DE102019218864A1 - Optoelektronisches halbleiterbauelement mit einzeln ansteuerbaren kontaktelementen und verfahren zur herstellung des optoelektronischen halbleiterbauelements - Google Patents

Optoelektronisches halbleiterbauelement mit einzeln ansteuerbaren kontaktelementen und verfahren zur herstellung des optoelektronischen halbleiterbauelements Download PDF

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Abstract

Ein optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) weist eine Vielzahl von lichtemittierenden Vorrichtungen (15) auf, die jeweils einen ersten Resonatorspiegel (115), einen zweiten Resonatorspiegel (120), eine aktive Zone (110) sowie ein zweites Kontaktelement (130) umfassen. Die aktive Zone (110) ist zwischen dem ersten und dem zweiten Resonatorspiegel (115, 120) angeordnet und geeignet, elektromagnetische Strahlung (30) zu emittieren. Die zweiten Kontaktelemente (130) und ein erstes Kontaktelement (125), das mit einer ersten Halbleiterschicht (111) von einem erstem Leitfähigkeitstyp der lichtemittierenden Vorrichtungen (15) elektrisch verbunden ist, sind von einer ersten Hauptoberfläche (101) der lichtemittierenden Vorrichtungen kontaktierbar. Mindestens zwei der zweiten Kontaktelemente (130) sind jeweils einzeln ansteuerbar.

Description

  • Oberflächenemittierende Laser, d.h. Laservorrichtungen, bei denen das erzeugte Laserlicht senkrecht zu einer Oberfläche einer Halbleiterschichtanordnung emittiert wird, können beispielsweise in 3D-Sensorsystemen, beispielsweise zur Gesichtserkennung oder zur Abstandsmessung beim autonomen Fahren verwendet werden.
  • Generell werden Anstrengungen unternommen, derartige oberflächenemittierende Laser zu verbessern.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte oberflächenemittierende Laservorrichtung zur Verfügung zu stellen.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Aufgabe durch den Gegenstand und das Verfahren der unabhängigen Patentansprüche gelöst.
  • Gemäß Ausführungsformen weist ein optoelektronisches Halbleiterbauelement eine Vielzahl von lichtemittierenden Vorrichtungen auf. Die lichtemittierenden Vorrichtungen umfassen jeweils einen ersten Resonatorspiegel, einen zweiten Resonatorspiegel sowie eine aktive Zone, die zwischen dem ersten und dem zweiten Resonatorspiegel angeordnet ist und welche geeignet ist, elektromagnetische Strahlung zu emittieren, sowie ein zweites Kontaktelement. Die zweiten Kontaktelemente und ein erstes Kontaktelement, das mit einer ersten Halbleiterschicht von einem erstem Leitfähigkeitstyp der lichtemittierenden Vorrichtungen elektrisch verbunden ist, sind von einer ersten Hauptoberfläche der lichtemittierenden Vorrichtungen kontaktierbar. Mindestens zwei der zweiten Kontaktelemente sind jeweils einzeln ansteuerbar. Das heißt, die zweiten Kontaktelemente können jeweils einzeln ansteuerbar sein. Gemäß weiteren Ausführungsformen können die Kontaktelemente auch in Gruppen ansteuerbar sein. Dabei können die Gruppen jeweils eine gleiche oder auch eine unterschiedliche Anzahl an lichtemittierenden Vorrichtungen enthalten.
  • Gemäß Ausführungsformen weist das optoelektronische Halbleiterbauelement ferner eine Anordnung von Schaltungen auf, die jeweils geeignet sind, die zweiten Kontaktelemente der lichtemittierenden Vorrichtungen anzusteuern.
  • Beispielsweise ist die Anordnung von Schaltungen in einem Schaltungssubstrat angeordnet. Das Schaltungssubstrat kann angrenzend an die erste Hauptoberfläche angeordnet sein.
  • Beispielsweise kann der erste Leitfähigkeitstyp der p-Leitfähigkeitstyp sein.
  • Gemäß Ausführungsformen weist das optoelektronische Halbleiterbauelement weiterhin eine Vielzahl von optischen Elementen auf, die auf einer von der ersten Hauptoberfläche abgewandten Seite der lichtemittierenden Vorrichtungen angeordnet sind. Dabei sind mindestens zwei der optischen Elemente jeweils unterschiedlich ausgebildet, so dass emittierte Strahlung in jeweils unterschiedliche Raumrichtungen emittiert wird.
  • Gemäß Ausführungsformen sind die optischen Elemente von einer zweiten Hauptoberfläche der lichtemittierenden Vorrichtungen beabstandet angeordnet sind. Dies kann durch geeignete Abstandshalter erfolgen. Der Zwischenraum zwischen den optischen Elementen und der zweiten Hauptoberfläche kann beispielsweise Luft oder ein transparentes Material, beispielsweise ein Polymer oder ein Oxid, enthalten. Auf diese Weise kann die von den einzelnen optoelektronischen Vorrichtungen emittierte Strahlung weiter geformt oder umgelenkt werden. Gemäß weiteren Ausführungsformen können die optischen Elemente auch direkt an die zweite Hauptoberfläche der lichtemittierenden Vorrichtungen angrenzen.
  • Gemäß Ausführungsformen können optoelektronische Vorrichtungen, an die jeweils unterschiedliche optische Elemente angrenzen, jeweils einzeln ansteuerbar sein. Auf diese Weise können beispielsweise gezielt unterschiedliche Raumbereiche bestrahlt werden. Weiterhin können im zeitlichen Verlauf jeweils unterschiedliche Emissionsmuster erzeugt werden.
  • Das optoelektronische Halbleiterbauelement kann ferner eine erste Kontaktschicht aufweisen, die mit der ersten Halbleiterschicht verbunden ist. Die erste Kontaktschicht kann zwischen der aktiven Zone und dem ersten Resonatorspiegel angeordnet sein.
  • Alternativ kann das optoelektronische Halbleiterbauelement erste Verbindungsleitungen umfassen, die geeignet sind, die erste Halbleiterschicht von benachbarten lichtemittierenden Vorrichtungen miteinander zu verbinden.
  • Gemäß Ausführungsformen umfasst eine elektronische Vorrichtung das optoelektronische Halbleiterbauelement wie vorstehend beschrieben und einen Detektor. Aufgrund des speziellen Aufbaus des optoelektronischen Halbleiterbauelements wie vorstehend beschrieben, kann der Detektor einen einfacheren Aufbau haben. Beispielsweise kann der Detektor eine einzige lichtempfindliche Fläche aufweisen.
  • Ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements mit einer Vielzahl von lichtemittierenden Vorrichtungen umfasst das Ausbilden eines ersten Resonatorspiegels, eines zweiten Resonatorspiegels, einer aktiven Zone zwischen dem ersten und dem zweiten Resonatorspiegel sowie das Ausbilden von zweiten Kontaktelementen. Die aktive Zone ist geeignet, elektromagnetische Strahlung zu emittieren. Die zweiten Kontaktelemente und ein erstes Kontaktelement, das mit einer ersten Halbleiterschicht von einem erstem Leitfähigkeitstyp der lichtemittierenden Vorrichtungen elektrisch verbunden ist, sind von einer ersten Hauptoberfläche der lichtemittierenden Vorrichtungen kontaktierbar. Mindestens zwei der zweiten Kontaktelemente sind einzeln ansteuerbar. Das heißt, die zweiten Kontaktelemente können jeweils einzeln oder in Gruppen ansteuerbar sein.
  • Beispielsweise kann zunächst der erste Resonatorspiegel, sodann die aktive Zone und schließlich der zweite Resonatorspiegel ausgebildet werden. Alternativ kann auch zunächst der zweite Resonatorspiegel, sodann die aktive Zone und schließlich der erste Resonatorspiegel ausgebildet werden.
  • Das Verfahren kann ferner das Aufbringen eines Schaltungssubstrats, in dem eine Anordnung von Schaltungen, die jeweils geeignet sind, die zweiten Kontaktelemente der lichtemittierenden Vorrichtungen anzusteuern, angeordnet ist, über der ersten Hauptoberfläche der lichtemittierenden Vorrichtungen umfassen.
  • Gemäß Ausführungsformen werden der erste und der zweite Resonatorspiegel sowie die aktive Zone über einem Wachstumssubstrat aufgewachsen, welches nach Aufbringen des Schaltungssubstrats entfernt wird.
  • Der Fachmann wird zusätzliche Merkmale und Vorteile nach Lesen der folgenden Detailbeschreibung und Betrachten der begleitenden Zeichnungen erkennen.
  • 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.
    • 1 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß Ausführungsformen.
    • Die 2A bis 2D zeigen schematische Querschnittsansichten weiterer Ausführungsformen von optoelektronischen Halbleiterbauelementen.
    • Die 3A und 3B zeigen vertikale Querschnittsansichten eines optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß weiterer Ausführungsformen.
    • Die 4A bis 4G zeigen eine Querschnittsansicht eines Werkstücks bei Durchführung eines Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements.
    • 5 fasst ein Verfahren gemäß Ausführungsformen zusammen.
    • 6 zeigt eine schematische Ansicht einer elektronischen Vorrichtung gemäß Ausführungsformen.
  • 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.
  • 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.
  • 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, beispielsweise einem GaAs-Substrat, einem GaN-Substrat oder einem Si-Substrat oder aus einem isolierenden Material, beispielsweise auf einem Saphirsubstrat, gewachsen sein.
  • 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, InGaAsP 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.
  • Der Begriff „Substrat“ umfasst generell isolierende, leitende oder Halbleitersubstrate.
  • 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.
  • Die horizontale Richtung kann beispielsweise in einer Ebene senkrecht zu einer Wachstumsrichtung beim Aufwachsen von Schichten liegen.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Der Begriff „elektrisch verbunden“ umfasst auch Tunnelkontakte zwischen den verbundenen Elementen.
  • 1 zeigt eine vertikale Querschnittsansicht eines optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß Ausführungsformen. Das optoelektronische Halbleiterbauelement 10 umfasst eine Vielzahl von lichtemittierenden Vorrichtungen 15. Die lichtemittierenden Vorrichtungen 15 umfassen jeweils einen ersten Resonatorspiegel 115, einen zweiten Resonatorspiegel 120 sowie eine aktive Zone 110, die zwischen dem ersten und dem zweiten Resonatorspiegel 115, 120 angeordnet ist und welche geeignet ist, elektromagnetische Strahlung 30 zu emittieren. Die lichtemittierenden Vorrichtungen umfassen jeweils weiterhin ein zweites Kontaktelement 130. Die zweiten Kontaktelemente 130 und ein erstes Kontaktelement 125, das mit Halbleiterschichten von einem ersten Leitfähigkeitstyp der lichtemittierenden Vorrichtungen 15 verbunden ist, sind von einer ersten Hauptoberfläche 101 des optoelektronischen Halbleiterbauelements 10 kontaktierbar. Mindestens zwei der zweiten Kontaktelemente 130 der Vielzahl von lichtemittierenden Vorrichtungen 15 jeweils einzeln ansteuerbar. Beispielsweise können jeweils Gruppen von lichtemittierenden Vorrichtungen 15 jeweils einzeln ansteuerbar sein. Gemäß weiteren Ausführungsformen können auch alle lichtemittierenden Vorrichtungen 15 jeweils einzeln ansteuerbar sein.
  • Das in 1 dargestellte optoelektronische Halbleiterbauelement 10 stellt einen sogenannten VCSEL, d.h. oberflächenemittierenden Halbleiterlaser mit Vertikalresonator („Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser“) dar. Ein Schichtstapel 123, der unter anderem Schichten zur Ausbildung des zweiten Resonatorspiegels 120 und der aktiven Zone 110 umfasst, ist durch Trenngräben 113 zu einer Vielzahl von Mesas 114 strukturiert. Dabei sind die Trenngräben 113 derart angeordnet, dass sie beispielsweise sowohl in x- als auch in y-Richtung verlaufen und eine Vielzahl von Mesas 114 definieren. Die Mesas 114 können in Draufsicht beispielsweise eine rechteckige, quadratische, hexagonale oder runde Form haben. Die einzelnen Mesas 114 und folglich die lichtemittierenden Vorrichtungen 15 können beispielsweise regelmäßig, beispielsweise in Reihen und Spalten angeordnet sein. Gemäß weiteren Ausführungsformen können sie auch als Schachbrettmuster angeordnet sein. Gemäß weiteren Ausführungsformen können sie auch quasi-zufällig angeordnet sein. Beispielsweise kann ein optoelektronisches Halbleiterbauelement 10 mehr als 10 oder mehr als 100 lichtemittierende Vorrichtungen 15 umfassen. die Anzahl an lichtemittierenden Vorrichtungen 15 kann beispielsweise kleiner als 100 000 oder kleiner als 50 000 sein.
  • Die Trenngräben 113 sind beispielsweise derart bemessen, dass sie aktive Zonen 110 benachbarter lichtemittierende Vorrichtungen 15 trennen. Weiterhin werden die Schichten zur Ausbildung des zweiten Resonatorspiegels 120 durch die Gräben 113 durchtrennt. Wie in 1 gezeigt ist, durchtrennen die Trenngräben 113 gemäß Ausführungsformen die Schichten des ersten Resonatorspiegels 115 nicht.
  • Der Halbleiterschichtstapel 123 kann eine erste Halbleiterschicht 111 vom ersten Leitfähigkeitstyp, beispielsweise n- oder p-Typ, sowie eine zweite Halbleiterschicht 112 vom zweiten Leitfähigkeitstyp, beispielsweise p- oder n-Typ umfassen. Das erste Kontaktelement 125 ist mit der ersten Halbleiterschicht 111 vom ersten Leitfähigkeitstyp verbunden. Das zweite Kontaktelement ist mit der zweiten Halbleiterschicht 112 vom zweiten Leitfähigkeitstyp verbunden. Die aktive Zone 110 ist zwischen der ersten Halbleiterschicht 111 und der zweiten Halbleiterschicht 112 angeordnet. Die aktive Zone 110 kann beispielsweise eine Quantentopf-Struktur, beispielsweise eine einfache 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.
  • Der erste Resonatorspiegel 115 kann jeweils alternierend gestapelte erste Schichten 115a einer ersten Zusammensetzung und zweite Schichten 115b einer zweiten Zusammensetzung aufweisen. Der zweite Resonatorspiegel 120 kann ebenfalls alternierend gestapelte Schichten 120a, 120b mit jeweils unterschiedlicher Zusammensetzung aufweisen.
  • Die jeweils alternierend gestapelten Schichten des ersten oder zweiten Resonatorspiegels 115, 120 weisen jeweils unterschiedliche Brechungsindizes auf. Beispielsweise können die Schichten abwechselnd einen hohen Brechungsindex (n > 3,1) und einen niedrigen Brechungsindex (n < 3,1) haben und als Bragg-Reflektor ausgebildet sein.
  • Beispielsweise kann die Schichtdicke λ/4 oder ein Mehrfaches von λ/4 betragen, wobei λ die Wellenlänge des zu reflektierenden Lichts in dem entsprechenden Medium angibt. Der erste oder der zweite Resonatorspiegel 115, 120 kann beispielsweise 2 bis 50 Einzelschichten aufweisen. Eine typische Schichtdicke der einzelnen Schichten kann etwa 30 bis 150 nm, beispielsweise 50 nm betragen. Der Schichtstapel kann weiterhin eine oder zwei oder mehrere Schichten enthalten, die dicker als etwa 180 nm, beispielsweise dicker als 200 nm sind. Beispielsweise kann der zweite Resonatorspiegel 120 ein Gesamtreflexionsvermögen von 99,8 % oder mehr für die Laserstrahlung haben. Der erste Resonatorspiegel 115 kann als Auskoppelspiegel für die Strahlung aus dem Resonator ausgebildet sein und weist beispielsweise ein geringeres Reflexionsvermögen als der zweite Resonatorspiegel auf.
  • In der aktiven Zone 110 erzeugte elektromagnetische Strahlung kann zwischen dem ersten Resonatorspiegel 115 und dem zweiten Resonatorspiegel 120 derart reflektiert werden, dass sich im Resonator ein Strahlungsfeld 21 für die Erzeugung kohärenter Strahlung (Laserstrahlung) über induzierte Emission in der aktiven Zone ausbildet. Insgesamt entspricht der Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Resonatorspiegel 115, 120 mindestens der halben effektiven emittierten Wellenlänge (λ/2n, wobei n der Brechzahl der aktiven Zone entspricht), so dass sich innerhalb des Resonators stehende Wellen ausbilden können. Die erzeugte Laserstrahlung 30 kann beispielsweise über den ersten Resonatorspiegel 115 aus dem Resonator ausgekoppelt werden. Die Halbleiter-Laservorrichtung 10 bildet somit einen sogenannten VCSEL, d.h. oberflächenemittierenden Halbleiterlaser mit Vertikalresonator („Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser“) aus.
  • Gemäß Ausführungsformen können die alternierend gestapelten Schichten zur Ausbildung des ersten und/oder zweiten Resonatorspiegels 115, 120 Halbleiterschichten aufweisen, von denen mindestens eine Schicht jeweils dotiert ist. Beispielsweise kann mindestens eine Halbleiterschicht der gestapelten Schichten des ersten Resonatorspiegels 115 mit einem ersten Leitfähigkeitstyp, beispielsweise p- oder n-Typ, dotiert sein. In entsprechender Weise kann mindestens eine der Halbleiterschichten des zweiten Resonatorspiegels 120 mit Dotierstoffen eines zweiten Leitfähigkeitstyps, der vom ersten Leitfähigkeitstyp verschieden ist, beispielsweise n- oder p-Typ, dotiert sein.
  • Gemäß weiteren Ausführungsformen kann mindestens der erste oder der zweite Resonatorspiegel 115, 120 ausschließlich aus dielektrischen Schichten aufgebaut sein. In diesem Fall weist der Schichtstapel 123 zusätzlich eine erste Halbleiterschicht (nicht gezeigt) vom ersten Leitfähigkeitstyp sowie eine zweite Halbleiterschicht von einem zweiten Leitfähigkeitstyp (nicht gezeigt) auf. Beispielsweise können in diesem Fall die alternierend angeordneten dielektrischen Schichten abwechselnd einen hohen Brechungsindex (n > 1,7) und einen niedrigen Brechungsindex (n < 1,7) haben und als Bragg-Reflektor ausgebildet sein.
  • Beispielsweise können die Halbleiterschichten des ersten und des zweiten Resonatorspiegels 115, 120 sowie der aktiven Zone 110 auf dem InGaAlP-Materialsystem basieren und Halbleiterschichten der Zusammensetzung InxGayAl1-x-yP mit 0 ≤ x, y ≤ 1 und x + y ≤ 1 umfassen.
  • Gemäß weiteren Ausführungsformen können die Halbleiterschichten des ersten und des zweiten Resonatorspiegels 115, 120 sowie der aktiven Zone 110 auf dem AlGaAs-Schichtsystem basieren und jeweils Schichten der Zusammensetzung AlxGa1-xAs, mit 0 ≤ x ≤ 1 enthalten.
  • Eine emittierte Wellenlänge des optoelektronischen Halbleiterbauelements 10 kann beispielsweise kleiner als 1000 nm sein. Die Wellenlänge kann beispielsweise größer als 800 nm sein.
  • Die in 1 gezeigten lichtemittierenden Vorrichtungen 15 sind beispielsweise nicht parallel geschaltet, sondern die zweiten Kontaktelemente 130 sind beispielsweise jeweils voneinander isoliert. Als Folge können die lichtemittierenden Vorrichtungen 15 jeweils einzeln angesteuert werden. Die Halbleiterschichten vom zweiten Leitfähigkeitstyp jeweils der lichtemittierenden Vorrichtungen 15 können gemäß Ausführungsformen über eine erste Kontaktschicht 118 mit miteinander verbunden sein. Beispielsweise kann die erste Kontaktschicht 118, wie in 1 gezeigt, zwischen der aktiven Zone 110 und dem ersten Resonatorspiegel 115 angeordnet sein. Die erste Kontaktschicht 118 kann beispielsweise eine hochdotierte Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp sein. Beispielsweise kann die erste Kontaktschicht 118 eine sehr hohe Querleitfähigkeit haben. Ein Material der ersten Kontaktschicht 118 kann beispielsweise GaAs oder InGaAs sein. Gemäß Ausführungsformen, die in 1 gezeigt sind, kann der erste Leitfähigkeitstyp der n-Leitfähigkeitstyp sein. Das Substrat 100 kann ein Wachstumssubstrat zum Aufwachsen des Halbleiterschichtstapels 123 sein. Beispielsweise kann das Substrat 100 ein GaAs-Substrat sein.
  • Wie in 1 veranschaulicht ist, können die Schichten des ersten Resonatorspiegels 115 über dem Wachstumssubstrat 100 angeordnet sein. Die Schichten des ersten Resonatorspiegels 115 können beispielsweise mit dem ersten Leitfähigkeitstyp dotiert sein. Über dem ersten Resonatorspiegel 115 kann die erste Kontaktschicht 118 angeordnet sein. Über der ersten Kontaktschicht 118 sind Schichten der aktiven Zone 110 angeordnet, gefolgt von den Schichten des zweiten Resonatorspiegels 120. Die Schichten des zweiten Resonatorspiegels 120 können beispielsweise mit dem zweiten Leitfähigkeitstyp dotiert sein.
  • Eine vergrabene isolierende Schicht, beispielsweise eine Oxidschicht 126 kann jeweils im Randbereich der Mesas 114 angeordnet sein, so dass im zentralen Bereich der Mesa 114 jeweils eine Apertur 127 ausgebildet wird. Durch diese Apertur 127 wird eine Bündelung der Ladungsträger und ein optischer Einschluss der erzeugten elektromagnetischen Leistung erzeugt.
  • Die Trenngräben 113 können sich bis zu einer Oberseite der ersten Kontaktschicht 118 erstrecken. Die Trenngräben können beispielsweise mit einem isolierenden Material gefüllt sein oder aber mit einem leitenden Material gefüllt sein, welches durch ein isolierendes Material von den benachbarten Mesas isoliert ist. Wie in 1 gezeigt ist, kann ein erstes Verbindungselement 124 mit der ersten Kontaktschicht 118 verbunden sein. Das erste Verbindungselement 124 kann über eine leitende Füllung 135, beispielsweise eine Metallfüllung mit dem ersten Kontaktelement 125 verbunden sein. Sowohl das erste Kontaktelement 125 als auch die Vielzahl der zweiten Kontaktelemente 130 sind an einer ersten Hauptoberfläche 101 des optoelektronischen Halbleiterbauelements angeordnet. Auf diese Weise können die einzelnen lichtemittierenden Vorrichtungen 15 jeweils von der ersten Hauptoberfläche 101 des optoelektronischen Halbleiterbauelements angesteuert werden. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann der Kontaktgraben 113 sich auch tiefer in den Halbleiterschichtstapel 123 hinein erstrecken. Beispielsweise kann der elektrische Anschluss der Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp auch über eine alternative Struktur ermöglicht werden.
  • 2A zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß weiteren Ausführungsformen. Zusätzlich zu den in 1 dargestellten Komponenten umfasst das optoelektronische Halbleiterbauelement 10, das in 2A gezeigt ist, zusätzlich eine Anordnung von Schaltungen 1421 , 1422 , ... 142n , die jeweils geeignet sind, die zweiten Kontaktelemente 130 der lichtemittierenden Vorrichtungen 15 anzusteuern. Wie in 2A gezeigt ist, ist jede einzelne dieser Schaltungen genau einer lichtemittierenden Vorrichtung zugeordnet und somit geeignet, diese anzusteuern. Beispielsweise kann die Anordnung von Schaltungen in einem Schaltungssubstrat angeordnet oder ausgebildet sein. Beispielsweise kann das Schaltungssubstrat 140 ein Halbleitersubstrat, beispielsweise aus Silizium, umfassen, in dem die einzelnen Schaltelemente ausgeführt sind. Beispielsweise können die Schaltungen 1421 , 1422 jeweils als integrierte Schaltung, beispielsweise als CMOS-Schaltung („complementary metal-oxidesemiconductor“, komplementärer Metall-Oxid-Halbleiter) ausgeführt sein. Die Ansteuer- oder Treiberschaltungen können zusätzlich zu ihrer Funktion als Stromquelle für die einzelnen lichtemittierenden Vorrichtungen 15 weitere Funktionen erfüllen. Beispielsweise können sie Schieberegister, Speicherzellen oder digitale Daten-Schnittstellen enthalten. Gemäß Ausgestaltungen können jeweils Algorithmen zur Auswertung eines Detektorsignals (Time-to-Digital Converter, Histogram Processing) integriert sein.
  • Zusätzlich können die jeweiligen Zuleitungen zum ersten Kontaktelement 125 auch als eine gemeinsame Anschlussleitung 147 in dem Schaltungssubstrat 140 ausgebildet sein. Die gemeinsame Anschlussleitung 147 kann beispielsweise mit einem ersten Anschlussbereich 146 verbunden sein, der mit dem ersten Kontaktelement 125 verbunden ist. Die Schaltungsanordnung oder das Schaltungssubstrat 140 mit den darin angeordnet Schaltungen 1421 , 1422 , ... 142n kann angrenzend an die erste Hauptoberfläche 1 der lichtemittierenden Vorrichtungen angeordnet sein.
  • Auf diese Weise kann das optoelektronische Halbleiterbauelement in besonders kompakter Weise realisiert werden. Als Folge kann ein extrem kompakter VCSEL-Emitter bereitgestellt werden. Zusätzlich können die einzelnen lichtemittierenden Vorrichtungen jeweils über kurze Verbindungsleitungen angesteuert werden, so dass keine zusätzlichen Induktivitäten erzeugt bzw. Induktivitäten verringert werden. Insbesondere führen mögliche Induktivitäten nicht zu einer Frequenzbegrenzung. Als Folge können extrem kurze Pulse generiert werden. Wie in 2A gezeigt ist, kann die erzeugte elektromagnetische Strahlung über das Wachstumssubstrat 100 und die zweite Hauptoberfläche 102 des optoelektronischen Halbleiterbauelements emittiert werden.
  • Dadurch, dass sowohl das erste Kontaktelement als auch die zweiten Kontaktelemente von der ersten Hauptoberfläche der lichtemittierenden Vorrichtungen kontaktierbar sind, ist es möglich, das optoelektronische Halbleiterbauelement in einfacher Weise herzustellen. Beispielsweise kann nach Zusammenfügen der optoelelektronischen Vorrichtungen mit dem Schaltungssubstrat auf weitere Halbleiterprozessierungsverfahren verzichtet werden. Dadurch werden beispielsweise verfahrensbedingte Schäden an der Schaltungsanordnung vermieden.
  • Dadurch, dass die zweiten Kontaktelemente jeweils einzeln ansteuerbar sind, können in das optoelektronische Halbleiterbauelement auf einfache Weise weitere Funktionalitäten integriert werden. Weiterhin kann eine ausgestrahlte Leistung durch gezieltes Betreiben einer ausgewählten Anzahl von lichtemittierenden Vorrichtungen auf einfache Weise eingestellt werden.
  • Das erste Kontaktelement 125 ist mit einer Halbleiterschicht 111 vom ersten Leitfähigkeitstyp verbunden, und die zweiten Kontaktelemente 130 sind jeweils mit einer Halbleiterschicht 112 vom zweiten Leitfähigkeitstyp verbunden. Gemäß Ausführungsformen kann der erste Leitfähigkeitstyp der n-Leitfähigkeitstyp sein, und der zweite Leitfähigkeitstyp ist der P-Leitfähigkeitstyp. Bei diesen Ausführungsformen kann das Herstellungsverfahren vereinfacht sein. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann der erste Leitfähigkeitstyp der p-Leitfähigkeitstyp sein, und der zweite Leitfähigkeitstyp ist der n-Leitfähigkeitstyp. Bei diesen Ausführungsformen können die CMOS-Schaltungen 1421 , 1422 ,... 142n die optoelektronischen Vorrichtungen über n-dotierte Halbleiterbereiche ansteuern, was effizienter zu realisieren sein kann.
  • Gemäß Ausführungsformen, die in 2B veranschaulicht sind, kann das Wachstumssubstrat 100 auch entfernt sein. Dadurch, dass der Schichtstapel 123 mit dem Schaltungssubstrat 140 verbunden ist, kann eine Stabilität der Anordnung erreicht werden. Auf diese Weise lässt sich ein Dünnfilm-FlipChip-VCSEL-Bauelement realisieren. Die weiteren Komponenten der optoelektronischen Halbleiterbauelemente von 2B sind ähnlich zu den Komponenten des optoelektronischen Halbleiterbauelements von 2A. Durch die Entfernung des Wachstumssubstrats aus dem thermischen Pfad wird die Anordnung der lichtemittierenden Vorrichtungen 15 besser entwärmt. Beispielsweise hat Silizium eine wesentlich höhere thermische Leitfähigkeit als GaAs, welches als Material für das Wachstumssubstrat verwendet werden kann. Als Folge kann das optoelektronische Halbleiterbauelement 10 bei höheren Leistungsdichten betrieben werden, was zu einer erhöhten Reichweite führt. Weiterhin kann das optoelektronische Halbleiterbauelement 10 in einem breiteren Temperaturbereich betrieben werden. Weiterhin kann bei Entfernung des Wachstumssubstrats (beispielsweise GaAs) auch die Emission von elektromagnetischer Strahlung mit einer Wellenlänge, die kleiner als eine Wellenlänge, die der Bandlücke des Materials des Wachstumssubstrats entspricht (860 nm im Fall von GaAs) realisiert werden.
  • Gemäß Ausführungsformen, die in 2C veranschaulicht sind, kann eine elektrische Verbindung der Halbleiterschichten vom ersten Leitfähigkeitstyp der lichtemittierenden Vorrichtung jeweils über eine erste Verbindungsleitung 149, die auf einer von der ersten Hauptoberfläche 101 abgewandten Seite des Halbleiterschichtstapels 123 angeordnet ist, verwirklicht werden. Beispielsweise kann in diesem Fall die erste Kontaktschicht 118 sehr dünn ausgeführt werden oder aber auch in Bereichen des optoelektronischen Halbleiterbauelements entfernt werden. Ein isolierendes Material 151 kann jeweils über den ersten Verbindungsleitungen 149 angeordnet sein, um diese gegenüber dem äußeren Bereich zu isolieren. Beispielsweise sind die ersten Verbindungsleitungen 149 derart angeordnet, dass sie jeweils in einem Bereich vorliegen, in dem wenig Lichtemission zu erwarten ist. Beispielsweise können die ersten Verbindungsleitungen 149 mit den Trenngräben 113 und der vergrabenen isolierenden Schicht 126 überlappen.
  • Gemäß Ausführungsformen, die in 2D, 3A und 3B veranschaulicht sind, kann das optoelektronische Halbleiterbauelement zusätzlich eine Schicht 156 zur Strahlformung aufweisen. Die Schicht 156 zur Strahlformung kann beispielsweise eine Vielzahl von optischen Elementen 1531 , 1532 ,...153n aufweisen. Die optischen Elemente können auf der Seite der zweiten Hauptoberfläche 102 des optoelektronischen Halbleiterbauelements angeordnet sein. Gemäß Ausführungsformen können die optischen Elemente 1531 , 1532 ,...153n jeweils unterschiedlich ausgebildet sein und somit eine Abstrahlung der emittierten elektromagnetischen Strahlung in jeweils unterschiedliche Raumwinkel ermöglichen. Beispielsweise können die optischen Elemente 1531 , 1532 ,...153n jeweils in einen transparenten Träger 154 integriert sein und ein Multilinsenarray ausbilden. Auf diese Weise kann die Schicht 156 zur Strahlformung auf einfache Weise mit dem Halbleiterschichtstapel 123 verbunden werden. Der transparente Träger 154 mit den optischen Elementen 1531 , 1532 ,...153n kann beispielsweise derart aufgebracht werden, dass ein Luftspalt 155 zwischen dem Schichtstapel 153 und dem transparenten Träger 154 vorliegt. Auf diese Weise kann die Abstrahlcharakteristik des optoelektronischen Halbleiterbauelements weiter eingestellt werden. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann der Luftspalt 155 auch mit einem isolierenden transparenten Material, beispielsweise Polymer oder Oxid gefüllt sein. Durch die in 2D gezeigte Anordnung ist es somit möglich, optoelektronische Vorrichtungen, die jeweils eine unterschiedliche Abstrahlcharakteristik haben, gezielt durch die zugehörige Schaltung 1421 , 1422 ,... 142n anzusteuern. Beispielsweise können optoelektronische Vorrichtungen oder Gruppen von diesen mit jeweils unterschiedlicher Abstrahlcharakteristik sequentiell bestromt werden. Als Folge wird die räumliche Auflösung eines Detektors, der die Strahlung des optoelektronischen Halbleiterbauelements detektiert, erhöht. Ferner kann der Detektor deutlich vereinfacht werden, so dass die Kosten des Gesamtsystems verringert werden und der nötige Bauraum reduziert wird. Der Detektor kann sogar nur eine einzige lichtempfindliche Fläche aufweisen und durch die sequenzielle Bestromung der optoelektronischen Vorrichtungen dennoch ein räumliches Bild aufzeichnen.
  • Generell kann die im Rahmen der vorliegenden Beschreibung beschriebene Schicht 156 zur Strahlformung eine refraktive Optik, beispielsweise ein Multilinsenarray, oder eine diffraktive Optik, beispielsweise eine Metalllinse enthalten. Die Schicht 156 zur Strahlformung kann als separat gefertigter Wafer, beispielsweise aus Glas, Quarz, Silizium oder anderen geeigneten Materialien justiert aufgebracht werden. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann die Schicht 156 zur Strahlformung aus einem flüssigen Hartz (Spin-on-Glas, Silikon, Epoxid, Acrylat, Polyurethan, Polycarbonat, Poly-Benzocyclobuten) durch Abformung oder Mehrphotonenabsorption hergestellt werden.
  • 3A zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß weiteren Ausführungsformen. Abweichend von Ausführungsformen, die in 2D veranschaulicht sind, ist hier die leitende Füllung 135 in den Trenngräben 113 jeweils über erste Verbindungselemente 124 miteinander verbunden. Auf diese Weise kann die elektrische Verbindung unter den Teilen der Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp der einzelnen lichtemittierenden Vorrichtungen verbessert werden. Die ersten Verbindungselemente 124 bilden dabei ein Gitter aus, welches vor und hinter der dargestellten Zeichenebene in x-Richtung verläuft.
  • Gemäß den in 3A dargestellten Ausführungsformen kann die Schicht 156 zur Strahlformung, also beispielsweise der transparente Träger 154 mit der Vielzahl von optischen Elementen 1531 , 1532 ,...153n , direkt an den Halbleiterschichtstapel 123 angrenzen oder über einen Abstandshalter 152 von diesem beabstandet sein. Der Abstandshalter 152 kann aus einem elektrisch leitfähigen oder isolierenden Material hergestellt sein und jeweils derart angeordnet sein, dass die Bereiche, in denen elektromagnetische Strahlung emittiert wird, freiliegen und nicht mit dem Abstandshalter 152 bedeckt sind. Auf diese Weise entsteht eine Grenzfläche zwischen dem angrenzenden Medium und dem Luftspalt, der jeweils die optischen Eigenschaften der lichtemittierenden Vorrichtungen weiter beeinflussen kann. Auch hier können die einzelnen optischen Elemente 1531 , 1532 ,...153n jeweils unterschiedlich ausgebildet sein.
  • Gemäß Ausführungsformen, die in 3B veranschaulicht sind, kann in dem Anschlussgraben 116, über die das erste Verbindungselement 124 mit dem ersten Kontaktelement 125 verbunden wird, ein Teil der leitenden Füllung 135 durch Isolationsmaterial 157 ersetzt sein. Beispielsweise kann dadurch eine mechanische Verspannung innerhalb des optoelektronischen Halbleiterbauelements verringert werden. Insbesondere, wenn die einzelnen optoelektronischen Halbleiterbauelemente auf Waferebene hergestellt werden, kann eine derartige mechanische Spannung zu einer beträchtlichen Verbiegung des Wafers führen, die eine Verarbeitung der optoelektronischen Halbleiterbauelemente erschwert. Aus diesem Grunde kann es vorteilhaft sein, den Randbereich des Anschlussgrabens 116 mit einem Vergussmaterial oder Spin-On-Glass zu verfüllen. Der elektrische Kontakt wird weiterhin durch eine leitende Füllung 135 mit geringerer horizontaler Abmessung verwirklicht. Wie in 3B gezeigt ist, sind hier die Trenngräben 113 jeweils mit Isolationsmaterial 157 gefüllt. Dadurch, dass die Isolationsgräben 113 jeweils mit dem Isolationsmaterial 157 gefüllt sind, ergibt sich zusätzlich der Vorteil, dass Kurzschlüsse zwischen den einzelnen Mesas 114 vermieden werden können.
  • Nachfolgend wird ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß Ausführungsformen näher beschrieben.
  • 4A zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines Werkstücks 108 bei Durchführung des Verfahrens. Auf ein Wachstumssubstrat 100, beispielsweise ein GaAs-Substrat, ist ein Halbleiterschichtstapel 123 aufgebracht. Im Kontext der vorliegenden Beschreibung wird der Schichtstapel, der über dem Wachstumssubstrat 100 aufgebracht wird, generell als „Halbleiterschichtstapel“ 123 bezeichnet. Es können auch von Halbleitermaterialien verschiedene Materialien in diesem Halbleiterschichtstapel 123 angeordnet sein. Beispielsweise können die Schichten zum Aufbau des ersten Resonatorspiegels 115 sowie die erste Kontaktschicht 118 in dem Halbleiterschichtstapel 123 angeordnet sein. Weiterhin sind die Schichten zur Ausbildung der aktiven Zone 110 und die Schichten zur Ausbildung des zweiten Resonatorspiegels 120 in dem Halbleiterschichtstapel 123 angeordnet. Gemäß Ausführungsformen kann die erste Kontaktschicht 118 sehr dünn sein oder fehlen. Die erste Hauptoberfläche 101 des Halbleiterschichtstapels 123 stellt die erste Hauptoberfläche des optoelektronischen Halbleiterbauelements dar und ist freiliegend. Beispielsweise können im Bereich des ersten Resonatorspiegels 115 eine erste Halbleiterschicht von einem ersten Leitfähigkeitstyp, beispielsweise n-Typ enthalten sein. Die Schichten des zweiten Resonatorspiegels 120 können eine oder mehrere zweite Halbleiterschichten vom zweiten Leitfähigkeitstyp, beispielsweise p-Typ enthalten.
  • Gemäß einer alternativen Ausgestaltung (4B) können die Schichten des ersten Leitfähigkeitstyps auch p-leitend sein und die Schichten des zweiten Leitfähigkeitstyps sind n-leitend. In diesem Fall können beispielsweise die Schichten des Halbleiterschichtstapels 123 zunächst auf einem Wachstumssubstrat aufgewachsen werden, so dass die n-leitenden Schichten zuerst aufgewachsen werden, gefolgt von den p-leitenden Schichten. Der erzeugte Halbleiterschichtstapel 123 kann dann auf einen Handhabungsträger 107, beispielsweise einen Siliziumträger, aufgebracht und über ein Verbindungsmaterial 105 mit diesem verbunden werden. Als Folge sind die p-leitenden Schichten zwischen der aktiven Zone 110 und dem Handhabungsträger 107 angeordnet. Bei dieser Ausgestaltung können beispielsweise später aufzubringende Schaltungen die einzelnen optoelektronischen Vorrichtungen über n-Kontakte ansteuern, was gegebenenfalls effizienter zu realisieren ist.
  • Ausgehend von der in 4A dargestellten Struktur werden anschließend, wie in 4C veranschaulicht, Trenngräben 113 in dem Halbleiterschichtstapel 123 ausgebildet. Dadurch wird eine Vielzahl von Mesas 114 strukturiert. Die Trenngräben 113 erstrecken sich dabei beispielsweise sowohl in x- als auch in y-Richtung. Zusätzlich zur Strukturierung der Trenngräben 113 wird ein Anschlussgraben 116 definiert, der beispielsweise die erste Kontaktschicht 118 in einem Bereich, beispielsweise einem Randbereich des elektronischen Halbleiterbauelements, freilegt. Über den Anschlussgraben 116 kann die erste Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp kontaktiert werden, beispielsweise über die erste Kontaktschicht 118. Beispielsweise kann der Halbleiterschichtstapel 123 zusätzlich eine Ätzstopp-Schicht (nicht dargestellt) enthalten. Diese kann beispielsweise über der ersten Kontaktschicht 118 angeordnet sein.
  • In einem darauffolgenden Schritt wird, wie beispielsweise in 4D veranschaulicht ist, eine vergrabene isolierende Schicht 126 im Randbereich der Mesas 114 ausgebildet. Dadurch wird die Apertur 127 im zentralen Bereich der einzelnen Mesas definiert. Beispielsweise kann die vergrabende isolierende Schicht eine Oxidschicht sein. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann aber auch auf der ersten Hauptoberfläche 101 der einzelnen Mesas jeweils eine isolierende Schicht, beispielsweise eine SiO2-Schicht ausgebildet werden, wodurch ebenfalls eine Apertur ausgebildet wird.
  • Nachfolgend kann gemäß Ausführungsformen eine Passivierungsschicht 132, beispielsweise aus Al2O3, Si3N4, SiO2 oder einer Kombination dieser Materialien ausgebildet werden. Weiterhin werden zweite Verbindungselemente 129 auf der ersten Hauptoberfläche 101 des Schichtstapels 123 ausgebildet. Weiterhin wird im Bereich des Anschlussgrabens 116 über der ersten Kontaktschicht 118 ein erstes Verbindungselement 124 ausgebildet. Beispielsweise können das erste und/oder das zweite Verbindungselement 124, 129 aus ZnO, Gold oder AuGe hergestellt werden.
  • Nachfolgend werden gemäß Ausführungsformen sowohl die Isolationsgräben 113 als auch der Anschlussgraben 116 mit einer leitenden Füllung 135 gefüllt. Beispielsweise kann dies durch ein galvanisches Verfahren erfolgen. Beispiele für das Material der leitenden Füllung 135 umfassen beispielsweise Kupfer, Gold, Silber, Nickel oder Wolfram. Durch das Füllen mit der leitenden Füllung 135 wird ein Höhenausgleich außerhalb der lichtemittierenden Vorrichtungen 15 geschaffen. Alternativ kann, wie in 3B gezeigt ist, der Höhenausgleich auch durch einen Isolator wie beispielsweise SiO2, Spin-on-Glas (SOG), Vergussmasse bzw. Mold-Compound oder andere geeignete isolierende Materialien erfolgen. Beispielsweise kann das isolierende Material nach Abscheiden der leitenden Füllung 135 in dem Anschlussgraben 116 aufgebracht werden. Nach dem Abscheiden des isolierenden Materials kann ein Planarisierungsschritt erfolgen, z.B. durch chemisch-mechanisches Polieren (CMP, „chemical mechanical polishing“).
  • Nachfolgend wird, wie in 4G veranschaulicht, eine Passivierungsschicht 137 aufgebracht. Weiterhin werden Öffnungen in der Passivierungsschicht 137 ausgebildet. Anschließend wird leitendes Material in die Öffnungen eingefüllt. Dadurch bildet sich im Bereich des Anschlussgrabens 116 das erste Kontaktelement 125 aus. Weiterhin werden über den Mesas 114 jeweils die zweiten Kontaktelemente 130 ausgebildet. Beispielsweise kann das elektrisch leitfähige Material zur Ausbildung der ersten und zweiten Kontaktelemente 125, 130 Gold, Kupfer oder Nickel umfassen. Weiterhin kann ein CMP (Chemisch-Mechanisch-Polier Verfahren) durchgeführt werden. Auf diese Weise wird eine sehr plane Oberfläche des Werkstücks 108 erreicht. Entsprechend ist es möglich, das Werkstück 108 in einem nachfolgenden Schritt mit einem Schaltungssubstrat 140, in dem eine Vielzahl von Schaltungen 1421 , 1422 , ... 142n ausgeführt ist, zu verbinden.
  • Wie in 4G gezeigt ist, ist auf einer Seite des Schaltungssubstrats 140, die dem Werkstück 108 zugewandt ist, ein erster Anschlussbereich 145 angeordnet. Weiterhin sind auf dieser Seite eine Vielzahl von zweiten Anschlussbereichen 1461, 1462,... 146n angeordnet. Die ersten und zweiten Anschlussbereiche können beispielsweise aus Gold, Kupfer oder Nickel hergestellt sein. Die Schaltungen 1421 , 1422 , ... 142n können dabei jeweils eineindeutig mit den zweiten Kontaktelementen 1301 , 1302 ,...130n in der Weise verbunden werden, dass eine Schaltung genau eine lichtemittierende Vorrichtung ansteuert. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann eine der Schaltungen 1421 auch derart mit einem zugehörigen zweiten Kontaktelement verbunden sein, dass eine Gruppe von lichtemittierenden Vorrichtungen durch die Schaltung 1421 angesteuert wird.
  • Das Werkstück 108 kann prinzipiell durch ein Chip-to-Wafer-, Wafer-to-Wafer- oder Dünnfilm-Transfer-Verfahren wie beispielsweise µ-Transfer-Printing mit einer Ansteuerschaltung 142 oder einer Anordnung von Ansteuerschaltungen 1421 , 1422 ,... 142n verbunden werden. Beispielsweise kann die Anordnung von Ansteuerschaltungen 1421 , 1422 , ...142n auf Waferebene mit dem Werkstück verbunden werden. Die Verbindung kann beispielsweise durch ein hybrides Direkt-Bond-Verfahren, Thermokompressionsbonden oder strukturierte Lotmetalle erfolgen.
  • Beispielsweise kann das Wachstumssubstrat 100 durch Schleifen/Polieren, durch ein Nass- oder Trockenätzen oder durch eine Kombination dieser Verfahren entfernt werden.
  • Als Folge kann beispielsweise das optoelektronische Halbleiterbauelement, das in den 2A, 2B, 3A, 3B, 2C, 2D gezeigt ist, erhalten werden.
  • 5 fasst ein Verfahren gemäß Ausführungsformen zusammen. Ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements mit einer Vielzahl von lichtemittierenden Vorrichtungen, umfasst das Ausbilden (S100) eines ersten Resonatorspiegels, eines zweiten Resonatorspiegels sowie einer aktiven Zone zwischen dem ersten und dem zweiten Resonatorspiegel. Die aktive Zone ist geeignet, elektromagnetische Strahlung zu emittieren. Das Verfahren umfasst ferner das Ausbilden (S130) eines zweiten Kontaktelements. Die zweiten Kontaktelemente und ein erstes Kontaktelement, das mit einer ersten Halbleiterschicht von einem erstem Leitfähigkeitstyp der lichtemittierenden Vorrichtungen elektrisch verbunden ist, sind von einer ersten Hauptoberfläche der lichtemittierenden Vorrichtungen kontaktierbar, und die zweiten Kontaktelemente sind jeweils einzeln ansteuerbar. Hier kann zunächst der erste Resonatorspiegel, sodann die aktive Zone und schließlich der zweite Resonatorspiegel ausgebildet werden. Gemäß weiteren Ausgestaltungen kann zunächst der zweite Resonatorspiegel, dann die aktive Zone und schließlich der erste Resonatorspiegel ausgebildet werden.
  • 6 zeigt eine elektronische Vorrichtung 20 gemäß Ausführungsformen. Die elektronische Vorrichtung 20 umfasst das optoelektronische Halbleiterbauelement 10 wie vorstehend beschrieben. Beispielsweise kann die elektronische Vorrichtung ein Sensor sein, beispielsweise ein Sensor zur Gesichtserkennung oder zur Abstandsmessung beim autonomen Fahren. Gemäß Ausführungsformen kann die elektronische Vorrichtung 20 noch eine geeignete Detektoreinrichtung 25 umfassen. Beispielsweise kann von dem optoelektronischen Halbleiterbauelement 10 emittierte elektromagnetische Laserstrahlung von dem Objekt 200 reflektiert werden. Die reflektierte Strahlung kann von dem Detektor 35 detektiert werden. Das Objekt 200 kann beispielsweise ein Gesicht oder ein Fahrzeug oder auch eine Linse eines Mobiltelefons oder anderen elektronischen Geräts sein. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann das Objekt 200 auch ein anderes sein.
  • Die elektronische Vorrichtung 20 kann weiterhin eine Schaltung 35 zur Verarbeitung der gewonnenen Messergebnisse umfassen. Beispielsweise kann die Schaltung 35 geeignet sein, die einzelnen Schaltungen 1421 , 1422 , ... 142n des optoelektronischen Halbleiterbauelements zu steuern oder Steuerungssignale von diesen zu empfangen. Weiterhin kann die Schaltung 35 Signale von der Sensoreinrichtung 25 erhalten und aus diesen Signalen Informationen gewinnen, bzw. diese Signale weiterverarbeiten. Beispielsweise kann die elektronische Vorrichtung 20 ein ToF-Sensor („Time of flight“) oder ein anderer Sensor zur Erzeugung von 3-d Informationen über ein Objekt sein. Dadurch, dass wie vorstehend beschrieben worden ist, Einzel-Laser oder Gruppen von Lasern so gesteuert werden können, dass sie gezielt unterschiedliche Raumrichtungen bestrahlen, kann die räumliche Auflösung des Detektors erhöht werden und/oder der Detektor deutlich vereinfacht werden. Insbesondere kann gemäß Ausführungsformen der Detektor sogar nur eine einzige lichtempfindliche Fläche aufweisen und durch die sequenzielle Bestromung der optoelektronischen Vorrichtungen dennoch ein räumliches Bild aufzeichnen.
  • Als Folge können die Kosten des Systems deutlich verringert werden und auch der Bauraum weiter verkleinert werden. Aufgrund der kompakten Bauweise kann die elektronische Vorrichtung 20 günstig in mobilen Endgeräten wie beispielsweise Mobiltelefonen, PDA's („personal digital assistent“) und anderen eingesetzt werden. Weiterhin kann die elektronische Vorrichtung 20 einfach in die Außenhaut eines Fahrzeugs integriert werden.
  • 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.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Optoelektronisches Halbleiterbauelement
    15
    lichtemittierende Vorrichtung
    20
    elektronische Vorrichtung
    25
    Sensoreinrichtung
    30
    emittierte Strahlung
    35
    Verarbeitungseinrichtung
    100
    Wachstumssubstrat
    101
    erste Hauptoberfläche
    102
    zweite Hauptoberfläche
    105
    Verbindungsmaterial
    107
    Handhabungsträger
    108
    Werkstück
    110
    aktive Zone
    111
    erste Halbleiterschicht
    112
    zweite Halbleiterschicht
    113
    Trenngraben
    114
    Mesa
    115
    erster Resonatorspiegel
    116
    Anschlussgraben
    118
    erste Kontaktschicht
    120
    zweiter Resonatorspiegel
    123
    Schichtstapel
    124
    erstes Verbindungselement
    125
    erstes Kontaktelement
    126
    vergrabene isolierende Schicht
    127
    Apertur
    129
    zweites Verbindungselement
    130, 1301, 1302,... 130n
    zweites Kontaktelement
    132
    Passivierungsschicht
    135
    leitende Füllung
    137
    isolierende Schicht
    140
    Schaltungssubstrat
    1421, 1422, ...142n
    Schaltung
    1451, 1452,...145n
    zweiter Anschlussbereich
    146
    erster Anschlussbereich
    147
    gemeinsame Anschlussleitung
    149
    erste Verbindungsleitung
    151
    isolierendes Material
    152
    Abstandshalter
    1531, 1532,...153n
    optisches Element
    154
    transparenter Träger
    155
    Luftspalt
    156
    Schicht zur Strahlformung
    157
    Isolationsmaterial
    200
    Detektor
    210
    lichtempfindliche Fläche

Claims (15)

  1. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) mit einer Vielzahl von lichtemittierenden Vorrichtungen (15), die jeweils einen ersten Resonatorspiegel (115), einen zweiten Resonatorspiegel (120) sowie eine aktive Zone (110), die zwischen dem ersten und dem zweiten Resonatorspiegel (115, 120) angeordnet ist und welche geeignet ist, elektromagnetische Strahlung (30) zu emittieren, sowie ein zweites Kontaktelement (130) umfassen, wobei die zweiten Kontaktelemente (130) und ein erstes Kontaktelement (125), das mit einer ersten Halbleiterschicht (111) von einem erstem Leitfähigkeitstyp der lichtemittierenden Vorrichtungen (15) elektrisch verbunden ist, von einer ersten Hauptoberfläche (101) der lichtemittierenden Vorrichtungen kontaktierbar sind, und mindestens zwei der zweiten Kontaktelemente (130) jeweils einzeln ansteuerbar sind.
  2. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) nach Anspruch 1, ferner mit einer Anordnung von Schaltungen (1421, 1422,...142n) , die jeweils geeignet sind, die zweiten Kontaktelemente (130) der lichtemittierenden Vorrichtungen (15) anzusteuern.
  3. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) nach Anspruch 2, bei dem die Anordnung von Schaltungen (1421, 1422,...142n) in einem Schaltungssubstrat (140) angeordnet ist.
  4. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) nach Anspruch 3, bei dem das Schaltungssubstrat (140) angrenzend an die erste Hauptoberfläche (101) angeordnet ist.
  5. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der erste Leitfähigkeitstyp der p-Leitfähigkeitstyp ist.
  6. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit einer Vielzahl von optischen Elementen (1531, 1532,...153n) , die auf einer von der ersten Hauptoberfläche (101) abgewandten Seite der lichtemittierenden Vorrichtungen (15) angeordnet sind, wobei mindestens zwei der optischen Elemente (1531, 1532, ...153n) jeweils unterschiedlich ausgebildet sind, so dass emittierte Strahlung in jeweils unterschiedliche Raumrichtungen emittiert wird.
  7. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) nach Anspruch 6, bei dem die optischen Elemente (1531, 1532,...153n) von einer zweiten Hauptoberfläche (102) der lichtemittierenden Vorrichtungen (15) beabstandet angeordnet sind.
  8. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) nach Anspruch 6 oder 7, bei dem optoelektronische Vorrichtungen (15), an die jeweils unterschiedliche optische Elemente (1531, 1532,...153n) angrenzen, jeweils einzeln ansteuerbar sind.
  9. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit einer ersten Kontaktschicht (118), die mit der ersten Halbleiterschicht (111) verbunden ist, wobei die erste Kontaktschicht (118) zwischen der aktiven Zone (110) und dem ersten Resonatorspiegel (115) angeordnet ist.
  10. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit ersten Verbindungsleitungen (149), die geeignet sind, die erste Halbleiterschicht (111) von benachbarten lichtemittierenden Vorrichtungen (15) miteinander zu verbinden.
  11. Elektronische Vorrichtung (20) mit dem optoelektronischen Halbleiterbauelement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und einem Detektor (200).
  12. Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 11, bei der der Detektor (200) eine einzige lichtempfindliche Fläche (210) aufweist.
  13. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements (10) mit einer Vielzahl von lichtemittierenden Vorrichtungen, umfassend: Ausbilden (S100) eines ersten Resonatorspiegels (115), eines zweiten Resonatorspiegels (120) sowie einer aktiven Zone (110) zwischen dem ersten und dem zweiten Resonatorspiegel (115, 120), wobei die aktive Zone (110) geeignet ist, elektromagnetische Strahlung (30) zu emittieren, sowie Ausbilden (S130) einer Vielzahl von zweiten Kontaktelementen (130), wobei die zweiten Kontaktelemente (130) und ein erstes Kontaktelement (125), das mit einer ersten Halbleiterschicht (111) von einem erstem Leitfähigkeitstyp der lichtemittierenden Vorrichtungen elektrisch verbunden ist, von einer ersten Hauptoberfläche (101) der lichtemittierenden Vorrichtungen (15) kontaktierbar sind und die zweiten Kontaktelemente (130) jeweils einzeln ansteuerbar sind.
  14. Verfahren nach Anspruch 13 ferner mit Aufbringen eines Schaltungssubstrats (140), in dem eine Anordnung von Schaltungen (1421, 1422,...142n), die jeweils geeignet sind, die zweiten Kontaktelemente (130) der lichtemittierenden Vorrichtungen anzusteuern, angeordnet ist, über der ersten Hauptoberfläche (101) der lichtemittierenden Vorrichtungen.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, bei dem der erste und der zweite Resonatorspiegel (115, 120) sowie die aktive Zone (110) über einem Wachstumssubstrat (100) aufgewachsen werden, welches nach Aufbringen des Schaltungssubstrats (140) entfernt wird.
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