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Eine Leuchtdiode (LED) ist eine lichtemittierende Vorrichtung, die auf Halbleitermaterialien basiert. Beispielsweise umfasst eine LED einen pn-Übergang. Wenn Elektronen und Löcher miteinander im Bereich des pn-Übergangs rekombinieren, beispielsweise, weil eine entsprechende Spannung angelegt wird, wird elektromagnetische Strahlung erzeugt.
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Generell werden Konzepte erforscht, durch welche eine Stromzuführung zu den Halbleiterschichten verbessert werden kann.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes optoelektronisches Halbleiterbauelement sowie ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements zur Verfügung zu stellen.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Aufgabe durch den Gegenstand und das Verfahren der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterentwicklungen sind in den abhängigen Patentansprüchen definiert.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Ein optoelektronisches Halbleiterbauelement umfasst eine erste Halbleiterschicht von einem ersten Leitfähigkeitstyp und eine zweite Halbleiterschicht von einem zweiten Leitfähigkeitstyp, wobei die erste und die zweite Halbleiterschicht Teile eines Halbleiterschichtstapels sind. Das optoelektronische Halbleiterbauelement weist ferner eine elektrisch leitfähige Schicht auf, die über einer von der zweiten Halbleiterschicht abgewandten Oberfläche der ersten Halbleiterschicht angeordnet ist. Die elektrisch leitfähige Schicht grenzt an erste Bereiche der ersten Halbleiterschicht an. Die elektrisch leitfähige Schicht ist von zweiten Bereichen der ersten Halbleiterschicht entfernt, oder ein dielektrisches Material ist zwischen zweiten Bereichen der ersten Halbleiterschicht und der elektrisch leitfähigen Schicht angeordnet. Eine kleinste horizontale Bemessung der zweiten Bereiche ist kleiner als 2 µm.
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Gemäß weiteren Ausführungsformen umfasst ein optoelektronisches Halbleiterbauelement eine erste Halbleiterschicht von einem ersten Leitfähigkeitstyp und eine zweite Halbleiterschicht von einem zweiten Leitfähigkeitstyp, wobei die erste und die zweite Halbleiterschicht Teile eines Halbleiterschichtstapels sind. Das optoelektronische Halbleiterbauelement weist ferner eine elektrisch leitfähige Schicht, die über einer von der zweiten Halbleiterschicht abgewandten Oberfläche der ersten Halbleiterschicht angeordnet ist, sowie eine erste Kontaktstruktur, die elektrisch mit der ersten Halbleiterschicht über die elektrisch leitfähige Schicht verbunden ist, auf. Die elektrisch leitfähige Schicht grenzt an erste Bereiche der ersten Halbleiterschicht an. Die elektrisch leitfähige Schicht ist von zweiten Bereichen der ersten Halbleiterschicht entfernt, oder ein dielektrisches Material ist zwischen zweiten Bereichen der ersten Halbleiterschicht und der elektrisch leitfähigen Schicht angeordnet. Eine Größe der ersten Bereiche verändert sich mit zunehmendem Abstand von der ersten Kontaktstruktur mindestens abschnittsweise kontinuierlich.
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Das optoelektronische Halbleiterbauelement kann weiterhin eine erste Kontaktstruktur umfassen, die elektrisch mit der ersten Halbleiterschicht über die elektrisch leitfähige Schicht verbunden ist.
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Die elektrisch leitfähige Schicht kann beispielsweise eine Stromverteilungsschicht sein. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann die elektrisch leitfähige Schicht eine Kontaktschicht sein. Beispielsweise kann die elektrisch leitfähige Schicht auch Teil einer Stromverteilungsstruktur sein.
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Gemäß weiteren Ausführungsformen umfasst ein optoelektronisches Halbleiterbauelement eine erste Halbleiterschicht von einem ersten Leitfähigkeitstyp und eine zweite Halbleiterschicht von einem zweiten Leitfähigkeitstyp, wobei die erste und die zweite Halbleiterschicht Teile eines Halbleiterschichtstapels sind. Das optoelektronische Halbleiterbauelement weist ferner eine elektrisch leitfähige Schicht auf, die über einer von der zweiten Halbleiterschicht abgewandten Oberfläche der ersten Halbleiterschicht angeordnet ist. Die elektrisch leitfähige Schicht ist mit der ersten Halbleiterschicht elektrisch leitend verbunden und grenzt in ersten und zweiten Bereichen an die erste Halbleiterschicht an. Ein spezifischer Kontaktwiderstand zwischen der elektrisch leitfähigen Schicht und der ersten Halbleiterschicht ist in den zweiten Bereichen größer als in den ersten Bereichen.
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Beispielsweise kann eine kleinste horizontale Bemessung der zweiten Bereiche kleiner als 2 µm sein.
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Das optoelektronische Halbleiterbauelement kann weiterhin eine erste Kontaktstruktur aufweisen, die über die elektrisch leitfähige Schicht mit der ersten Halbleierschicht verbunden ist.
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Beispielsweise kann ein Verhältnis eines Flächenanteils der zweiten Bereiche zu einem Flächenanteil der ersten Bereiche mit zunehmendem Abstand von der ersten Kontaktstruktur abnehmen.
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Gemäß weiteren Ausführungsformen kann das optoelektronische Halbleiterbauelement ein zweites Kontaktelement umfassen, das mit der zweiten Halbleiterschicht verbunden ist. Ein Verhältnis eines Flächenanteils der zweiten Bereiche zu einem Flächenanteil der ersten Bereiche kann mit zunehmendem Abstand von dem zweiten Kontaktelement abnehmen.
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Die elektrisch leitfähige Schicht kann beispielsweise eine Kontaktschicht oder eine Stromverteilungsschicht sein. Beispielsweise kann die elektrisch leitfähige Schicht auch Teil einer Stromverteilungsstruktur sein.
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Die zweiten Bereiche der ersten Halbleiterschicht können mit einer aktiven Zone zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung überlappen.
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Beispielsweise können die zweiten Bereiche jeweils Bereichen des optoelektronischen Halbleiterbauelements entsprechen, aus denen weniger elektromagnetische Strahlung als aus Bereichen des optoelektronischen Halbleiterbauelements, die ersten Bereichen entsprechen, emittiert wird.
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Beispielsweise können die zweiten Bereiche jeweils in einem Randbereich des optoelektronischen Halbleiterbauelements angeordnet sein.
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Gemäß weiteren Ausführungsformen können die zweiten Bereiche einem Bereich des optoelektronischen Halbleiterbauelements reduzierter optischer Auskopplung entsprechen.
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Beispielsweise kann die elektrisch leitfähige Schicht ein transparentes oder ein reflektierendes oder absorbierendes Material umfassen.
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Gemäß Ausführungsformen ist ein dielektrisches Material zwischen zweiten Bereichen der ersten Halbleiterschicht und der Stromverteilungsschicht angeordnet, und das dielektrische Material ist Teil eines Schichtstapels, der weiterhin eine leitfähige Schicht umfasst.
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Ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements umfasst das Ausbilden eines Halbleiterschichtstapels, der eine erste Halbleiterschicht von einem ersten Leitfähigkeitstyp und eine zweite Halbleiterschicht von einem zweiten Leitfähigkeitstyp aufweist, und das Ausbilden einer elektrisch leitfähigen Schicht über einer von der zweiten Halbleiterschicht abgewandten Oberfläche der ersten Halbleiterschicht. Die elektrisch leitfähige Schicht wird derart ausgebildet, dass sie an erste Bereiche der ersten Halbleiterschicht angrenzt. Die elektrisch leitfähige Schicht wird weiterhin von zweiten Bereichen der ersten Halbleiterschicht entfernt, oder ein dielektrisches Material wird zwischen zweiten Bereichen der ersten Halbleiterschicht und der elektrisch leitfähigen Schicht angeordnet. Die zweiten Bereiche haben eine kleinste horizontale Bemessung kleiner als 2 µm.
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Gemäß weiteren Ausführungsformen umfasst ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements das Ausbilden eines Halbleiterschichtstapels, der eine erste Halbleiterschicht von einem ersten Leitfähigkeitstyp und eine zweite Halbleiterschicht von einem zweiten Leitfähigkeitstyp aufweist, das Ausbilden einer elektrisch leitfähigen Schicht über einer von der zweiten Halbleiterschicht abgewandten Oberfläche der ersten Halbleiterschicht, und das Ausbilden einer ersten Kontaktstruktur, die elektrisch mit der ersten Halbleiterschicht über die elektrisch leitfähige Schicht verbunden ist. Die elektrisch leitfähige Schicht wird derart ausgebildet, dass sie an erste Bereiche der ersten Halbleiterschicht angrenzt. Die elektrisch leitfähige Schicht wird von zweiten Bereichen der ersten Halbleiterschicht entfernt, oder ein dielektrisches Material wird zwischen zweiten Bereichen der ersten Halbleiterschicht und der elektrisch leitfähigen Schicht angeordnet. Eine Größe der zweiten Bereiche verändert sich mit zunehmendem Abstand von der ersten Kontaktstruktur mindestens abschnittsweise kontinuierlich.
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Gemäß weiteren Ausführungsformen umfasst ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements das Ausbilden eines Halbleiterschichtstapels, der eine erste Halbleiterschicht von einem ersten Leitfähigkeitstyp und eine zweiten Halbleiterschicht von einem zweiten Leitfähigkeitstyp aufweist, und das Ausbilden einer elektrisch leitfähigen Schicht über einer von der zweiten Halbleiterschicht abgewandten Oberfläche der ersten Halbleiterschicht. Die elektrisch leitfähige Schicht ist mit der ersten Halbleiterschicht elektrisch leitend verbunden und grenzt in ersten und in zweiten Bereichen an die erste Halbleiterschicht an. Ein spezifischer Kontaktwiderstand zwischen der elektrisch leitfähigen Schicht und der ersten Halbleiterschicht ist in den ersten Bereichen größer als in den zweiten Bereichen.
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Beispielsweise kann eine kleinste horizontale Bemessung der zweiten Bereiche kleiner als 2 µm sein.
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Beispielsweise kann das Verfahren eine Behandlung mit hochenergetischen Ionen umfassen. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann der spezifische Kontaktwiderstand zwischen der elektrisch leitfähigen Schicht und der ersten Halbleiterschicht in den zweiten Bereichen durch eine lokale Diffusion von Wasserstoff erhöht werden.
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Beispielsweise kann die leitfähige Schicht reflektierend sein, und das Einstellen des spezifischen Kontaktwiderstands kann das Aufbringen unterschiedlicher Deckschichtbereiche über der elektrisch leitfähigen Schicht umfassen.
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Figurenliste
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Die begleitenden Zeichnungen dienen dem Verständnis von Ausführungsbeispielen der Erfindung. Die Zeichnungen veranschaulichen Ausführungsbeispiele und dienen zusammen mit der Beschreibung deren Erläuterung. Weitere Ausführungsbeispiele und zahlreiche der beabsichtigten Vorteile ergeben sich unmittelbar aus der nachfolgenden Detailbeschreibung. Die in den Zeichnungen gezeigten Elemente und Strukturen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander dargestellt. Gleiche Bezugszeichen verweisen auf gleiche oder einander entsprechende Elemente und Strukturen.
- 1A zeigt eine Querschnittsansicht eines optoelektronischen Halbleiterbauelements.
- 1B zeigt eine Querschnittsansicht eines optoelektronischen Halbleiterbauelements in unterschiedlichen Ebenen.
- 1C zeigt eine vertikale Querschnittsansicht eines optoelektronischen Halbleiterbauelements.
- 2A zeigt eine Querschnittsansicht eines Teils eines optoelektronischen Halbleiterbauelements in verschiedenen Schnittebenen.
- 2B zeigt eine Querschnittsansicht eines Teils eines optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß Ausführungsformen.
- 2C zeigt eine Querschnittsansicht eines Teils eines optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß weiteren Ausführungsformen.
- 3A zeigt eine horizontale Querschnittsansicht eines optoelektronischen Halbleiterbauelements in verschiedenen Schnittebenen.
- 3B zeigt eine vertikale Querschnittsansicht eines Teils eines optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß Ausführungsformen.
- 4A zeigt eine vertikale Querschnittsansicht eines optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß weiteren Ausführungsformen.
- 4B zeigt eine vergrößerte Ansicht eines Teils des optoelektronischen Halbleiterbauelements.
- 4C zeigt eine horizontale Querschnittsansicht eines Bereichs eines optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß Ausführungsformen.
- 4D zeigt eine horizontale Querschnittsansicht eines Teils eines optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß weiteren Ausführungsformen.
- 4E zeigt eine horizontale Querschnittsansicht eines Teils eines optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß weiteren Ausführungsformen.
- 5A fasst ein Verfahren gemäß Ausführungsformen zusammen.
- 5B zeigt eine vertikale Querschnittsansicht eines Werkstücks bei der Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß Ausführungsformen.
- 5C zeigt eine Querschnittsansicht eines Teils eines optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß Ausführungsformen.
- 6A zeigt eine Querschnittsansicht eines optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß weiteren Ausführungsformen.
- 6B zeigt eine vertikale Querschnittsansicht eines optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß weiteren Ausführungsformen.
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DETAILBESCHREIBUNG
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In der folgenden Detailbeschreibung wird auf die begleitenden Zeichnungen Bezug genommen, die einen Teil der Offenbarung bilden und in denen zu Veranschaulichungszwecken spezifische Ausführungsbeispiele gezeigt sind. In diesem Zusammenhang wird eine Richtungsterminologie wie „Oberseite“, „Boden“, „Vorderseite“, „Rückseite“, „über“, „auf“, „vor“, „hinter“, „vorne“, „hinten“ usw. auf die Ausrichtung der gerade beschriebenen Figuren bezogen. Da die Komponenten der Ausführungsbeispiele in unterschiedlichen Orientierungen positioniert werden können, dient die Richtungsterminologie nur der Erläuterung und ist in keiner Weise einschränkend.
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Die Beschreibung der Ausführungsbeispiele ist nicht einschränkend, da auch andere Ausführungsbeispiele existieren und strukturelle oder logische Änderungen gemacht werden können, ohne dass dabei vom durch die Patentansprüche definierten Bereich abgewichen wird. Insbesondere können Elemente von im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen mit Elementen von anderen der beschriebenen Ausführungsbeispiele kombiniert werden, sofern sich aus dem Kontext nichts anderes ergibt.
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Die Begriffe „Wafer“ oder „Halbleitersubstrat“, die in der folgenden Beschreibung verwendet sind, können jegliche auf Halbleiter beruhende Struktur umfassen, die eine Halbleiteroberfläche hat. Wafer und Struktur sind so zu verstehen, dass sie dotierte und undotierte Halbleiter, epitaktische Halbleiterschichten, gegebenenfalls getragen durch eine Basisunterlage, und weitere Halbleiterstrukturen einschließen. Beispielsweise kann eine Schicht aus einem ersten Halbleitermaterial auf einem Wachstumssubstrat aus einem zweiten Halbleitermaterial oder aus einem isolierenden Material, beispielsweise auf einem Saphirsubstrat, gewachsen sein. Weitere Beispiele für Materialien von Wachstumssubstraten umfassen Glas, Siliziumdioxid, Quarz oder eine Keramik.
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Je nach Verwendungszweck kann der Halbleiter auf einem direkten oder einem indirekten Halbleitermaterial basieren. Beispiele für zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung besonders geeignete Halbleitermaterialien umfassen insbesondere Nitrid-Halbleiterverbindungen, durch die beispielsweise ultraviolettes, blaues oder langwelligeres Licht erzeugt werden kann, wie beispielsweise GaN, InGaN, AlN, AlGaN, AlGaInN, Al-GaInBN, Phosphid-Halbleiterverbindungen, durch die beispielsweise grünes oder langwelligeres Licht erzeugt werden kann, wie beispielsweise GaAsP, AlGaInP, GaP, AlGaP, sowie weitere Halbleitermaterialien wie GaAs, AlGaAs, InGaAs, AlInGaAs, SiC, ZnSe, ZnO, Ga2O3, Diamant, hexagonales BN und Kombinationen der genannten Materialien. Das stöchiometrische Verhältnis der Verbindungshalbleitermaterialien kann variieren. Weitere Beispiele für Halbleitermaterialien können Silizium, Silizium-Germanium und Germanium umfassen. Im Kontext der vorliegenden Beschreibung schließt der Begriff „Halbleiter“ auch organische Halbleitermaterialien ein.
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Der Begriff „Substrat“ umfasst generell isolierende, leitende oder Halbleitersubstrate.
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Die Begriffe „lateral“ und „horizontal“, wie in dieser Beschreibung verwendet, sollen eine Orientierung oder Ausrichtung beschreiben, die im Wesentlichen parallel zu einer ersten Oberfläche eines Substrats oder Halbleiterkörpers verläuft. Dies kann beispielsweise die Oberfläche eines Wafers oder eines Chips (Die) sein.
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Die horizontale Richtung kann beispielsweise in einer Ebene senkrecht zu einer Wachstumsrichtung beim Aufwachsen von Schichten liegen.
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Der Begriff „vertikal“, wie er in dieser Beschreibung verwendet wird, soll eine Orientierung beschreiben, die im Wesentlichen senkrecht zu der ersten Oberfläche eines Substrats oder Halbleiterkörpers verläuft. Die vertikale Richtung kann beispielsweise einer Wachstumsrichtung beim Aufwachsen von Schichten entsprechen.
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Soweit hier die Begriffe „haben“, „enthalten“, „umfassen“, „aufweisen“ und dergleichen verwendet werden, handelt es sich um offene Begriffe, die auf das Vorhandensein der besagten Elemente oder Merkmale hinweisen, das Vorhandensein von weiteren Elementen oder Merkmalen aber nicht ausschließen. Die unbestimmten Artikel und die bestimmten Artikel umfassen sowohl den Plural als auch den Singular, sofern sich aus dem Zusammenhang nicht eindeutig etwas anderes ergibt.
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Im Kontext dieser Beschreibung bedeutet der Begriff „elektrisch verbunden“ eine niederohmige elektrische Verbindung zwischen den verbundenen Elementen. Die elektrisch verbundenen Elemente müssen nicht notwendigerweise direkt miteinander verbunden sein. Weitere Elemente können zwischen elektrisch verbundenen Elementen angeordnet sein.
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Der Begriff „elektrisch verbunden“ umfasst auch Tunnelkontakte zwischen den verbundenen Elementen.
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1A zeigt eine vertikale Querschnittsansicht eines optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß Ausführungsformen. Das in 1A dargestellte optoelektronische Halbleiterbauelement 10 kann beispielsweise eine Leuchtdiode (LED) sein. Das optoelektronische Halbleiterbauelement 10 kann beispielsweise geeignet sein, elektromagnetische Strahlung zu emittieren. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann das optoelektronische Halbleiterbauelement 10 auch geeignet sein, elektromagnetische Strahlung aufzunehmen.
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Über einem geeigneten Träger 100 sind eine erste Halbleiterschicht 110 sowie eine zweite Halbleiterschicht 120 angeordnet. Beispielsweise kann die erste Halbleiterschicht 110 mit Dotierstoffen eines ersten Leitfähigkeitstyps, beispielsweise p-Typ dotiert sein, und die zweite Halbleiterschicht 120 kann mit Dotierstoffen eines zweiten Leitfähigkeitstyps, beispielsweise n-Typ, dotiert sein. Beispielsweise basieren die erste und die zweite Halbleiterschicht 110, 120 auf einem Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial. Eine aktive Zone 115 kann zwischen der ersten Halbleiterschicht 110 und der zweiten Halbleiterschicht 120 angeordnet sein.
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Die aktive Zone kann beispielsweise einen pn-Übergang, eine Doppelheterostruktur, eine Einfach-Quantentopf-Struktur (SQW, single quantum well) oder eine Mehrfach-Quantentopf-Struktur (MQW, multi quantum well) zur Strahlungserzeugung aufweisen. Die Bezeichnung „Quantentopf-Struktur“ entfaltet hierbei keine Bedeutung hinsichtlich der Dimensionalität der Quantisierung. Sie umfasst somit unter anderem Quantentröge, Quantendrähte und Quantenpunkte sowie jede Kombination dieser Schichten.
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Beispielsweise kann die zweite Halbleiterschicht 120 zwischen der ersten Halbleiterschicht 110 und einem geeigneten Träger 100 angeordnet sein. Beispielsweise kann der Träger 100 ein Aufwachssubstrat für die Halbleiterschichtfolge sein. Geeignete Materialien für den Träger oder das Aufwachssubstrat können beispielsweise Saphir, Siliziumcarbid oder Galliumnitrid umfassen.
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Der Halbleiterschichtstapel kann zu einer Mesa 121 strukturiert sein. Entsprechend kann ein Teil einer ersten Hauptoberfläche 119 der zweiten Halbleiterschicht 120 freiliegend sein. Ein zweites elektrisches Kontaktelement 126 kann beispielsweise die zweite Halbleiterschicht 120 im Bereich einer freiliegenden ersten Hauptoberfläche 119 kontaktieren. Durch Anlegen einer Spannung zwischen der ersten Kontaktstruktur 105 und dem zweiten Kontaktelement 126 lässt sich ein Strom in das optoelektronische Halbleiterbauelement einprägen. Generell gilt, dass je gleichmäßiger dieser Strom ist, desto größer ist die Helligkeit der ausgestrahlten elektromagnetischen Strahlung und damit die Effizienz des optoelektronischen Halbleiterbauelements.
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Eine elektrisch leitfähige Schicht oder Stromverteilungsschicht 107 ist über einer von der zweiten Halbleiterschicht 120 abgewandten ersten Hauptoberfläche 111 der ersten Halbleiterschicht 110 angeordnet. Die Stromverteilungsschicht 107 ist gemäß Ausführungsformen mit einer ersten Kontaktstruktur 105 verbunden. Beispielsweise kann eine dielektrische Schicht 102 in einem Bereich der ersten Hauptoberfläche vorgesehen sein, an der die Stromverteilungsschicht 107 mit der ersten Kontaktstruktur 105 in Kontakt steht. Üblicherweise kann durch eine derartige dielektrische Schicht 102 verhindert werden, dass ein eingeprägter elektrischer Strom sich vorwiegend auf den Bereich der ersten Hauptoberfläche 111 konzentriert, in dem die erste Kontaktstruktur an die Stromverteilungsschicht 107 angrenzt. Durch eine derartige dielektrische Schicht 102 kann insgesamt eine bessere Verteilung des eingeprägten Stroms bewirkt werden. Gemäß Ausführungsformen kann die dielektrische Schicht 102 auch eine dielektrische Spiegelschicht umfassen. Beispielsweise kann eine dielektrische Spiegelschicht durch eine Abfolge von sehr dünnen dielektrischen Schichten mit jeweils unterschiedlichen Brechungsindizes ausgebildet werden. Die dielektrische Spiegelschicht ist somit einerseits geeignet, Komponenten des Halbleiterbauelements voneinander zu isolieren. Andererseits ist sie geeignet, elektromagnetische Strahlung zu reflektieren.
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Die erste Kontaktstruktur 105 erstreckt sich beispielsweise in einer ersten horizontalen Richtung. Beispielsweise verläuft die erste horizontale Richtung senkrecht zur dargestellten Schnittebene. Die erste Kontaktstruktur 105 kann somit linienförmig ausgebildet sein. Gemäß Ausführungsformen kann die elektrisch leitfähige oder Stromverteilungsschicht 107 an erste Bereiche 113 (nicht gezeigt in 1A) der Halbleiterschicht 110 angrenzen. Weiterhin kann die elektrisch leitfähige oder Stromverteilungsschicht 107 von zweiten Bereichen 114 der Halbleiterschicht 11 entfernt sein. Alternativ kann ein dielektrisches Material 122 zwischen zweiten Bereichen 114 der ersten Halbleiterschicht 110 und der Stromverteilungsschicht 107 angeordnet sein. Eine kleinste horizontale Bemessung der zweiten Bereiche kann kleiner als 2,0 µm oder kleiner als 1,5 µm oder kleiner als 1,0 µm sein. Ein Abstand zwischen jeder Position innerhalb des zweiten Bereichs zu einer nächstliegenden Position des ersten Bereichs kann beispielsweise kleiner als 1,0 µm sein.
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Ein spezifischer Kontaktwiderstand zwischen der elektrisch leitfähigen oder Stromverteilungsschicht 107 und der ersten Halbleiterschicht 110 kann sich beispielsweise lokal entlang der ersten horizontalen Richtung ändern. Beispielsweise kann der spezifische Kontaktwiderstand in den ersten Bereichen 113 relativ gering sein und in den zweiten Bereichen 114 sehr groß sein. Aufgrund des endlichen Widerstands der ersten Halbleiterschicht und der Ladungsträgerdiffusion kommt zu einem lokalen Ausgleich der Ladungsträgerkonzentrationen. Als Folge ergibt sich bei entsprechender Größe der Bereich mit lokal variierendem spezifischen Kontaktwiderstand ein gemittelter Widerstandswert, der nachfolgend auch als „lokaler Zuleitungswiderstand“ bezeichnet werden wird.
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1B zeigt eine horizontale Querschnittsansicht des optoelektronischen Halbleiterbauelements. Diese Querschnittsansicht ist entlang unterschiedlicher Schnittebenen aufgenommen, wie beispielsweise in 1A veranschaulicht ist. Beispielsweise ist zwischen I und II eine Querschnittsansicht durch die Stromverteilungsschicht 107 gelegt. Zwischen II und III ist die Schnittebene etwas erhöht und folgt dem Verlauf der Stromverteilungsschicht 107. Zwischen III und III' schneidet die Querschnittsansicht das erste Kontaktelement 105. Anschließend folgt wieder ein Schnitt durch die Stromverteilungsschicht 107 in unterschiedlichen Ebenen. Die erste Kontaktstruktur 105 erstreckt sich entlang der y-Richtung.
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Wie in 1B dargestellt ist, ist das leitfähige Material der Stromverteilungsschicht 107 lokal ausgespart. Eine Vielzahl von Aussparungen 112 ist in der Stromverteilungsschicht 107 angeordnet. Eine maximale Breite d der Aussparungen, gemessen in y-Richtung, kann beispielsweise kleiner als 2 µm, oder beispielsweise kleiner als 1,5 µm oder kleiner als 1 µm sein. Weiterhin kann ein Abstand f zwischen jeder Position 114a, 114b innerhalb des zweiten Bereichs 114 zu einer nächstliegenden Position des ersten Bereichs 113 kleiner als 1 µm sein, beispielsweise kleiner als 0,75 µm oder kleiner als 0,5 µm sein. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann die maximale Breite d der Aussparungen, gemessen in y-Richtung auch größer als 2 µm sein. Auch kann der Abstand f gemäß weiteren Ausführungsformen größer als 2 µm sein.
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Eine Länge s der Aussparungen 112, gemessen in x-Richtung, kann etwa 100 bis 200 µm betragen. Die Aussparungen 112 können beispielsweise die Form von Dreiecken, beispielsweise gleichschenkligen Dreiecken haben, mit einer kurzen Basis, die der Breite d entspricht und zwei langen Schenkeln. Eine Vielzahl derartig ausgebildeter Aussparungen 112 ist benachbart zueinander entlang der y-Richtung angeordnet. Weiterhin kann bei einer derartigen Form der Aussparung erreicht werden, dass der gemittelte spezifische Kontaktwiderstand oder lokale Zuleitungswiderstand entlang der x-Richtung abnimmt. Beispielsweise kann der gemittelte spezifische Kontaktwiderstand oder lokale Zuleitungswiderstand mindestens abschnittsweise kontinuierlich abnehmen. Beispielsweise kann „kontinuierlich“ in diesem Zusammenhang bedeuten, dass der lokale Zuleitungswiderstand sich nicht sprunghaft sondern graduell ändert. Beispielsweise kann der lokale Zuleitungswiderstand annähernd linear mit zunehmendem Abstand von der ersten Kontaktstruktur 105 abnehmen. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann sich der lokale Zuleitungswiderstand auch abschnittsweise nicht ändern. Dabei ist der Kontaktwiderstand in einem Bereich in der Nähe oder auf der Seite der ersten Kontaktstruktur 105 größer als in einem Bereich, der von der ersten Kontaktstruktur 105 abgewandt ist. Beispielsweise kann ein Material der Stromverteilungsschicht 107 ein leitfähiges Metalloxid, beispielsweise ITO oder IZO (Indium-Zinkoxid) sein. Da die erste Halbleiterschicht eine sehr niedrige elektrische Leitfähigkeit haben kann, kann bei einer Strukturgröße der Aussparungen, wie vorstehend diskutiert, eine lokal gleichförmige Ladungsträgerverteilung erreicht werden.
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Wie weiterhin in 1B veranschaulicht ist, können sich die zweiten Bereiche 114 in eine Richtung erstrecken, die von der ersten Kontaktstruktur 105 wegführt. Verläuft die erste Kontaktstruktur 105 beispielsweise in y-Richtung, erstrecken sich die zweiten Bereiche 114 in x-Richtung. Entlang der y-Richtung, d.h. in einer Richtung senkrecht zur Erstreckungsrichtung der zweiten Bereiche 114, sind erste und zweite Bereiche 113, 114 jeweils abwechselnd angeordnet.
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1C zeigt eine Querschnittsansicht entlang der y-Richtung, die beispielsweise zwischen IV und IV' wie in 1B dargestellt aufgenommen sein kann. Wie zu sehen ist, sind Aussparungen 112 zwischen Stegen der Stromverteilungsschicht 107 angeordnet. Entsprechend ist ein Strompfad 104 wie in 1C dargestellt ausgebildet. Die Stromeinprägung findet somit nicht über die gesamte Oberfläche der ersten Halbleiterschicht 110 sondern nur über die Oberflächenbereiche, in denen Teile der Stromverteilungsschicht 107 an die erste Halbleiterschicht 110 angrenzen, statt.
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Die 2A bis 2C zeigen Ansichten von optoelektronischen Halbleiterbauelementen gemäß weiteren Ausführungsformen, bei denen anstelle der Aussparungen 112 lokal ein isolierendes Material angrenzend an die erste Halbleiterschicht 110 ausgebildet ist. Beispielsweise kann in diesem Fall die Stromverteilungsschicht 107 als kontinuierliche Schicht ausgebildet sein. Gemäß diesen Ausführungsformen kann somit ein dielektrisches Material 122 zwischen zweiten Bereichen 114 der ersten Halbleiterschicht 110 und der Stromverteilungsschicht 107 angeordnet sein. Eine kleinste horizontale Bemessung der zweiten Bereiche ist kleiner als 2,0 µm. Beispielsweise kann auch hier ein Abstand zwischen jeder Position 114a, 114b (dargestellt in 1B) innerhalb des zweiten Bereichs 114 zu einer nächstliegenden Position des ersten Bereichs 113 kleiner als 1,0 µm oder kleiner als 0,5 µm sein. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann sich eine Größe der ersten Bereiche 113 in einer zur ersten horizontalen Richtung senkrechten Richtung kontinuierlich verändern.
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2A zeigt wiederum eine Querschnittsansicht eines Teils des optoelektronischen Halbleiterbauelements in verschiedenen Schnittebenen, analog zur Darstellung von 1B.
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2B zeigt eine Querschnittsansicht durch einen Teil des Halbleiterschichtstapels mit aufgebrachter Stromverteilungsschicht 107 zwischen A und A wie in 2A angedeutet ist. Wie in 2B dargestellt ist, ist über der ersten Halbleiterschicht 110 eine erste dielektrische Schicht 122 aufgebracht und strukturiert. Beispielsweise ist die erste dielektrische Schicht 122 derart strukturiert, dass sie in zweiten Bereichen 114 vorliegt. Beispielsweise kann die erste dielektrische Schicht 122 Siliziumoxid, Aluminiumoxid oder ein anderes dielektrisches Material enthalten. Eine Schichtdicke der dielektrischen Schicht 122 kann beispielsweise 20 bis 70 nm, beispielsweise 30 bis 40 nm betragen. Die erste dielektrische Schicht 122 ist wie in 2B gezeigt zu Abschnitten strukturiert. Dabei nimmt die Breite d der Abschnitte in x-Richtung mit zunehmendem Abstand von der ersten Kontaktstruktur 105 ab. Eine Stromverteilungsschicht 107 ist über den strukturierten Abschnitten der ersten dielektrischen Schicht 122 konform aufgebracht. Zusätzlich kann eine Passivierungsschicht 103 über der Stromverteilungsschicht 107 aufgebracht sein. Die Passivierungsschicht kann beispielsweise Siliziumoxid oder ein anderes dielektrisches transparentes Material enthalten.
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Durch die Anwesenheit der strukturierten ersten dielektrischen Schicht 122 grenzt die Stromverteilungsschicht 107 nur an den Kontaktbereichen 108 oder ersten Bereichen 113 an die erste Halbleiterschicht 110 an. In den dazwischenliegenden Bereichen oder zweiten Bereichen 114 findet kein elektrischer Kontakt zwischen Stromverteilungsschicht 107 und erster Halbleiterschicht 110 statt. Folglich wird der Kontaktwiderstand zwischen Stromverteilungsschicht und erster Halbleiterschicht erhöht. Entsprechend nimmt der Strompfad den in 2B dargestellten Verlauf an.
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Gemäß weiteren Ausführungsformen kann, wie in 2C veranschaulicht ist, anstelle einer einzelnen dielektrischen Schicht auch ein Schichtstapel aus dielektrischen und gegebenenfalls leitenden Schichten zwischen Bereichen der Stromverteilungsschicht 107 und der ersten Halbleiterschicht 110 angeordnet sein. Gemäß der Ausführungsformen, die in 2C veranschaulicht sind, kann beispielsweise lokal ein Schichtstapel, der eine erste dielektrischer Schicht 122, eine leitfähige Schicht 124 sowie eine zweite dielektrische Schicht 123 enthält, über Bereichen der ersten Halbleiterschicht 110 ausgebildet und strukturiert werden. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann die zweite dielektrische Schicht 123 auch weggelassen werden. Nachfolgend kann die Stromverteilungsschicht 107 ausgebildet werden. Beispielsweise kann die leitfähige Schicht 124 mit der Stromverteilungsschicht 107 elektrisch verbunden sein. Beispielsweise können die erste und zweite dielektrische Schicht 122, 123 jeweils Siliziumoxid enthalten.
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Die leitfähige Schicht 124 kann beispielsweise ein leitfähiges Metalloxid, beispielsweise ITO, enthalten. Beispielsweise kann die leitfähige Schicht 124 aus demselben Material wie die Stromverteilungsschicht 107 ausgebildet sein. Die erste dielektrische Schicht kann beispielsweise eine Schichtdicke von 30 bis 70, beispielsweise 40 bis 60 nm aufweisen. Die leitfähige Schicht 124 kann beispielsweise eine Schichtdicke zwischen 10 und 50 nm aufweisen. Die zweite dielektrische Schicht 123 kann beispielsweise eine Schichtdicke zwischen 40 und 100 nm, beispielsweise 60 bis 80 nm aufweisen. Der Schichtstapel aus erster dielektrischer Schicht 122, leitfähiger Schicht 124 und gegebenenfalls zweiter dielektrischer Schicht 123 kann ähnlich wie unter Bezugnahme auf die 2A und 2B beschrieben entlang der x- und der y-Richtung strukturiert sein. Entsprechend kann die Stromverteilungsschicht 107 als eine zusammenhängende Schicht abgeschieden sein und nur in den Kontaktbereichen 108 an die erste Halbleiterschicht angrenzen. Auf diese Weise kann ein Strompfad 104 den in 2C veranschaulichten Verlauf nehmen.
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Die 3A und 3B veranschaulichen ein optoelektronisches Halbleiterbauelement gemäß weiteren Ausführungsformen. Wie beschrieben werden wird, kann der Kontaktwiderstand aufgrund einer lokalen Schädigung des elektrischen Kontakts zwischen Halbleiterschicht und elektrisch leitfähiger Schicht verändert werden.
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3A zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines Teils eines optoelektronischen Halbleiterbauelements. Diese Querschnittsansicht ist analog zu der Querschnittsansicht der 1B und 2A aufgenommen.
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3B zeigt eine vertikale Querschnittsansicht entlang der y-Richtung beispielsweise zwischen A und A wie in 3A dargestellt. Eine Stromverteilungsschicht 107 ist ganzflächig über der ersten Hauptoberfläche 111 der ersten Halbleiterschicht 110 ausgebildet. Eine Maske 116 wird über ersten Bereichen 113 der Oberfläche der Stromverteilungsschicht 107 angeordnet. Zwischen benachbarten Maskenabschnitten ist ein Bereich über der Stromverteilungsschicht 107 nicht mit Maskenmaterial bedeckt. Dieser Bereich entspricht jeweils den zweiten Bereichen 114. Anschließend wird eine Behandlung mit energiereichen Ionen, beispielsweise Wasserstoff-, Sauerstoff- oder Fluor-Ionen durchgeführt. Ein Verfahren zur Bombardierung mit Ionen 118 kann unter ähnlichen Bedingungen und mit ähnlichen Parametern wie ein reaktives Ionenätzverfahren durchgeführt werden. Als Ergebnis der Bombardierung mit den hochenergetischen Ionen wird die Grenzfläche zwischen erster Halbleiterschicht 110 und der Stromverteilungsschicht 107 modifiziert, was zu einem erhöhten Kontaktwiderstand führt. Als Ergebnis werden lokal geschädigte Bereiche 117 ausgebildet. Die lokal geschädigten Bereiche 117 sind benachbart zu den zweiten Bereichen 114 der ersten Halbleiterschicht 110 angeordnet und überlappen mit diesen.
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Die Maske kann beispielsweise in einer horizontalen Ebene dreieckig ausgebildet sein. Als Folge kann der Verlauf der geschädigten Bereiche 117 wie in 3A dargestellt entlang der x- und der y-Richtung ausgestaltet sein. Gemäß diesen Ausführungsformen wird somit ein Kontaktbereich zwischen erster Halbleiterschicht 110 und Stromverteilungsschicht 107 lokal verändert, so dass sich ein jeweils unterschiedlicher spezifischer Kontaktwiderstand ergibt. Dabei ändert sich die Größe der geschädigten Bereiche und damit der lokale Zuleitungswiderstand kontinuierlich entlang der x-Richtung. Gemäß diesen Ausführungsformen ist ein lokaler Zuleitungswiderstand zwischen der Stromverteilungsschicht 107 und der ersten Halbleiterschicht in den zweiten Bereichen 114 größer als in den ersten Bereichen.
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Beispielsweise ist eine kleinste horizontale Bemessung der zweiten Bereiche kleiner als 2,0 µm.
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Wie vorstehend beschrieben worden ist, weist ein optoelektronisches Halbleiterbauelement 10 somit eine erste Halbleiterschicht 110 von einem ersten Leitfähigkeitstyp, und eine zweite Halbleiterschicht 120 von einem zweiten Leitfähigkeitstyp auf. Die erste und die zweite Halbleiterschicht 110, 120 sind Teile eines Halbleiterschichtstapels. Das optoelektronische Halbleiterbauelement enthält ferner eine Stromverteilungsschicht 107, die über einer von der zweiten Halbleiterschicht 120 abgewandten Oberfläche 111 der ersten Halbleiterschicht 110 angeordnet ist. Das optoelektronische Halbleiterbauelement umfasst ferner gemäß Ausführungsformen eine erste Kontaktstruktur 105, die elektrisch mit der ersten Halbleiterschicht 110 über die Stromverteilungsschicht 107 verbunden ist. Die erste Kontaktstruktur kann sich beispielsweise entlang einer ersten horizontalen Richtung erstrecken. Ein lokaler Zuleitungswiderstand zwischen der Stromverteilungsschicht 107 und der ersten Halbleiterschicht 110 verändert sich mit zunehmendem Abstand von der Kontaktstruktur mindestens abschnittsweise kontinuierlich.
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Das unter Bezugnahme auf 3A und 3B beschriebene Konzept kann auch auf weitere optoelektronische Halbleiterbauelemente ausgeweitet werden. Beispielsweise kann dieses Konzept auch auf Halbleiterbauelemente angewandt werden, bei denen ein Material der Stromverteilungsschicht absorbierend oder reflektierend ist.
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4A zeigt eine Querschnittsansicht durch einen Teil eines optoelektronischen Halbleiterbauelements 15 gemäß weiteren Ausführungsformen. Das optoelektronische Halbleiterbauelement 15 umfasst einen Halbleiterschichtstapel aus einer ersten Halbleiterschicht 140 von einem ersten Leitfähigkeitstyp, beispielsweise p-leitend, sowie einer zweiten Halbleiterschicht 150 von einem zweiten Leitfähigkeitstyp, beispielsweise n-leitend. Eine aktive Zone 145 ist zwischen der ersten Halbleiterschicht 140 und der zweiten Halbleiterschicht 150 angeordnet. Eine erste Kontaktschicht 142 ist angrenzend an die erste Halbleiterschicht 140 angeordnet. Beispielweise kann die Kontaktschicht 142 ein reflektierendes Material, beispielsweise Silber, enthalten. Eine erste Stromverteilungsschicht 143 ist auf der Seite der ersten Halbleiterschicht 140 angeordnet. Die erste Stromverteilungsschicht 143 kann beispielsweise über die Kontaktschicht 142 mit der ersten Halbleiterschicht 140 verbunden sein. Von dem optoelektronischen Halbleiterbauelement 15 emittierte elektromagnetische Strahlung kann beispielsweise über eine zweite Hauptoberfläche 151 der zweiten Halbleiterschicht 150 emittiert werden.
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Das optoelektronische Halbleiterbauelement ist auf einem Träger 160 aufgebracht. Beispielsweise kann der Träger 160 aus einem Halbleitermaterial, beispielsweise Silizium oder Germanium, oder aus einem Metall aufgebaut sein. Der Halbleiterschichtstapel ist derart auf dem Träger 160 aufgebracht, dass die erste Halbleiterschicht 140 zwischen der zweiten Halbleiterschicht 150 und dem Träger 160 angeordnet ist. Beispielsweise kann ein isolierendes Material 147 zwischen der ersten Stromverteilungsschicht 143 und dem elektrisch leitfähigen Träger 160 angeordnet sein. Eine Vielzahl zweiter Kontaktelemente 152 kann sich durch die erste Halbleiterschicht 140 und die aktive Zone 145 hindurch erstrecken. Ein elektrischer Kontakt zwischen dem leitenden Träger 160 und der zweiten Halbleiterschicht 150 kann durch die zweiten Kontaktelemente 152 hergestellt werden. Der elektrisch leitende Träger 160 wirkt somit als zweite Stromverteilungsschicht. Die zweiten Kontaktelemente 152 können jeweils über eine Seitenwandisolierung 153 von dem angrenzenden Halbleitermaterial und der ersten Stromverteilungsschicht 143 sowie der ersten Kontaktschicht 142 isoliert sein. Ein Material der ersten Stromverteilungsschicht 143 kann ebenfalls ein absorbierendes oder reflektierendes Material umfassen. Die erste und zweite Halbleiterschicht 140, 150 können beispielsweise GaN enthalten.
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4B zeigt ein Beispiel einer vergrößerten Querschnittsansicht zwischen II und II' wie in 4D angegeben ist. Wie in 4B gezeigt ist, ist ein Kontaktbereich zwischen der ersten Kontaktschicht 142 und zweiten Bereichen 114 der ersten Halbleiterschicht 140 lokal modifiziert. Genauer gesagt, sind modifizierte Kontaktbereiche 148 abschnittsweise zwischen zweiten Bereichen 114 der ersten Halbleiterschicht 140 und der ersten Kontaktschicht 142 angeordnet. Nicht modifizierte Kontaktbereiche 149 sind zwischen benachbarten modifizierten Kontaktbereichen 148 angeordnet und entsprechen den ersten Bereichen 113 der ersten Halbleiterschicht 140. Ein Strompfad 104 von der ersten Kontaktschicht 142 zur ersten Halbleiterschicht 140 und zur aktiven Zone 145 ist wie in 4B dargestellt ausgeprägt. Es findet somit keine gleichmäßige Stromzuführung statt, sondern die Stromzuführung ist beispielsweise über die Größe der nicht modifizierten Kontaktbereiche eingestellt.
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4C zeigt eine horizontale vergrößerte Querschnittsansicht eines Teils des optoelektronischen Halbleiterbauelements zwischen I und I', wie in 4A veranschaulicht ist. Ein modifizierter Kontaktbereich 148 ist um ein zweites Kontaktelement 152 herum ausgebildet. Auf diese Weise ist die Stromeinprägung von der ersten Kontaktschicht 142 zur ersten Halbleiterschicht 140 in einem Bereich, der unmittelbar an das zweite Kontaktelement 152 angrenzt, verringert. Der modifizierte Kontaktbereich 148 befindet sich somit in einem Bereich des optoelektronischen Halbleiterbauelements, in dem über das zweite Kontaktelement eine Stromeinprägung über das zweite Kontaktelement 152 in die zweite Halbleiterschicht 150 und damit in die aktive Zone 145 erfolgt.
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Beispielsweise kann der modifizierte Kontaktbereich 148 verschiedene Teilbereiche aufweisen, die jeweils konzentrisch um das zweite Kontaktelement 152 herum angeordnet sind. Beispielsweise kann ein erster Kontaktbereich 148a unmittelbar benachbart zu dem zweiten Kontaktelement 152 angeordnet und von diesem durch die Seitenwandisolierung 153 isoliert sein. An den ersten Teilbereich 148a können sich weitere Teilbereiche 148b, 148c anschließen, die jeweils einen größeren Abstand zu dem zweiten Kontaktelement 152 aufweisen. In jedem der Teilbereiche 148a, 148b, 148c können sowohl erste als auch zweite Bereiche 113, 114 der ersten Halbleiterschicht vorliegen. Ein Ausmaß der Modifizierung des Kontakts zwischen erster Halbleiterschicht 140 und erster Kontaktschicht 142 kann jeweils mit zunehmendem Abstand von dem zweiten Kontaktelement 152 abnehmen. Entsprechend nimmt der lokale Zuleitungswiderstand mit zunehmendem Abstand von dem zweiten Kontaktelement 152 ab. Ein unterschiedliches Ausmaß der Modifizierung des Kontaktbereichs kann durch unterschiedliche Flächenanteile der ersten und zweiten Bereiche 113, 114 eingestellt werden. Beispielsweise kann eine Flächenbelegung der zweiten Bereiche 114 oder der modifizierten Kontaktbereiche im ersten Teilbereich 148a größer sein als im zweiten Teilbereich 148b, und die Flächenbelegung der zweiten Bereiche 114 oder der modifizierten Kontaktbereiche ist im zweiten Teilbereich 148b größer als im dritten Teilbereich 148c. Beispielsweise haben die ersten Bereiche 113 im ersten Teilbereich 148a eine wesentlich kleinere laterale Ausdehnung als im dritten Teilbereich 148c.
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4D zeigt eine horizontale Querschnittsansicht durch einen Bereich um ein zweites Kontaktelement 152 gemäß weiteren Ausgestaltungen. Die Querschnittsansicht ist zwischen I und I' aufgenommen, wie beispielsweise in 4A veranschaulicht ist. Wie in 4D veranschaulicht ist, kann ein modifizierter Kontaktbereich 148 jeweils ringförmig um ein zweites Kontaktelement 152 herum angeordnet sein. Der modifizierte Kontaktbereich 148 befindet sich somit in einem Bereich des optoelektronischen Halbleiterbauelements, in dem über das zweite Kontaktelement eine Stromeinprägung über das zweite Kontaktelement 152 in die zweite Halbleiterschicht 150 und damit in die aktive Zone 145 erfolgt.
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Nicht modifizierte Kontaktbereiche 149, die jeweils den ersten Bereichen 113 der ersten Halbleiterschicht 140 entsprechen, können zwischen modifizierten Kontaktbereichen jeweils ringförmig und konzentrisch angeordnet sein. Gemäß Ausführungsformen können die ersten Bereiche 113 jeweils in den modifizierten Kontaktbereichen 148 nicht vorliegen. Beispielsweise kann eine maximale Ringbreite der modifizierten Kontaktbereiche 148 in lateraler Richtung 2 µm oder 1 µm betragen. Die modifizierten Kontaktbereiche 148 entsprechen jeweils den zweiten Bereichen 114 der ersten Halbleiterschicht. Dabei kann eine Breite der einzelnen Ringe jeweils variieren. Beispielsweise kann eine Ringbreite der modifizierten Kontaktbereiche 148 und damit die Flächenbelegung der zweiten Bereiche 114 der ersten Halbleiterschicht mit zunehmendem Abstand von dem zweiten Kontaktelement 152 abnehmen. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann die Ringbreite der nicht modifizierten Kontaktbereiche 149 und damit die Flächenbelegung der ersten Kontaktbereiche 113 mit zunehmendem Abstand von dem zweiten Kontaktelement 152 zunehmen. Dadurch kann ein Grad der Stromeinprägung in die erste Halbleiterschicht 140 entsprechend angepasst werden. Beispielsweise kann eine minimale Bemessung der zweiten Bereiche 114 kleiner als 2 µm sein. Beispielsweise kann ein Abstand zwischen jeder Position innerhalb des zweiten Bereichs 114 zu einer nächstliegenden Position des ersten Bereichs 113 kleiner als 1 µm oder kleiner als 0,5 µm sein.
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4E zeigt eine Ausprägung des modifizierten Kontaktbereichs 148 gemäß weiteren Ausführungsformen. Die horizontale Querschnittsansicht der 4E ist wieder zwischen I und I' aufgenommen, wie in 4A veranschaulicht ist. Durch die spezielle Ausgestaltung des modifizierten Kontaktbereichs 148 nimmt eine Flächenbelegung des modifizierten Kontaktbereichs 148 und damit des zweiten Bereichs 114 der Halbleiterschicht 140 mit zunehmendem Abstand von dem zweiten Kontaktelement 152 ab. Entsprechend nimmt auch der lokale Zuleitungswiderstand mit zunehmendem Abstand von dem zweiten Kontaktelement 152 ab.
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Wie weiterhin in 4E veranschaulicht ist, können sich die zweiten Bereiche 114 in eine Richtung erstrecken, die von dem zweiten Kontaktelement 152 radial nach außen wegführt. Erste und zweite Bereiche 113, 114 sind jeweils abwechselnd senkrecht zu einer Erstreckungsrichtung der zweiten Bereiche 114 angeordnet.
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Wie beschrieben worden ist, kann gemäß Ausführungsformen durch eine räumliche Variation des spezifischen Kontaktwiderstands zwischen der Stromverteilungsschicht und der ersten Halbleiterschicht der lokale Zuleitungswiderstand und damit die Stromeinprägung in die aktive Zone gezielt gesteuert werden. Auf diese Weise kann an denjenigen Stellen die Stromeinprägung verringert werden, an denen beispielsweise aufgrund der Nähe zum zweiten Kontaktelement 152 sehr viel Strahlung erzeugt werden würde. Als Ergebnis kann eine homogenere Erzeugung der elektromagnetischen Strahlung und damit eine höhere Helligkeit und somit eine bessere Effizienz bewirkt werden.
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5A veranschaulicht ein Verfahren gemäß Ausführungsformen. Ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements umfasst das Ausbilden (S100) eines Halbleiterschichtstapels, der eine erste Halbleiterschicht von einem ersten Leitfähigkeitstyp und eine zweite Halbleiterschicht von einem zweiten Leitfähigkeitstyp aufweist, und das Ausbilden (S110) einer elektrisch leitfähigen oder Stromverteilungsschicht über einer von der zweiten Halbleiterschicht abgewandten Oberfläche der ersten Halbleiterschicht. Die elektrisch leitfähige oder Stromverteilungsschicht wird derart ausgebildet, dass sie an erste Bereiche der ersten Halbleiterschicht angrenzt. Weiterhin wird die Stromverteilungsschicht von zweiten Bereichen der ersten Halbleiterschicht entfernt, oder es wird ein dielektrisches Material zwischen zweiten Bereichen der ersten Halbleiterschicht und der Stromverteilungsschicht angeordnet. Ein Abstand zwischen jeder Position innerhalb des zweiten Bereichs zu einer nächstliegenden Position des ersten Bereichs ist beispielsweise kleiner als 1 µm.
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Gemäß weiteren Ausführungsformen umfasst das Verfahren das Ausbilden (S120) einer ersten Kontaktstruktur, die elektrisch mit der ersten Halbleiterschicht über die Stromverteilungsschicht verbunden ist. Beispielsweise kann sich eine Größe der zweiten Bereiche mit zunehmendem Abstand von der ersten Kontaktstruktur mindestens abschnittsweise kontinuierlich verändern.
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Gemäß weiteren Ausführungsformen kann ein spezifischer Kontaktwiderstand zwischen der elektrisch leitfähigen Schicht und der ersten Halbleiterschicht in den zweiten Bereichen größer als in den ersten Bereichen sein.
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Gemäß Ausführungsformen kann eine leitende Schicht, die mit der ersten Halbleiterschicht in elektrischem Kontakt steht, ein reflektierendes oder absorbierendes Material enthalten. Beispielsweise kann sich ein Kontaktwiderstand zwischen der elektrisch leitfähigen Schicht und der ersten Halbleiterschicht in Abhängigkeit von einer Position entlang einer horizontalen Richtung verändern. Beispielsweise kann die elektrische leitende Schicht eine erste Kontaktschicht und/oder eine erste Stromverteilungsschicht sein.
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5B zeigt eine Querschnittsansicht durch einen Teil eines Werkstücks 25 bei Durchführung eines Verfahrens gemäß Ausführungsformen. Die in 5B dargestellte Struktur veranschaulicht beispielsweise die Herstellung der in 4B dargestellten modifizierten Kontaktbereiche 148 sowie der nicht modifizierten Kontaktbereiche 149. Über einer ersten Hauptoberfläche 141 der ersten Halbleiterschicht 140 wird eine Barrierenschicht 157 aufgebracht und strukturiert. Die Barrierenschicht 157 wird derart strukturiert, dass sie erste Bereiche 113 bedeckt und zweite Bereiche 114 der ersten Halbleiterschicht 140 nicht bedeckt. Damit bedeckt sie diejenigen Oberflächenbereiche, die nicht modifiziert werden sollen und wirkt somit als Maske. Gemäß Ausführungsformen wird über der sich ergebenden Oberfläche eine wasserstoffhaltige Schicht 154 abgeschieden. Beispielsweise kann dies eine wasserstoffhaltige Siliziumnitridschicht sein. Als Folge der Abscheidung der wasserstoffhaltigen Schicht 154 findet eine Deaktivierung der zweiten Bereiche 114 der ersten Halbleiterschicht 110 durch Wasserstoff statt. Dadurch wird der Kontakt zwischen der ersten Halbleiterschicht 140 und einer später aufgebrachten ersten Kontaktschicht 142 lokal modifiziert oder verschlechtert.
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An den ersten Bereichen 113, die mit der Barrierenschicht 157 bedeckt sind, findet keine Modifizierung statt. Durch dieses Verfahren wird die erste Halbleiterschicht 140 (beispielsweise p-GaN) selektiv elektrisch „schlecht“ gemacht. Nach Entfernen der wasserstoffhaltigen Schicht 154 und der Barrierenschicht wird eine Kontaktschicht 142 ganzflächig aufgebracht. Als Ergebnis treten die in 4B dargestellten modifizierten Kontaktbereiche 148 sowie die nicht modifizierten Kontaktbereiche 149 auf. Alternativ kann eine derartige Herstellung modifizierter Kontaktbereiche 148 auch durch Behandlung in einer Wasserstoffatmosphäre erfolgen. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann das Material der ersten Halbleiterschicht 140 auch lokal geschädigt werden, beispielsweise durch Implantation, beispielsweise Ionenimplantation.
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Gemäß weiteren Ausführungsformen ist es möglich, den spezifischen Kontaktwiderstand zwischen der ersten Kontaktschicht 142 und der ersten Halbleiterschicht lokal durch unterschiedliche Deckschichtmaterialien 155, 156 über der ersten Kontaktschicht 142 einzustellen. Wie in 5C veranschaulicht ist, wird über der ersten Hauptoberfläche 141 der ersten Halbleiterschicht eine erste Kontaktschicht 142 ganzflächig aufgebracht. Sodann wird eine Deckschicht aufgebracht, die erste Deckschichtbereiche 155 und zweite Deckschichtbereiche 156 mit jeweils unterschiedlichen Materialien aufweist. Beispielsweise können die ersten Deckschichtbereiche 155 über den zweiten Bereichen 114 und die zweiten Deckschichtbereiche 156 über den ersten Bereichen 113 der ersten Halbleiterschicht 140 aufgebracht werden. Über die unterschiedlichen Materialien der Deckschicht wird jeweils ein unterschiedlicher spezifischer Kontaktwiderstand zum darunterliegenden Halbleitermaterial eingestellt. Gemäß einer Erklärung diffundiert Material von den verschiedenen Deckschichtbereichen beispielsweise durch die erste Kontaktschicht 142 hindurch und kann dadurch lokal den Kontaktwiderstand verändern. Durch Verwendung einer unterschiedlichen Anzahl an Öffnungen oder durch unterschiedlich große Öffnungen kann dabei jeweils ein unterschiedlicher Flächenanteil des modifizierten Kontakts bereitgestellt werden. Auf diese Weise kann der lokale Zuleitungswiderstand zur aktiven Zone 145 lokal variiert werden.
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Wie beschrieben worden ist, kann der spezifische Kontaktwiderstand zwischen leitfähiger Schicht und erster Halbleiterschicht lokal modifiziert werden, um eine gleichmäßigere Einprägung des Stroms zu erzielen. Gemäß weiteren Ausführungsformen ist es möglich, mit den beschriebenen Konzepten die Einprägung des Stroms gezielt auf bestimmte Bereiche des optoelektronischen Halbleiterbauelements zu steuern. Beispielsweise kann auf diese Weise eine Stromeinprägung in Bereiche, in denen eine Abschattung auftritt oder in denen eine nichtstrahlende Rekombination auftreten kann, unterdrückt werden.
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6A zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines optoelektronischen Halbleiterbauelements 15, bei dem die erste Halbleiterschicht 140 zwischen einer zweiten Halbleiterschicht 150 und einem Träger 160 angeordnet ist. Eine erste Stromverteilungsschicht 143 und eine erste Kontaktschicht 142 sind mit der ersten Halbleiterschicht 140 elektrisch leitend verbunden. Die an die erste Halbleiterschicht 140 angrenzenden leitfähigen Schichten 142, 143 können reflektierend oder absorbierend sein. Beispielsweise kann die Kontaktschicht 142 eine reflektierende Silberschicht sein. Die Halbleiterschichten können beispielsweise zu einer Mesa strukturiert sein.
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Ein zweites Kontaktelement 152 ist im Bereich der ersten Hauptoberfläche 151 der zweiten Halbleiterschicht 150 angeordnet. Bei einer derartigen Anordnung von zweiten Kontaktelementen kann beispielweise in einem zentralen Bereich des optoelektronischen Halbleiterbauelements 15 die emittierte elektromagnetische Strahlung abgeschattet werden. Durch Anordnung eines modifizierten Oberflächenbereichs 148 in dem zentralen Bereich wird dort weniger Strom eingeprägt wodurch optische Verluste reduziert werden. Weiterhin kann beispielsweise in einem Randbereich 158 der Mesa 121 aufgrund offener Bindungen („dangling bonds“) mehr nichtstrahlende Rekombination auftreten. Durch das Bereitstellen der modifizierten Kontaktbereiche 148 kann nun eine Stromeinprägung gezielt gesteuert werden, so dass im Randbereich 158 weniger Strom eingeprägt wird und somit die nichtstrahlende Rekombination unterdrückt oder verringert wird.
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6B zeigt ein optoelektronisches Halbleiterbauelement gemäß weiteren Ausführungsformen. Auch hier ist das zweite Kontaktelement 152 im Bereich der ersten Hauptoberfläche 151 der zweiten Halbleiterschicht 150 angeordnet. Beispielsweise kann das Kontaktelement 152 eine laterale Ausdehnung von etwa 100 µm haben. Dadurch, dass ein modifizierter Kontaktbereich 148 in vertikaler Richtung mit dem zweiten Kontaktelement 152 überlappt, findet an dieser Stelle weniger Stromeinprägung statt. Beispielsweise kann dies dadurch erzielt werden, dass eines der vorstehenden Verfahren zur Modifizierung des elektrischen Kontakts zwischen erster Halbleiterschicht 140 und erster Kontaktschicht 142 verwendet werden, beispielsweise ein Verfahren, bei dem jeweils unterschiedlicher Deckschichtbereiche über dem Halbleiterschichtstapel aufgebracht werden. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann auch lokal Siliziumnitrid oder ein anderes dielektrisches Material zwischen der ersten Halbleiterschicht 140 und der ersten Kontaktschicht 142 aufgebracht werden.
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Wie beschrieben worden ist, kann durch eine lokale Veränderung des spezifischen Kontaktwiderstands zwischen einer Kontaktschicht und der ersten Halbleiterschicht die Stromeinprägung gesteuert werden.
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Beispielsweise kann dies bei einer transparenten Kontaktschicht dadurch erfolgen, dass Teile der transparenten Kontaktschicht in zweiten Bereichen der ersten Halbleiterschicht lokal entfernt oder mit einem dielektrischen Material unterlegt werden. Beispielsweise können dabei die zweiten Bereiche in einer ersten Richtung eine maximale laterale Abmessung von 2,0 µm oder 1,5 µm oder 1,0 µm haben. Beispielsweise kann eine laterale Abmessung in einer zur ersten Richtung senkrechten Richtung kontinuierlich abnehmen. Bei einer derartigen Abmessung kann es wegen des endlichen Widerstands der ersten Halbleiterschicht und der Ladungsträgerdiffusion zu einem lokalen Ausgleich der Ladungsträgerkonzentrationen kommen. Als Folge findet eine gleichmäßige Stromeinprägung statt.
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Bei einer reflektierenden oder absorbierenden Kontakt- oder Stromverteilungsschicht können Teile der Kontaktschicht oder der Stromverteilungsschicht mit einem dielektrischen Material unterlegt werden. Weiterhin kann Diffusion von Wasserstoff- oder anderen Atomen stattfinden, durch welche der spezifische Kontaktwiderstand lokal verändert wird.
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Gemäß weiteren Ausführungsformen kann der Kontakt zwischen erster Halbleiterschicht und einer leitfähigen Schicht, die mit der ersten Halbleiterschicht verbunden ist, lokal geschädigt, aktiviert oder deaktiviert werden, um die Stromeinprägung zu steuern.
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Insbesondere wird durch die beschriebenen Maßnahmen die Stromeinprägung in vorbestimmten Halbleiterbereichen, die direkt an die aktive Zone angrenzen, reduziert. Als Folge kann die Emission in diesen vorbestimmten Bereichen unterdrückt werden. Auf diese Weise lassen sich elektrische und optische Verluste minimieren. Weiterhin wird eine verbesserte Effizienz der Erzeugung elektromagnetischer Strahlung erreicht.
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Obwohl hierin spezifische Ausführungsformen veranschaulicht und beschrieben worden sind, werden Fachleute erkennen, dass die gezeigten und beschriebenen spezifischen Ausführungsformen durch eine Vielzahl von alternativen und/oder äquivalenten Ausgestaltungen ersetzt werden können, ohne vom Schutzbereich der Erfindung abzuweichen. Die Anmeldung soll jegliche Anpassungen oder Variationen der hierin diskutierten spezifischen Ausführungsformen abdecken. Daher wird die Erfindung nur durch die Ansprüche und deren Äquivalente beschränkt.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Optoelektronisches Halbleiterbauelement
- 15
- Optoelektronisches Halbleiterbauelement
- 20
- emittierte elektromagnetische Strahlung
- 25
- Werkstück
- 100
- Träger
- 102
- dielektrische Schicht
- 103
- Passivierungsschicht
- 104
- Strompfad
- 105
- erste Kontaktstruktur
- 107
- Stromverteilungsschicht
- 108
- Kontaktbereich
- 110
- erste Halbleiterschicht
- 111
- erste Hauptoberfläche der ersten Halbleiterschicht
- 112
- Aussparung
- 113
- erster Bereich der ersten Halbleiterschicht
- 114
- zweiter Bereich der ersten Halbleiterschicht
- 114a,b
- Position innerhalb des zweiten Bereichs
- 115
- aktive Zone
- 116
- Maske
- 117
- geschädigter Bereich
- 118
- Ionen
- 120
- zweite Halbleiterschicht
- 121
- Mesa
- 122
- erste dielektrische Schicht
- 123
- zweite dielektrische Schicht
- 124
- leitfähige Schicht
- 125
- zweite Kontaktstruktur
- 126
- zweites Kontaktelement
- 127
- Seitenwand der Mesa
- 140
- erste Halbleiterschicht
- 141
- erste Hauptoberfläche der ersten Halbleiterschicht
- 142
- erste Kontaktschicht
- 143
- erste Stromverteilungsschicht
- 145
- aktive Zone
- 147
- isolierendes Material
- 148
- modifizierter Kontaktbereich
- 148a
- erster Teilbereich
- 148b
- zweiter Teilbereich
- 148c
- dritter Teilbereich
- 149
- nicht modifizierter Kontaktbereich
- 150
- zweite Halbleiterschicht
- 151
- erste Hauptoberfläche der zweiten Halbleiterschicht
- 152
- zweites Kontaktelement
- 153
- Seitenwandisolierung
- 154
- wasserstoffhaltige Schicht
- 155
- erster Deckschichtbereich
- 156
- zweiter Deckschichtbereich
- 157
- Barrierenschicht
- 158
- Randbereich
- 160
- Träger
