DE102019121877A1

DE102019121877A1 - Optoelektronisches halbleiterbauelement und verfahren zur herstellung eines optoelektronischen halbleiterbauelements

Info

Publication number: DE102019121877A1
Application number: DE102019121877.2A
Authority: DE
Inventors: Hermann Bechert; Gudrun Lindberg; Britta Göötz
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2019-08-14
Filing date: 2019-08-14
Publication date: 2021-02-18
Also published as: WO2021028320A1

Abstract

Es wird ein Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) angegeben, das einen Halbleiterkörper (10) mit einem aktiven Bereich (100) umfasst, der zur Emission von elektromagnetischer Strahlung eines ersten Wellenlängenbereichs eingerichtet ist und eine zur Auskopplung der Strahlung vorgesehenen Auskoppelfläche (10A). Auf der Auskoppelfläche (10A) ist eine Gitterschicht (20) angeordnet, die eine Mehrzahl von Kavitäten (200) umfasst. Der aktive Bereich (100) ist in eine Mehrzahl von separat ansteuerbaren Emissionsbereichen (1000) unterteilt. Auf die Gitterschicht (20) ist zumindest bereichsweise eine Antihaftschicht (30) aufgebracht. Die Kavitäten (200) sind den Emissionsbereichen (1000) zugeordnet und durchdringen die Gitterschicht (20) vollständig.Ferner wird ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements (1) angegeben.

Description

Es werden ein optoelektronisches Halbleiterbauelement und ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements angegeben.
Ein optoelektronisches Halbleiterbauelement ist insbesondere zur Erzeugung und/oder Detektion von elektromagnetischer Strahlung, insbesondere von für das menschliche Auge wahrnehmbarem Licht, eingerichtet.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein optoelektronisches Halbleiterbauelement mit einer Mehrzahl von Emissionsbereichen anzugeben, das einen besonders hohen Kontrast zwischen benachbarten Emissionsbereichen aufweist.
Eine weitere zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zur vereinfachten Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements mit einer Mehrzahl von Emissionsbereichen anzugeben, das einen besonders hohen Kontrast zwischen benachbarten Emissionsbereichen aufweist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements umfasst das optoelektronische Halbleiterbauelement einen Halbleiterkörper mit einem aktiven Bereich, der zur Emission von elektromagnetischer Strahlung eines ersten Wellenlängenbereichs eingerichtet ist. Der erste Wellenlängenbereich ist ein Bereich aus dem elektromagnetischen Spektrum mit einer bestimmten spektralen Breite. Bevorzugt liegt der erste Wellenlängenbereich in einem für den Menschen sichtbaren Bereich des elektromagnetischen Spektrums.
Der aktive Bereich umfasst bevorzugt einen pn-Übergang, eine Doppelheterostruktur, eine Einfachquantentopfstruktur (SQW, single quantum well) oder eine Mehrfachquantentopfstruktur (MQW, multi quantum well) zur Strahlungserzeugung oder Detektion. Bei dem Halbleiterbauelement handelt es sich beispielsweise um eine Leucht- oder Photodiode. Ferner umfasst der Halbleiterkörper eine zur Auskopplung der Strahlung vorgesehene Auskoppelfläche. Die Auskoppelfläche ist dazu eingerichtet, zumindest einen Teil der in dem aktiven Bereich erzeugten elektromagnetischen Strahlung aus dem Halbleiterkörper auszukoppeln.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements umfasst das optoelektronische Halbleiterbauelement eine auf der Auskoppelfläche angeordnete Gitterschicht, die eine Mehrzahl von Kavitäten umfasst. Die Gitterschicht ist nicht notwendigerweise als ein regelmäßiges Gitter zu verstehen, das streng definierte geometrische Formen aufweist. Vielmehr kann lediglich die Anordnung der Kavitäten gitterartig ausgebildet sein. Insbesondere ist die Form der Kavitäten gitterartig ausgebildet, wobei nicht alle Kavitäten streng nach Art eines mathematischen Gitters angeordnet sein müssen. Die Kavitäten sind insbesondere in einer Mehrzahl von Zeilen und Spalten angeordnet. Insbesondere sind die Kavitäten in einem rechteckigen, bevorzugt quadratischen Gitter angeordnet. Alternativ sind die Kavitäten in einem hexagonalen Gitter angeordnet. Insbesondere ist zumindest ein Großteil der Kavitäten gitterartig angeordnet, ein Teilbereich der Kavitäten ist jedoch nicht auf Punkten des Gitters angeordnet.
Bevorzugt ist die Gitterschicht mit einem Metall oder Silizium gebildet. Metall ist insbesondere mittels galvanischer Abscheideverfahren einfach und präzise ab scheidbar. Silizium kann vorteilhaft mittels nasschemischer Verfahren anisotrop geätzt werden. Dadurch ist beispielsweise die Herstellung von Strukturen mit Hinterschneidungen vereinfacht.
Die Gitterschicht weist insbesondere in dem für den Menschen sichtbaren Spektralbereich eine hohe Reflektivität auf. Beispielsweise weist die Gitterschicht in dem für den Menschen sichtbaren Spektralbereich eine Reflektivität von mindestens 80%, bevorzugt von mindestens 90% und besonders bevorzugt von mindestens 95% auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements ist der aktive Bereich in eine Mehrzahl von separat ansteuerbaren Emissionsbereichen unterteilt. Mit anderen Worten, der Halbleiterkörper ist insbesondere ein pixelierter Halbleiterkörper. Der aktive Bereich ist als ein monolithisch zusammenhängender Bereich ausgebildet, dessen Emissionsbereiche getrennt voneinander elektrisch ansteuerbar sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements ist auf die Gitterschicht zumindest bereichsweise eine Antihaftschicht aufgebracht. Insbesondere eine Seitenfläche der Gitterschicht und eine dem Halbleiterkörper abgewandte Oberseite der Gitterschicht sind mit der Antihaftschicht bedeckt. Die Antihaftschicht vermeidet oder unterbindet ein Anhaften von Materialien auf der Gitterschicht. Andernfalls können beim Befüllen der Kavitäten mit einem flüssigen Material, etwa einem Verguss- oder Wellenlängenkonversionsmaterial, unerwünschte Reste des Materials auf der Gitterschicht verbleiben. Diese Reste können insbesondere zu einer unerwünschten Lichtleitung zwischen benachbarten Emissionsbereichen führen, die den Kontrast zwischen den benachbarten Emissionsbereichen nachteilig vermindert.
Die Antihaftschicht vermeidet somit vorteilhaft eine Verschlechterung des Kontrastes zwischen benachbarten Emissionsbereichen. Insbesondere begünstigt die Antihaftschicht eine Ablagerung von beispielsweise Wellenlängenkonversionsmaterial an einer dem Halbleiterkörper zugewandten Bodenfläche der Kavitäten, wodurch das Wellenlängenkonversionsmaterial eine gute Entwärmung erfährt. So ist vorteilhaft die Zuverlässigkeit des Halbleiterbauelements erhöht, da eine unzulässige Erwärmung des Wellenlängenkonversionsmaterials vermieden wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements sind die Kavitäten den Emissionsbereichen zugeordnet und durchdringen die Gitterschicht vollständig. Die Ausrichtung der Kavitäten in lateraler Richtung erfolgt bevorzugt auf die Position zumindest eines Emissionsbereichs. Die Gitterschicht ist insbesondere zur optischen Trennung der Emissionsbereiche voneinander vorgesehen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements umfasst das optoelektronische Halbleiterbauelement - einen Halbleiterkörper mit einem aktiven Bereich der zur Emission von elektromagnetischer Strahlung eines ersten Wellenlängenbereichs eingerichtet ist und einer zur Auskopplung der Strahlung vorgesehenen Auskoppelfläche und

- eine auf der Auskoppelfläche angeordnete Gitterschicht, die eine Mehrzahl von Kavitäten umfasst, wobei
- der aktive Bereich in eine Mehrzahl von separat ansteuerbaren Emissionsbereichen unterteilt ist,
- auf die Gitterschicht zumindest bereichsweise eine Antihaftschicht aufgebracht ist, und
- die Kavitäten den Emissionsbereichen zugeordnet sind und die Gitterschicht vollständig durchdringen.

Einem hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelement liegen unter anderem die folgenden Überlegungen zugrunde: Neue Anwendungen von optoelektronischen Halbleiterbauelementen, beispielsweise in Virtual-Reality-Systemen streben nach höheren Pixeldichten zur Vergrößerung der erreichbaren Auflösung. Bei der Herstellung von pixelierten Halbleiterkörpern mit einer Mehrzahl von Emissionsbereichen, die einen geringen Abstand voneinander aufweisen, wird es zunehmend schwieriger, eine klare optische Trennung der einzelnen Emissionsbereiche zu erreichen. Eine klare optische Trennung ist jedoch vorteilhaft, um einen hohen Kontrast zwischen benachbarten Emissionsbereichen zu erhalten. Eine Gitterschicht mit einer Mehrzahl von Kavitäten, die die Emissionsbereiche optisch voneinander trennt, erhöht den Kontrast vorteilhaft. Insbesondere wird das gleichmäßige Einbringen von Wellenlängenkonversionsmaterialien in Kavitäten der Gitterschicht mit abnehmendem Durchmesser der Kavitäten schwieriger. Dadurch können nachteilige Brücken von Wellenlängenkonversionsmaterial über mehrere Emissionsbereiche hinweg entstehen, die den Kontrast dieser benachbarten Emissionsbereiche zueinander nachteilig vermindern. Ferner erschwert ein geringer Durchmesser der Kavitäten eine gleichmäßige Befüllung der einzelnen Kavitäten.
Das hier beschriebene optoelektronische Halbleiterbauelement macht unter anderem von der Idee Gebrauch, eine Antihaftschicht für das Wellenlängenkonversionsmaterial auf der Gitterschicht anzuordnen. Eine Antihaftschicht vermeidet oder unterbindet das Anhaften von Wellenlängenkonversionsmaterial auf der Gitterschicht. So trägt die Antihaftschicht vorteilhaft dazu bei, das Wellenlängenkonversionsmaterial lediglich in den dafür vorgesehenen Kavitäten anzuordnen. Insbesondere wird ein Anhaften oder eine Ablagerung von Wellenlängenkonversionsmaterial auf der Gitterschicht vorteilhaft vermindert oder unterbunden, wodurch sich eine gleichmäßige Befüllung der Kavitäten erreichen lässt. Ferner wird vorteilhaft beispielsweise die unerwünschte Bildung von lichtleitenden Brücken aus Wellenlängenkonversionsmaterial zwischen benachbarten Emissionsbereichen vermindert oder unterbunden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements weist die Antihaftschicht eine Silanol-Brücke auf, die eine Silyleinheit umfasst. Mit anderen Worten, das Material der Antihaftschicht weist eine Silanol-Brücke auf. Ein Ausgangsstoff der Silanol-Brücke ist beispielsweise ein Silanol. Das Silanol ist bevorzugt über ein Sauerstoffatom mit einem Siliziumatom verbrückt. Die Silyleinheit umfasst insbesondere ein Siliziumatom, das an das Sauerstoffatom des Silanols gebunden ist. Bevorzugt weist die Silyleinheit verschiedene Substituenten auf.
Beispielsweise weist ein Halogensilan eine Silanol-Brücke auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements ist zumindest ein Substituent der Silyleinheit ein Kohlenstoffatom. Beispielsweise ist das Kohlenstoffatom Teil einer Alkylgruppe.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements ist die Antihaftschicht mit einem Halogensilan gebildet. Ein Halogensilan ist ein Silan, bei dem zumindest einer der Substituenten ein Halogenatom ist. Bevorzugt ist das Halogenatom ein Fluoratom. Die Antihaftschicht ist beispielsweise mit einem Mono-, Di-, Tri- oder Tetrafluorsilan gebildet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements ist zumindest ein Substituent des Halogensilans ein Kohlenstoffatom. Zumindest ein Substituent des Halogensilans ist ein Halogenatom und zumindest ein Substituent ist ein Kohlenstoffatom. Bevorzugt ist zumindest ein Substituent des Halogensilans eine Alkylgruppe.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements ist die Antihaftschicht mit einem Fluorkohlenstoffsilan gebildet. Das Fluorkohlenstoffsilan ist beispielsweise ganz oder nur teilweise fluoriert. Insbesondere ist zumindest ein Substituent des Fluorkohlenstoffsilans ein Fluoratom und zumindest ein Substituent ist ein Kohlenstoffatom.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements ist die Oberflächenenergie der Antihaftschicht geringer als die Oberflächenenergie der Gitterschicht. Die Oberflächenenergie ist ein Maß für die Energie, die zum Aufbrechen der chemischen Bindungen notwendig ist, wenn eine neue Oberfläche einer Flüssigkeit oder eines Festkörpers erzeugt wird. Auf Materialien einer verringerten Oberflächenenergie zeigen Flüssigkeiten ein schlechteres Benetzungsverhalten, so dass insbesondere ein Anhaften von Flüssigkeiten auf der Oberfläche vermindert oder vermieden wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements ist die Antihaftschicht als eine selbstorganisierende Monoschicht (SAM, self-assembled monolayer) ausgebildet. Selbstorganisierende Monoschichten sind molekulare Zusammensetzungen, die spontan auf Oberflächen durch Adsorption entstehen und sich dabei hinsichtlich ihrer Ausrichtung großflächige geordnete Bereiche bilden. Selbstorganisierende Monoschichten können zur Einstellung einer Oberflächenenergie eingesetzt werden. Insbesondere verringert eine selbstorganisierende Monoschicht die Oberflächenenergie eines Körpers.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements weist jede Kavität einen Durchmesser von höchstens 100 µm, bevorzugt von höchstens 40 µm und besonders bevorzugt von höchstens 10 µm auf. Eine kleine Kavität ermöglicht eine vorteilhaft hohe Auflösung bei der Anwendung in einem pixelierten Halbleiterkörper. Nachteilig erschweren Kavitäten mit einem geringeren Durchmesser beispielsweise das gleichmäßige Einbringen von Wellenlängenkonversionsmaterial in die Kavitäten. Bei einem ungleichmäßigen Einbringen ergeben sich beispielsweise ungleiche Mengen von Wellenlängenkonversionsmaterialien in unterschiedlichen Kavitäten.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements ist zumindest ein Wellenlängenkonversionsmaterial in den Kavitäten angeordnet. Bevorzugt ist in benachbarten Kavitäten ein unterschiedliches Wellenlängenkonversionsmaterials angeordnet. Das Wellenlängenkonversionsmaterial wird beispielsweise zur Konversion von elektromagnetischer Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs zu elektromagnetischer Strahlung in einem davon abweichenden zweiten oder dritten Wellenlängenbereich eingesetzt. Beispielsweise liegen der erste Wellenlängenbereich im blauen, der zweite Wellenlängenbereich im roten und der dritte Wellenlängenbereich im grünen Spektralbereich. Bevorzugt ist das Wellenlängenkonversionsmaterial mit einem Matrixmaterial gebildet, in das Partikel eines Konvertermaterials eingebracht sind. Ein Anhaften des Wellenlängenkonversionsmaterials an der Gitterschicht wird insbesondere von der Antihaftschicht vermindert oder unterbunden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements umfasst das Wellenlängenkonversionsmaterial ein Polysiloxan. Polysiloxan weist eine hohe Strahlungsdurchlässigkeit auf und ist mit gängigen Verfahren einfach zu verarbeiten. Bevorzugt ist das Polysiloxan in dem Wellenlängenkonversionsmaterial als Matrixmaterial eingesetzt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements nimmt eine Querschnittsfläche der Gitterschicht parallel zur Auskoppelfläche mit zunehmendem Abstand von der Auskoppelfläche ab. Der Querschnitt verläuft insbesondere parallel zur Auskoppelfläche. Die Gitterschicht weist somit eine mit zunehmendem Abstand von dem Halbleiterkörper spitz zulaufende Form auf. Eine spitz zulaufende Form der Gitterschicht vermindert vorteilhaft ein Anhaften, von beispielsweise Wellenlängenkonversionsmaterial, an der Gitterschicht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements weist das Wellenlängenkonversionsmaterial die Form einer Linse auf, deren Strahlachse senkrecht zur Auskoppelfläche orientiert ist. Die Linsenform wird beispielsweise durch die Oberflächenspannung des Konvertermaterials erzeugt. Ein linsenförmiges Wellenlängenkonversionsmaterial bewirkt beispielsweise eine vorteilhafte Strahlformung mit einer gewünschten Abstrahlcharakteristik der elektromagnetischen Strahlung aus dem optoelektronischen Halbleiterbauelement.
Es wird weiter ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements angegeben. Das optoelektronische Bauelement kann insbesondere mittels einem hier beschriebenen Verfahren hergestellt werden. Das heißt, sämtliche im Zusammenhang mit dem Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements offenbarten Merkmale sind auch für das optoelektronische Halbleiterbauelement offenbart und umgekehrt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements erfolgt ein Bereitstellen eines Halbleiterkörpers mit einem zur Emission von elektromagnetischer Strahlung eines ersten Wellenlängenbereichs eingerichteten aktiven Bereich und einer zur Auskopplung der Strahlung vorgesehenen Auskoppelfläche, wobei der aktive Bereich in eine Mehrzahl von separat ansteuerbaren Emissionsbereichen unterteilt ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements erfolgt ein Aufbringen einer ersten Maskenschicht auf die Auskoppelfläche und das Strukturieren der ersten Maskenschicht, wobei in die erste Maskenschicht Ausnehmungen eingebracht werden, die die erste Maskenschicht vollständig durchdringen und wobei die Ausnehmungen jeweils zwischen benachbarten Emissionsbereichen angeordnet sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements erfolgt ein Befüllen der Ausnehmungen mit dem Material einer Gitterschicht und anschließendes Entfernen der ersten Maskenschicht. Die Gitterschicht ist bevorzugt mit einem Metall gebildet. Auf der dem Halbleiterkörper abgewandten Seite weist die Gitterschicht eine Oberseite auf. Die Gitterschicht umfasst bevorzugt Seitenflächen, die quer, insbesondere senkrecht zur Haupterstreckungsebene der Gitterschicht ausgerichtet sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements erfolgt ein Aufbringen einer zweiten Maskenschicht, die die Auskoppelfläche bedeckt und die Gitterschicht zumindest teilweise unbedeckt lässt. Bevorzugt bleibt die Oberseite der Gitterschicht von der zweiten Maskenschicht unbedeckt. Beispielsweise bleibt die Seitenfläche der Kavitäten der Gitterschicht von der zweiten Maskenschicht unbedeckt. Mit anderen Worten, sämtliche Flächen, auf die eine Antihaftschicht aufgebracht werden soll bleiben von der zweiten Maskenschicht bevorzugt unbedeckt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements erfolgt ein Aufbringen einer Antihaftschicht auf die Gitterschicht und die zweite Maskenschicht und ein anschließendes Entfernen der zweiten Maskenschicht. Folglich bleibt die Antihaftschicht nur auf der Gitterschicht zurück.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements ist die erste Maskenschicht mit einem Negativ-Photolack gebildet. Ein Negativ-Photolack polymerisiert durch Belichtung und einem nachfolgenden Ausheizschritt und nach der Entwicklung bleiben die belichteten Bereiche auf dem Träger zurück. Ein Negativ-Photolack wird beispielsweise zur Erzeugung von Hinterschneidungen eingesetzt. Zur Erzeugung einer Gitterschicht mit einer spitz zulaufenden Querschnittsfläche ist daher ein Negativ-Photolack besonders vorteilhaft.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements wird die Antihaftschicht mittels eines Chemical Vapour Deposition-Verfahrens (CVD-Verfahren) abgeschieden. Vorteilhaft wird so eine besonders gleichmäßige Antihaftschicht ausgebildet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements wird die Gitterschicht in Schritt C) mittels einem elektro-galvanischen Verfahren aufgebracht. Ein elektro-galvanisches Verfahren ermöglicht eine vorteilhaft hohe Auftragsrate einer metallischen Struktur. Insbesondere sind Strukturen mit einem hohen Aspektverhältnis und/oder Hinterschneidungen besonders einfach mittels einem elektro-galvanischen Verfahren herstellbar.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements wird die Gitterschicht in Schritt C) mittels Aufdampfen aufgebracht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements werden die Kavitäten nach dem Schritt E) in einem weiteren Schritt F) mit zumindest einem Wellenlängenkonversionsmaterial befüllt. Das Wellenlängenkonversionsmaterial ermöglicht beispielsweise eine Konversion der elektromagnetischen Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in eine elektromagnetische Strahlung eines zweiten Wellenlängenbereichs. Insbesondere können verschiedene Kavitäten auch mit unterschiedlichen Konversionsmaterialien befüllt werden. Beispielsweise sind einzelne Kavitäten nicht mit Konversionsmaterial gefüllt oder mit einem strahlungsdurchlässigen Material befüllt, um die Strahlung der darunterliegenden Emissionsbereiche des ersten Wellenlängenbereichs direkt zu emittieren.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements wird das Wellenlängenkonversionsmaterial mittels Sprühen aufgebracht. Sprühen (engl. Spraycoating) ermöglicht eine einfache Verarbeitung von flüssigen Materialien.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements wird das Wellenlängenkonversionsmaterial mittels Drucken aufgebracht. Ein Druckverfahren ermöglicht vorteilhaft eine besonders zielgerichtete Aufbringung von flüssigen Materialien.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements wird das Wellenlängenkonversionsmaterial mittels Dispensing aufgebracht. Dispensing erlaubt eine besonders gute Kontrolle einer abgegebenen Materialmenge.
Ein hier beschriebenes optoelektronisches Halbleiterbauelement eignet sich insbesondere zum Einsatz als pixelierter Halbleiteremitter in Anzeigeeinheiten oder beispielsweise als Lichtquelle für einen Automobilscheinwerfer.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des optoelektronischen Halbleiterbauelements ergeben sich aus den folgenden, im Zusammenhang mit den in den Figuren dargestellten, Ausführungsbeispielen.
Es zeigen:

1A bis 1H schematische Schnittansichten eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel in verschiedenen Schritten eines Verfahrens zu seiner Herstellung, und
2A bis 2E schematische Schnittansichten eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel in verschiedenen Schritten eines Verfahrens zu seiner Herstellung.

Gleiche, gleichartige oder gleichwirkende Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder für eine bessere Verständlichkeit übertrieben groß dargestellt sein.
Die 1A bis 1H zeigen schematische Schnittansichten eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelements 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel in verschiedenen Schritten eines Verfahrens zu seiner Herstellung.
1A zeigt eine schematische Schnittansicht eines optoelektronischen Halbleiterbauelements 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel in einem Schritt eines Verfahrens zu seiner Herstellung. Der Halbleiterkörper 10 umfasst einen aktiven Bereich 100, der zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung eines ersten Wellenlängenbereichs vorgesehen ist. Der aktive Bereich 100 weist einen pn-Übergang auf und ist in eine Mehrzahl von Emissionsbereichen 1000 unterteilt. Die Kantenlänge der Emissionsbereichs 1000 beträgt weniger als 10 µm. Eine geringe Kantenlänge der Emissionsbereiche 1000 ermöglicht vorteilhaft eine hohe Anzahl von Eimissionsbereichen 1000 pro Fläche. Die Emissionsbereiche 1000 sind unabhängig voneinander ansteuerbar. Ferner umfasst der Halbleiterkörper 10 eine Auskoppelfläche 10A. Die Auskoppelfläche 10A ist zur Auskopplung von zumindest einem Teil der in dem aktiven Bereich 100 erzeugten elektromagnetischen Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs vorgesehen.
1B zeigt eine schematische Schnittansicht eines optoelektronischen Halbleiterbauelements 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel in einem weiteren Schritt eines Verfahrens zu seiner Herstellung. Auf der Auskoppelfläche 10A des Halbleiterkörpers 10 ist eine erste Maskenschicht 50 aufgebracht. Die erste Maskenschicht 50 ist mit einem Negativ-Photolack gebildet. In einem Negativ-Photolack können besonders einfach Ausnehmungen 500 mit Hinterschneidungen gebildet werden. Bei einem Negativ-Photolack bleiben belichtete Bereiche zurück, während unbelichtete Bereiche abgelöst werden. Alternativ ist die Gitterschicht 20 mit Silizium gebildet, in das mittels eines nasschemischen Ätzverfahrens eine anisotrope Struktur eingeätzt wird, die Hinterschneidungen aufweist.
Die erste Maskenschicht 50 weist eine Mehrzahl von Ausnehmungen 500 auf. Die Ausnehmungen 500 weisen mit zunehmendem Abstand von der Auskoppelfläche 10A eine abnehmende Querschnittsfläche auf. Die Ausnehmungen 500 sind jeweils auf die Bereiche zwischen zwei benachbarten Emissionsbereichen 1000 ausgerichtet.
1C zeigt eine schematische Schnittansicht eines optoelektronischen Halbleiterbauelements 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel in einem weiteren Schritt eines Verfahrens zu seiner Herstellung. In den Ausnehmungen 500 der ersten Maskenschicht 50 ist eine Gitterschicht 20 angeordnet.
Die Gitterschicht 20 ist mittels eines elektro-galvanischen Verfahrens oder mittels Aufdampfen angeordnet. Die Querschnittsfläche der Gitterschicht 20 nimmt, ausgehend von der Auskoppelfläche 10A, mit zunehmendem Abstand von dem Halbleiterkörper 10 ab. Somit ergibt sich eine spitz zulaufende Form der Gitterschicht 20 mit zunehmendem Abstand von dem Halbleiterkörper 10.
1D zeigt eine schematische Schnittansicht eines optoelektronischen Halbleiterbauelements 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel in einem weiteren Schritt eines Verfahrens zu seiner Herstellung. Die erste Maskenschicht 50 ist vollständig von dem Halbleiterkörper 10 und der Gitterschicht 20 abgelöst. Die Gitterschicht 20 weist eine Mehrzahl von Kavitäten 200 auf. Die Kavitäten 200 sind den Emissionsbereichen 1000 zugeordnet. Jeweils eine Kavität 200 ist in lateraler Richtung auf einen der Emissionsbereiche 1000 ausgerichtet.
1E zeigt eine schematische Schnittansicht eines optoelektronischen Halbleiterbauelements 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel in einem weiteren Schritt eines Verfahrens zu seiner Herstellung. In die Kavitäten 200 der Gitterschicht 20 ist eine zweite Maskenschicht 60 eingebracht und strukturiert. Die zweite Maskenschicht 60 ist derart strukturiert, dass sie nur die Auskoppelfläche 10A des Halbleiterkörpers 10 bedeckt, jedoch die Gitterschicht 20 unbedeckt lässt. Die Seitenflächen der Gitterschicht 20 sind freigelegt.
1F zeigt eine schematische Schnittansicht eines optoelektronischen Halbleiterbauelements 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel in einem weiteren Schritt eines Verfahrens zu seiner Herstellung. Auf die zweite Maskenschicht 60 und die Gitterschicht 20 ist eine Antihaftschicht 30 aufgebracht. Die Antihaftschicht 30 ist beispielsweise mittels eines CVD-Verfahrens aufgebracht. Die Antihaftschicht 30 bedeckt die zweite Maskenschicht 60 und die Gitterschicht 20 vollständig. Die Antihaftschicht 30 umfasst ein Material, das eine Self-Assembled Monolayer (SAM) ausbildet. Bevorzugt ist die Antihaftschicht 30 mit einem Fluorkohlenstoffsilan gebildet. Fluorkohlenstoffsilan weist bevorzugt eine besonders geringe Oberflächenenergie auf, wodurch sich eine geringe Benetzbarkeit seiner Oberfläche einstellt. Die Antihaftschicht 30 vermindert oder unterbindet ein Anhaften von Flüssigkeiten an ihr.
1G zeigt eine schematische Schnittansicht eines optoelektronischen Halbleiterbauelements 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel in einem weiteren Schritt eines Verfahrens zu seiner Herstellung. Die zweite Maskenschicht 60 ist vollständig entfernt. Die Kavitäten 200 sind freigelegt. Die Seitenflächen der Gitterschicht 20 sind mit der Antihaftschicht 30 bedeckt. Die Auskoppelfläche 10A ist zumindest teilweise freigelegt.
1H zeigt eine schematische Schnittansicht eines optoelektronischen Halbleiterbauelements 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel in einem weiteren Schritt eines Verfahrens zu seiner Herstellung. Die Kavitäten 200 sind teilweise mit einem Wellenlängenkonversionsmaterial 40 und teilweise mit einem Füllmaterial 41 befüllt. Das Füllmaterial 41 ist strahlungsdurchlässig, bevorzugt transparent für elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs ausgeführt.
Das Wellenlängenkonversionsmaterial 50 und das Füllmaterial 41 sind mittels Sprühen aufgebracht. Das Wellenlängenkonversionsmaterial 40 umfasst ein Polysiloxan als Matrixmaterial und darin eingebettete Konversionspartikel, die eine Konversion von elektromagnetischer Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in elektromagnetische Strahlung eines davon abweichenden zweiten Wellenlängenbereichs bewirken. Verschiedene Kavitäten 200 sind mit verschiedenen Wellenlängenkonversionsmaterialien 40 befüllt.
Die Oberflächenenergie der Antihaftschicht 30 ist geringer als die Oberflächenenergie der Gitterschicht 20. Die Antihaftschicht 30 auf der Gitterschicht 20 vermeidet oder unterbindet somit ein Anhaften des Wellenlängenkonversionsmaterials 40 auf der Antihaftschicht 30. Das Wellenlängenkonversionsmaterial 40 erstreckt sich lediglich auf der Auskoppelfläche 10A des Halbleiterkörpers 10 und benetzt die Antihaftschicht 30 nicht. Das Füllmaterial 41 ist mit einem Polysiloxan gebildet, das eine hohe Durchlässigkeit für elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs aufweist. Das Füllmaterial 41 ist das gleiche Material, wie das in dem
Wellenlängenkonversionsmaterial 40 verwendete Matrixmaterial. Somit ist eine Anpassung der Antihaftschicht 30 auf nur ein Material ausreichend. Die Kombination von Wellenlängenkonversionsmaterial 40 und der Antihaftschicht 30 ist derart ausgewählt, dass ein Anhaften des Wellenlängenkonversionsmaterials 40 auf der Antihaftschicht 40 möglichst schwierig ist. Mit anderen Worten, die Antihaftschicht 30 ist auf das Wellenlängenkonversionsmaterial 40 abgestimmt oder umgekehrt.
Die Emissionsbereiche 1000, die unter der mit dem Füllmaterial 41 befüllten Kavität 200 liegen, emittieren ihre elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs somit direkt.
Die 2A bis 2E zeigen schematische Schnittansichten eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelements 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel in verschiedenen Schritten eines Verfahrens zu seiner Herstellung.
2A zeigt ein optoelektronisches Halbleiterbauelement 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel in einem ersten Schritt eines Verfahrens zu seiner Herstellung. Auf einem Halbleiterkörper 10, der einen aktiven Bereich 100 und eine Mehrzahl von Emissionsbereichen 1000 umfasst, sind eine erste Maskenschicht 50 mit einer Mehrzahl von Ausnehmungen 500 angeordnet. Die erste Maskenschicht 50 ist mit einem Positiv-Photolack gebildet. Ein Positiv-Photolack wird an seinen belichteten Bereichen entfernt und bildet keine Hinterschneidungen. Die Emissionsbereiche 1000 sind getrennte voneinander ansteuerbar. Die Ausnehmungen 500 sind jeweils zwischen zwei benachbarten Emissionsbereichen 1000 angeordnet.
2B zeigt eine schematische Schnittansicht eines optoelektronischen Halbleiterbauelements 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel in einem weiteren Schritt eines Verfahrens zu seiner Herstellung. Die Ausnehmungen 500 der ersten Maskenschicht 50 sind mit dem Material einer Gitterschicht 20 befüllt. Die Abscheidung der Gitterschicht 20 erfolgt mittels einem elektro-galvanischen Verfahren oder mittels Aufdampfen. Nach der Abscheidung der Gitterschicht 20 ist die erste Maskenschicht 50 vollständig entfernt worden. Die Gitterschicht 20 umfasst Kavitäten 200, die den Emissionsbereichen 1000 zugeordnet sind. Die Seitenwände der Gitterschicht 20 verlaufen senkrecht zur Auskoppelfläche 10A des Halbleiterkörpers 10.
2C zeigt eine schematische Schnittansicht eines optoelektronischen Halbleiterbauelements 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel in einem weiteren Schritt eines Verfahrens zu seiner Herstellung. Die Kavitäten 200 der Gitterschicht 20 sind mit einer zweiten Maskenschicht 60 befüllt. Die zweite Maskenschicht 60 schließt in der dem Halbleiterkörper 10 abgewandten Oberseite der Gitterschicht 20 bündig mit der Gitterschicht 20 ab. Auf der zweiten Maskenschicht 60 und der Gitterschicht 20 ist eine Antihaftschicht 30 aufgebracht. Die Antihaftschicht umfasst ein Fluorkohlenstoffsilan, das eine besonders niedrige Oberflächenenergie aufweist und somit eine schlechte Benetzbarkeit zeigt.
2D zeigt eine schematische Schnittansicht eines optoelektronischen Halbleiterbauelements 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel in einem weiteren Schritt eines Verfahrens zu seiner Herstellung. Die zweite Maskenschicht 60 sowie Teile der Antihaftschicht 30 sind vollständig entfernt. Die Oberseite der Gitterschicht 20 ist mit der Antihaftschicht 30 vollständig bedeckt.
2E zeigt eine schematische Schnittansicht eines optoelektronischen Halbleiterbauelements 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel in einem weiteren Schritt eines Verfahrens zu seiner Herstellung. In zumindest einem Teil der Kavitäten 200 der Gitterschicht 20 ist ein Wellenlängenkonversionsmaterial 40 angeordnet. Das Wellenlängenkonversionsmaterial 40 ist mittels Sprühen aufgebracht. Die Antihaftschicht 30 vermeidet ein Anhaften des Wellenlängenkonversionsmaterials 40 auf der Oberseite der Gitterschicht 20. Ein Anhaften hätte die Bildung von lichtleitenden Strukturen über mehrere Emissionsbereiche zur Folge, die zu einer Verschlechterung des Kontrasts zwischen diesen Emissionsbereichen 1000 führen würde.
Zumindest eine der Kavitäten 200 ist nicht mit einem Wellenlängenkonversionsmaterial 40 befüllt. In der ungefüllten Kavität 200 wird die elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs aus dem darunterliegenden Emissionsbereich 1000 direkt emittiert.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Bezugszeichenliste

1: optoelektronisches Halbleiterbauelement
10: Halbleiterkörper
10A: Auskoppelfläche
100: aktiver Bereich
20: Gitterschicht
200: Kavität
30: Antihaftschicht
40: Wellenlängenkonversionsmaterial
41: Füllmaterial
50: erste Maskenschicht
500: Ausnehmungen
60: zweite Maskenschicht

Claims

Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) umfassend - einen Halbleiterkörper (10) mit einem aktiven Bereich (100), der zur Emission von elektromagnetischer Strahlung eines ersten Wellenlängenbereichs eingerichtet ist, und einer zur Auskopplung der Strahlung vorgesehenen Auskoppelfläche (10A), und - eine auf der Auskoppelfläche (10A) angeordnete Gitterschicht (20), die eine Mehrzahl von Kavitäten (200) umfasst, wobei - der aktive Bereich (100) in eine Mehrzahl von separat ansteuerbaren Emissionsbereichen (1000) unterteilt ist, - auf die Gitterschicht (20) zumindest bereichsweise eine Antihaftschicht (30) aufgebracht ist, und - die Kavitäten (200) den Emissionsbereichen (1000) zugeordnet sind und die Gitterschicht (20) vollständig durchdringen.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß Anspruch 1, bei dem die Antihaftschicht (30) eine Silanol-Brücke aufweist, die eine Silyleinheit umfasst.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß Anspruch 2, bei dem zumindest ein Substituent der Silyleinheit ein Kohlenstoffatom ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Antihaftschicht (30) mit einem Fluorkohlenstoffsilan gebildet ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Oberflächenenergie der Antihaftschicht (30) geringer ist als die Oberflächenenergie der Gitterschicht (20).
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Antihaftschicht (30) als eine selbstorganisierende Monoschicht ausgebildet ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem jede Kavität (200) einen Durchmesser von höchstens 100 µm, bevorzugt von höchstens 40 µm und besonders bevorzugt von höchstens 10 µm aufweist.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zumindest ein Wellenlängenkonversionsmaterial (40), in den Kavitäten (200) angeordnet ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß Anspruch 8, bei dem das Wellenlängenkonversionsmaterial (40) ein Polysiloxan umfasst.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine Querschnittsfläche der Gitterschicht (20) parallel zur Auskoppelfläche (10A) mit zunehmendem Abstand von der Auskoppelfläche (10A) abnimmt.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Wellenlängenkonversionsmaterial (40) die Form einer Linse aufweist, deren Strahlachse senkrecht zur Auskoppelfläche (10A) orientiert ist.
Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements (1) umfassend die folgenden Schritte: A) Bereitstellen eines Halbleiterkörpers (10) mit einem zur Emission von elektromagnetischer Strahlung eines ersten Wellenlängenbereichs eingerichteten aktiven Bereich (100) und einer zur Auskopplung der Strahlung vorgesehenen Auskoppelfläche (10A), wobei der aktive Bereich (100) in eine Mehrzahl von separat ansteuerbaren Emissionsbereichen (1000) unterteilt ist, B) Aufbringen einer ersten Maskenschicht (50) auf die Auskoppelfläche (10A) und Strukturieren der ersten Maskenschicht (50), wobei in die erste Maskenschicht (50) Ausnehmungen (500) eingebracht werden, die die erste Maskenschicht (50) vollständig durchdringen, und wobei die Ausnehmungen (500) jeweils zwischen benachbarten Emissionsbereichen (1000) angeordnet sind, C) Befüllen der Ausnehmungen (500) mit dem Material einer Gitterschicht (20) und anschließendes Entfernen der ersten Maskenschicht (50), D) Aufbringen einer zweiten Maskenschicht (60), die die Auskoppelfläche (10A) bedeckt und die Gitterschicht (20) unbedeckt lässt, E) Aufbringen einer Antihaftschicht (30) auf die Gitterschicht (20) und die zweite Maskenschicht (60) und anschließendes Entfernen der zweiten Maskenschicht (60).
Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements (1) gemäß Anspruch 12, wobei die erste Maskenschicht (50) mit einem Negativ-Photolack gebildet wird.
Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements (1) gemäß einem der Ansprüche 12 oder 13, wobei die Antihaftschicht (30) mittels eines CVD-Verfahrens abgeschieden wird.
Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements (1) gemäß einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei die Gitterschicht (20) in Schritt C) mittels einem elektro-galvanischen Verfahren aufgebracht wird.
Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements (1) gemäß einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei die Gitterschicht (20) in Schritt C) mittels Aufdampfen aufgebracht wird.
Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements (1) gemäß einem der Ansprüche 12 bis 16, wobei nach dem Schritt E) ein weiterer Schritt F) folgt, in dem die Kavitäten (20) mit zumindest einem Wellenlängenkonversionsmaterial (40) befüllt werden.
Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements (1) gemäß Anspruch 17, wobei das Wellenlängenkonversionsmaterial (40) mittels Sprühen aufgebracht wird.