DE102018119622A1

DE102018119622A1 - Optoelektronischer Halbleiterchip und Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips

Info

Publication number: DE102018119622A1
Application number: DE102018119622.9A
Authority: DE
Inventors: Sebastian Pickel; Katharina Werner; Bernd Böhm; Anna Strozecka-Assig; Anna Nirschl
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2018-08-13
Filing date: 2018-08-13
Publication date: 2020-02-13
Also published as: DE112019004099A5; US20210320223A1; WO2020035498A1

Abstract

In mindestens einer Ausführungsform umfasst der optoelektronische Halbleiterchip (100) eine Halbleiterschichtenfolge (1) mit einer aktiven Schicht (10), einer dotierten Stromaufweitungsschicht (11) und einer Auskoppelschicht (12), die in dieser Reihenfolge übereinander angeordnet sind. Die aktive Schicht erzeugt im bestimmungsgemäßen Betrieb Primärstrahlung. Die Stromaufweitungsschicht weist eine größere laterale, elektrische Leitfähigkeit als die Auskoppelschicht auf. Die Auskoppelschicht weist an einer der aktiven Schicht abgewandten Austrittsseite (120) Auskoppelstrukturen (121) zur Strahlungsauskopplung auf. Die Auskoppelschicht weist einen geringeren Absorptionskoeffizienten für die Primärstrahlung auf als die Stromaufweitungsschicht.

Description

Es wird ein optoelektronischer Halbleiterchip angegeben. Darüber hinaus wird ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips angegeben.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, einen optoelektronischen Halbleiterchip mit einer hohen Strahlungsauskoppeleffizienz anzugeben. Eine weitere zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Halbleiterchips anzugeben.
Diese Aufgaben werden unter anderem durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der optoelektronische Halbleiterchip eine Halbleiterschichtenfolge mit einer aktiven Schicht, einer dotierten Stromaufweitungsschicht und einer Auskoppelschicht, die in dieser Reihenfolge übereinander angeordnet sind. Bevorzugt sind die Schichten epitaktisch in dieser Reihenfolge übereinander gewachsen. Die genannten Schichten können unmittelbar aneinandergrenzen. Alternativ können zwischen den genannten Schichten weitere Halbleiterschichten angeordnet sein. Die genannten Schichten sind Teil der Halbleiterschichtenfolge und sind somit Halbleiterschichten.
Die Halbleiterschichtenfolge basiert zum Beispiel auf einem III-V-Verbindungshalbleitermaterial. Bei dem Halbleitermaterial handelt es sich zum Beispiel um ein Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial, wie Al_nIn_1-n-mGa_mN, oder um ein Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial, wie Al_nIn_1-n-mGa_mP, oder um ein Arsenid-Verbindungshalbleitermaterial, wie Al_nIn_1-n-mGa_mAs oder Al_nIn_1-n-mGa_mAsP, wobei jeweils 0 ≤ n ≤ 1, 0 ≤ m ≤ 1 und m + n ≤ 1 ist. 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 Al_nIn_1-n-mGa_mP.
Die aktive Schicht erzeugt im bestimmungsgemäßen Betrieb elektromagnetische Primärstrahlung. Dies geschieht durch Rekombination von Elektronen und Löchern im Bereich der aktiven Schicht. Die aktive Schicht beinhaltet insbesondere wenigstens einen pn-Übergang und/oder mindestens eine Quantentopfstruktur und kann zum Beispiel im bestimmungsgemäßen Betrieb elektromagnetische Primärstrahlung im blauen oder grünen oder roten Spektralbereich oder im UV-Bereich oder im IR-Bereich erzeugen. Bevorzugt umfasst der Halbleiterchip genau eine, zusammenhängende, insbesondere einfach zusammenhängende, aktive Schicht. Alternativ kann die aktive Schicht auch segmentiert sein.
Unter einem Halbleiterchip wird hier und im Folgenden ein separat handhabbares und elektrisch kontaktierbares Element verstanden. Ein Halbleiterchip entsteht insbesondere durch Vereinzelung aus einem Waferverbund. Insbesondere weisen Seitenflächen eines solchen Halbleiterchips dann zum Beispiel Spuren aus dem Vereinzelungsprozess des Waferverbunds auf. Ein Halbleiterchip umfasst bevorzugt genau einen ursprünglich zusammenhängenden Bereich der im Waferverbund gewachsenen Halbleiterschichtenfolge. Die Halbleiterschichtenfolge des Halbleiterchips ist bevorzugt zusammenhängend ausgebildet. Die laterale Ausdehnung des Halbleiterchips ist beispielsweise höchstens 1 % oder höchstens 5 % oder höchstens 10 % größer als die laterale Ausdehnung der aktiven Schicht oder der Halbleiterschichtenfolge. Der Halbleiterchip umfasst beispielsweise noch das Aufwachsubstrat, auf dem die gesamte Halbleiterschichtenfolge gewachsen ist.
Als laterale Ausdehnung wird hier und im Folgenden insbesondere eine Erstreckung oder Ausdehnung in jede beliebige laterale Richtung verstanden. Eine laterale Richtung ist eine Richtung parallel zur Haupterstreckungsebene der aktiven Schicht.
Der Halbleiterchip kann ein so genannter Volumenemitter, insbesondere ein Flip-Chip, sein. In diesem Fall umfasst der Halbleiterchip bevorzugt noch das Aufwachsubstrat. Alternativ kann der Halbleiterchip auch ein Oberflächenemitter, insbesondere ein so genannter Dünnfilm-Chip, sein. In diesem Fall ist das Aufwachsubstrat beispielsweise abgelöst. Das Aufwachssubstrat basiert zum Beispiel auf GaAs.
Die Stromaufweitungsschicht und/oder die Auskoppelschicht können jeweils mehrere Teilschichten umfassen. Die Teilschichten unterscheiden sich dann beispielsweise jeweils bezüglich der stöchiometrischen Zusammensetzung und/oder bezüglich der Dotierung. Laterale Ausdehnungen der Stromaufweitungsschicht und der Auskoppelschicht betragen bevorzugt jeweils zumindest 90 % oder zumindest 95 % der lateralen Ausdehnung des Halbleiterchips.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Stromaufweitungsschicht eine größere laterale, elektrische Leitfähigkeit als die Auskoppelschicht auf. Die Stromaufweitungsschicht kann dazu n- oder p-dotiert sein. Beispielsweise beträgt eine Dotierung der Stromaufweitungsschicht zumindest 5·10¹⁷ cm^-3 oder zumindest 1·10¹⁸ cm^-3 oder zumindest 5·10¹⁸ cm^-3. Die Stromaufweitungsschicht weist beispielsweise eine zumindest zehnmal größere oder zumindest 100-mal oder zumindest 1000-mal größere elektrische Leitfähigkeit in lateraler Richtung auf als die Auskoppelschicht. Als Dotierstoff wird zum Beispiel Te oder Si verwendet. Die laterale Leitfähigkeit ist die Leitfähigkeit in eine laterale Richtung.
Unter der Dotierung einer Schicht wird hier und im Folgenden insbesondere die über das gesamte Volumen der jeweiligen Schicht gemittelte Dotierung verstanden.
Die Stromaufweitungsschicht hat beispielsweise eine mittlere Dicke von zumindest 400 nm oder zumindest 500 nm. Alternativ oder zusätzlich beträgt die mittlere Dicke der Stromaufweitungsschicht höchstens 4 µm oder höchstens 3 µm oder höchstens 2 µm. Die Dicke wird dabei senkrecht zur Haupterstreckungsebene der aktiven Schicht gemessen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Auskoppelschicht an einer der aktiven Schicht abgewandten Austrittsseite Auskoppelstrukturen zur Strahlungsauskopplung auf. Die Auskoppelstrukturen sind Erhebungen, beispielsweise pyramidenartige oder kegelartige oder pyramidenstumpfartige oder kegelstumpfartige oder kugelsegmentartige Erhebungen, der Auskoppelschicht. Die Auskoppelstrukturen sind also aus der Auskoppelschicht gebildet beziehungsweise sind Teil der Auskoppelschicht.
Die Auskoppelstrukturen reduzieren den Anteil an Primärstrahlung, der ansonsten aufgrund von Totalreflexion am Austritt über die Austrittseite gehindert würde. Durch die Auskoppelstrukturen kommt es zu einer Umverteilung der Primärstrahlung.
Bevorzugt sind zumindest 75 % oder zumindest 80 % oder zumindest 90 % oder zumindest 95 % der Fläche der Austrittsseite strukturiert. Der übrige Bereich der Austrittsseite kann im Rahmen der Herstellungstoleranz unstrukturiert, insbesondere eben sein. Der strukturierte Bereich, also der Bereich mit den Auskoppelstrukturen, dient zur Auskopplung der Primärstrahlung. Der unstrukturierte Bereich kann zur Kontaktierung der Halbleiterschichtenfolge dienen.
Die Austrittsseite ist beispielsweise eine Deckseite oder eine Deckfläche der Halbleiterschichtenfolge. Mit der Austrittsseite schließt die Halbleiterschichtenfolge dann zumindest bereichsweise ab. In diesem Fall ist der Austrittsseite zumindest im strukturierten Bereich und in einer Richtung weg von der aktiven Schicht kein Halbleitermaterial nachgeordnet.
Die Auskoppelschicht weist beispielsweise eine mittlere Dicke von zumindest 200 nm oder zumindest 500 nm auf. Alternativ oder zusätzlich kann die mittlere Dicke der Auskoppelschicht höchstens 1,5 µm oder höchstens 1,0 µm betragen. Eine maximale Dicke der Auskoppelschicht beträgt beispielsweise höchstens 2,5 µm oder höchstens 2 µm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Auskoppelschicht einen geringeren Absorptionskoeffizienten für die Primärstrahlung auf als die Stromaufweitungsschicht. Der Absorptionskoeffizient der Auskoppelschicht ist beispielsweise höchstens halb so groß oder höchstens ein Drittel oder höchstens ein Viertel oder höchstens ein Zehntel oder höchstens 1/50 des Absorptionskoeffizienten der Stromaufweitungsschicht.
Der Absorptionskoeffizient ist ein Maß für die Verringerung der Intensität elektromagnetischer Strahlung beim Durchgang durch ein gegebenes Material. Seine Dimension ist 1/Länge. Ein großer Absorptionskoeffizient bedeutet, dass das Material die betrachtete Strahlung relativ stark abschirmt, ein kleiner dagegen, dass es durchlässiger für die Strahlung ist. In der Bezeichnung Absorptionskoeffizient ist der Begriff Absorption nicht nur im engeren Sinn der Abgabe von Strahlungsenergie an das Medium zu verstehen. Zur hier gemeinten Intensitätsabnahme (Extinktion) tragen vielmehr auch Streuprozesse bei, die die Strahlung nur aus ihrer Richtung ablenken.
Unter dem Absorptionskoeffizienten einer Schicht ist hier der über das gesamte Volumen der jeweiligen Schicht gemittelte Absorptionskoeffizient zu verstehen. Ferner ist der Absorptionskoeffizient hier bevorzugt für diejenige Wellenlänge angegeben, bei der die Primärstrahlung ein globales Intensitätsmaximum aufweist.
In mindestens einer Ausführungsform umfasst der optoelektronische Halbleiterchip eine Halbleiterschichtenfolge mit einer aktiven Schicht, einer dotierten Stromaufweitungsschicht und einer Auskoppelschicht, die in dieser Reihenfolge übereinander angeordnet sind. Die aktive Schicht erzeugt im bestimmungsgemäßen Betrieb Primärstrahlung. Die Stromaufweitungsschicht weist eine größere laterale, elektrische Leitfähigkeit als die Auskoppelschicht auf. Die Auskoppelschicht weist an einer der aktiven Schicht abgewandten Austrittsseite Auskoppelstrukturen zur Strahlungsauskopplung auf. Die Auskoppelschicht weist einen geringeren Absorptionskoeffizienten für die Primärstrahlung auf als die Stromaufweitungsschicht.
Der vorliegenden Erfindung liegt unter anderem die Erkenntnis zu Grunde, dass für eine gute Strahlungsauskopplung aus einer Seite der Halbleiterschichtenfolge, nämlich aus der Austrittsseite, diese häufig strukturiert oder aufgeraut wird. Die Größenordnung der Dicke der aufgerauten Halbleiterschicht beträgt mehrere 100 nm. Der strukturierte Teil der Halbleiterschichtenfolge steht nicht mehr oder nur eingeschränkt zur Verfügung, zum Beispiel als Kontakt oder zur lateralen Stromverteilung.
Eine Idee der vorliegenden Erfindung ist daher, den Bereich mit den Auskoppelstrukturen möglichst wenig absorbierend für die Primärstrahlung, insbesondere weniger absorbierend als die Stromaufweitungsschicht, auszubilden. Dazu wird vorliegend von einer von der Stromaufweitungsschicht verschiedenen Auskoppelschicht Gebrauch gemacht, die einen geringen Absorptionskoeffizienten aufweist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Austrittsseite der Auskoppelschicht einer Rauheit von zumindest 200 nm oder zumindest 500 nm oder zumindest 700 nm oder zumindest 1 µm auf. Alternativ oder zusätzlich kann die Rauheit höchstens 1,7 µm oder höchstens 1,5 µm betragen.
Die Rauheit der Austrittsseite ist durch die Auskoppelstrukturen bedingt. Die Rauheit ist dabei ein Maß für die durch die Auskoppelstrukturen erzeugte Variation der Oberflächenhöhe der Austrittsseite. Zur Aufrauung werden zum Beispiel nur Strukturen gezählt, die eine kleine Variation in der Oberflächenhöhe erzeugen. Eine „kleine Variation“ ist zum Beispiel eine Variation, die im Vergleich zur lateralen Ausdehnung des Halbleiterchips klein ist, beispielsweise höchstens 1/10 oder höchstens 1/20 oder höchstens 1/100 so groß wie die laterale Ausdehnung des Halbleiterchips ist.
Die Rauheit kann dabei die mittlere Rauheit sein. Das heißt die Rauheit gibt den mittleren Abstand eines Messpunktes auf der Oberfläche der Austrittseite zu einer Mitteloberfläche an. Die Mitteloberfläche schneidet innerhalb eines Messbereichs das wirkliche Profil der Oberfläche so, dass die Summe der gemessenen Profilabweichungen, bezogen auf die Mitteloberfläche, minimal wird. Alternativ kann die Rauheit aber auch die quadratische Rauheit, also die mittlere quadratische Profilabweichung von der Mitteloberfläche, oder die maximale Rauheit, also die maximal gemessene Profilabweichung von der Mitteloberfläche, sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Auskoppelschicht eine geringere Defektdichte als die Stromaufweitungsschicht auf. Beispielsweise ist die Defektdichte in der Stromaufweitungsschicht zumindest doppelt so groß oder zumindest dreimal so groß oder zumindest viermal so groß oder zumindest zehnmal so groß wie in der Auskoppelschicht. Die Defektdichte ist die über das gesamte Volumen der jeweiligen Schicht gemittelte Defektdichte. Eine geringe Defektdichte resultiert im Allgemeinen in einer geringeren Absorption der Primärstrahlung.
Die Defektdichte kann beispielsweise beim Wachstum der Schichten eingestellt werden. So kann die Absorptionsschicht bei höheren Temperaturen als die Stromaufweitungsschicht gewachsen werden, wodurch die Defektdichte reduziert wird. Da die Stromaufweitungsschicht eine hohe Dotierung aufweist und da eine hohe Dotierung häufig eine niedrigere Wachstumstemperatur bedingt, kann die Stromaufweitungsschicht im Allgemeinen nur mit einer verhältnismäßig hohen Defektdichte gewachsen werden.
Unter der Defektdichte einer Schicht ist wiederum die über das gesamte Volumen der Schicht gemittelte Defektdichte zu verstehen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Bandlücke der Auskoppelschicht größer als die Energie der Primärstrahlung. Unter der Energie der Primärstrahlung wird dabei insbesondere die Energie beziehungsweise Wellenlänge verstanden, bei der die Primärstrahlung ein globales Intensitätsmaximum hat. Beispielsweise ist die Bandlücke der Auskoppelschicht zumindest 0,03 eV oder zumindest 0,05 eV oder zumindest 0,07 eV oder zumindest 0,09 eV oder zumindest 0,1 eV oder zumindest 0,2 eV größer als die Energie der Primärstrahlung. Durch eine hohe Bandlücke der Auskoppelschicht wird der Anteil an absorbierter Primärstrahlung weiter reduziert.
Auch hier wird unter der Bandlücke einer Schicht wieder die über das gesamte Volumen der Schicht gemittelte Bandlücke verstanden. Die Bandlücke kann beispielsweise über die genaue stöchiometrische Zusammensetzung innerhalb der Schichten eingestellt werden.
Alternativ oder zusätzlich kann die Bandlücke der Auskoppelschicht größer, zum Beispiel um zumindest 0,03 eV oder zumindest 0,05 eV oder zumindest 0,07 eV oder zumindest 0,09 eV oder zumindest 0,1 eV oder zumindest 0,2 eV größer als die Bandlücke der Stromaufweitungsschicht sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform basiert die Halbleiterschichtenfolge auf Al_nIn_1-n-mGa_mP mit 0 ≤ n ≤ 1, 0 ≤ m ≤ 1 und m + n ≤ 1. Die Stromaufweitungsschicht und/oder die Auskoppelschicht können beispielsweise auf Al_nIn_1-nP basieren, also einen zu vernachlässigen Ga-Gehalt aufweisen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Stromaufweitungsschicht einen größeren Ga-Gehalt als die Auskoppelschicht auf. Beispielsweise beträgt der Ga-Gehalt in der Stromaufweitungsschicht zumindest 200 % oder zumindest 300 % oder zumindest 500 % des Ga-Gehalts in der Auskoppelschicht. Ein höherer Ga-Gehalt erhöht die Leitfähigkeit und reduziert die Bandlücke.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der optoelektronische Halbleiterchip weiter ein Kontaktelement zur Injektion von ersten Ladungsträgern in die Stromaufweitungsschicht. Das Kontaktelement umfasst beispielsweise Metall oder besteht daraus. Insbesondere ist das Kontaktelement aus einem von dem Halbleitermaterial der Halbleiterschichtenfolge verschiedenen Material gebildet.
Die ersten Ladungsträger sind Elektronen oder Löcher. Die ersten Ladungsträger werden über das Kontaktelement in die Halbleiterschichtenfolge injiziert. Dabei können die ersten Ladungsträger direkt in die Stromaufweitungsschicht injiziert werden oder indirekt, indem sie zuerst in eine andere Halbleiterschicht injiziert werden und von dort aus in die Stromaufweitungsschicht gelangen.
Das Kontaktelement kann auf der Austrittsseite angeordnet sein. Dann ist die Auskoppelschicht zwischen dem Kontaktelement und der Stromaufweitungsschicht. Alternativ kann sich das Kontaktelement von der Austrittsseite aus in die Halbleiterschichtenfolge erstrecken und im Bereich zwischen der aktiven Schicht und der Austrittsseite in die Halbleiterschichtenfolge münden. Alternativ kann sich das Kontaktelement auch von der der Austrittsseite gegenüberliegenden Seite der Halbleiterschichtenfolge aus durch die aktive Schicht hindurch erstrecken. Dann handelt es sich bei dem Kontaktelement um eine so genannte Durchkontaktierung.
Ist das Kontaktelement auf der Austrittsseite angeordnet, so ist die Austrittsseite im Bereich des Kontaktelements bevorzugt nicht strukturiert, sondern im Rahmen der Herstellungstoleranz eben. Erstreckt sich das Kontaktelement ausgehend von der Austrittsseite durch die Auskoppelschicht hindurch, so weist die Auskoppelschicht im Bereich des Kontaktelements eine Ausnehmung oder ein Loch auf. Außerhalb dieses Bereichs ist die Austrittsseite strukturiert. Der Bereich, in dem das Kontaktelement angeordnet ist, wird hier und im Folgenden auch als Kontaktabschnitt der Halbleiterschichtenfolge bezeichnet. Der Bereich, in dem die Auskoppelschicht strukturiert ist, wird hier und im Folgenden auch als Auskoppelabschnitt der Halbleiterschichtenfolge bezeichnet.
Zumindest im Kontaktabschnitt kann die Auskoppelschicht zumindest leicht dotiert sein, um eine Stromleitung von dem Kontaktelement hindurch durch die Auskoppelschicht bis zur Stromaufweitungsschicht zu ermöglichen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Kontaktelement eine Bodenfläche auf, die an das Halbleitermaterial der Halbleiterschichtenfolge angrenzt. Die Bodenfläche verläuft bevorzugt im Wesentlichen parallel zur aktiven Schicht. „Im Wesentlichen“ bedeutet hier im Rahmen der Herstellungstoleranz.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die Halbleiterschichtenfolge eine dotierte Kontaktschicht, die dünner als die Stromaufweitungsschicht ist und eine höhere Dotierung als die Stromaufweitungsschicht aufweist.
Beispielsweise ist die Dotierung der Kontaktschicht zumindest doppelt so groß oder zumindest fünfmal so groß oder zumindest zehnmal so groß wie die Dotierung der Stromaufweitungsschicht. Beispielsweise ist die Dotierung der Kontaktschicht zumindest 5·10¹⁸ cm^-3 oder zumindest 1·10¹⁹ cm^-3. Insbesondere weist die Kontaktschicht denselben Dotierungstyp wie die Stromaufweitungsschicht auf. Ist die Stromaufweitungsschicht also n-dotiert, so ist auch die Kontaktschicht n-dotiert.
Die mittlere Dicke der Kontaktschicht ist beispielsweise höchstens die Hälfte oder höchstens ein Drittel oder höchstens ein Viertel oder höchstens ein Zehntel der mittleren Dicke der Stromaufweitungsschicht. Zum Beispiel weist die Kontaktschicht eine mittlere Dicke von höchstens 150 nm oder höchstens 100 nm auf. Alternativ oder zusätzlich kann die mittlere Dicke der Kontaktschicht zumindest 50 nm betragen. Die Kontaktschicht basiert zum Beispiel auf AlInGaP.
Die Kontaktschicht kann eine andere stöchiometrische Zusammensetzung als die an sie grenzenden Schichten aufweisen. Alternativ kann die Kontaktschicht auch lediglich ein hoch dotierter Bereich in einer Schicht sein und damit die gleiche stöchiometrische Zusammensetzung wie diese Schicht aufweisen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform grenzt die Kontaktschicht an die Bodenfläche des Kontaktelements an. Die Kontaktschicht reduziert den Kontaktwiderstand zwischen dem Kontaktelement und dem Halbleitermaterial der Halbleiterschichtenfolge.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Kontaktschicht auf der Austrittsseite der Auskoppelschicht angeordnet und grenzt an die Austrittsseite an. Das heißt, die Kontaktschicht ist der Austrittsseite in Richtung weg von der aktiven Schicht nachgeordnet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform entspricht eine laterale Ausdehnung der Kontaktschicht oder eine Fläche der Kontaktschicht im Wesentlichen der lateralen Ausdehnung oder der Fläche der Bodenfläche des Kontaktelements. Beispielsweise weicht die laterale Ausdehnung der Kontaktschicht um höchstens 30 % oder höchstens 20 % oder höchstens 10 % oder höchstens 5 % von der lateralen Ausdehnung der Bodenfläche des Kontaktelements ab. In Draufsicht auf die Austrittsseite betrachtet liegt die von dem Kontaktelement eingenommene Fläche beispielsweise vollständig in der von der Kontaktschicht eingenommenen Fläche. Die Kontaktschicht ist bevorzugt auf den Kontaktabschnitt beschränkt. Im Bereich des Auskoppelabschnitts ist die Halbleiterschichtenfolge bevorzugt frei von der Kontaktschicht.
Alternativ ist es aber auch möglich, dass die laterale Ausdehnung der Kontaktschicht im Wesentlichen, also mit einer Abweichung von höchstens 20 %, der lateralen Ausdehnung der aktiven Schicht entspricht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform beträgt die laterale Ausdehnung oder die Fläche der Bodenfläche höchstens 25 % oder höchstens 20 % oder höchstens 10 % oder höchstens 5 % der lateralen Ausdehnung oder der Fläche der aktiven Schicht.
Die laterale Ausdehnung wird auch hier wieder als die Ausdehnung entlang einer beliebigen Richtung parallel zur Haupterstreckungsebene der aktiven Schicht verstanden. Die Fläche der aktiven Schicht ist die Fläche, die die aktive Schicht in Draufsicht auf die Austrittsseite betrachtet hat.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Kontaktschicht zwischen der Stromaufweitungsschicht und der Austrittsseite angeordnet und grenzt an die Stromaufweitungsschicht an. In diesem Fall erstreckt sich das Kontaktelement also durch die Auskoppelschicht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform grenzt die Bodenfläche des Kontaktelements unmittelbar an die Stromaufweitungsschicht an. In diesem Fall ist insbesondere auf eine separate Kontaktschicht verzichtet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Auskoppelschicht eine geringere Dotierung auf als die Stromaufweitungsschicht. Beispielsweise ist die Dotierung in der Stromaufweitungsschicht zumindest zehnmal so groß oder zumindest 100-mal so groß oder zumindest 1000-mal so groß wie in der Auskoppelschicht.
Die Auskoppelschicht weist beispielsweise eine Dotierung von höchstens 5·10¹⁷ cm^-3 oder höchstens 1·10¹⁷ cm^-3 oder höchstens 5·10¹⁶ cm^-3 auf. Alternativ oder zusätzlich kann die Dotierung der Auskoppelschicht zumindest 1·10¹⁶ cm^-3 sein. Bevorzugt weist die Auskoppelschicht dann denselben Dotierungstyp wie die Stromaufweitungsschicht auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Auskoppelschicht nominell undotiert. Beispielsweise beträgt eine Dotierkonzentration in der Auskoppelschicht dann höchstens 1·10¹⁵ cm^-3 oder höchstens 1·10¹⁴ cm^-3.
Darüber hinaus wird ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips angegeben. Das Verfahren eignet sich insbesondere zur Herstellung eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterchips. Alle im Zusammenhang mit dem optoelektronischen Halbleiterchip offenbarten Merkmale sind daher auch für das Verfahren offenbart und umgekehrt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips einen Schritt A), in dem eine Halbleiterschichtenfolge mit einer dotierten Kontaktschicht, einer weniger stark dotierten Auskoppelschicht und einer aktiven Schicht, die in dieser Reihenfolge übereinander angeordnet sind, bereitgestellt wird. Die aktive Schicht erzeugt im bestimmungsgemäßen Betrieb Primärstrahlung.
Die zuvor für den Halbleiterchip gemachten Angaben bezüglich der aktiven Schicht, der Kontaktschicht und der Auskoppelschicht, insbesondere was deren Dotierkonzentrationen und/oder Dicken betrifft, kann auch hier gelten. Die Kontaktschicht basiert zum Beispiel auf AlInGaP. Dass die Auskoppelschicht weniger stark dotiert ist, meint vorliegend, dass sie weniger stark als die Kontaktschicht dotiert ist.
Die Kontaktschicht ist bevorzugt eine Deckschicht der Halbleiterschichtenfolge. In Richtung weg von der aktiven Schicht ist der Kontaktschicht also keine weitere Halbleiterschicht nachgeordnet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren einen Schritt B), in dem eine Fotolackschicht auf die der aktiven Schicht abgewandten Seite der Kontaktschicht aufgebracht wird, wobei die Fotolackschicht die Kontaktschicht sowohl in einem Auskoppelabschnitt als auch in einem Kontaktabschnitt der Halbleiterschichtenfolge vollständig überdeckt.
Der Auskoppelabschnitt und der Kontaktabschnitt sind lateral nebeneinanderliegende Bereiche beziehungsweise Abschnitte der Halbleiterschichtenfolge. Beispielsweise ist in Draufsicht auf die Kontaktschicht gesehen die Fläche des Kontaktabschnitts höchstens 25 % oder höchstens 20 % oder höchstens 10 % oder höchstens 5 % der Fläche des Auskoppelabschnitts.
Die Fotolackschicht überdeckt sowohl die Fläche des Auskoppelabschnitts als auch die Fläche des Kontaktabschnitts vollständig. Insbesondere ist die Fotolackschicht anfangs einfach zusammenhängend ausgebildet. Eine Dicke der Fotolackschicht beträgt zum Beispiel zwischen einschließlich 1 µm und 5 µm. Die Fotolackschicht wird zum Beispiel direkt auf die Kontaktschicht aufgebracht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren einen Schritt C), in dem die Fotolackschicht im Bereich des Auskoppelabschnitts strukturiert und teilweise entfernt wird. Bevorzugt bleiben dabei Inseln aus der Fotolackschicht stehen. Die Inseln sind zum Beispiel jeweils einfach zusammenhängend und voneinander beabstandet. Zwischen den Inseln kann die Kontaktschicht freigelegt sein. Das Strukturieren der Fotolackschicht erfolgt beispielsweise durch Lithografie, zum Beispiel mit Hilfe einer Maske.
Die Inseln haben beispielsweise jeweils einen Durchmesser, gemessen in lateraler Richtung, zwischen einschließlich 0,1 µm und 2,5 µm. Ein Abstand zwischen je zwei benachbarten Inseln beträgt beispielsweise zwischen einschließlich 0,1 µm und 10 µm. Beispielsweise werden im Bereich des Auskoppelabschnitts zumindest 100 Inseln aus der Fotolackschicht erzeugt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren einen Schritt D), in dem ein Ätzprozess durchgeführt wird. Dabei wird in den Bereichen des Auskoppelabschnitts, in denen die Fotolackschicht entfernt wurde, vollständig durch die Kontaktschicht und bis hinein in die Auskoppelschicht geätzt, wodurch Auskoppelstrukturen in der Auskoppelschicht entstehen. Die Kontaktschicht wird im Bereich des Auskoppelabschnitts entfernt. Im Bereich des Kontaktabschnitts wird die Fotolackschicht aber nicht durchdrungen.
Bevorzugt wird im Schritt D) zumindest 90 % oder zumindest 95 % oder zumindest 99 % oder 100 % der Kontaktschicht im Auskoppelabschnitt entfernt.
In Bereichen des Auskoppelabschnitts, in denen die Fotolackschicht entfernt wurde, greifen die verwendeten Ätzmittel die Halbleiterschichtenfolge an und durchdringen die erste Kontaktschicht und dringen bis hinein in die Auskoppelschicht. Die Auskoppelschicht wird bevorzugt nicht vollständig durchgeätzt. Aufgrund des Wegätzens der Halbleiterschichtenfolge im Bereich um die Inseln entstehen in der Auskoppelschicht Auskoppelstrukturen. Die Größe der Auskoppelstrukturen ist dabei durch die Größe der Inseln und die Art des Ätzprozesses vorgegeben.
Die beim Ätzprozess verwendeten Ätzmittel werden bevorzugt gleichermaßen auf den Auskoppelabschnitt und auf den Kontaktabschnitt aufgebracht. Die Fotolackschicht und die Ätzmittel sind insbesondere so gewählt, dass die Fotolackschicht im Kontaktabschnitt nicht vollständig durchdrungen wird. Zum Beispiel ist die Ätzrate für die Fotolackschicht geringer als für die Halbleiterschichtenfolge.
Nach dem Ätzprozess überdeckt die Fotolackschicht also den Kontaktabschnitt nach wie vor vollständig. Dass die Fotolackschicht im Bereich des Kontaktabschnitts nicht durchdrungen wird, meint insbesondere, dass durch den Ätzprozess im Schritt D) keine Löcher in der Fotolackschicht entstehen, in denen das Material unterhalb der Fotolackschicht freigelegt wird und von den Ätzmitteln angegriffen wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren einen Schritt E), in dem die Fotolackschicht im Bereich des Kontaktabschnitts entfernt wird. Nach dem Entfernen der Fotolackschicht ist beispielsweise die Kontaktschicht im Bereich des Kontaktabschnitts freigelegt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren einen Schritt F), in dem ein Kontaktelement auf die Kontaktschicht im Bereich des Kontaktabschnitts aufgebracht wird. Insbesondere wird dabei das Kontaktelement in unmittelbarem Kontakt zur freigelegten Kontaktschicht gebracht. Das Kontaktelement wird zum Beispiel aufgedampft.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden die Schritte A) bis F) in der angegebenen Reihenfolge und nacheinander ausgeführt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird im Schritt D) zunächst ein erstes Ätzmittel verwendet, das das Material der Fotolackschicht angreift und die Fotolackschicht im Bereich des Auskoppelabschnitts teilweise oder vollständig entfernt. Beispielsweise wird mit dem ersten Ätzmittel zumindest 90 % oder zumindest 95 % oder 100 % der Fotolackschicht im Auskoppelabschnitt entfernt. Wird die Fotolackschicht im Auskoppelabschnitt nicht vollständig entfernt, so kann nach dem Einsatz des ersten Ätzmittels ein Entlackungsprozess, wie Veraschen, zum Beispiel unter Verwendung eines Sauerstoffplasmas, eingesetzt werden, um die Reste der Fotolackschicht im Auskoppelabschnitt zu entfernen.
Das vollständige oder nahezu vollständige Wegätzen der Fotolackschicht im Auskoppelabschnitt führt im Allgemeinen nicht dazu, dass auch die Fotolackschicht im Kontaktabschnitt vollständig weggeätzt wird. Aufgrund der Strukturierung in der Fotolackschicht und der damit einhergehenden größeren Angriffsfläche wird nämlich die Fotolackschicht im Auskoppelabschnitt schneller weggeätzt als im Kontaktabschnitt.
Beispielsweise wird als erstes Ätzmittel ein trockenchemisches Ätzmittel verwendet. Beispielsweise basiert das erste Ätzmittel auf Chlor. Das erste Ätzmittel kann gerichtet oder ungerichtet ätzen.
Das erste Ätzmittel greift bevorzugt aber nicht nur die Fotolackschicht an, sondern durchätzt bereits die Kontaktschicht, dringt in die Auskoppelschicht ein und produziert die Auskoppelstrukturen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform greift das erste Ätzmittel die Kontaktschicht an.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird das erste Ätzmittel so lange eingesetzt, bis die Kontaktschicht im Auskoppelabschnitt entfernt ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird im Schritt D) ein zweites Ätzmittel eingesetzt, nachdem das erste Ätzmittel die Fotolackschicht im Bereich des Auskopplabschnitts teilweise oder vollständig entfernt hat. Das zweite Ätzmittel greift die Kontaktschicht an. Das zweite Ätzmittel wird so lange eingesetzt, bis die Kontaktschicht im Auskoppelabschnitt entfernt ist.
Auch mit dem zweiten Ätzmittel wird die Fotolackschicht im Bereich des Kontaktabschnitts bevorzugt noch nicht durchdrungen.
Mit dem zweiten Ätzmittel werden beispielsweise die Auskoppelstrukturen weiter ausgebildet oder ausgeprägt. Bei dem zweiten Ätzmittel handelt es sich insbesondere um ein anderes Ätzmittel als dem ersten Ätzmittel. Beispielsweise handelt es sich bei dem zweiten Ätzmittel um ein isotropes Ätzmittel. Das zweite Ätzmittel kann zum Beispiel die Kontaktschicht schneller wegätzen als das erste Ätzmittel.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird der Schritt F) vor dem Schritt B) ausgeführt. Im Schritt B) wird die Fotolackschicht im Bereich des Kontaktabschnitts dann auf das Kontaktelement aufgebracht. Das Kontaktelement wird also von der Fotolackschicht überdeckt.
Nachfolgend wird ein hier beschriebener optoelektronischer Halbleiterchip sowie ein hier beschriebenes Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips unter Bezugnahme auf Zeichnungen 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:

1 eine Abwandlung eines optoelektronischen Halbleiterchips,
2 bis 5 verschiedene Ausführungsbeispiele des optoelektronischen Halbleiterchips in Querschnittsansicht,
6A bis 8D verschiedene Positionen in verschiedenen Ausführungsbeispielen des Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips,
9A ein Foto einer Auskoppelschicht, wie sie mit dem Verfahren hergestellt wurde,
9B ein Ausführungsbeispiel des optoelektronischen Halbleiterchips in Draufsicht.

1 zeigt eine Abwandlung des optoelektronischen Halbleiterchips 100. Der optoelektronische Halbleiterchip 100 umfasst eine Halbleiterschichtenfolge 1 mit einer aktiven Schicht 10 zur Erzeugung elektromagnetischer Primärstrahlung, einer Stromaufweitungsschicht 11, die vorliegend beispielsweise n-dotiert ist, und eine p-dotierte Halbleiterschicht 14. Die Stromaufweitungsschicht 11 dient gleichzeitig als Auskoppelschicht und ist an einer der aktiven Schicht 10 abgewandten Austrittsseite 120 mit Auskoppelstrukturen 121 versehen. Die Halbleiterschichtenfolge 1 basiert beispielsweise auf AlInGaP. Die Stromaufweitungsschicht 11 weist vorliegend zum Beispiel eine Dotierkonzentration von zumindest 5·10¹⁸ cm^-3 auf. Der Dotierstoff in der Stromaufweitungsschicht 11 ist zum Beispiel Si oder Te.
Die Halbleiterschichtenfolge 1 ist in lateraler Richtung in einen Kontaktabschnitt 123 und einen oder mehrere Auskoppelabschnitte 122 unterteilt. Im Kontaktabschnitt 123 ist die Austrittsseite 120 im Rahmen der Herstellungstoleranz eben. Die Auskoppelstrukturen 121 sind nur in dem Auskoppelabschnitt 122 vorgesehen.
Im Kontaktabschnitt 123 ist auf der Austrittsseite 120 ein Kontaktelement 2 angeordnet. Das Kontaktelement 2 umfasst eine Bodenfläche 20, die im Wesentlichen parallel zur aktiven Schicht 10 verläuft, und in direktem Kontakt zum Halbleitermaterial der Halbleiterschichtenfolge 1 steht. Über das Kontaktelement 2 werden beispielsweise Elektronen in die Stromaufweitungsschicht 11 injiziert. Das Kontaktelement 2 ist zum Beispiel metallisch ausgebildet.
Um den Kontaktwiderstand zwischen dem Kontaktelement 2 und der Stromaufweitungsschicht 11 zu reduzieren, ist zwischen dem Kontaktelement 2 und der Stromaufweitungsschicht 11 eine Kontaktschicht 13 vorgesehen. Die Kontaktschicht 13 weist beispielsweise eine zumindest doppelt so hohe Dotierkonzentration wie die Stromaufweitungsschicht 11 auf, ist aber wesentlich dünner. Die Fläche der Kontaktschicht 13 entspricht im Wesentlichen der Fläche der Bodenfläche 20 des Kontaktelements 2.
Im bestimmungsgemäßen Betrieb des Halbleiterchips 100 der 1 wird in der aktiven Schicht 10 Primärstrahlung erzeugt. Über die Austrittsseite 120 wird die Primärstrahlung mithilfe der Auskoppelstrukturen 121 ausgekoppelt. Insbesondere aufgrund der hohen Dotierung der Stromaufweitungsschicht 11 und der damit einhergehenden hohen Dotierung in den Auskoppelstrukturen 121 kommt es innerhalb der Auskoppelstrukturen 121 vermehrt zur Absorption der Primärstrahlung, was die Effizienz des Halbleiterchips 100 reduziert.
In der 2 ist ein erstes Ausführungsbeispiel des optoelektronischen Halbleiterchips 100 gezeigt. Der Aufbau des Halbleiterchips 100 entspricht im Wesentlichen dem Aufbau des Halbleiterchips 100 der 1. Anders als in der 1 ist aber nun nicht die Stromaufweitungsschicht 11 strukturiert. Vielmehr ist auf der der aktiven Schicht 10 abgewandten Seite eine Auskoppelschicht 12 vorgesehen. Die Auskoppelschicht 12 umfasst nun die Austrittsseite 120 mit den Auskoppelstrukturen 121. Bei der Auskoppelschicht 12 handelt es sich um eine Halbleiterschicht der Halbleiterschichtenfolge 1. Jedoch ist die Auskoppelschicht 12 so gewählt, dass sie einen geringeren Absorptionskoeffizienten für die Primärstrahlung der aktiven Schicht 10 aufweist als die Stromaufweitungsschicht 11. So kommt es in den Auskoppelstrukturen 121 zu weniger Absorptionsverlusten.
Um einen geringeren Absorptionskoeffizienten in der Auskoppelschicht 12 zu gewährleisten, kann die Auskoppelschicht 12 zum Beispiel weniger stark dotiert sein als die Stromaufweitungsschicht 11. Vorliegend ist eine leichte Dotierung, beispielsweise von zumindest 1·10¹⁷ cm^-3 aber vorteilhaft, um einen Transport der Elektronen von dem Kontaktelement 2 zur Stromaufweitungsschicht 11 durch die Auskoppelschicht 12 hindurch zu ermöglichen.
Um einen geringen Absorptionskoeffizienten in der Auskoppelschicht 12 zu erreichen, kann ferner die Auskoppelschicht 12 mit einer geringeren Defektdichte als die Stromaufweitungsschicht 11 gewachsen sein. Auch ist es möglich, dass für die Auskoppelschicht 12 eine Zusammensetzung gewählt wird, dessen Bandlücke größer ist als die Energie der Primärstrahlung.
In der 3 ist ein zweites Ausführungsbeispiel des optoelektronischen Halbleiterchips 100 gezeigt. Anders als in der 2 ist nun das Kontaktelement 2 nicht auf der Austrittsseite 120 angebracht, sondern durchdringt die Auskoppelschicht 12 ausgehend von der Austrittsseite 120. Das Kontaktelement 2 grenzt mit seiner Bodenfläche 20 an die Kontaktschicht 13. Die Kontaktschicht 13 wiederum grenzt an die Stromaufweitungsschicht 11.
In dem in der 4 gezeigten dritten Ausführungsbeispiel des optoelektronischen Halbleiterchips 100 ist anders als in der 3 die Kontaktschicht 13 nicht auf die laterale Ausdehnung des Kontaktelements 2 beschränkt. Vielmehr erstreckt sich die Kontaktschicht 13 über die gesamte laterale Ausdehnung des Halbleiterchips.
In dem vierten Ausführungsbeispiel der 5 ist auf eine Kontaktschicht 13 verzichtet. Das Kontaktelement 2 grenzt direkt an die Stromaufweitungsschicht 11.
In der 6A ist eine erste Position in einem ersten Ausführungsbeispiel des Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips gezeigt. Dabei ist eine Halbleiterschichtenfolge 1 mit einer aktiven Schicht 10, einer Auskoppelschicht 12 und einer Kontaktschicht 13 bereitgestellt. Die Kontaktschicht 13 ist hoch dotiert. Die Auskoppelschicht 12 ist weniger stark dotiert. Anders als dargestellt kann zwischen der Auskoppelschicht 12 und der aktiven Schicht 10 eine Stromaufweitungsschicht angeordnet sein. Die Halbleiterschichtenfolge 1 basiert beispielsweise auf AlInGaP.
Auf der Kontaktschicht 13 ist eine Fotolackschicht 3 aufgebracht. Die Fotolackschicht 3 ist in einem Auskoppelabschnitt 122 strukturiert und teilweise entfernt. Dadurch sind Inseln 30 aus Fotolack stehengeblieben. Zwischen den Inseln 30 ist die Kontaktschicht 13 freigelegt.
In einem lateral neben dem Auskoppelbschnitt 122 angeordneten Kontaktabschnitt 123 erstreckt sich die Fotolackschicht 3 dagegen unterbrechungsfrei.
In der 6B ist eine zweite Position des Verfahrens gezeigt, bei der mittels eines ersten Ätzmittels die Kontaktschicht 13 in Bereichen, in denen die Fotolackschicht 2 entfernt wurde, durchgeätzt ist. Das erste Ätzmittel ist außerdem in die Auskoppelschicht 12 eingedrungen und hat in diese hineingeätzt. Dadurch sind in der Auskoppelschicht 12 Auskoppelstrukturen 121 entstanden. Vorliegend sind diese Auskoppelstrukturen 121 pyramidenstumpfartig ausgebildet.
Bei dem ersten Ätzmittel handelt es sich beispielsweise um ein Chlor-basiertes trockenchemisches Ätzmittel. Das erste Ätzmittel ätzt beispielsweise anisotrop.
Anders als in den Figuren dargestellt wird die Auskoppelschicht 12 bevorzugt nicht vollständig durchgeätzt. Das heißt, auch nach dem Ätzprozess ist die Auskoppelschicht 12 bevorzugt einfach zusammenhängend.
In der 6C ist eine dritte Position des Verfahrens gezeigt. Das erste Ätzmittel wurde derart lange eingesetzt, bis die Kontaktschicht 13 und die Fotolackschicht 3 im Auskoppelabschnitt 122 vollständig entfernt sind. Die übriggebliebenen Auskoppelstrukturen 121 bestehen ausschließlich aus der Auskoppelschicht 12.
In dem Kontaktabschnitt 123 hingegen ist die Halbleiterschichtenfolge 1 noch vollständig von der Fotolackschicht 3 bedeckt. Entsprechend ist auch noch die Kontaktschicht 13 vorhanden.
Durch Entfernen der Fotolackschicht 3 im Kontaktabschnitt 123 und Aufbringen eines Kontaktelements auf die freigelegte Kontaktschicht 13 kann die Halbleiterschichtenfolge 1 elektrisch kontaktiert werden.
In der 7A ist eine erste Position in einem zweiten Ausführungsbeispiel des Verfahrens gezeigt. Die Position der 7A entspricht der Position der 6A.
In der 7B ist eine zweite Position gezeigt, bei der mit einem ersten Ätzmittel solange geätzt wurde, bis die Fotolackschicht 3 im Auskoppelabschnitt 122 entfernt ist. Wiederum sind aufgrund der Inseln aus der Fotolackschicht 3 Auskoppelstrukturen 121 entstanden. Die Fotolackschicht 3 im Kontaktabschnitt 123 ist dagegen nicht vollständig durchdurchdrungen, was unter anderem daran liegt, dass die Fotolackschicht 3 im Kontaktabschnitt 123 nicht strukturiert wurde.
In der 7C ist eine dritte Position des Verfahrens gezeigt. Mithilfe eines zweiten Ätzmittels, das sich von dem ersten Ätzmittel unterscheidet, wurde die Halbleiterschichtenfolge 1 weiter geätzt. Dabei wurde die Kontaktschicht 13 im Auskoppelabschnitt 122 entfernt. Übrig bleiben wiederum Auskoppelstrukturen 121, die ausschließlich aus der Auskoppelschicht 12 bestehen.
Bei dem zweiten Ätzmittel kann es sich beispielsweise um ein isotropes Ätzmittel handeln.
In den 8A bis 8D ist ein drittes Ausführungsbeispiel des Verfahrens gezeigt. Die in den 8A und 8B dargestellten Positionen entsprechen den Positionen der 6A und 6B. Wiederum sind also mittels eines ersten Ätzmittels im Auskoppelabschnitt 122 Auskoppelstrukturen 121 entstanden. Mit dem ersten Ätzmittel wurden die Fotolackschicht 3 und die Kontaktschicht 13 im Auskoppelabschnitt 122 nicht vollständig entfernt.
In der 8C ist eine Position gezeigt, bei der die Fotolackschicht 3 im Auskoppelabschnitt 122 mithilfe von beispielsweise einem Sauerstoffplasma vollständig entfernt ist. Im Kontaktabschnitt 123 wird die Fotolackschicht 3 hingegen nicht vollständig entfernt, was wiederum an der geringeren Angriffsfläche im Kontaktabschnitt 123 liegt.
In der 8D ist eine Position gezeigt, bei der dann auch die Kontaktschicht 13 im Auskoppelabschnitt 122, beispielsweise mittels eines zweiten, von dem ersten Ätzmittel verschiedenen Ätzmittels entfernt ist.
In der 9A ist ein Foto einer Auskoppelschicht 12 gezeigt, nachdem sie mit dem hier beschriebenen Verfahren strukturiert wurde. Die entstandenen Auskoppelstrukturen 121 sind kegelartig. Um den strukturierten Bereich ist noch die Fotolackschicht 3 vorhanden. Insbesondere ist hier eine Aufnahme des Verfahrens zwischen den Schritten D) und E) gezeigt.
In der 9B ist der fertiggestellte Halbleiterchip 100 in Draufsicht auf die Austrittsseite 120 dargestellt. Zu erkennen ist der strukturierte Auskoppelabschnitt 122 und der kleinere Kontaktabschnitt 123 mit dem Kontaktelement 2.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn diese Merkmale oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Bezugszeichenliste

1: Halbleiterschichtenfolge
2: Kontaktelement
3: Fotolackschicht
10: aktive Schicht
11: Stromaufweitungsschicht
12: Auskoppelschicht
13: Kontaktschicht
14: Halbleiterschicht
20: Bodenfläche des Kontaktelements 2
30: Insel aus der Fotolackschicht 3
100: optoelektronischer Halbleiterchip
120: Austrittsseite
121: Auskoppelstrukturen
122: Auskoppelabschnitt
123: Kontaktabschnitt

Claims

Optoelektronischer Halbleiterchip (100), umfassend: - eine Halbleiterschichtenfolge (1) mit einer aktiven Schicht (10), einer dotierten Stromaufweitungsschicht (11) und einer Auskoppelschicht (12), die in dieser Reihenfolge übereinander angeordnet sind, wobei - die aktive Schicht (10) im bestimmungsgemäßen Betrieb Primärstrahlung erzeugt, - die Stromaufweitungsschicht (11) eine größere laterale, elektrische Leitfähigkeit als die Auskoppelschicht (12) aufweist, - die Auskoppelschicht (12) an einer der aktiven Schicht (10) abgewandte Austrittsseite (120) Auskoppelstrukturen (121) zur Strahlungsauskopplung aufweist, - die Auskoppelschicht (12) einen geringeren Absorptionskoeffizienten für die Primärstrahlung aufweist als die Stromaufweitungsschicht (11).
Optoelektronischer Halbleiterchip (100) nach Anspruch 1, wobei die Austrittseite (120) der Auskoppelschicht (12) eine Rauheit von zumindest 200 nm aufweist.
Optoelektronischer Halbleiterchip (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - die Auskoppelschicht (12) eine geringere Defektdichte als die Stromaufweitungsschicht (11) aufweist und/oder - die Bandlücke der Auskoppelschicht (12) größer als die Energie der Primärstrahlung ist.
Optoelektronischer Halbleiterchip (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - die Halbleiterschichtenfolge (1) auf Al_nIn_1-n-mGa_mP mit 0 ≤ n ≤ 1, 0 ≤ m ≤ 1 und m + n ≤ 1 basiert, - die Stromaufweitungsschicht (11) einen größeren Ga-Gehalt als die Auskoppelschicht (12) aufweist.
Optoelektronischer Halbleiterchip (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter umfassend ein Kontaktelement (2) zur Injektion von ersten Ladungsträgern in die Stromaufweitungsschicht (11), wobei das Kontaktelement (2) eine Bodenfläche (20) aufweist, die an das Halbleitermaterial der Halbleiterschichtenfolge (1) angrenzt.
Optoelektronischer Halbleiterchip (100) nach Anspruch 5, wobei - die Halbleiterschichtenfolge (1) eine dotierte Kontaktschicht (13) aufweist, die dünner als die Stromaufweitungsschicht (11) ist und eine höhere Dotierung als die Stromaufweitungsschicht (11) aufweist, - die Kontaktschicht (13) an die Bodenfläche (20) des Kontaktelements (2) angrenzt.
Optoelektronischer Halbleiterchip (100) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Kontaktschicht (13) auf der Austrittsseite (120) der Auskoppelschicht (12) angeordnet ist und an die Austrittsseite (120) angrenzt.
Optoelektronischer Halbleiterchip (100) nach Anspruch 6 oder 7, wobei - eine laterale Ausdehnung der Kontaktschicht (13) im Wesentlichen der lateralen Ausdehnung der Bodenfläche (20) des Kontaktelements (2) entspricht, - die laterale Ausdehnung der Bodenfläche (20) höchstens 25 % der lateralen Ausdehnung der aktiven Schicht (10) beträgt.
Optoelektronischer Halbleiterchip (100) nach Anspruch 6, wobei die Kontaktschicht (13) zwischen der Stromaufweitungsschicht (11) und der Austrittsseite (120) angeordnet ist und an die Stromaufweitungsschicht (11) angrenzt.
Optoelektronischer Halbleiterchip (100) nach einem der Ansprüche 5 bis 9, wobei die Bodenfläche (20) des Kontaktelements (2) unmittelbar an die Stromaufweitungsschicht (11) angrenzt.
Optoelektronischer Halbleiterchip (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Auskoppelschicht (12) eine geringere Dotierung aufweist als die Stromaufweitungsschicht (11).
Optoelektronischer Halbleiterchip (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Auskoppelschicht (12) nominell undotiert ist.
Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips (100), umfassend die Schritte: A) Bereitstellen einer Halbleiterschichtenfolge mit einer dotierten Kontaktschicht (13), einer weniger stark dotierten Auskoppelschicht (12) und einer aktiven Schicht (10), die in dieser Reihenfolge übereinander angeordnet sind, wobei die aktive Schicht (10) im bestimmungsgemäßen Betrieb Primärstrahlung erzeugt; B) Aufbringen einer Fotolackschicht (3) auf die der aktiven Schicht (10) abgewandte Seite der Kontaktschicht (13), wobei die Fotolackschicht (3) die Kontaktschicht (13) sowohl in einem Auskoppelabschnitt (122) als auch in einem Kontaktabschnitt (123) der Halbleiterschichtenfolge (1) vollständig überdeckt; C) Strukturieren und teilweises Entfernen der Fotolackschicht (3) im Bereich des Auskoppelabschnitts (122); D) Durchführen eines Ätzprozesses, mit dem - in den Bereichen des Auskoppelabschnitts (122), in denen die Fotolackschicht (3) entfernt wurde, vollständig durch die Kontaktschicht (13) und bis hinein in die Auskoppelschicht (12) geätzt wird, wodurch Auskoppelstrukturen (121) in der Auskoppelschicht (12) entstehen, - die Kontaktschicht (13) im Auskoppelabschnitt (122) entfernt wird, - die Fotolackschicht (3) im Bereich des Kontaktabschnitts (123) nicht durchdrungen wird; E) Entfernen der Fotolackschicht (3) im Bereich des Kontaktabschnitts (123); F) Aufbringen eines Kontaktelements (2) auf die Kontaktschicht (13) im Bereich des Kontaktabschnitts (123).
Verfahren nach Anspruch 13, wobei im Schritt D) zunächst ein erstes Ätzmittel verwendet wird, das das Material der Fotolackschicht (3) angreift und die Fotolackschicht (3) im Auskoppelabschnitt (122) teilweise oder vollständig entfernt.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei - das erste Ätzmittel die Kontaktschicht (13) angreift, - das erste Ätzmittel so lange eingesetzt wird, bis die Kontaktschicht (13) im Bereich des Auskoppelabschnitts (122) vollständig entfernt ist.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei - im Schritt D) ein zweites Ätzmittel eingesetzt wird, nachdem das erste Ätzmittel die Fotolackschicht (3) im Bereich des Auskoppelabschnitts (122) teilweise oder vollständig entfernt hat, wobei - das zweite Ätzmittel die Kontaktschicht (13) angreift, - das zweite Ätzmittel so lange eingesetzt wird, bis die Kontaktschicht (13) im Auskoppelabschnitt (122) entfernt ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - der Schritt F) vor dem Schritt B) ausgeführt wird und - im Schritt B) die Fotolackschicht (3) im Bereich des Kontaktabschnitts (123) auf das Kontaktelement (2) aufgebracht wird.