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Es wird ein strahlungsemittierender Halbleiterchip angegeben. Darüber hinaus wird ein Verfahren zur Herstellung eines strahlungsemittierenden Halbleiterchips angegeben.
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Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, einen strahlungsemittierenden Halbleiterchip anzugeben, der eine besonders gute Effizienz aufweist. Außerdem soll ein Verfahren zur Herstellung eines besonders effizienten strahlungsemittierenden Halbleiterchips angegeben werden.
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Diese Aufgaben werden durch einen strahlungsemittierenden Halbleiterchip mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch ein Verfahren zur Herstellung eines strahlungsemittierenden Halbleiterchips mit den Merkmalen des Patentanspruchs 12 gelöst.
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Vorteilhafte Ausführungsformen des strahlungsemittierenden Halbleiterchips und des Verfahrens zur Herstellung eines strahlungsemittierenden Halbleiterchips sind Gegenstand der jeweils abhängigen Ansprüche.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der strahlungsemittierende Halbleiterchip eine Halbleiterschichtenfolge, die einen aktiven Bereich aufweist, der dazu ausgebildet ist, elektromagnetische Strahlung zu erzeugen. Bevorzugt ist die Halbleiterschichtenfolge eine epitaktische Halbleiterschichtenfolge. Die Halbleiterschichtenfolge basiert bevorzugt auf einem III-V-Verbindungshalbleitermaterial. Bei dem III-V-Verbindungshalbleitermaterial handelt es sich beispielsweise um ein Phosphid-, Arsenid- und/oder Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial, also zum Beispiel um InxAlyGa1-x-yP, InxAlyGa1-x-yAs und/oder InxAlyGa1-x-yN mit 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 und x + y ≤ 1.
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Die Halbleiterschichtenfolge kann Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen. Der Einfachheit halber sind jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters der Halbleiterschichtenfolge, also Al, Ga, In, N, As oder P, angegeben, auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt und/oder ergänzt sein können.
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Die Halbleiterschichtenfolge weist bevorzugt eine Haupterstreckungsebene auf. Eine vertikale Richtung erstreckt sich senkrecht zur Haupterstreckungsebene und eine laterale Richtung erstreckt sich parallel zur Haupterstreckungsebene.
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Die Halbleiterschichtenfolge umfasst bevorzugt eine erste Halbleiterschicht eines ersten Leitfähigkeitstyps und eine zweite Halbleiterschicht eines zweiten, vom ersten Leitfähigkeitstyp verschiedenen Leitfähigkeitstyps. Bevorzugt ist die erste Halbleiterschicht p-dotiert und damit p-leitend ausgebildet. In diesem Fall ist die zweite Halbleiterschicht n-dotiert und damit n-leitend ausgebildet. Die erste Halbleiterschicht und die zweite Halbleiterschicht sind bevorzugt in vertikaler Richtung übereinander gestapelt.
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Bevorzugt ist der aktive Bereich zwischen der ersten Halbleiterschicht und der zweiten Halbleiterschicht angeordnet. Der aktive Bereich weist bevorzugt einen pn-Übergang zur Erzeugung der elektromagnetischen Strahlung auf, wie beispielsweise eine Heterostruktur, eine Einfachquantentopfstruktur oder eine Mehrfachquantentopfstruktur.
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Die im Betrieb des aktiven Bereichs erzeugte elektromagnetische Strahlung kann nahultraviolette Strahlung, sichtbares Licht und/oder nahinfrarote Strahlung sein. Das sichtbare Licht ist beispielsweise Licht blauer, grüner, gelber oder roter Farbe.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der strahlungsemittierende Halbleiterchip eine erste dielektrische Spiegelschicht, die über der Halbleiterschichtenfolge angeordnet ist. Die Halbleiterschichtenfolge und die erste dielektrische Spiegelschicht sind bevorzugt in vertikaler Richtung übereinander gestapelt. Die erste dielektrische Spiegelschicht umfasst bevorzugt SiO2 oder ist daraus gebildet. Insbesondere kann es sich bei der ersten dielektrischen Spiegelschicht um einen Braggspiegel handeln. Der Braggspiegel umfasst bevorzugt abwechselnd angeordnete Schichten eines hochbrechenden und eines niedrigbrechenden Materials. Die Schichten des Braggspiegels weisen bevorzugt SiO2, Al2O3, TiO2, Tantaloxid, Nb2O5, MgF, Siliziumnitride und/oder Siliziumoxinitride auf.
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Die erste dielektrische Spiegelschicht weist dabei bevorzugt für die im aktiven Bereich erzeugte elektromagnetische Strahlung eine Reflexion von wenigstens 98 %, insbesondere von wenigstens 99 % auf.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der strahlungsemittierende Halbleiterchip eine zweite dielektrische Spiegelschicht, die über der ersten dielektrischen Spiegelschicht angeordnet ist. Die erste dielektrische Spiegelschicht und die zweite dielektrische Spiegelschicht sind bevorzugt in vertikaler Richtung übereinander gestapelt. Besonders bevorzugt sind die erste Halbleiterschicht, die erste dielektrische Spiegelschicht und die zweite dielektrische Spiegelschicht in der angegebenen Reihenfolge in vertikaler Richtung übereinander gestapelt.
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Die zweite dielektrische Spiegelschicht umfasst bevorzugt SiO2 oder ist daraus gebildet. Insbesondere kann es sich bei der zweiten dielektrischen Spiegelschicht um einen weiteren Braggspiegel handeln. Der weitere Braggspiegel umfasst bevorzugt abwechselnd angeordnete Schichten eines hochbrechenden und eines niedrigbrechenden Materials. Die Schichten des weiteren Braggspiegels weisen bevorzugt SiO2, Al2O3, TiO2, Tantaloxid, Nb2O5, MgF, Siliziumnitride und/oder Siliziumoxinitride auf.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die erste dielektrische Spiegelschicht zumindest eine erste Ausnehmung auf. Die erste Ausnehmung durchdringt die erste dielektrische Spiegelschicht bevorzugt vollständig. Zumindest eine Seitenfläche der ersten Ausnehmung ist bevorzugt durch die erste dielektrische Spiegelschicht gebildet. Die Seitenfläche der ersten Ausnehmung schließt bevorzugt einen Winkel von mindestens 45° und höchstens 90° mit der Haupterstreckungsebene ein. Beispielsweise schließt die Seitenfläche der ersten Ausnehmung einen Winkel von etwa 60° mit der Haupterstreckungsebene ein.
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Die erste Ausnehmung weist bevorzugt eine vieleckige, eine runde oder eine elliptische Form auf. Es ist möglich, dass eine Vielzahl von ersten Ausnehmungen in der ersten dielektrischen Spiegelschicht angeordnet ist. Die ersten Ausnehmungen sind in lateraler Richtung bevorzugt voneinander beabstandet angeordnet. Die ersten Ausnehmungen sind bevorzugt matrixartig, das heißt entlang von Spalten und Zeilen, angeordnet. Bevorzugt sind die ersten Ausnehmungen an Gitterpunkten eines ersten regelmäßigen Gitters angeordnet. Das erste regelmäßige Gitter ist bevorzugt ein polygonales Gitter, wie beispielsweise ein orthogonales Gitter oder ein hexagonales Gitter.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist eine erste Stromaufweitungsschicht in der ersten Ausnehmung und über der ersten dielektrischen Spiegelschicht angeordnet. Bevorzugt bedeckt die erste Stromaufweitungsschicht die Seitenfläche der ersten Ausnehmung vollständig. Im Bereich der Seitenfläche der ersten Ausnehmung steht die erste Stromaufweitungsschicht bevorzugt in direktem Kontakt mit der ersten dielektrischen Spiegelschicht.
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Weiterhin ist es möglich, dass die erste Ausnehmung die Halbleiterschichtenfolge freilegt. In diesem Fall bedeckt die erste Stromaufweitungsschicht die freigelegte Halbleiterschichtenfolge, insbesondere vollständig.
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Weiterhin kann sich die erste Stromaufweitungsschicht bereichsweise in lateraler Richtung zwischen der ersten dielektrischen Spiegelschicht und der zweiten dielektrischen Spiegelschicht erstrecken. Die erste Stromaufweitungsschicht steht bevorzugt mit der zweiten dielektrischen Spiegelschicht in direktem Kontakt.
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Die erste Stromaufweitungsschicht ist beispielsweise für die im Betrieb erzeugte elektromagnetische Strahlung transparent ausgebildet. Bevorzugt ist die erste Stromaufweitungsschicht mit einem transparenten, elektrisch leitenden Material gebildet. Die erste Stromaufweitungsschicht weist bevorzugt transparente elektrisch leitende Metalle oder transparente elektrisch leitende Oxide (englisch: „Transparent Conductive Oxides“, kurz: „TCO“) auf. TCOs sind transparente, leitende Materialien und weisen beispielsweise Zinkoxid, Zinnoxid, Kadmiumoxid, Titanoxid, Indiumoxid oder Indiumzinnoxid (englisch: „Indium Tin Oxide“, kurz „ITO“) auf.
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Die erste Stromaufweitungsschicht weist bevorzugt eine Ausdehnung in lateraler Richtung von höchstens 30 Mikrometer, besonders bevorzugt von höchstens 15 Mikrometer, auf.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die zweite dielektrische Spiegelschicht zumindest eine zweite Ausnehmung auf, die sich bis zur ersten Stromaufweitungsschicht erstreckt. Die zweite Ausnehmung durchdringt die zweite dielektrische Spiegelschicht bevorzugt vollständig. Im Bereich der zweiten Ausnehmung ist die erste Stromaufweitungsschicht bevorzugt freigelegt.
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Zumindest eine Seitenfläche der zweiten Ausnehmung ist bevorzugt durch die zweite dielektrische Spiegelschicht gebildet. Die Seitenfläche der zweiten Ausnehmung schließt bevorzugt einen Winkel von mindestens 45° und höchstens 90° mit der Haupterstreckungsebene ein. Beispielsweise schließt die Seitenfläche der zweiten Ausnehmung einen Winkel von etwa 60° mit der Haupterstreckungsebene ein.
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Die zweite Ausnehmung weist bevorzugt eine vieleckige, eine runde oder eine elliptische Form auf. Es ist möglich, dass eine Vielzahl von zweiten Ausnehmungen in der zweiten dielektrischen Spiegelschicht angeordnet ist. Die zweiten Ausnehmungen sind in lateraler Richtung bevorzugt voneinander beabstandet angeordnet. Die zweiten Ausnehmungen sind bevorzugt matrixartig, das heißt entlang von Spalten und Zeilen, angeordnet. Bevorzugt sind die zweiten Ausnehmungen an Gitterpunkten eines zweiten regelmäßigen Gitters angeordnet. Das zweite regelmäßige Gitter ist bevorzugt ein polygonales Gitter, wie beispielsweise ein orthogonales Gitter oder ein hexagonales Gitter.
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Bevorzugt legt die zweite Ausnehmung die erste Stromaufweitungsschicht, die zwischen der ersten dielektrischen Spiegelschicht und der zweiten dielektrischen Spiegelschicht angeordnet ist, frei. Bevorzugt erstreckt sich die erste Stromaufweitungsschicht in lateraler Richtung bis zur zweiten Ausnehmung, sodass die erste Stromaufweitungsschicht durch die zweite Ausnehmung freigelegt ist.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform überlappt die erste Ausnehmung in Draufsicht nicht mit der zweiten Ausnehmung in lateraler Richtung. Bevorzugt ist die erste Ausnehmung in Draufsicht in lateraler Richtung beabstandet zu der zweiten Ausnehmung angeordnet.
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In mindestens einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der strahlungsemittierende Halbleiterchip eine Halbleiterschichtenfolge, die einen aktiven Bereich aufweist, der dazu ausgebildet ist, elektromagnetische Strahlung zu erzeugen, eine erste dielektrische Spiegelschicht, die über der Halbleiterschichtenfolge angeordnet ist, und eine zweite dielektrische Spiegelschicht, die über der ersten dielektrischen Spiegelschicht angeordnet ist. Die erste dielektrische Spiegelschicht weist hierbei zumindest eine erste Ausnehmung auf und eine erste Stromaufweitungsschicht ist in der ersten Ausnehmung und über der ersten dielektrischen Spiegelschicht angeordnet. Zudem weist die zweite dielektrische Spiegelschicht zumindest eine zweite Ausnehmung auf, die sich bis zur ersten Stromaufweitungsschicht erstreckt. Weiterhin überlappt die erste Ausnehmung in Draufsicht nicht mit der zweiten Ausnehmung in lateraler Richtung.
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Eine Idee des hier beschriebenen strahlungsemittierenden Halbleiterchips ist unter anderem, dass ein Reflexionskoeffizient in einem Grenzbereich der Halbleiterschichtenfolge und der ersten Ausnehmung besonders groß ausgebildet ist.
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In der Regel weisen Halbleiterchips eine metallische Kontaktschicht in der ersten Ausnehmung auf, die zur Bestromung der Halbleiterschichtenfolge ausgebildet ist. Weiterhin wird die im aktiven Bereich erzeugte elektromagnetische Strahlung im Grenzbereich der Halbleiterschichtenfolge und der ersten dielektrischen Spiegelschicht in der Regel zu wenigstens 98 % reflektiert. Typischerweise wird elektromagnetische Strahlung im Unterschied dazu in einem Grenzbereich der Halbleiterschichtenfolge und der metallischen Kontaktschicht in der ersten Ausnehmung zu höchstens 96 % reflektiert.
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Die erste Ausnehmung ist bei dem hier beschriebenen Halbleiterchip jedoch besonders bevorzugt frei von einer metallischen Kontaktschicht. Weiterhin ist eine zweite dielektrische Spiegelschicht über der ersten Ausnehmung angeordnet. Mit einer solchen Anordnung kann elektromagnetische Strahlung im Bereich der ersten Ausnehmung vorteilhafterweise zu wenigstens 98 % reflektiert werden. Ein derartiger Halbleiterchip weist damit eine besonders gute Effizienz auf.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die erste Ausnehmung frei von einer metallischen Kontaktschicht. Bevorzugt ist eine die Ausnehmung begrenzende Innenfläche der Ausnehmung frei von einer metallischen Kontaktschicht. Besonders bevorzugt ist an der begrenzenden Innenfläche der Ausnehmung kein Metall angeordnet.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die erste Stromaufweitungsschicht in der ersten Ausnehmung elektrisch leitend mit der Halbleiterschichtenfolge verbunden. In dem Bereich der von der ersten Ausnehmung freigelegten Halbleiterschichtenfolge steht die erste Stromaufweitungsschicht bevorzugt in direktem Kontakt mit der Halbleiterschichtenfolge. Steht die erste Stromaufweitungsschicht in direktem Kontakt mit der Halbleiterschichtenfolge, handelt es sich bei der angrenzenden Halbleiterschicht bevorzugt um eine n-dotierte Halbleiterschicht.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist eine zweite Stromaufweitungsschicht zwischen der ersten dielektrischen Spiegelschicht und der Halbleiterschichtenfolge angeordnet. Bevorzugt steht die zweite Stromaufweitungsschicht, die zwischen der Halbleiterschichtenfolge und der ersten dielektrischen Spiegelschicht angeordnet ist, mit der Halbleiterschichtenfolge und der ersten dielektrischen Spiegelschicht in direktem Kontakt. In diesem Fall handelt es sich bei der angrenzenden Halbleiterschicht bevorzugt um eine p-dotierte Halbleiterschicht.
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Weiterhin ist es möglich, dass die erste Ausnehmung die zweite Stromaufweitungsschicht freilegt. In diesem Fall bedeckt die erste Stromaufweitungsschicht die freigelegte zweite Stromaufweitungsschicht, insbesondere vollständig.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die erste Stromaufweitungsschicht in der ersten Ausnehmung elektrisch leitend mit der zweiten Stromaufweitungsschicht verbunden. In diesem Ausführungsbeispiel legt die erste Ausnehmung einen Teil der zweiten Stromaufweitungsschicht frei. Die freigelegte zweite Stromaufweitungsschicht steht mit der ersten dielektrischen Spiegelschicht, die in der ersten Ausnehmung angeordnet ist, in direktem Kontakt.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist eine Zwischenschicht zwischen der ersten dielektrischen Spiegelschicht und der zweiten dielektrischen Spiegelschicht angeordnet. Die Zwischenschicht umfasst bevorzugt ein Aufschleuderglas (englisch: „Spin On Glass“, kurz: „SOG“). Das Aufschleuderglas umfasst bevorzugt Siliziumdioxid, das beispielsweise mit Bor oder Phosphor dotiert sein kann. Die Zwischenschicht steht bevorzugt mit der zweiten dielektrischen Spiegelschicht in direktem Kontakt. Zudem steht die Zwischenschicht bevorzugt mit der ersten Stromaufweitungsschicht in direktem Kontakt. Weiterhin ist es möglich, dass die Zwischenschicht in einem Bereich, der nicht von der ersten Stromaufweitungsschicht bedeckt ist, mit der ersten dielektrischen Spiegelschicht in direktem Kontakt steht.
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Die Zwischenschicht ist bevorzugt reflektierend für die von dem aktiven Bereich erzeugte elektromagnetische Strahlung ausgebildet. Die Zwischenschicht weist dabei bevorzugt für die im aktiven Bereich erzeugte elektromagnetische Strahlung eine Reflexion von wenigstens 90 %, insbesondere von wenigstens 95 %, auf.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform füllt die Zwischenschicht die erste Ausnehmung vollständig. Bevorzugt steht die Zwischenschicht in diesem Ausführungsbeispiel in direktem Kontakt mit der ersten Stromaufweitungsschicht in der ersten Ausnehmung. Bevorzugt bildet die Stromaufweitungsschicht die Form der ersten Ausnehmung nach. Bei der Zwischenschicht handelt es sich bevorzugt um eine Planarisierungsschicht, die eine Unebenheit, die durch die erste Ausnehmung hervorgerufen ist, einebnet. Damit weist die Planarisierungsschicht bevorzugt eine ebene Deckfläche auf.
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Die Zwischenschicht überragt die erste Stromaufweitungsschicht und die erste dielektrische Spiegelschicht bevorzugt in vertikaler Richtung. Weiterhin überragt die Zwischenschicht die erste Stromaufweitungsschicht bevorzugt in lateraler Richtung. Die Zwischenschicht, die in diesem Fall als Planarisierungsschicht ausgebildet ist, weist in diesem Fall bevorzugt die ebene Deckfläche auf, die sich in lateraler Richtung erstreckt und im Wesentlichen glatt ist. „Im Wesentlichen glatt“ bedeutet hier insbesondere, dass die Deckfläche der Planarisierungsschicht eine mittlere Rauigkeit von höchstens 100 Nanometer aufweist. Vorteilhafterweise ist die zweite Spiegelschicht so besonders gut aufbringbar. Handelt es sich bei der zweiten dielektrischen Spiegelschicht um einen Braggspiegel, so ist eine Effizienz des Braggspiegels durch die Planarisierungsschicht vorteilhafterweise besonders gut.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform erstreckt sich die zweite Ausnehmung vollständig durch die Zwischenschicht. In dieser Ausführungsform durchbricht die Zwischenschicht die zweite Spiegelschicht und die Zwischenschicht bevorzugt vollständig. Die Seitenfläche der zweiten Ausnehmung ist in diesem Fall bevorzugt durch die zweite dielektrische Spiegelschicht und die Zwischenschicht gebildet.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform umläuft die zweite Ausnehmung die erste Ausnehmung in lateraler Richtung vollständig. Das heißt, die zweite Ausnehmung umschließt die erste Ausnehmung in Draufsicht in lateraler Richtung vollständig. Die zweite Ausnehmung ist in dieser Ausführungsform bevorzugt als zusammenhängender Graben ausgeführt.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist eine metallische Kontaktschicht über der zweiten dielektrischen Spiegelschicht angeordnet. Bevorzugt steht die metallische Kontaktschicht in direktem Kontakt mit der zweiten dielektrischen Spiegelschicht. Die metallische Kontaktschicht ist bevorzugt reflektierend für die im aktiven Bereich erzeugte elektromagnetische Strahlung ausgebildet. Die metallische Kontaktschicht weist bevorzugt für die im aktiven Bereich erzeugte elektromagnetische Strahlung eine Reflexion von wenigstens 80 %, insbesondere von wenigstens 90 %, auf.
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Die metallische Kontaktschicht weist bevorzugt ein Metall auf oder besteht daraus. Das Metall ist oder enthält beispielsweise eines oder mehrere der folgenden Metalle: Gold, Silber, Kupfer, Zinn, Blei, Bismut und/oder Antimon, Aluminium, Rhodium.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die metallische Kontaktschicht in der zweiten Ausnehmung angeordnet. Bevorzugt bedeckt die metallische Kontaktschicht die Seitenfläche der zweiten Ausnehmung vollständig. Ist die Seitenfläche der zweiten Ausnehmung durch die zweite dielektrische Spiegelschicht und die Zwischenschicht gebildet, steht die metallische Kontaktschicht bevorzugt in direktem Kontakt mit der zweiten dielektrischen Spiegelschicht und der Zwischenschicht.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die metallische Kontaktschicht in der zweiten Ausnehmung elektrisch leitend mit der ersten Stromaufweitungsschicht verbunden. Die zweite Ausnehmung legt bevorzugt die erste Stromaufweitungsschicht frei. Damit steht die in der zweiten Ausnehmung angeordnete metallische Kontaktschicht bevorzugt in direktem Kontakt mit der ersten Stromaufweitungsschicht.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die zweite dielektrische Spiegelschicht in der ersten Ausnehmung angeordnet. In diesem Fall weist der strahlungsemittierende Halbleiterchip bevorzugt keine Zwischenschicht auf. Bevorzugt ist die zweite dielektrische Spiegelschicht in dieser Ausführungsform formschlüssig auf der ersten Stromaufweitungsschicht angeordnet. Damit erstreckt sich eine Deckfläche der zweiten dielektrischen Spiegelschicht nicht parallel zur Haupterstreckungsebene, sondern weist eine Senke im Bereich der ersten Ausnehmung auf.
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Es wird darüber hinaus ein Verfahren zur Herstellung eines strahlungsemittierenden Halbleiterchips angegeben, mit dem der hier beschriebene strahlungsemittierende Halbleiterchip hergestellt werden kann. Sämtliche in Verbindung mit dem strahlungsemittierenden Halbleiterchip offenbarten Merkmale und Ausführungsformen sind daher auch in Verbindung mit dem Verfahren anwendbar und umgekehrt.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird eine Halbleiterschichtenfolge bereitgestellt, die einen aktiven Bereich aufweist, der dazu ausgebildet ist, elektromagnetische Strahlung zu erzeugen.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird eine erste dielektrische Spiegelschicht über der Halbleiterschichtenfolge aufgebracht. Die dielektrische Spiegelschicht ist bevorzugt zusammenhängend ausgebildet. In diesem Fall weist die dielektrische Spiegelschicht keine Strukturierung auf. Beispielsweise wird die erste dielektrische Spiegelschicht durch physikalische Gasphasenabscheidung wie Sputtern oder Aufdampfen oder durch chemische Gasphasenabscheidung über der Halbleiterschichtenfolge aufgebracht.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird eine erste Ausnehmung in der ersten dielektrischen Spiegelschicht erzeugt. Die erste Ausnehmung durchdringt die erste dielektrische Spiegelschicht vollständig. Ein Materialabtrag der ersten dielektrischen Spiegelschicht im Bereich der ersten Ausnehmung wird bevorzugt durch Ätzen, beispielsweise durch trocken- oder nasschemisches Ätzen, erzielt.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird eine erste Stromaufweitungsschicht in der ersten Ausnehmung und über der ersten dielektrischen Spiegelschicht aufgebracht.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird eine zweite Ausnehmung in der zweiten dielektrischen Spiegelschicht erzeugt, die sich bis zu der ersten Stromaufweitungsschicht erstreckt. Die zweite Ausnehmung durchdringt die zweite dielektrische Spiegelschicht vollständig. Ein Materialabtrag der zweiten dielektrischen Spiegelschicht im Bereich der zweiten Ausnehmung wird bevorzugt durch Ätzen, beispielsweise durch trocken- oder nasschemisches Ätzen, erzielt.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens überlappt die erste Ausnehmung in Draufsicht nicht mit der zweiten Ausnehmung in lateraler Richtung.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird nach dem Aufbringen der ersten dielektrischen Spiegelschicht eine Opferschicht über der ersten dielektrischen Spiegelschicht aufgebracht, die eine dritte Ausnehmung aufweist. Die dritte Ausnehmung durchdringt die Opferschicht vollständig und legt die erste dielektrische Spiegelschicht bevorzugt bereichsweise frei.
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Bei der Opferschicht handelt es sich beispielsweise um einen strukturierten Photolack. Die strukturierte Opferschicht wird bevorzugt durch Sputtern oder Aufdampfen über der ersten dielektrischen Spiegelschicht aufgebracht.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wirkt die Opferschicht mit der dritten Ausnehmung als Maske für die erste Ausnehmung. Das heißt, durch eine laterale Dimension der dritten Ausnehmung in der strukturierten Opferschicht wird eine laterale Dimension der ersten Ausnehmung vorgegeben.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird nach dem Erzeugen der ersten Ausnehmung eine vierte Ausnehmung in der Opferschicht erzeugt, die als Maske für die erste Stromaufweitungsschicht wirkt. Die vierte Ausnehmung durchdringt die Opferschicht vollständig und legt die erste dielektrische Spiegelschicht bevorzugt bereichsweise frei. Die vierte Ausnehmung weist bevorzugt eine größere laterale Dimension auf als die dritte Ausnehmung. Durch eine laterale Dimension der vierten Ausnehmung in der strukturierten Opferschicht wird bevorzugt eine laterale Dimension der ersten Stromaufweitungsschicht vorgegeben.
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Die Opferschicht wird nach dem Aufbringen der ersten Stromaufweitungsschicht bevorzugt entfernt.
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Im Folgenden werden der hier beschriebene strahlungsemittierende Halbleiterchip und das Verfahren zur Herstellung des hier beschriebenen strahlungsemittierenden Halbleiterchips unter Bezugnahme auf die Figuren anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 schematische Schnittdarstellung eines strahlungsemittierenden Halbleiterchips gemäß einem Ausführungsbeispiel,
- 2 und 3 schematische Darstellungen eines strahlungsemittierenden Halbleiterchips gemäß einem Ausführungsbeispiel,
- 4 und 5 schematische Schnittdarstellungen eines strahlungsemittierenden Halbleiterchips gemäß jeweils einem Ausführungsbeispiel,
- 6, 7, 8, 9 und 10 schematische Schnittdarstellungen von Verfahrensstadien eines Verfahrens zur Herstellung eines strahlungsemittierenden Halbleiterchips gemäß einem Ausführungsbeispiel, und
- 11 und 12 exemplarische fokussierte ionenstrahlmikroskopische (englisch: „Focused Ion Beam Microscopy“, kurz „FIB“) Aufnahme eines strahlungsemittierenden Halbleiterchips gemäß einem Ausführungsbeispiel.
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Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder für eine bessere Verständlichkeit übertrieben groß dargestellt sein.
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Der strahlungsemittierende Halbleiterchip 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel der 1 umfasst eine Halbleiterschichtenfolge 2, die einen aktiven Bereich 3 aufweist, der dazu ausgebildet ist, elektromagnetische Strahlung zu erzeugen. Die Halbleiterschichtenfolge 2 weist eine erste Halbleiterschicht 4 und eine zweite Halbleiterschicht 5 auf. In diesem Ausführungsbeispiel ist die erste Halbleiterschicht 4 p-dotiert ausgebildet und die zweite Halbleiterschicht 5 n-dotiert ausgebildet.
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Weiterhin umfasst der strahlungsemittierende Halbleiterchip 1 eine erste dielektrische Spiegelschicht 6 und eine zweite dielektrische Spiegelschicht 7, sowie eine erste Stromaufweitungsschicht 10 und eine zweite Stromaufweitungsschicht 11.
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Die zweite Stromaufweitungsschicht 11 ist auf der ersten Halbleiterschicht 4 angeordnet und steht mit dieser in direktem Kontakt. Die zweite Stromaufweitungsschicht 11 ist hier mit einem TCO gebildet, wie beispielsweise Zinkoxid, Zinnoxid, Kadmiumoxid, Titanoxid, Indiumoxid oder Indiumzinnoxid.
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Über der zweiten Stromaufweitungsschicht 11 ist die erste dielektrische Spiegelschicht 6 angeordnet. Die erste dielektrische Spiegelschicht 6 steht mit der zweiten Stromaufweitungsschicht 11 in direktem Kontakt. Weiterhin weist die erste dielektrische Spiegelschicht 6 eine erste Ausnehmung 8 auf. Die erste Ausnehmung 8 durchdringt die erste dielektrische Spiegelschicht 6 vollständig und legt die zweite Stromaufweitungsschicht 11 frei. Eine Seitenfläche der ersten Ausnehmung 6 schließt einen Winkel von etwa 60° mit einer Haupterstreckungsebene der Halbleiterschichtenfolge 2 ein.
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Die erste dielektrische Spiegelschicht 6 umfasst in diesem Ausführungsbeispiel SiO2. Weiterhin weist die dielektrische Spiegelschicht 6 eine Ausdehnung in vertikaler Richtung 17 auf, die bevorzugt mindestens 200 Nanometer und höchstens 2000 Nanometer groß ist.
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Die erste Stromaufweitungsschicht 10 ist über der ersten dielektrischen Spiegelschicht 6 und in der ersten Ausnehmung 8 angeordnet. Die erste Stromaufweitungsschicht 10 bedeckt die Seitenfläche der ersten Ausnehmung 8 vollständig. Weiterhin erstreckt sich die erste Stromaufweitungsschicht 10 auf einer Deckfläche der ersten dielektrischen Spiegelschicht 6 in lateraler Richtung 18. Im Bereich der Seitenfläche der ersten Ausnehmung 8 und im Bereich der Deckfläche der ersten dielektrischen Spiegelschicht 6 steht die erste Stromaufweitungsschicht 10 in direktem Kontakt mit der ersten dielektrischen Spiegelschicht 6. Weiterhin bedeckt die erste Stromaufweitungsschicht 10 die freigelegte zweite Stromaufweitungsschicht 11 vollständig. In diesem Bereich stehen die erste Stromaufweitungsschicht 10 und die zweite Stromaufweitungsschicht 11 in direktem Kontakt. Damit ist die erste Stromaufweitungsschicht 10 in der ersten Ausnehmung 8 elektrisch leitend mit der zweiten Stromaufweitungsschicht 11 verbunden.
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In diesem Ausführungsbeispiel umfasst die zweite Stromaufweitungsschicht 11 bevorzugt ITO und weist eine Dicke auf, die mindestens 5 Nanometer und höchstens 30 Nanometer, beispielsweise in etwa 15 Nanometer, groß ist. Weiterhin weist die erste Stromaufweitungsschicht 10 hier bevorzugt eine Ausdehnung in lateraler Richtung 18 von höchstens 15 Mikrometer auf.
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Über der ersten dielektrischen Spiegelschicht 6 und der ersten Stromaufweitungsschicht 11 ist eine Zwischenschicht 12 angeordnet. In diesem Ausführungsbeispiel handelt es sich bei der Zwischenschicht 12 um eine Planarisierungsschicht. Die Zwischenschicht 11 ist durch ein Aufschleuderglas gebildet, das bevorzugt Siliziumdioxid umfasst, das beispielsweise mit Bor oder Phosphor dotiert ist.
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Die Zwischenschicht 12 füllt die erste Ausnehmung 8 vollständig. Die Zwischenschicht 12 steht hierbei in direktem Kontakt mit der ersten Stromaufweitungsschicht 10 in der ersten Ausnehmung 8. Weiterhin überragt die Zwischenschicht 12 die erste Stromaufweitungsschicht 10 und die erste dielektrische Spiegelschicht 6 in vertikaler Richtung 17. Weiterhin überragt die Zwischenschicht 12 die erste Stromaufweitungsschicht 10 in lateraler Richtung 18. Eine der Halbleiterschichtenfolge 2 abgewandte Deckfläche der Zwischenschicht 12 ist bevorzugt im Wesentlichen glatt. Das heißt, dass die Deckfläche der Zwischenschicht 12 eine mittlere Rauigkeit von höchstens 100 Nanometer aufweist.
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Über der Zwischenschicht 12 ist eine zweite dielektrische Spiegelschicht 7 angeordnet. Die zweite dielektrische Spiegelschicht 7 und die Zwischenschicht 12 sind in vertikaler Richtung 17 übereinander gestapelt und stehen in direktem Kontakt. Bei der zweiten dielektrischen Spiegelschicht 7 handelt es sich in diesem Ausführungsbeispiel um einen weiteren Braggspiegel.
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Die zweite dielektrische Spiegelschicht 7 weist eine zweite Ausnehmung 9 auf. Weiterhin weist die Zwischenschicht 12 ebenfalls die zweite Ausnehmung 9 auf. Die zweite Ausnehmung 9 durchbricht die zweite dielektrische Spiegelschicht 7 und die Zwischenschicht 12 vollständig, sodass sich die zweite Ausnehmung 9 bis zur ersten Stromaufweitungsschicht 10 erstreckt. Eine Seitenfläche der zweiten Ausnehmung 9 schließt einen Winkel von etwa 60° mit einer Haupterstreckungsebene der Halbleiterschichtenfolge 2 ein.
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Über der zweiten dielektrischen Spiegelschicht 7 ist eine metallische Kontaktschicht 13 angeordnet. Weiterhin ist die metallische Kontaktschicht 13 in der zweiten Ausnehmung 9 angeordnet. Die metallische Kontaktschicht 9 bedeckt die Seitenfläche der zweiten Ausnehmung 9 vollständig. Die metallische Kontaktschicht 9 steht hier in direktem Kontakt mit der zweiten dielektrischen Spiegelschicht 7. Die metallische Kontaktschicht 9 ist in diesem Ausführungsbeispiel mit Silber gebildet.
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In der zweiten Ausnehmung 9 steht die metallische Kontaktschicht 13 in direktem Kontakt mit der ersten Stromaufweitungsschicht 10. Damit ist die metallische Kontaktschicht 13 in der zweiten Ausnehmung 9 elektrisch leitend mit der ersten Stromaufweitungsschicht 10 verbunden.
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Die erste Ausnehmung 8 überlappt in Draufsicht nicht mit der zweiten Ausnehmung 9 in lateraler Richtung 18. Das heißt, die erste Ausnehmung 8 ist in Draufsicht in lateraler Richtung 18 beabstandet zu der zweiten Ausnehmung 9 angeordnet.
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Bei dem strahlungsemittierenden Halbleiterchip 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel der 2 und 3 umläuft die zweite Ausnehmung 9 die erste Ausnehmung 8 in lateraler Richtung 18 vollständig. Die zweite Ausnehmung 9 ist in diesem Ausführungsbeispiel als zusammenhängender Graben ausgeführt. Wie bei dem Ausführungsbeispiel der 1 überlappt die erste Ausnehmung 8 in Draufsicht nicht mit der zweiten Ausnehmung 9 in lateraler Richtung 18.
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Der strahlungsemittierende Halbleiterchip 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel der 4 weist im Unterschied zum Ausführungsbeispiel der 1 keine zweite Stromaufweitungsschicht 11 auf. Die erste Ausnehmung 8 durchdringt die erste dielektrische Spiegelschicht 6 vollständig und legt die Halbleiterschichtenfolge 2 frei. Weiterhin grenzt in dem Ausführungsbeispiel der 4 im Unterschied zum Ausführungsbeispiel der 1 die zweite Halbleiterschicht 5 an die erste dielektrische Schichtenfolge an und steht mit dieser in direktem Kontakt. Das heißt, die erste Ausnehmung 8 legt die zweite Halbleiterschicht 5 frei.
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Die erste Stromaufweitungsschicht 10 ist in diesem Ausführungsbeispiel in der ersten Ausnehmung 8 elektrisch leitend mit der Halbleiterschichtenfolge, insbesondere der zweiten Halbleiterschicht 5, verbunden. In dem Bereich der von der ersten Ausnehmung 8 freigelegten zweiten Halbleiterschicht 5 steht die erste Stromaufweitungsschicht bevorzugt in direktem Kontakt mit der zweiten Halbleiterschicht 5.
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Der strahlungsemittierende Halbleiterchip 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel der 5 weist im Unterschied zum Ausführungsbeispiel der 4 keine Zwischenschicht 12 auf. Die zweite dielektrische Spiegelschicht 7 ist direkt über der ersten Stromaufweitungsschicht 10 und der ersten dielektrischen Spiegelschicht 6 angeordnet.
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Die zweite dielektrische Spiegelschicht 7 ist in diesem Ausführungsbeispiel in einer ersten Ausnehmung 8 angeordnet.
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Eine Deckfläche der zweiten dielektrischen Spiegelschicht 7 erstreckt sich hierbei nicht parallel zur Haupterstreckungsebene, sondern weist eine Senke im Bereich der ersten Ausnehmung 8 auf.
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Die zweite dielektrische Spiegelschicht 7 umfasst in diesem Ausführungsbeispiel SiO2. Weiterhin weist die dielektrische Spiegelschicht 7 eine Ausdehnung in vertikaler Richtung 17 auf, die bevorzugt mindestens 200 Nanometer und höchstens 2000 Nanometer groß ist. Weiterhin weist die erste Stromaufweitungsschicht 10 hier bevorzugt eine Ausdehnung in lateraler Richtung 18 von höchstens 10 Mikrometer auf.
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Die metallische Kontaktschicht 9 ist in diesem Ausführungsbeispiel mit Silber oder Aluminium gebildet.
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Bei dem Verfahren gemäß dem Ausführungsbeispiel der 6, 7, 8, 9 und 10 wird eine Halbleiterschichtenfolge 2 bereitgestellt, über der eine erste dielektrische Spiegelschicht 6 aufgebracht ist, wie in 6 gezeigt. Weiterhin ist über der ersten dielektrischen Spiegelschicht 6 eine Opferschicht 14 aufgebracht, die eine dritte Ausnehmung 15 aufweist.
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In einem weiteren Verfahrensschritt wird eine erste Ausnehmung 8 in der ersten dielektrischen Spiegelschicht 6 durch einen trockenchemischen oder nasschemischen Ätzprozess erzeugt (7). Die Opferschicht 14 mit der dritten Ausnehmung 15 wirkt hier als Maske für die erste Ausnehmung 8.
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Nachfolgend wird die Opferschicht 14 teilweise durch ein Sauerstoffplasma entfernt, derart, dass eine vierte Ausnehmung 16 in der Opferschicht 14 erzeugt wird (siehe 8).
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In einem nächsten Verfahrensschritt wird eine erste Stromaufweitungsschicht 10 über der Opferschicht, der ersten dielektrischen Spiegelschicht 6 und der Halbleiterschichtenfolge 2 aufgebracht (9).
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In einem nachfolgenden Verfahrensschritt wird die Opferschicht 14 durch ein Lift-off-Verfahren oder ein Sauerstoffplasma entfernt (10). Die erste Stromaufweitungsschicht 10, die die Opferschicht 14 bedeckt, wird in diesem Verfahrensschritt in dem Bereich der Opferschicht 14 ebenfalls entfernt. Die vierte Ausnehmung 16 in der Opferschicht 14 wirkt als Maske für die erste Stromaufweitungsschicht 10 und gibt die lateralen Dimensionen der ersten Stromaufweitungsschicht 10 vor.
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Bei der exemplarischen fokussierten
ionenstrahlmikroskopischen Aufnahme eines
strahlungsemittierenden Halbleiterchips gemäß einem Ausführungsbeispiel der 11 und 12 weist der strahlungsemittierende Halbleiterchip 1 eine erste Stromaufweitungsschicht 10 und eine zweite Stromaufweitungsschicht 11 auf. Die gestrichelten Linien sind virtueller Natur und lediglich zur besseren Darstellbarkeit der Stromaufweitungsschichten 10 und 11 eingezeichnet. Hierbei ist eine Ausdehnung in lateraler Richtung 18 der ersten Stromaufweitungsschicht 10 höchstens 10 Mikrometer.
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Die in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Merkmale und Ausführungsbeispiele können gemäß weiteren Ausführungsbeispielen miteinander kombiniert werden, auch wenn nicht alle Kombinationen explizit beschrieben sind. Weiterhin können die in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispiele alternativ oder zusätzlich weitere Merkmale gemäß der Beschreibung im allgemeinen Teil aufweisen.
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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 dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- strahlungsemittierender Halbleiterchip
- 2
- Halbleiterschichtenfolge
- 3
- aktiver Bereich
- 4
- erste Halbleiterschicht
- 5
- zweite Halbleiterschicht
- 6
- erste dielektrische Spiegelschicht
- 7
- zweite dielektrische Spiegelschicht
- 8
- erste Ausnehmung
- 9
- zweite Ausnehmung
- 10
- erste Stromaufweitungsschicht
- 11
- zweite Stromaufweitungsschicht
- 12
- Zwischenschicht
- 13
- metallische Kontaktschicht
- 14
- Opferschicht
- 15
- dritte Ausnehmung
- 16
- vierte Ausnehmung
- 17
- vertikale Richtung
- 18
- laterale Richtung