfernen des überschüssigen Materials kann beispielsweise mittels eines CMP-Prozess (CMP: chemical mechanical polishing) erfolgen. Dabei ist es wichtig, dass die Abtragsrate des Halbleitermaterials größer oder gleich der Abtragsrate des Füllmaterials des optischen Isolators ist.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des optoelektronischen Halbleiterbauelements ergeben sich aus den folgenden, im Zusammenhang mit den in den Figuren dargestellten, Ausführungsbeispielen.
Es zeigen:

1 bis 5 schematische Querschnitte durch ein optoelektronisches Halbleiterbauelement gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel in verschiedenen Stadien seiner Herstellung,
6 einen schematischen Querschnitt durch ein optoelektronisches Halbleiterbauelement gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
7 einen schematischen Querschnitt durch ein optoelektronisches Halbleiterbauelement gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel.

Gleiche, gleichartige oder gleiche wirkende Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder für eine bessere Verständlichkeit übertrieben groß dargestellt sein.
1 zeigt ein optoelektronisches Halbleiterbauelement 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel in einem ersten Schritt eines Verfahrens zu seiner Herstellung. Das optoelektronische Halbleiterbauelement 1 umfasst einen Halbleiterkörper 10 mit einem ersten Bereich 101, einem zweiten Bereich 102, einem aktiven Bereich 103 und einer Markierungsschicht 120. Der Halbleiterkörper 10 ist auf der dem aktiven Bereich 103 abgewandten Seite des ersten Bereichs 101 durch eine erste Hauptseite A begrenzt und auf der dem aktiven Bereich 103 abgewandten Seite des zweiten Bereichs 102 durch eine zweite Hauptseite B begrenzt.
Das optoelektronische Halbleiterbauelement 1 ist in mehrere Emissionsbereiche 130 unterteilt. Der Halbleiterkörper 10 ist auf einem funktionellen Bereich 30 aufgebracht. Innerhalb des funktionellen Bereichs 30 befinden sich sowohl Kontaktelemente als auch Schaltungselemente, die zur Kontaktierung und/oder auch zur pixelgenauen Ansteuerung des jeweiligen Emissionsbereichs 130 der aktiven Schicht 103 bestimmt sind. Der funktionelle Bereich 30 ermöglicht die elektrisch getrennte Ansteuerung von jedem Emissionsbereich 130.
Zwischen dem Halbleiterkörper 10 und dem funktionellen Bereich 30 befindet sich eine Mehrzahl von Spiegelschichten 20, die insbesondere mit Silber gebildet oder als dielektrische Spiegel ausgeführt sind. Die Spiegelschichten 20 weisen eine hohe Reflektivität für elektromagnetische Strahlung auf. Der funktionelle Bereich 30 ist auf einem Träger 40 montiert. Der Träger 40 kann beispielsweise ein Halbleitermaterial umfassen und zur mechanischen Stabilisierung des optoelektronischen Halbleiterbauelements 1 dienen.
2 zeigt einen weiteren Schritt eines Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. In den Halbleiterkörper 10 ist eine Mehrzahl von Aussparungen 140 in dem ersten Bereich 101 eingebracht. Die Aussparungen 140 erstrecken sich ausgehend von der ersten Hauptseite A in Richtung der zweiten Hauptseite B und durchstoßen die Markierungsschicht 120 vollständig. Der aktive Bereich 103 bleibt jedoch unberührt von den Aussparungen 140. Das Einbringen der Aussparungen 140 erfolgt beispielsweise mittels eines trockenchemischen Ätzprozesses, wobei die Markierungsschicht 120 eine verbesserte Kontrolle der Ätztiefe ermöglicht. Die Aussparungen 140 begrenzen die Emissionsbereiche 130 in lateraler Richtung und unterteilen den Halbleiterkörper 10 in eine Mehrzahl von optisch voneinander getrennter Pixel. Durch den Brechungsindexsprung an der Grenzfläche zwischen dem Material des ersten Bereichs 101 und der Aussparung 130 vermindert sich vorteilhaft der Wellenleitereffekt innerhalb des Halbleiterkörpers und damit auch das Übersprechen benachbarter Emissionsbereiche 130.
3 zeigt einen weiteren Schritt eines Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Die Aussparungen 140 sind mit dem Material eines optischen Isolators 150 befüllt und das Material des optischen Isolators 150 bedeckt die erste Hauptseite A des Halbleiterkörpers 10. Dabei kann es sich entweder um ein Metall oder ein Dielektrikum handeln, das in der Lage ist, die elektromagnetische Strahlung, die im aktiven Bereich 103 emittiert wird, gut zu reflektieren. Ebenso kann zunächst eine Schicht eines Dielektrikums eingebracht sein und anschließend eine Schicht eines Metalls oder umgekehrt. Dabei kann das Metall insbesondere Kupfer, Nickel, Gold, Aluminium oder Silber oder eine Legierung der genannten Metalle umfassen. Das Dielektrikum ist vorzugsweise mit Siliziumoxid, Titanoxid, Tantaloxid, Siliziumnitrid, Nioboxid oder Siliziumoxinitrid gebildet. Die Aufgabe der optischen Isolatoren 150 besteht darin, ein Übersprechen benachbarter Emissionsbereiche 130, bedingt durch Wellenleitung oder Streuprozesse innerhalb des Halbleiterkörpers 10, weiter zu vermindern oder zu unterbinden. So werden die Emissionsbereiche 130 vorteilhaft optisch noch stärker voneinander getrennt.
Vorzugsweise wird in den Aussparungen 140 zunächst eine Passivierungsschicht ausgebildet, die die Aussparungen 140 auskleidet. Diese Passivierungsschicht kann aus einem Oxid, vorzugsweise einem Siliziumoxid gebildet sein. Nachfolgend wird ein Metall, zum Beispiel Kupfer, Nickel, Gold, Aluminium oder Silber oder eine Legierung der genannten Metalle zur Bildung der optischen Isolatoren 150 in die Aussparungen 140 eingebracht. Die Passivierungsschicht bewirkt vorteilhafterweise eine Trennung der metallischen optischen Isolatoren 150 von dem Halbleiterkörper.
4 zeigt einen weiteren Schritt eines Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Das Material des optischen Isolators 150 wird von der ersten Hauptseite A mittels eines CMP-Prozesses derart entfernt, dass das Material der optischen Isolatoren 150 in den Aussparungen 140 erhalten bleibt. Durch das Abtragen des Materials des optischen Isolators 150 von der Oberfläche der ersten Hauptseite A wird die Reflektivität der zur Auskopplung von in dem aktiven Bereich 103 erzeugten elektromagnetischen Strahlung vorgesehenen ersten Hauptseite A vorteilhaft vermindert.
5 zeigt einen weiteren Schritt eines Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Zur weiteren Verbesserung der Auskoppelwahrscheinlichkeit an der ersten Hauptseite A wird mittels eines nasschemischen Verfahrens die erste Hauptseite A aufgeraut. Eine Aufrauhung vermindert den Wellenleitereffekt und erhöht dadurch die Auskoppelwahrscheinlichkeit einer im aktiven Bereich 103 erzeugten elektromagnetischen Strahlung. Bei der Aufrauhung der ersten Hauptseite A ist es insbesondere vorteilhaft, ein Verfahren zu verwenden, das das Material der optischen Isolatoren 150 nicht oder nicht wesentlich angreift. Dadurch entsteht die Aufrauhung vorzugsweise in dem Material des ersten Bereichs 101 im Bereich der Emissionsbereiche 130.
6 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein optoelektronisches Halbleiterbauelement 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Das zweite Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem in 5 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel, unterscheidet sich jedoch in der Art der Aufrauhung der ersten Hauptfläche A. Die erste Hauptseite A ist mittels eines trockenchemischen Ätzprozesses mit einer Strukturierung versehen, die den Wellenleitereffekt innerhalb des Halbleiterkörpers 10 vermindert. Beispielsweise umfasst die Strukturierung eine regelmäßige Strukturierung in der Form von Pyramiden oder Kegelstümpfen.
7 zeigt einen schematischen Querschnitt eines optoelektronischen Halbleiterbauelements 1 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel. Das dritte Ausführungsbeispiel gleicht im Wesentlichen dem in 4 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel. Jedoch unterscheiden sich die Lage der Markierungsschicht 120 und die Lage des aktiven Bereichs 103. In der dritten Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements 1 erstrecken sich die Aussparungen 140 ausgehend von der ersten Hauptseite A durch den ersten Bereich 101 bis in den zweiten Bereich 102. Dabei durchstoßen die Aussparungen 140 sowohl den aktiven Bereich 103 als auch die Markierungsschicht 120 vollständig. So entsteht vorteilhaft eine noch bessere optische Trennung der Emissionsbereiche 130 voneinander. Bedingt durch die Durchdringung des aktiven Bereichs 103 durch die Aussparungen 140 bilden sich an den Grenzflächen des aktiven Bereichs 103 und der Aussparungen 140 Stellen, die anfälliger sind für schädliche Umgebungseinflüsse. Zur Vermeidung von Umwelteinflüssen auf den aktiven Bereich 103 ist es von Vorteil, die Aussparungen 140 zunächst mit einem Dielektrikum zu befüllen, das mittels eines ALD-Prozesses aufgebracht ist. Die Dichte der so erzeugten ALD-Schicht verhindert das Eindringen von Feuchtigkeit und weiteren Umwelteinflüssen in den aktiven Bereich 103. Anschließend werden die Aussparungen 140 mit einem Metall befüllt, das eine hohe Reflektivität für in dem aktiven Bereich 103 erzeugte elektromagnetische Strahlung aufweist.
Die 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 Merkmalskombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Bezugszeichenliste

1: optoelektronisches Halbleiterbauelement
10: Halbleiterkörper
101: erster Bereich
102: zweiter Bereich
103: aktiver Bereich
A: erste Hauptseite
B: zweite Hauptseite
120: Markierungsschicht
130: Emissionsbereich
140: Aussparung
150: optischer Isolator
20: Spiegelschicht
30: funktioneller Bereich
40: Träger

Claims

Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) mit - einem Halbleiterkörper (10) umfassend einen ersten Bereich (101) eines n-Leitungstyps, einen zweiten Bereich (102) eines p-Leitungstyps, einen aktiven Bereich (103), der zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung geeignet ist, eine Markierungsschicht (120), - einer ersten Hauptseite (A), einer zweiten Hauptseite (B), einer Mehrzahl von Emissionsbereichen (130) und einer Mehrzahl von Aussparungen (140), wobei - der aktive Bereich (103) zwischen dem ersten Bereich (101) und dem zweiten Bereich (102) in einer Ebene parallel zur Haupterstreckungsebene des Halbleiterkörpers (10) angeordnet ist, - die Emissionsbereiche (130) getrennt voneinander ansteuerbare Bereiche des aktiven Bereichs (103) sind und lateral beabstandet zueinander angeordnet sind, - die Aussparungen(140) die Emissionsbereiche (130) in lateraler Richtung begrenzen, - die erste Hauptseite (A) den Halbleiterkörper (10) auf der dem aktiven Bereich (103) abgewandten Seite des ersten Bereichs (101) begrenzt und zur Auskopplung von elektromagnetischer Strahlung aus dem Halbleiterkörper (10) vorgesehen ist, - die erste Hauptseite (A) eine Aufrauhung oder eine Strukturierung aufweist, - die zweite Hauptseite (B) den Halbleiterkörper (10) auf der dem aktiven Bereich (103) abgewandten Seite des zweiten Bereichs (102) begrenzt, - die Markierungsschicht (120) parallel zur Haupterstreckungsebene des Halbleiterkörpers (10) ausgerichtet ist, - sich die Aussparungen (140) ausgehend von der ersten Hauptseite (A) quer zur Haupterstreckungsebene des Halbleiterkörpers (10) in Richtung der zweiten Hauptseite (B) erstrecken und an die Markierungsschicht (120) angrenzen oder die Markierungsschicht (120) durchdringen, und wobei - die Aussparungen (140) nur im ersten Bereich (101) ausgebildet sind oder sich die Aussparungen (140) bis in den zweiten Bereich (102) erstrecken und den aktiven Bereich (103) vollständig durchdringen.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei in den Aussparungen (140) ein optischer Isolator (150) angeordnet ist, der mit einem Metall und/oder einem Dielektrikum gebildet ist und vorzugsweise eine hohe Reflektivität für eine mittlere Wellenlänge einer von dem optoelektronischen Halbleiterbauelement (1) erzeugten und insbesondere einer von dem aktiven Bereich (103) emittierten elektromagnetischen Strahlung aufweist.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei der optische Isolator (150) mit einem oder mehreren der folgenden Materialien gebildet ist oder daraus besteht: Cu, Ni, Au, Ag, Al.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß Anspruch 2 oder 3, wobei der optische Isolator (150) mit einem oder mehreren der folgenden Materialien gebildet ist oder daraus besteht: Siliziumoxid, Titanoxid, Tantaloxid, Siliziumnitrid, Siliziumoxinitrid, Nioboxid.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß Anspruch 2, wobei der optische Isolator (150) als dielektrischer Spiegel ausgeführt ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Markierungsschicht (120) Stickstoff, Aluminium und/oder Indium enthält und vorzugsweise auf Aluminiumindiumgalliumnitrid basiert.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei auf der zweiten Hauptseite (B) jeweils zwischen den Aussparungen (140) eine Mehrzahl von Spiegelschichten (20) angeordnet ist, die parallel zur Haupterstreckungsebene des Halbleiterkörpers (10) ausgerichtet sind.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Halbleiterkörper (10) mit seiner zweiten Hauptseite (B) auf einem funktionellen Bereich (30) umfassend eine Mehrzahl von Schaltungselementen und/oder Kontaktstrukturen angeordnet ist.
Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements (1) umfassend die folgenden Schritte: A) Bereitstellen eines Halbleiterkörpers (10) umfassend einen ersten Bereich (101) eines n-Leitungstyps, eine erste Hauptseite (A), einen aktiven Bereich (103) der zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung geeignet ist, einen zweiten Bereich (102) eines p-Leitungstyps, eine zweite Hauptseite (B) und eine Markierungsschicht (120), wobei - der aktive Bereich (103) zwischen dem ersten Bereich (101) und dem zweiten Bereich (102) angeordnet ist, - sich die erste Hauptseite (A) auf der dem aktiven Bereich (103) abgewandten Seite des ersten Bereichs (101) erstreckt und zur Auskopplung von elektromagnetischer Strahlung vorgesehen ist, - sich die zweite Hauptseite (B) auf der dem aktiven Bereich (103) abgewandten Seite des zweiten Bereichs (B) erstreckt und - sich die Markierungsschicht (120) in einer Ebene parallel zur Haupterstreckungsebene des Halbleiterkörpers (10) erstreckt, B) Einbringen einer Mehrzahl von Aussparungen (140) ausgehend von der ersten Hauptseite (A) in Richtung der zweiten Hauptseite (B) zur Unterteilung des aktiven Bereichs (103) in lateral voneinander beabstandete Emissionsbereiche (130) mittels eines ersten Ätzprozesses mit einer Ätztiefe, die so gewählt wird, dass die Aussparungen (140) an die Markierungsschicht (120) angrenzen oder sie vollständig durchdringen, und C) Aufrauen der ersten Hauptseite (A) mittels eines zweiten Ätzprozesses.
Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements (1) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei zwischen Schritt B) und Schritt C) ein optischer Isolator (150) in den Aussparungen (140) eingebracht wird, der ein Metall und/oder ein Dielektrikum umfasst.
Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements (1) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei das Dielektrikum mittels eines ALD-Verfahrens abgeschieden wird.
Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements (1) gemäß Anspruch 10, wobei nach dem Einbringen des optischen Isolators (150) und vor Schritt C) überschüssiges Material des optischen Isolators (150) von der ersten Hauptseite (A) derart entfernt wird, dass das Material des optischen Isolators (150) innerhalb der Aussparungen (140) vollständig erhalten bleibt.