DE102018111319A1 - Optoelektronisches Halbleiterbauelement und Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements - Google Patents

Optoelektronisches Halbleiterbauelement und Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements Download PDF

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Abstract

Es wird ein optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) mit einem Halbleiterkörper (10) umfassend einen ersten Bereich (101) eines ersten Leitungstyps, einen zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung eingerichteten aktiven Bereich (103), einen zweiten Bereich (102) eines zweiten Leitungstyps und einer zur Auskopplung von elektromagnetischer Strahlung vorgesehenen Auskoppelfläche (20) angegeben. Der erste Bereich (101), der aktive Bereich (103) und der zweite Bereich (102) sind entlang einer Stapelrichtung (Y) angeordnet. Der aktive Bereich (103) erstreckt sich von einer der Auskoppelfläche (20) gegenüberliegenden Rückseitenfläche (30) zur Auskoppelfläche (20) entlang einer longitudinalen Richtung (X), die quer oder senkrecht zu der Stapelrichtung (Y) verläuft. Die Auskoppelfläche (20) ist planparallel zur Rückseitenfläche (30) angeordnet. Die Auskoppelfläche (20) und die Rückseitenfläche (30) des Halbleiterkörpers (10) sind mittels eines Ätzprozesses erzeugt.
Weiterhin wird ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements (1) angegeben.

Description

  • Es werden 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 eine verbesserte Zuverlässigkeit 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 weist das optoelektronische Halbleiterbauelement einen Halbleiterkörper auf, umfassend entlang einer Stapelrichtung einen ersten Bereich eines ersten Leitungstyps, einen zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung eingerichteten aktiven Bereich, und einen zweiten Bereich eines zweiten Leitungstyps. Ferner weißt der Halbleiterkörper eine Auskoppelfläche auf, die zur Auskopplung von im Betrieb erzeugter elektromagnetischer Strahlung vorgesehen ist. Die Auskoppelfläche verläuft zum Beispiel quer oder senkrecht zur Stapelrichtung.
  • Der aktive Bereich erstreckt sich von einer der Auskoppelfläche gegenüberliegenden Rückseitenfläche zur Auskoppelfläche entlang einer longitudinalen Richtung, die quer oder senkrecht zu der Stapelrichtung verläuft. Der aktive Bereich 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 Bereiche des Halbleiterkörpers werden vorzugsweise epitaktisch aufgewachsen. Der erste Bereich und der zweite Bereich des Halbleiterkörpers weisen jeweils einen unterschiedlichen Leitungstyp auf. Die Ausbildung eines Leitungstyps erfolgt vorzugsweise mittels einer Dotierung des Halbleitermaterials. Die Ausbildung eines p-Leitungstyps erfolgt beispielsweise mittels einer Dotierung mit einem Akzeptor-Material. Die Ausbildung eines n-Leitungstyps erfolgt beispielsweise mittels einer Dotierung mit einem Donator-Material.
  • Die Auskoppelfläche ist insbesondere planparallel zur Rückseitenfläche angeordnet.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements sind sowohl die Auskoppelfläche als auch die Rückseitenfläche des Halbleiterkörpers mittels eines Ätzprozesses erzeugt.
  • Das Merkmal, wonach die Auskoppelfläche und die Rückseitenfläche des Halbleiterkörpers mittels eines Ätzprozesses erzeugt ist, ist kein reines Verfahrensmerkmal, sondern am fertigen Bauteil nachweisbar und daher auch ein gegenständliches Merkmal. Kennzeichen für eine mittels eines Ätzprozesses hergestellte Fläche sind insbesondere Unebenheiten in der Oberfläche der Auskoppelfläche und/oder der Rückseitenfläche in Abhängigkeit der Materialzusammensetzung, bedingt durch leicht unterschiedliche Ätzraten in unterschiedlichen Materialien und/oder Stufen auf der Oberfläche der Rückseitenfläche und der Auskoppelfläche. Ein weiteres Kennzeichen eines Ätzprozesses ergibt sich aus einem Abstand von Auskoppelfläche und Rückseitenfläche zueinander von weniger als 300 µm. Ein solch geringer Abstand zwischen Auskoppelfläche und Rückseitenfläche, ist mit einem Ritz- und Brechprozess derzeit kaum herstellbar.
    Die Kennzeichen sind durch zumindest eine Ätzung des Halbleiterkörpers erzeugt. Die Kennzeichen sind am fertiggestellten Halbleiterbauelement zum Beispiel anhand elektronenmikroskopischer Aufnahmen oder unter einem Lichtmikroskop nachweisbar.
    Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements weist das optoelektronische Halbleiterbauelement einen Halbleiterkörper auf, umfassend einen ersten Bereich eines ersten Leitungstyps, einen zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung eingerichteten aktiven Bereich, einen zweiten Bereich eines zweiten Leitungstyps und das optoelektronische Halbleiterbauelement weist eine zur Auskopplung von elektromagnetischer Strahlung vorgesehene Auskoppelfläche auf, wobei
    • - der erste Bereich ,der aktive Bereich und der zweite Bereich entlang einer Stapelrichtung angeordnet sind,
    • - sich der aktive Bereich von einer der Auskoppelfläche gegenüberliegenden Rückseitenfläche zur Auskoppelfläche entlang einer longitudinalen Richtung, die quer oder senkrecht zu der Stapelrichtung verläuft, erstreckt,
    • - die Auskoppelfläche planparallel zur Rückseitenfläche angeordnet ist, und wobei
    • - die Auskoppelfläche und die Rückseitenfläche des Halbleiterkörpers mittels eines Ätzprozesses erzeugt sind.
  • Einem hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelement liegen unter anderem die folgenden Überlegungen zugrunde. Bei der Herstellung von kantenemittierenden Halbleiterlaserdioden ist es insbesondere notwendig, die Auskoppelflächen und die Rückseitenflächen (Facettenflächen) mittels eines geeigneten Prozesses möglichst planparallel zueinander sowie glatt und eben herzustellen. Eine erhöhte Oberflächenrauigkeit bewirkt unter anderem eine verringerte Reflektivität und kann ferner zu vorzeitigem Bauteilausfall führen. Bedingt durch Oberflächenfehler kann es zu einer katastrophalen optischen Beschädigung (COD catastrophic optical damage) der Facettenflächen kommen, womit ein Totalausfall des Bauteils einhergeht.
  • Zur Herstellung geeigneter Facettenflächen könnte auf einen Ritz- und Brechprozess zurückgegriffen werden. Dabei wird die Brechachse entlang einer Kristallebene des Halbleiters gewählt. Somit entsteht eine glatte Brechlinie entlang dieser ausgewählten Kristallachse, womit die Planparallelität gewährleistet und die Oberflächenrauigkeit auf wenige Nanometer reduziert ist. Nachteilig an einem Ritz- und Brechprozess ist allerdings der hohe Anteil an fehlerhaften Bauteilen bedingt durch nicht sauber gebrochene Facettenflächen sowie die sofortige Vereinzelung der einzelnen Halbleiterlaserdioden. Dadurch ist es nicht mehr möglich, weitere Prozesse an den Facetten in einem Verbund, insbesondere einem Waferverbund, der herzustellenden Bauteile auszuführen. Vielmehr muss jedes Halbleiterbauteil einzeln bearbeitet werden oder es müssen mittels eines zusätzlichen Prozesses mehrere Bauteile zur gemeinsamen Bearbeitung zu einer Gruppe zusammengefasst und anschließend wieder voneinander gelöst werden.
  • Weitergehend ist die minimale Länge der Halbleiterlaserdioden bei Vereinzelung durch einen Ritz- und Brechprozess auf einen relativ hohen Wert beschränkt, da sich die für den Brechprozess nötige Brechkraft mit abnehmender Länge stark erhöht.
  • Zusätzlich ist man beim Einsatz eines Ritz- und Brechprozesses auch auf die Verwendung eines brechbaren Substrats beschränkt, was die Designfreiheit für das optoelektronische Halbleiterbauelement weiter einschränkt.
  • Das hier beschriebene optoelektronische Halbleiterbauelement macht unter anderem von der Idee Gebrauch, anstelle eines Ritz- und Brechprozesses die Facettenflächen mittels eines Ätzprozesses herzustellen. Dadurch ist es möglich, die Facetten in einem Waferverbund herzustellen. Um eine niedrige Oberflächenrauigkeit und eine hohe Planparallelität der Facetten zu gewährleisten, wird auf ein chemisches Polierverfahren zurückgegriffen.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements ist das optoelektronische Halbleiterbauelement zur Erzeugung von kohärenter Strahlung eingerichtet. Mit anderen Worten, das optoelektronische Halbleiterbauelement kann eine kantenemittierende Halbleiterlaserdiode sein, die im Betrieb Laserstrahlung emittiert. Auskoppelfläche und Rückseitenfläche des Halbleiterkörpers dienen dabei als Laserfacetten und stellen Resonatorspiegel der Halbleiterlaserdiode dar.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements weist der Halbleiterkörper in der longitudinalen Richtung eine Ausdehnung von weniger als 300 µm, bevorzugt von weniger als 100 µm und besonders bevorzugt von weniger als 50 µm auf. Die minimale Länge des Halbleiterkörpers in einer longitudinalen Richtung ist bei einem Ritz- und Brechprozess eingeschränkt auf eine Mindestlänge. Durch die Verwendung eines Ätzprozesses ist diese Beschränkung hinfällig. Halbleiterlaserdioden mit einer Ausdehnung von weniger als 300 µm können eine vorteilhaft geringe Verstärkung aufweisen.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements basiert zumindest ein Bereich des Halbleiterkörpers, insbesondere der gesamte Halbleiterkörper, auf einem Nitrid-Verbindungs-Halbleitermaterial. „Auf Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial basierend“ bedeutet in diesem Zusammenhang, dass der Halbleiterkörper oder zumindest ein Teil davon, vorzugsweise AlnGamIn1-n-mN aufweist oder aus diesem besteht, wobei 0 ≤ n ≤ 1, 0 ≤ m ≤ 1 und n+m ≤ 1 ist. Dabei muss dieses Material nicht zwingend eine mathematisch exakte Zusammensetzung nach obiger Formel aufweisen. Vielmehr kann es beispielsweise ein oder mehrere Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen. 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 und/oder ergänzt sein können.
  • Die Ausbildung des p-Leitungstyps, zum Beispiel im ersten Bereich des Halbleiterkörpers, erfolgt beispielsweise mittels einer Dotierung mit einem Material wie beispielsweise Magnesium. Die Ausbildung eines n-Leitungstyps, zum Beispiel im zweiten Bereich des Halbleiterkörpers, erfolgt beispielsweise mit der Dotierung mit einem Material wie beispielsweise Silizium.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements verlaufen die Auskoppelfläche und die Rückseitenfläche parallel zur m-Ebene des Kristalls des Halbleiterkörpers. Als m-Ebene bezeichnet man die [1100]-Ebene eines Kristalls mit einer hexagonalen Grundstruktur des Wurtzit-Typs. Bedingt durch die Planparallelität von zwei gegenüberliegenden m-Ebenen ist die Ausrichtung der Auskoppelfläche zur Rückseitenfläche planparallel zueinander. Dadurch ist vorteilhaft die Ausbildung eines Resonators zwischen der Auskoppelfläche und der Rückseitenfläche ermöglicht.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements umfasst das optoelektronische Halbleiterbauelement ein Aufwachssubstrat, der Halbleiterkörper ist auf dem Aufwachssubstrat aufgebracht und das Aufwachssubstrat ist mit einem der folgenden Materialien gebildet: Saphir, Galliumnitrid, Siliziumcarbid, Silizium. Galliumnitrid und Siliziumcarbid sind auch in einem Ritz- und Brechprozess verwendbar und weisen im Vergleich zu Saphir eine geringere Defektdichte auf. Saphir und Silizium lassen sich nicht oder nur schwer in einem Ritz- und Brechprozess verarbeiten. Somit entsteht bei der Verwendung eines Ätzprozesses vorteilhaft eine größere Designfreiheit für das optoelektronische Halbleiterbauelement.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements weisen die Auskoppelfläche und die Rückseitenfläche eine mittlere Rauheit in einem Bereich von 0,1 nm bis 10 nm und bevorzugt von 0,1 nm bis 1 nm auf. Die mittlere Rauheit ist definiert als der mittlere Abstand eines Messpunktes auf der Oberfläche zur gedachten Mittellinie der Oberflächenkontur. Eine geringe mittlere Rauheit ist vorteilhaft für eine hohe Reflektivität der Auskoppelfläche und der Rückseitenfläche. Eine hohe optische Reflektivität ist insbesondere vorteilhaft, um Laserfacetten auszubilden. Um kleine Werte der mittleren Rauheit zu erreichen, ist ein chemisches Polieren der Auskoppelfläche und der Rückseitenfläche vorteilhaft. Insbesondere ergeben sich vorteilhaft kleine Werte der Rauheit bei der Verwendung von TMAH (Tetramethylammonium-hydroxid) als Ätzmittel in einem chemischen Polierprozess.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements ist der Rückseitenfläche und/oder der Auskoppelfläche jeweils auf der dem Halbleiterkörper abgewandten Seite ein Spiegel nachgeordnet. Dieser Spiegel kann beispielsweise als DBR-Spiegel (englisch: distributed bragg reflector) ausgebildet sein. Dabei umfasst dieser Spiegel eine periodische Abfolge von mehreren Schichten mit variierendem Brechungsindex. Ein DBR-Spiegel zeichnet sich insbesondere durch eine hohe Reflektivität in einem spektral sehr kleinen Wellenlängenbereich aus. Damit ist es möglich, eine Halbleiterlaserdiode mit einem sehr schmalbandigen Emissionsspektrum zu erzeugen. Der DBR-Spiegel kann in direktem Kontakt mit dem Halbleitkörper stehen und auf diesem erzeugt sein. Mit anderen Worten, der DBR-Spiegel ist durch eine Strukturierung des Halbleiterkörpers hergestellt. Eine Vielzahl von hintereinander angeordneten grabenförmigen Aussparungen bildet in einem Querschnitt eine periodische Abfolge von variierenden Brechungsindizes an dem Übergang zwischen Material des Halbleiterkörpers und der Aussparungen.
  • Weitergehend kann der Halbleiterkörper einen DFB-Spiegel (englisch: distributed feedback) enthalten. Ein DFB-Spiegel umfasst eine periodische Abfolge von Brechungsindexvariationen entlang einer gedachten Verbindungslinie zwischen der Auskoppelfläche und der Rückseitenfläche. Während ein DBR-Spiegel auf der dem Halbleiterkörper abgewandten Seite der Auskoppelfläche und/oder der Rückseitenfläche angeordnet ist, ist ein DFB-Spiegel zwischen der Rückseitenfläche und der Auskoppelfläche angeordnet.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements ist der Spiegel mit dem Material des Halbleiterkörpers erzeugt. Durch das Einbringen von Aussparungen in den Halbleiterkörper entstehen Bereiche mit abweichendem Brechungsindex. Beispielsweise können diese Aussparungen auch mit einem transparenten Material, zum Beispiel Luft oder ein Kunststoffmaterial oder Dielektrikum, dessen Brechungsindex von dem des Halbleiterkörpers abweicht, befüllt sein. Entlang der longitudinalen Richtung weisen die Aussparungen einen definierten periodischen Abstand auf, wodurch eine periodische Brechungsindexvariation entsteht. Durch die Erzeugung des Spiegels mit dem Material des Halbleiterkörpers kann das Aufbringen einer Vielzahl von dielektrischen Schichten vorteilhaft entfallen.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements weist der erste Bereich an der Auskoppelfläche in longitudinaler Richtung mindestens eine Stufe auf. Diese Stufe ist ein Vorsprung oder ein Überstand quer zur Stapelrichtung, des Materials des ersten Bereichs über eine gedachte Ebene der Auskoppelfläche hinaus. Insbesondere kann das optoelektronische Halbleiterbauelement auch eine Mehrzahl von Stufen aufweisen.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements ist die Stufe derart strukturiert, dass die aus dem Halbleiterkörper emittierte elektromagnetische Strahlung die Stufe nicht trifft. Mit anderen Worten, die Breite der Stufe und die Höhe der Stufe sind derart gewählt, dass die aus dem optoelektronischen Halbleiterbauelement austretende Strahlung vorteilhaft besonders ungehindert propagieren kann. Die Strukturierung der mindestens einen Stufe kann beispielsweise mittels eines Ätzprozesses erfolgen.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements ist die Breite bn der mindestens einen Stufe des ersten Bereichs in der longitudinalen Richtung derart strukturiert, dass sie bis auf eine Abweichung von +/-10%, bevorzugt bis auf eine Abweichung von +/- 5% folgender Formel genügt: bn< [(hn-a-w) /tan (α/2)] - (bn-1-bn-2-...-b2-b1). Wobei b als Breite der Stufe des ersten Bereichs über die Auskoppelfläche, a als Abstand des aktiven Bereichs von der dem aktiven Bereich abgewandten Seite des zweiten Bereichs, hn als Ausdehnung der Auskoppelfläche in einer Richtung parallel zur Stapelrichtung des Halbleiterkörpers, w als Wellenleiterdicke auf der dem aktiven Bereich abgewandten Seite des ersten Bereichs und α als vertikaler Fernfeldwinkel definiert sind. Der Index n steht für eine Anzahl von Stufen. Derart strukturierte Stufen des ersten Bereichs des Halbleiterkörpers verhindern eine Abschattung des emittierten Lichtes durch den ersten Bereich besonders effizient.
  • Es wird weiter ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements angegeben. Mit dem Verfahren kann insbesondere ein hier beschriebenes Halbleiterbauelement hergestellt werden. Das heißt, sämtliche für das Halbleiterbauelement beschriebenen Merkmale sind auch für das Verfahren offenbart und umgekehrt.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements weist das Verfahren folgenden Schritt auf:
    • Bereitstellen eines Halbleiterkörpers, aufweisend, entlang einer Stapelrichtung, einen ersten Bereich eines ersten Leitungstyps, einen zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung eingerichteten aktiven Bereich und einen zweiten Bereich eines zweiten Leitungstyps. Der aktive Bereich erstreckt sich zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich entlang einer longitudinalen Richtung, die quer oder senkrecht zur Stapelrichtung verläuft.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgt das Einbringen eines ersten Grabens zumindest stellenweise entlang der Stapelrichtung und quer zur longitudinalen Richtung mittels eines ersten Ätzprozesses. Dieser erste Graben durchdringt den ersten Bereich und den aktiven Bereich vollständig. Dabei entsteht an der dem Halbleiterkörper zugewandten Seitenfläche des ersten Grabens eine Auskoppelfläche, die zur Auskopplung von elektromagnetischer Strahlung vorgesehen ist. Insbesondere erzeugt dieser erste Ätzprozess eine Stufe auf der Auskoppelfläche, welche am fertigen Halbleiterbauelement nachweisbar ist.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgt das Einbringen eines zweiten Grabens an der dem ersten Graben gegenüberliegenden Seite des Halbleiterkörpers zumindest stellenweise entlang der Stapelrichtung des Halbleiterkörpers und quer zur longitudinalen Richtung mittels des ersten Ätzprozesses. Der zweite Graben durchdringt den ersten Bereich und den aktiven Bereich vollständig. Dabei entsteht an der dem Halbleiterkörper zugewandten Seitenfläche des zweiten Grabens eine Rückseitenfläche. Insbesondere erzeugt dieser erste Ätzprozess eine Stufe auf der Rückseitenfläche, welche am fertigen Halbleiterbauelement nachweisbar ist.
  • Der erste Ätzprozess umfasst vorzugsweise einen Plasmaätzprozess mittels Chlor- und Argon-Ionen, einen Laserablationsprozess, oder einen photochemischen Nassätzprozess. Der Ätzbereich des ersten Grabens und des zweiten Grabens kann beispielsweise durch eine Maskenschicht begrenzt sein, die den aktiven Bereich vor dem Einfluss des Ätzmittels schützt.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgt das Glätten der Auskoppelfläche und der Rückseitenfläche mittels eines zweiten Ätzprozesses. Dieser zweite Ätzprozess dient insbesondere dazu, die m-Ebene des Halbleiterkristalls heraus zu präparieren. Als m-Ebene bezeichnet man die [1100]-Ebene eines Kristalls mit einer hexagonalen Grundstruktur des Wurtzit-Typs. Der zweite Ätzprozess erfolgt vorzugsweise nasschemisch mittels beispielsweise KOH, NaOH, NH4OH, LiOH, TMAH, NMP (N-Methyl-2-pyrrolidon). Dabei hat sich überraschenderweise herausgestellt, dass mit dem Einsatz von TMAH eine besonders gute Präparation der einzelnen Kristallebenen des Halbleiterkörpers erfolgt. Das heißt, bei der Verwendung von TMAH als zweites Ätzmittel ergibt sich eine besonders geringe mittlere Rauigkeit der Facettenflächen. Insbesondere erzeugt dieser zweite Ätzprozess Kennzeichen die am fertigen Halbleiterbauelement nachweisbar sind.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst das zweite Ätzmittel eines der folgenden Ätzmittel: KOH, NaOH, NH4OH, LiOH, TMAH oder NMP. Diese nasschemischen Ätzverfahren bewirken eine Verringerung der Oberflächenrauheit der Facettenflächen und dienen so einer verbesserten Oberflächenbeschaffenheit.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens werden die Auskoppelfläche und die Rückseitenfläche mittels Ionenreinigung gereinigt. Eine Ionenreinigung erfolgt beispielsweise mit Ionen geringer Energie, beispielsweise Stickstoffionen, Argonionen, Wasserstoffplasma, Sauerstoffplasma oder Xenonionen. Eine Facettenoberfläche die ionengereinigt ist, weist vorzugsweise keinerlei Verunreinigungen durch Fremdmaterial mehr auf.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens werden die Auskoppelfläche und die Rückseitenfläche mit einem teilkristallinen Material beschichtet. Als teilkristallines Material können insbesondere Aluminiumnitrid, Siliziumnitrid, Aluminiumoxinitrid, Siliziumoxinitrid, Silizium, Aluminiumoxid, Galliumnitrid, Zinkselenid, Galliumarsenid, Galliumphosphid und ternäre und/oder quaternäre Verbindungen zum Einsatz kommen. Das teilkristalline Material dient vor allem zur Passivierung der Auskoppelfläche und der Rückseitenfläche. Insbesondere ist eine Abscheidung des teilkristallinen Materials auf der Auskoppelfläche und der Rückseitenfläche mittels eines Sputter-Prozesses oder eines ALD- (atomic layer deposition) Prozesses möglich. In einem ALD-Verfahren kann eine Monolage von Atomen abgeschieden werden. Die Abscheidung der Monolage kann durch Abscheidung von mehreren Submonolagen, beispielsweise mittels eines metallorganischen Precursors wie Trimethylaluminium erfolgen. Dabei verhindern die Methylgruppen insbesondere 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 übereinander stapelnde Atomlagen ausgebildet, sondern es wird nur eine einatomare Schicht auf einer Fläche abgeschieden. Der Vorteil einer solchen Monolage 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.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung werden die Auskoppelfläche und die Rückseitenfläche mit einem dielektrischen Material oder einem Metall beschichtet. Die Beschichtung der Auskoppelfläche und der Rückseitenfläche mit einem dielektrischen Material oder einem Metall dient zur Einstellung einer gewünschten Reflektivität und somit zur Bestimmung der optischen Parameter des optoelektronischen Halbleiterbauelements. Die Schicht aus dielektrischem Material oder Metall kann beispielsweise mittels Sputtern, Aufdampfen, CVD (chemical vapour deposition) oder auch als ALD-Schicht abgeschieden werden. Als Materialien können beispielsweise Siliziumnitrid, Aluminiumoxid, Aluminiumoxinitrid, Siliziumoxinitrid, Tantaloxid, Siliziumdioxid oder Silizium verwendet werden.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird eine Stufe des ersten Bereichs über die Auskoppelfläche in der longitudinalen Richtung mittels eines Ätzprozesses strukturiert. Diese Strukturierung verhindert eine Abschattung der aus dem aktiven Bereich an der Auskoppelfläche austretenden divergierenden elektromagnetischen Strahlung und kann gleichzeitig zur Vereinzelung der einzelnen optoelektronischen Halbleiterbauelemente dienen. Beispielsweise wird für die Strukturierung ein Plasmaätzprozess verwendet. Dieser Verfahrensschritt kann insbesondere auch schon vor dem Reinigen der Auskoppelfläche und der Rückseitenfläche mittels Ionenreinigung erfolgen.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements werden die hier beschriebenen Verfahrensschritte an einer Vielzahl optoelektronischer Halbleiterbauelemente in einem Waferverbund ausgeführt. Mit anderen Worten, die hier beschriebenen Verfahrensschritte finden noch vor einem Vereinzeln der optoelektronischen Halbleiterbauelemente aus dem Waferverbund statt. Ein Waferverbund zeichnet sich durch eine Vielzahl von optoelektronischen Halbleiterbauelementen aus, die auf einem gemeinsamen Aufwachssubstrat monolithisch ausgebildet sind. Alle hier beschriebenen Verfahrensschritte werden noch vor dem Vereinzeln der einzelnen optoelektronischen Halbleiterbauelemente ausgeführt. Dadurch entsteht ein großer Produktionsvorteil, insbesondere durch die Kompatibilität der Prozessschritte mit bereits etablierten Prozessen aus der Herstellung von Leuchtdioden. Ein aufwendiges Zusammenführen der der einzelnen optoelektronischen Halbleiterbauelemente zur Spiegelbeschichtung durch Ein-und Aushorden kann dabei vorteilhaft entfallen.
  • 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:
    • 1A, 2A, 3A, 4A, 5A und 6A schematische Darstellungen einer Draufsicht auf einen Waferverbund mit einer Vielzahl optoelektronischer Halbleiterbauelemente in verschiedenen Stadien ihrer Herstellung gemäß eines Ausführungsbeispiels eines hier beschriebenen Verfahrens,
    • 1B, 2B, 3B, 4B, 5B und 6B schematische Querschnitte durch ein optoelektronisches Halbleiterbauelement gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel in verschiedenen Stadien seiner Herstellung gemäß des Ausführungsbeispiels eines hier beschriebenen Verfahrens,
    • 7 einen schematischen Querschnitt durch ein optoelektronisches Halbleiterbauelement gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
    • 8A bis 8C ein optoelektronisches Halbleiterbauelement gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel in verschiedenen schematischen Schnittdarstellungen und Ansichten,
    • 9A und 9B ein optoelektronisches Halbleiterbauelement gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel in einem schematischen Querschnitt und einer Draufsicht,
    • 10 einen schematischen Querschnitt durch ein optoelektronisches Halbleiterbauelement gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel,
    • 11 einen schematischen Querschnitt durch ein optoelektronisches Halbleiterbauelement gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel, und
    • 12 eine Draufsicht auf eine Vielzahl von hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelementen in einer Barrenkonfiguration.
  • Gleiche, gleichartige oder gleichwirkende 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.
  • 1A zeigt eine schematische Darstellung einer Draufsicht auf einen Wafer 90 mit einer Vielzahl optoelektronischer Halbleiterbauelemente 1 in einem ersten Schritt zu ihrer Herstellung. Der Wafer 90 umfasst ein Aufwachssubstrat 900, insbesondere aus Saphir. Der Wafer 90 umfasst weiter eine Vielzahl von ersten Kontaktstrukturen 810 sowie eine Vielzahl von zweiten Bereichen 102. Die ersten Kontaktstrukturen 810 sind beispielsweise mit einem Metall oder einer Metalllegierung gebildet und dienen zur elektrischen Kontaktierung des optoelektronischen Halbleiterbauelements 1. Die zweiten Bereiche 102 weisen einen zweiten Leitungstyp auf und sind bevorzugt epitaktisch aufgewachsen.
  • 1B zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein optoelektronisches Halbleiterbauelement 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Die hier dargestellte Schnittansicht eines optoelektronischen Halbleiterbauelements 1 entspricht einem Schnitt durch den in 1A dargestellten Wafer 90 entlang der Schnittlinie A. Das optoelektronische Halbleiterbauelement 1 umfasst eine erste Kontaktstruktur 810, einen zweiten Bereich 102, einen aktiven Bereich 103 und einen ersten Bereich 101, die zusammen einem Halbleiterkörper 10 zugeordnet sind. Die Bereiche des Halbleiterkörpers 10 sind vorzugsweise epitaktisch auf dem Aufwachssubstrat 900 aufgewachsen. Der erste Bereich 101 weist einen ersten Leitungstyp auf, der zweite Bereich 102 weist einen zweiten Leitungstyp auf und der aktive Bereich 103 ist zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung vorgesehen.
  • 2A zeigt eine Maskenschicht 50, die auf der dem aktiven Bereich 103 abgewandten Seite des zweiten Bereichs 102 und der ersten Kontaktstrukturen 810 aufgebracht ist. Zur Strukturierung ist eine Mehrzahl von Aussparungen in der Maskenschicht 52 eingebracht.
  • 2B zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein optoelektronisches Halbleiterbauelement 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Die hier dargestellte Schnittansicht eines optoelektronischen Halbleiterbauelements 1 entspricht einem Schnitt durch den in 2A dargestellten Wafer 90 entlang der Schnittlinie A. In diesem weiteren Verfahrensschritt ist eine Maske 50 auf der Oberseite des optoelektronischen Halbleiterbauelements 1 aufgebracht. Die Maske 50 verfügt über eine Mehrzahl von Aussparungen in der Maskenschicht 52, die den weiter zu bearbeitenden Bereich des optoelektronischen Halbleiterbauelements 1 definiert und die nicht zu bearbeitenden Bereiche schützt.
  • 3A zeigt die Lage von grabenförmigen Aussparungen 40, die mittels eines Plasmaätzprozesses eingebracht werden. Der Ätzprozess erzeugt an den Stellen der Aussparungen in der Maskenschicht 52 eine Ätzung des Halbleiterkörpers 10.
  • 3B zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein optoelektronisches Halbleiterbauelement 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Die hier dargestellte Schnittansicht eines optoelektronischen Halbleiterbauelements 1 entspricht einem Schnitt durch den in 3A dargestellten Wafer 90 entlang der Schnittlinie A. Dabei sind in das optoelektronische Halbleiterbauelement 1 eine Mehrzahl von Aussparungen 40 eingebracht. Dies kann beispielsweise mittels eines Plasmaätzprozess oder eines anderweitigen trockenchemischen Ätzprozesses geschehen. Die Aussparungen 40 durchdringen den zweiten Bereich 102 und den aktiven Bereich 103 vollständig. Dabei entstehen Unregelmäßigkeiten und Beschädigungen 200 der Oberfläche der Seitenwände der Aussparungen 40. Zur Entfernung dieser Beschädigungen 200 folgt ein weiterer Ätzprozess innerhalb der Aussparungen 40. Dabei kann eines der folgenden nasschemischen Ätzmittel zum Einsatz kommen: KOH, NaOH, NH4OH, LiOH, TMAH, NMP. Anschließend wird die Maskenschicht 50 entfernt.
  • 4A zeigt schematisch einen Ionenreinigungsprozess an den Seitenwänden der Aussparungen 40, mittels dem eine Reinigung von Ätzrückständen und sonstigen Fremdmaterialien erfolgt.
  • 4B zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein optoelektronisches Halbleiterbauelement 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Die hier dargestellte Schnittansicht eines optoelektronischen Halbleiterbauelements 1 entspricht einem Schnitt durch den in 4A dargestellten Wafer 90 entlang der Schnittlinie A. Die Ionenreinigung erfolgt mittels beispielsweise Stickstoffionen, Argonionen, Wasserstoffplasma, Sauerstoffplasma oder Xenonionen geringer kinetischer Energie. Damit können Ätzrückstände oder sonstige Fremdmaterialien von den Seitenflächen der Aussparungen 40 entfernt werden, um eine möglichst saubere Facettenoberfläche zu erhalten.
  • 5A zeigt eine Passivierung 60, die mittels eines Beschichtungsprozesses an den Seitenflächen der Aussparungen 40 aufgebracht ist.
  • 5B zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein optoelektronisches Halbleiterbauelement 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Die hier dargestellte Schnittansicht eines optoelektronischen Halbleiterbauelements 1 entspricht einem Schnitt durch den in 5A dargestellten Wafer 90 entlang der Schnittlinie A. Dabei sind die Seitenflächen der Aussparungen 40 mittels einem teilkristallinen Material wie beispielsweise Aluminiumnitrid, Silizium, Aluminiumoxinitrid, Siliziumoxinitrid, Aluminiumoxid, Galliumnitrid, Zinkselenid, Galliumarsenid, Galliumphosphid, Siliziumnitrid oder einer weiteren ternären oder quaternären Verbindung beschichtet, um eine Passivierung 60 zu bilden. Die Passivierung 60 verhindert eine Beschädigung des aktiven Bereichs 103 oder des ersten Bereichs 101 oder des zweiten Bereichs 102 durch äußere Umwelteinflüsse wie beispielsweise Feuchtigkeit.
  • 6A zeigt eine Spiegelschicht 70, die mittels eines weiteren Beschichtungsprozesses an den Seitenflächen der Aussparungen 40 aufgebracht ist.
  • 6B zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein optoelektronisches Halbleiterbauelement 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Die hier dargestellte Schnittansicht eines optoelektronischen Halbleiterbauelements 1 entspricht einem Schnitt durch den in 6A dargestellten Wafer 90 entlang der Schnittlinie A. Innerhalb der Aussparungen 40 ist auf die Passivierungsschicht 60 eine Spiegelschicht 70 aufgebracht. Die Spiegelschicht 70 umfasst beispielsweise eine Metallschicht oder eine oder mehrere Schichten eines oder mehrerer Dielektrika. Die Spiegelschicht 70 kann insbesondere Siliziumnitrid, Aluminiumoxid, Aluminiumoxinitrid, Tantaloxid, Siliziumdioxid oder Silizium aufweisen oder daraus gebildet sein. Das Aufbringen der Spiegelschicht 70 erfolgt beispielsweise mittels Sputtern, Aufdampfen, CVD oder mittels eines ALD-Prozesses. Durch das Aufbringen der Spiegelschicht 70 kann eine definierte Reflektivität der Auskoppelfläche 20 sowie der Rückseitenfläche 30 des optoelektronischen Halbleiterbauelements 1 erreicht werden.
  • Den 1A, 2A, 3A, 4A, 5A, und 6A ist jeweils eine Draufsicht auf einen Wafer 90 in verschiedenen Stadien des Verfahrens zur Herstellung einer Vielzahl von optoelektronischen Halbleiterbauelementen 1 zu entnehmen.
  • Insbesondere ist erkennbar, dass sämtliche hier gezeigte Verfahrensschritte vorteilhaft in einem Waferverbund ausführbar sind. Die Strukturierung des Wafers erfolgt durch das Einbringen einer Vielzahl von Aussparungen 40 in Form von Gräben. Die weitere Prozessierung, die unter anderem ein Polieren der Seitenflächen der Gräben sowie eine Passivierung und anschließende Beschichtung der Seitenflächen der Gräben beinhaltet, kann ebenfalls im Waferverbund erfolgen. Dies vereinfacht die Herstellung und senkt den Kostenaufwand pro hergestelltem Bauelement.
  • 7 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein optoelektronisches Halbleiterbauelement 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Das optoelektronische Halbleiterbauelement 1 umfasst einen Halbleiterkörper 10, mit einem zweiten Bereich 102, einem aktiven Bereich 103 und einem ersten Bereich 101. Auf der dem aktiven Bereich 103 abgewandten Seite des zweiten Bereichs 102 ist eine erste Kontaktstruktur 810 aufgebracht. Auf der dem aktiven Bereich 103 abgewandten Seite des ersten Bereichs 101 ist eine zweite Kontaktstruktur 820 angebracht. Die erste Kontaktstruktur 810 und die zweite Kontaktstruktur 820 sind beispielsweise mit einem Metall wie Gold gebildet und sind zum elektrischen Anschluss des Halbleiterkörpers 10 vorgesehen. An den Endflächen des Halbleiterkörpers 10 sind eine Auskoppelfläche 20 sowie eine Rückseitenfläche 30 angebracht. Die Auskoppelfläche 20 ist planparallel zur Rückseitenfläche 30 angeordnet und dient der Auskopplung von in dem aktiven Bereich 103 erzeugter elektromagnetischer Strahlung E. Auf der Auskoppelfläche 20 sowohl als auch auf der Rückseitenfläche 30 ist eine Schichtenfolge aus Passivierung 60 und Spiegelschicht 70 aufgebracht.
  • Der erste Bereich 101 ist entsprechend der Formel bn<[(hn-a-w) /tan (α/2)] - (bn-1-bn-2-...-b2-b1)strukturiert. In diesem konkreten Ausführungsbeispiel mit zwei Stufen 1011 gilt gemäß dieser Formel nun für die Breite b1 der ersten Stufe 1011 b1<(h1-a-w)/tan(α/2) und die Breite b2 der zweiten Stufe 1011 b2<[(h2-a-w)/tan(α/2)]- b1. Die Variable a bezeichnet den Abstand des aktiven Bereichs 103 von der dem aktiven Bereich 103 abgewandten Seite des zweiten Bereichs 102. Die Variable h1 bezeichnet die erste Ätztiefe der Aussparung 40 gemessen von der dem aktiven Bereich 103 abgewandten Seite des zweiten Bereichs 102. Die Variable h2 bezeichnet die zweite Ätztiefe einer weiteren Aussparung gemessen von der dem aktiven Bereich 103 abgewandten Seite des zweiten Bereichs 102. Die Variable w bezeichnet Dicke eines Wellenleiterbereichs innerhalb des ersten Bereichs 101, der an den aktiven Bereich 103 angrenzt. Der Wellenleiterbereich dient der optischen Führung der in dem aktiven Bereich 103 erzeugten elektromagnetischen Strahlung. Die Variable α bezeichnet den vertikalen Fernfeldwinkel der aus der Auskoppelfläche 20 austretenden elektromagnetischen Strahlung E. Sind die beiden Stufen 1011 gemäß der oben genannten Formel strukturiert, so wird vorteilhaft eine Abschattung der austretenden elektromagnetischen Strahlung E durch das Material des ersten Bereichs 101 vermieden und die elektromagnetische Strahlung E kann das optoelektronische Halbleiterbauelement 1 vorteilhaft besonders ungehindert verlassen.
  • 8A zeigt eine schematische Seitenansicht eines optoelektronischen Halbleiterbauelements 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Das hier gezeigte Ausführungsbeispiel weist im Gegensatz zu dem in der 7 gezeigten Ausführungsbeispiel lediglich eine Stufe 1011 auf.
  • 8B zeigt eine schematische Draufsicht auf ein optoelektronisches Halbleiterbauelement 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. In der Draufsicht ist die geringe Ausdehnung des zweiten Bereichs 102 deutlich, die sich nicht über die gesamte Breite des Halbleiterkörpers 10 erstreckt. Dies dient insbesondere einer Begrenzung des unter dem zweiten Bereich 102 angeordneten aktiven Bereichs 103. Dadurch ist die Ausdehnung der in dem aktiven Bereich 103 emittierten elektromagnetischen Strahlung begrenzt, wodurch sich die Strahlqualität vorteilhaft verbessert.
  • 8C zeigt eine schematische Frontalansicht eines optoelektronischen Halbleiterbauelements 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Die in 8C gezeigte Frontalansicht zeigt die Auskoppelfläche 20 eines optoelektronischen Halbleiterbauelements 1. Die elektrische Kontaktierung erfolgt über die erste Kontaktstruktur 810 und einer auf der gegenüberliegenden Seite der ersten Kontaktstruktur 810 angeordneten zweiten Kontaktstruktur 820. In einem eng begrenzten Bereich erfolgt die Auskopplung von elektromagnetischer Strahlung E.
  • 9A zeigt eine schematische Seitenansicht eines optoelektronischen Halbleiterbauelements 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel. Das zweite Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem ersten Ausführungsbeispiel und unterscheidet sich nur in der Art der elektrischen Kontaktierung. Die zweite Kontaktstruktur 820 ist auf einer weiteren Ebene neben dem ersten Kontaktelement 810 angeordnet. Damit eignet sich das hier gezeigte optoelektronische Halbleiterbauelement 1 beispielsweise für eine Montage auf einem elektrisch nicht leitenden Substrat.
  • 9B zeigt eine schematische Draufsicht auf ein optoelektronisches Halbleiterbauelement 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel. Die elektrische Kontaktierung ist durch die erste Kontaktstruktur 810 und die daneben angeordnete zweite Kontaktstruktur 820 realisiert.
  • 10 zeigt ein optoelektronisches Halbleiterbauelement 1 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel. Das hier gezeigte optoelektronische Halbleiterbauelement 1 umfasst eine Vielzahl von Aussparungen 40 die auf der der Auskoppelfläche 20 entgegen gesetzten Rückseitenfläche 30 angeordnet sind und einen Spiegel 701 ausbilden. Jede der Aussparungen 40 ist mit einer Passivierungsschicht 60 und einer Spiegelschicht 70 versehen. Der Spiegel 701 umfasst eine sogenannte DBR-Struktur. Diese DBR-Struktur zeichnet sich insbesondere durch eine spektral selektive Reflektivität und ein dabei sehr hohes Reflexionsvermögen aus. Die Aussparungen 40 erzeugen eine periodische Abfolge von Brechungsindexvariationen durch den Übergang zwischen dem Material des Halbleiterkörpers 10 und den Aussparungen 40. Der DBR-Spiegel ist direkt in den Halbleiterkörper 10 eingearbeitet. Die Aussparungen 40 können insbesondere für eine erhöhte mechanische Stabilität und/oder zur Anpassung des Brechungsindexes beispielsweise mit einem BCB oder einem anderen transparenten Polymer oder Dielektrikum befüllt sein. Der erste Bereich 101 weist an der Auskoppelfläche 20 in longitudinaler Richtung X eine Stufe 1011 auf.
  • 11 zeigt ein optoelektronisches Halbleiterbauelement 1 gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel. Das vierte Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem dritten Ausführungsbeispiel und weist zusätzlich einen weiteren Spiegel 702 auf der Auskoppelfläche 20 des optoelektronischen Halbleiterbauelements 1 auf. Dieser weitere Spiegel 702 ist ebenfalls als DBR-Struktur ausgeführt und weist eine Vielzahl von Aussparungen 40 mit jeweils einer Passivierung 60 und einer Spiegelschicht 70 auf. Der zweite Spiegel 702 ist direkt in den Halbleiterkörper 10 eingebracht. Der unterschiedliche Brechungsindex des Halbleitermaterials des Halbleiterkörpers 10 und des Materials in den Aussparungen 40 ermöglicht eine periodische Variation des Brechungsindex und somit den Aufbau eines DBR-Spiegels. Das gilt auch für lediglich mit Luft gefüllte Aussparungen 40. Der erste Bereich 101 weist an der Auskoppelfläche 20 in longitudinaler Richtung X eine Stufe 1011 auf.
  • 12 zeigt eine Vielzahl von optoelektronischen Halbleiterbauelementen 1, die in einer monolithischen Struktur zu einem Barren zusammengefasst sind. Monolithisch bedeutet, die hier gezeigten optoelektronischen Halbleiterbauelemente 1 sind auf einem gemeinsamen Aufwachssubstrat 900 aufgewachsen und durch das Aufwachssubstrat 900 und/oder epitaktisch hergestellte Halbeiterschichten miteinander verbunden. Die Herstellung eines Barrens aufweisend eine Vielzahl von optoelektronischen Halbleiterbauelementen 1 kann vorteilhaft direkt erfolgen und ein Zusammensetzen von mehreren zuvor vereinzelter optoelektronischer Halbleiterbauelemente 1 kann vorteilhaft entfallen.
  • 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 Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    optoelektronisches Halbleiterbauelement
    10
    Halbleiterkörper
    101
    erster Bereich
    1011
    Stufe
    102
    zweiter Bereich
    103
    aktiver Bereich
    20
    Auskoppelfläche
    30
    Rückseitenfläche
    40
    Aussparung
    50
    Maskenschicht
    52
    Aussparung in der Maskenschicht
    60
    Passivierung
    70
    Spiegelschicht
    701
    Spiegel
    702
    Spiegel
    200
    Ätzrückstände
    810
    erste Kontaktstruktur
    820
    zweite Kontaktstruktur
    90
    Wafer
    900
    Aufwachssubstrat
    A
    Schnittlinie
    α
    vertikaler Fernfeldwinkel
    E
    elektromagnetische Strahlung
    X
    longitudinale Richtung
    Y
    Stapelrichtung

Claims (19)

  1. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) mit einem Halbleiterkörper (10) umfassend einen ersten Bereich (101) eines ersten Leitungstyps, einen zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung eingerichteten aktiven Bereich (103), einen zweiten Bereich (102) eines zweiten Leitungstyps und einer zur Auskopplung von elektromagnetischer Strahlung vorgesehene Auskoppelfläche (20), bei dem - der erste Bereich (101), der aktive Bereich (103) und der zweite Bereich (102) entlang einer Stapelrichtung (Y) angeordnet sind, - sich der aktive Bereich (103) von einer der Auskoppelfläche (20) gegenüberliegenden Rückseitenfläche (30) zur Auskoppelfläche (20) entlang einer longitudinalen Richtung (X), die quer oder senkrecht zu der Stapelrichtung (Y) verläuft, erstreckt, - die Auskoppelfläche (20) planparallel zur Rückseitenfläche (30) angeordnet ist, und - die Auskoppelfläche (20) und die Rückseitenfläche (30) des Halbleiterkörpers (10) mittels eines Ätzprozesses erzeugt sind.
  2. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, bei dem das optoelektronische Halbleiterbauelement (1) zur Erzeugung von kohärenter Strahlung eingerichtet ist.
  3. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Halbleiterkörper (10) in der longitudinalen Richtung (X) eine Ausdehnung von weniger als 300 µm, bevorzugt von weniger als 100 µm und besonders bevorzugt von weniger als 50 µm aufweist.
  4. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1)gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zumindest ein Bereich des Halbleiterkörpers (10) auf einem Nitrid-Verbindungs-Halbleitermaterial basiert.
  5. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Auskoppelfläche (20) und die Rückseitenfläche (30) parallel zur m-Ebene des Kristalls des Halbleiterkörpers (10) verlaufen.
  6. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Halbleiterkörper (10) auf einem Aufwachssubstrat (900) aufgebracht ist und das Aufwachssubstrat (900) mit einem der folgenden Materialien gebildet ist: Saphir, Galliumnitrid, Siliziumcarbid, Silizium.
  7. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Auskoppelfläche (20) und die Rückseitenfläche (30) eine mittlere Rauheit in einem Bereich von 0,1 nm bis 10 nm und bevorzugt von 0,1 nm bis 1 nm aufweisen.
  8. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Rückseitenfläche (30) und/oder der Auskoppelfläche (20) jeweils auf der dem Halbleiterkörper (10) abgewandten Seite ein Spiegel (701, 702) nachgeordnet ist.
  9. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, bei dem der Spiegel (701, 702) mit dem Material des Halbleiterkörpers (10) erzeugt ist.
  10. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der erste Bereich (101) an der Auskoppelfläche (20) in longitudinaler Richtung (X) mindestens eine Stufe (1011) aufweist.
  11. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, bei dem die Stufe (1011) derart strukturiert ist, dass eine aus dem Halbleiterkörper (10) emittierte elektromagnetische Strahlung (E) die Stufe (1011) nicht trifft.
  12. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß Anspruch 10, bei dem die Breite bn der mindestens einen Stufe (1011) des ersten Bereichs (101) in der longitudinalen Richtung (X) derart strukturiert ist, dass sie bis auf eine Abweichung von +/- 10 % folgender Formel genügt: bn<[(hn-a-w)/tan(α/2)] - (bn-1-bn-2-...-b2-b1), wobei a als Abstand des aktiven Bereichs von der dem aktiven Bereich abgewandten Seite des zweiten Bereichs (102), hn als Ausdehnung der Auskoppelfläche in einer Richtung parallel zur Stapelrichtung (Y) des Halbleiterkörpers, w als Wellenleiterdicke auf der dem aktiven Bereich abgewandten Seite des ersten Bereichs (101) und α als vertikaler Fernfeldwinkel definiert sind und der Index n für die Anzahl an Stufen (1011) steht.
  13. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements (1) aufweisend die Schritte: - Bereitstellen eines Halbleiterkörpers (10), aufweisend entlang einer Stapelrichtung (Y) einen ersten Bereich (101) eines ersten Leitungstyps, einen zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung eingerichteten aktiven Bereich (103) und einen zweiten Bereich (102) eines zweiten Leitungstyps, wobei sich der aktive Bereich (103) zwischen dem ersten Bereich (101) und zweiten Bereich (102) entlang einer longitudinalen Richtung (X), die quer oder senkrecht zur Stapelrichtung (Y) verläuft, erstreckt, - Einbringen eines ersten Grabens zumindest stellenweise entlang der Stapelrichtung (Y) und quer zur longitudinalen Richtung (X) mittels eines ersten Ätzprozesses, der den ersten Bereich (101) und den aktiven Bereich (103) vollständig durchdringt, wobei an der dem Halbleiterkörper (10) zugewandten Seitenfläche des ersten Grabens eine Auskoppelfläche (20) entsteht, die zur Auskopplung von elektromagnetischer Strahlung (E) vorgesehen ist, und - Einbringen eines zweiten Grabens an der dem ersten Graben gegenüberliegenden Seite des Halbleiterkörpers (10) zumindest stellenweise entlang der Stapelrichtung (Y) des Halbleiterkörpers (10) und quer zur longitudinalen Richtung (X) mittels des ersten Ätzprozesses, der den ersten Bereich (101) und den aktiven Bereich (103) vollständig durchdringt, wobei an der dem Halbleiterkörper (10) zugewandten Seitenfläche des zweiten Grabens eine Rückseitenfläche (30) entsteht, und - Glätten der Auskoppelfläche (20) und der Rückseitenfläche (30) mittels eines zweiten Ätzprozesses.
  14. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements (1) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei das Ätzmittel des zweiten Ätzverfahrens eines der folgenden Ätzmittel umfasst: KOH, NaOH, NH4OH, LiOH, TMAH, NMP.
  15. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Auskoppelfläche (20) und die Rückseitenfläche (30) mittels Ionenreinigung gereinigt werden.
  16. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements (1) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Auskoppelfläche (20) und die Rückseitenfläche (30) mit einem teilkristallinen Material beschichtet werden.
  17. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements (1) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Auskoppelfläche (20) und die Rückseitenfläche (30) mit einem dielektrischen Material oder einem Metall beschichtet werden.
  18. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Stufe (1011) des ersten Bereichs (101) über die Auskoppelfläche (20) in der longitudinalen Richtung (X) mittels eines Ätzprozesse strukturiert wird.
  19. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verfahrensschritte an einer Vielzahl von optoelektronischen Halbleiterbauelementen (1) in einem Waferverbund ausgeführt werden.
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