DE102021103593A1

DE102021103593A1 - Strahlungsemittierendes halbleiterbauteil und verfahren zur herstellung eines strahlungsemittierenden halbleiterbauteils

Info

Publication number: DE102021103593A1
Application number: DE102021103593.7A
Authority: DE
Inventors: Peter Fuchs; Hubert Halbritter; Bruno Jentzsch; Christian Lauer
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2021-02-16
Filing date: 2021-02-16
Publication date: 2022-08-18
Also published as: WO2022175159A1

Abstract

Es wird ein strahlungsemittierendes Halbleiterbauteil (1) angegeben, mit- zumindest zwei strahlungsemittierenden Halbleiterchips (2), die jeweils dazu ausgebildet sind elektromagnetische Strahlung über einen Emitterbereich (3) zu emittieren, und- einem Schichtenstapel (4), der teilweise reflektierend für elektromagnetische Strahlung ausgebildet ist, wobei- der Schichtenstapel (4) auf den Emitterbereichen (3) angeordnet ist, und- der Schichtenstapel (4) eine Dicke (5) aufweist, die stellenweise unterschiedlich ausgebildet ist.Darüber hinaus wird ein Verfahren zur Herstellung eines strahlungsemittierenden Halbleiterbauteils (1) angegeben.

Description

Es werden ein strahlungsemittierendes Halbleiterbauteil und ein Verfahren zur Herstellung eines strahlungsemittierenden Halbleiterbauteils angegeben.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein strahlungsemittierendes Halbleiterbauteil anzugeben, das eine verbesserte Abstrahlcharakteristik aufweist. Außerdem soll ein Verfahren zur Herstellung eines solchen strahlungsemittierenden Halbleiterbauteils angegeben werden.
Das strahlungsemittierende Halbleiterbauteil ist beispielsweise dazu ausgebildet, im Betrieb ultraviolette Strahlung, nahultraviolette Strahlung, sichtbare Strahlung, nahinfrarote Strahlung und/oder infrarote Strahlung zu erzeugen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das strahlungsemittierende Halbleiterbauteil zumindest zwei strahlungsemittierende Halbleiterchips, die jeweils dazu ausgebildet sind elektromagnetische Strahlung über einen Emitterbereich zu emittieren.
Beispielsweise umfasst jedes strahlungsemittierende Halbleiterbauteil eine Halbleiterschichtenfolge. Die Halbleiterschichtenfolge basiert beispielsweise auf einem Verbindungshalbleitermaterial, insbesondere auf einem III-V-Verbindungshalbleitermaterial, wie einem Nitridverbindungshalbleitermaterial, einem Phosphidverbindungshalbleitermaterial oder einem Arsenidverbindungshalbleitermaterial. Die Halbleiterschichtenfolgen können Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen.
Das strahlungsemittierende Halbleiterbauteil weist beispielsweise eine Haupterstreckungsebene auf und jeder der strahlungsemittierenden Halbleiterchips erstreckt sich in einer longitudinalen Richtung, parallel zur Haupterstreckungsebene. Eine laterale Richtung erstreckt sich beispielsweise parallel zur Haupterstreckungsebene und verläuft quer oder senkrecht zu der longitudinalen Richtung. Eine vertikale Richtung steht beispielsweise quer oder senkrecht auf der Haupterstreckungsebene.
Beispielsweise sind die longitudinalen Richtungen der strahlungsemittierenden Halbleiterchips im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet. „Im Wesentlichen“ bedeutet hier, dass die longitudinalen Richtungen herstellungsbedingt einen Winkel von höchstens 5°, insbesondere höchstens 1°, zueinander aufweisen können. Weiterhin sind die strahlungsemittierenden Halbleiterchips zum Beispiel in lateraler Richtung nebeneinander angeordnet.
Alternativ, sind die longitudinalen Richtungen der strahlungsemittierenden Halbleiterchips beispielsweise schräg zueinander angeordnet. In diesem Fall ist es möglich, dass sich die strahlungsemittierenden Halbleiterchips teilweise überlappen. Beispielsweise kreuzen sich zumindest zwei der strahlungsemittierenden Halbleiterchips.
Zum Beispiel sind die strahlungsemittierenden Halbleiterchips in einer gemeinsamen Ebene angeordnet, die sich parallel zur Haupterstreckungsebene erstreckt.
Die Halbleiterschichtenfolgen umfassen beispielsweise jeweils eine erste Halbleiterschicht eines ersten Dotiertyps und eine zweite Halbleiterschicht eines zweiten, vom ersten Dotiertyp verschiedenen Dotiertyps. Zum Beispiel ist die erste Halbleiterschicht p-dotiert und die zweite Halbleiterschicht n-dotiert ausgebildet. Alternativ ist die erste Halbleiterschicht n-dotiert und die zweite Halbleiterschicht p-dotiert ausgebildet. Die erste Halbleiterschicht und die zweite Halbleiterschicht sind beispielsweise in vertikaler Richtung übereinander gestapelt.
Beispielsweise ist ein aktiver Bereich zwischen der ersten Halbleiterschicht und der zweiten Halbleiterschicht angeordnet. Der aktive Bereich weist zum Beispiel einen pn-Übergang zur Erzeugung der elektromagnetischen Strahlung auf, wie beispielsweise eine Heterostruktur, eine Einfachquantentopfstruktur oder eine Mehrfachquantentopfstruktur. Insbesondere ist jeder aktive Bereich zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung ausgebildet, wobei die erzeugten elektromagnetischen Strahlungen jeweils eine gleiche Peakwellenlänge aufweisen.
Die erzeugte elektromagnetische Strahlung ist beispielsweise über die Emitterbereiche auskoppelbar.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das strahlungsemittierende Halbleiterbauteil einen Schichtenstapel, der teilweise reflektierend für elektromagnetische Strahlung ausgebildet ist.
Der Schichtenstapel ist beispielsweise elektrisch isolierend ausgebildet und umfasst dielektrische Materialien oder besteht daraus. Beispielsweise umfasst der Schichtenstapel eine Vielzahl von Schichten. In diesem Fall ist der Schichtenstapel mit abwechselnd angeordneten Schichten eines hochbrechenden und eines niedrigbrechenden Materials gebildet. Die Schichten des Schichtenstapels umfassen beispielsweise SiO₂, Al₂O₃, TiO₂, Ta₂O₅, Nb₂O₅, NbF, Si₃N₄, Si₂ON₂, MgF₂.
Der Schichtenstapel weist beispielsweise für die im aktiven Bereich erzeugte elektromagnetische Strahlung eine Reflexion von höchstens 90 %, 50 %, 10 %, 5 % oder 1 % auf. Insbesondere liegt die Reflexion an einer Grenzfläche der Halbleiterschichtenfolge im Bereich der Emitterbereiche und des Schichtenstapels vor.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterbauteils ist der Schichtenstapel auf den Emitterbereichen angeordnet. Beispielsweise steht der Schichtenstapel in direktem Kontakt mit der Halbleiterschichtenfolge, insbesondere mit den Emitterbereichen. Beispielsweise bedeckt der Schichtenstapel alle Emitterbereiche vollständig.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterbauteils weist der Schichtenstapel eine Dicke auf, die stellenweise unterschiedlich ausgebildet ist. Insbesondere ist jede Schicht des Schichtenstapels stellenweise unterschiedlich ausgebildet.
Beispielsweise ist die Reflexion der im aktiven Bereich erzeugten elektromagnetischen Strahlung abhängig von der Dicke des Schichtenstapels und einem Wellenlängenbereich der elektromagnetischen Strahlung. Beispielsweise ist die Dicke des Schichtenstapels über verschiedenen Emitterbereichen unterschiedlich ausgebildet. Das heißt, elektromagnetische Strahlungen, die von verschiedenen Emitterbereichen ausgekoppelt werden, werden von dem Schichtenstapel unterschiedlich reflektiert.
In mindestens einer Ausführungsform umfasst das strahlungsemittierende Halbleiterbauteil zumindest zwei strahlungsemittierende Halbleiterchips, die jeweils dazu ausgebildet sind elektromagnetische Strahlung über einen Emitterbereich zu emittieren, und ein Schichtenstapel, der teilweise reflektierend für elektromagnetische Strahlung ausgebildet ist. Der Schichtenstapel ist auf den Emitterbereichen angeordnet und der Schichtenstapel weist eine Dicke auf, die stellenweise unterschiedlich ausgebildet ist.
Eine Idee des hier beschriebenen strahlungsemittierenden Halbleiterbauteils ist unter anderem, dass die Dicke des Schichtenstapels über verschiedenen Emitterbereichen unterschiedlich ausgebildet ist. Vorteilhafterweise kann damit jeweils eine Reflexion der in den aktiven Bereichen erzeugten elektromagnetischen Strahlung an der Grenzfläche der Halbleiterschichtenfolge und des Schichtenstapels vorgegeben werden. Die über benachbarten Emitterbereiche von dem Schichtenstapel ausgekoppelten elektromagnetischen Strahlungen können damit voneinander verschiedene Peakwellenlängen aufweisen. Vorteilhafterweise können so Bild-Artefakte, die beispielsweise durch den Speckle-Effekt induziert werden, reduziert werden.
Die von dem Halbleiterbauteil emittierten Peakwellenlängen sind damit insbesondere durch den Schichtenstapel im Halbleiterbauteil vorgegeben. Vorteilhafterweise sind so keine externen Elemente, wie z.B. Gitter, insbesondere Volumen-Bragg-Gitter, benötigt, die ebenfalls justiert und montiert werden müssen. Damit kann mit Vorteil eine Montage vereinfacht sein, und das Halbleiterbauteil weist mit Vorteil eine erhöhte Robustheit gegen Vibrationen auf.
Weiterhin kann ein derartiges strahlungsemittierendes Halbleiterbauteil in einer LIDAR(„Light Detection and Ranging“)-Vorrichtung eingesetzt werden. Vorteilhafterweise kann eine derartige LIDAR-Vorrichtung frei von mechanisch beweglichen Teilen sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterbauteils weisen die strahlungsemittierenden Halbleiterchips eine gemeinsame Halbleiterschichtenfolge auf. Bei der gemeinsamen Halbleiterschichtenfolge handelt es sich um die Halbleiterschichtenfolge, insbesondere einer epitaktisch gewachsenen Halbleiterschichtenfolge. Die strahlungsemittierenden Halbleiterchips sind insbesondere monolithisch miteinander verbunden. Beispielsweise umfasst das strahlungsemittierende Halbleiterbauteil genau eine gemeinsame Halbleiterschichtenfolge. Die strahlungsemittierenden Halbleiterchips sind aus der gemeinsamen Halbleiterschichtenfolge gebildet. Beispielsweise sind alle Emitterbereiche Teil der gemeinsamen Halbleiterschichtenfolge. In diesem Fall handelt es sich bei dem strahlungsemittierenden Halbleiterbauteil um ein pixeliertes strahlungsemittierendes Halbleiterbauteil.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterbauteils sind die Emitterbereiche in einer gemeinsamen Ebene angeordnet. Die gemeinsame Ebene erstreckt sich beispielsweise parallel zur Haupterstreckungsebene oder senkrecht zur Haupterstreckungsebene. Erstreckt sich die gemeinsame Ebene der Emitterbereiche parallel zur Haupterstreckungsebene ist die Dicke des Schichtenstapels in vertikaler Richtung definiert. Erstreckt sich die gemeinsame Ebene der Emitterbereiche senkrecht zur Haupterstreckungsebene ist die Dicke des Schichtenstapels in longitudinaler Richtung definiert.
Die Emitterbereiche sind beispielsweise entlang der lateralen Richtung angeordnet. Der Schichtenstapel erstreckt sich beispielsweise entlang der lateralen Richtung.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterbauteils ist eine Peakwellenlänge einer aus dem Schichtenstapel ausgekoppelten elektromagnetischen Strahlung abhängig von der Dicke.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das strahlungsemittierende Halbleiterbauteil dazu ausgebildet, elektromagnetische Strahlung mit zumindest zwei voneinander verschiedenen Peakwellenlängen auszusenden. Beispielsweise weist elektromagnetische Strahlung, die von dem Schichtenstapel ausgekoppelt wird, über verschiedenen Emitterbereichen voneinander verschiedene Peakwellenlängen auf.
Die Peakwellenlängen unterscheiden sich beispielsweise um mindestens 1 nm und höchstens 20 nm. Beispielsweise unterscheiden sich die Peakwellenlängen, die über den Schichtenstapel ausgekoppelt werden, über direkt benachbarten Emitterbereichen, beispielsweise um mindestens 3 nm und höchstens um 5 nm. Vorteilhafterweise werden so Bildartefakte besonders effektiv vermieden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterbauteils weist die Dicke des Schichtenstapels entlang der Emitterbereiche einen ersten periodischen Verlauf auf. Ein periodischer Verlauf aufweisend bedeutet hier und im Folgenden, dass sich ein Verlauf der Dicke des Schichtenstapels in bestimmten Abständen wiederholt. Bei jedem der bestimmten Abstände handelt es sich in diesem Fall um eine Periode. Der periodische Verlauf kann genau eine Periode oder mehr als eine Periode, insbesondere eine Vielzahl an Perioden, umfassen. Mit anderen Worten ändert sich die Dicke des Schichtenstapels entlang der lateralen Richtung, insbesondere periodisch.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterbauteils ist die Dicke des Schichtenstapels entlang der Emitterbereiche innerhalb einer Periode des ersten periodischen Verlaufs stellenweise unterschiedlich ausgebildet.
Umfasst der erste periodische Verlauf nur eine Periode, verkleinert sich die Dicke des Schichtenstapels oder vergrößert sich die Dicke des Schichtenstapels entlang der lateralen Richtung. Insbesondere verkleinert sich die Dicke des Schichtenstapels oder vergrößert sich die Dicke des Schichtenstapels kontinuierlich. Mit anderen Worten weist die Dicke des Schichtenstapels innerhalb einer Periode zum Beispiel einen Gradienten auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das strahlungsemittierende Halbleiterbauteil zumindest vier strahlungsemittierende Halbleiterchips. Alle strahlungsemittierenden Halbleiterchips sind beispielsweise in lateraler Richtung nebeneinander angeordnet. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterbauteils weist eine Reflexion von elektromagnetischer Strahlung an dem Schichtenstapel einen zweiten periodischen Verlauf auf, wobei sich eine Periode des zweiten periodischen Verlaufs über zumindest zwei direkt benachbarte Emitterbereiche erstreckt.
In dieser Ausführungsform umfasst das strahlungsemittierende Halbleiterbauteil beispielsweise zumindest vier strahlungsemittierende Halbleiterchips. Umfasst die Periode des zweiten periodischen Verlaufs beispielsweise zwei direkt benachbarte Emitterbereiche, ist die Peakwellenlänge, die über den Schichtenstapel ausgesendet wird, über jedem zweiten Emitterbereich gleich.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterbauteils weist ein Querschnitt durch den Schichtenstapel eine Sägezahnform auf. In diesem Ausführungsbeispiel umfasst der erste periodische Verlauf eine Vielzahl der Perioden. Die Dicke innerhalb einer Periode weist beispielsweise einen Gradienten auf, der für alle Perioden gleich ausgebildet ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterbauteils weist der Schichtenstapel eine Vielzahl von Schichten auf. Jede Schicht weist beispielsweise eine Dicke auf, die unterschiedlich zu jeder anderen Dicke der Schichten ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterbauteils sind relative Dickenverhältnisse der Schichten zueinander entlang der Emitterbereiche gleich. Verkleinert sich beispielsweise die Dicke des Schichtenstapels entlang der lateralen Richtung innerhalb einer Periode, so verkleinert sich auch jede der Schichten relativ zu der Verkleinerung der Dicke des Schichtenstapels. Vergrößert sich beispielsweise die Dicke des Schichtenstapels entlang der lateralen Richtung innerhalb einer Periode, so vergrößert sich auch jede der Schichten relativ zu der Vergrößerung der Dicke des Schichtenstapels.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterbauteils ist eine Absorberschicht in dem Schichtenstapel angeordnet. Beispielsweise sind mehrere Absorberschichten in dem Schichtenstapel angeordnet. Die Absorberschicht ist beispielsweise zwischen zwei der Schichten des Schichtenstapels angeordnet. Die Absorberschicht umfasst beispielsweise ein Halbleitermaterial oder ist daraus gebildet, wie z.B. Si.
Die Absorberschicht ist beispielsweise dazu ausgebildet einen Wellenlängenbereich der im aktiven Bereich erzeugten elektromagnetischen Strahlung zumindest teilweise zu absorbieren. Beispielsweise wird nur ein Teil des Wellenlängenbereichs absorbiert. Beispielsweise weist eine Absorption von elektromagnetischer Strahlung von der Absorberschicht einen dritten periodischen Verlauf auf, wobei sich eine Periode des dritten periodischen Verlaufs über zumindest zwei direkt benachbarte Emitterbereiche erstreckt. Insbesondere kann der dritte periodische Verlauf unabhängig von dem ersten periodischen Verlauf und/oder dem zweiten periodischen Verlauf vorgegeben sein. Weiterhin ist ein Brechungsindex der Absorberschicht beispielsweise größer als der Brechungsindex der Schichten des Schichtenstapels.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterbauteils ist jeder strahlungsemittierende Halbleiterchip eine Laserdiode. In diesem Fall ist die elektromagnetische Strahlung, die von dem strahlungsemittierenden Halbleiterbauteil ausgekoppelt wird, insbesondere die von dem Schichtenstapel ausgekoppelt wird, Laserstrahlung. Die Laserstrahlung weist beispielsweise eine vergleichsweise große zeitliche Kohärenz und eine vergleichsweise große räumliche Kohärenz auf. Insbesondere handelt es sich bei der Laserstrahlung um monochromatisches und kohärentes Laserlicht.
In Abhängigkeit der Reflexion der elektromagnetischen Strahlung, die an dem Schichtenstapel zurück in die Halbleiterschichtenfolge reflektiert wird, handelt es sich bei dem strahlungsemittierenden Halbleiterchip um eine Laserdiode oder eine superlumineszente Diode.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterbauteils ist jeder strahlungsemittierende Halbleiterchip eine superlumineszente Diode. Beispielsweise wird die erzeugte elektromagnetische Strahlung in der Halbleiterschichtenfolge verstärkt. Vorteilhafterweise weist aus der superlumineszenten Diode ausgekoppelte superlumineszente elektromagnetische Strahlung im Vergleich zu nicht verstärkter elektromagnetischen Strahlung eine erhöhte Helligkeit und/oder einen erhöhten Lichtstrom auf.
Im Unterschied zu einer Laserdiode weisen superlumineszente Dioden keinen Resonator auf. In Verbindung mit der superlumineszenten Diode wird Strahlung beispielsweise verstärkt, wobei die von dem strahlungsemittierenden Halbleiterbauteil ausgekoppelte elektromagnetische Strahlung, insbesondere die von dem Schichtenstapel ausgekoppelte elektromagnetische Strahlung, eine vergleichsweise geringe zeitliche Kohärenz und eine vergleichsweise große räumlich Kohärenz aufweist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterbauteils sind die Emitterbereiche senkrecht zu einer Haupterstreckungsebene des Halbleiterbauteils angeordnet. Beispielsweise handelt es sich in dieser Ausführungsform bei den strahlungsemittierenden Halbleiterchips um sogenannte kantenemittierende Halbleiterchips. In diesem Fall wird die aus dem Halbleiterbauteil ausgekoppelte elektromagnetische Strahlung in longitudinaler Richtung ausgekoppelt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterbauteils sind die Emitterbereichen parallel zu einer Haupterstreckungsebene des Halbleiterbauteils angeordnet. Beispielsweise handelt es sich in dieser Ausführungsform bei den strahlungsemittierenden Halbleiterchips um sogenannte oberflächenemittierende Halbleiterchips. In diesem Fall wird die aus dem Halbleiterbauteil ausgekoppelte elektromagnetische Strahlung in vertikaler Richtung ausgekoppelt.
Es wird darüber hinaus ein Verfahren zur Herstellung eines strahlungsemittierenden Halbleiterbauteils angegeben, mit dem ein hier beschriebenes strahlungsemittierendes Halbleiterbauteil hergestellt werden kann. Sämtliche in Verbindung mit dem strahlungsemittierenden Halbleiterbauteil offenbarten Merkmale und Ausführungsformen sind daher auch in Verbindung mit dem Verfahren offenbart und umgekehrt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens werden zumindest zwei strahlungsemittierende Halbleiterchips bereitgestellt, die jeweils dazu ausgebildet sind, elektromagnetische Strahlung über einen Emitterbereich zu emittieren. Beispielsweise werden zumindest zwei strahlungsemittierende Halbleiterchips aus einem Halbleiterwafer erzeugt. Weiterhin können eine Vielzahl von strahlungsemittierenden Halbleiterchips aus dem Halbleiterwafer erzeugt werden. Bei den erzeugten strahlungsemittierenden Halbleiterchips handelt es sich beispielsweise um einen Barren, der die Vielzahl von strahlungsemittierenden Halbleiterchips umfasst.
Der Halbleiterwafer umfasst beispielsweise die Halbleiterschichtenfolge, insbesondere die gemeinsame Halbleiterschichtenfolge.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird ein Schichtenstapel, der teilweise reflektierend für elektromagnetische Strahlung ausgebildet ist, auf den Emitterbereichen aufgebracht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens weist der Schichtenstapel eine Dicke auf, die stellenweise unterschiedlich ausgebildet ist.
Der Barren kann nachfolgend zu dem strahlungsemittierenden Halbleiterbauteil, insbesondere mehreren strahlungsemittierenden Halbleiterbauteile, vereinzelt werden. Vorteilhafterweise ist die Peakwellenlänge der elektromagnetischen Strahlung, die über einem der strahlungsemittierenden Halbleiterchips aus dem Schichtenstapel ausgekoppelt wird gegenüber einer Peakwellenlänge der elektromagnetischen Strahlung, die über einem direkt benachbarten strahlungsemittierenden Halbleiterchip aus dem Schichtenstapel ausgekoppelt wird, verschieden. Die Peakwellenlängen unterscheiden sich beispielsweise um mindestens 1 nm und höchstens 5 nm.
Mit einem derartigen Verfahren kann ein Auskoppel-Spiegel, hier der Schichtenstapel, besonders einfach mittels eines einzigen Verfahrensschritts erzeugt werden. Ein derartiges Verfahren ist damit besonders zeit- und kostensparend. Weiterhin ist ein derartiges strahlungsemittierendes Halbleiterbauteil besonders platzsparend. Beispielsweise wird eine besonders hohe Packungsdichte der strahlungsemittierenden Halbleiterchips, insbesondere der Emitterbereiche, erreicht. Damit kann die von dem Halbleiterbauteil emittierte elektromagnetische Strahlung besonders einfach auf einen gemeinsamen Bereich abgebildet werden. Bei dem gemeinsamen Bereich handelt es sich beispielswiese um eine Faser-Endfläche oder, bei direkter Einstrahlung, um ein Pulverbett bei einem 3D-Druckverfahren. Insbesondere können derartige Halbleiterbauteile in Displayanwendungen verwendet werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird der Schichtenstapel durch einen Sputterprozess mittels einer Verteilungsblende aufgebracht. Die Dicke des Schichtenstapels ist mit Vorteil entlang der lateralen Richtung mittels der Verteilungsblende besonders genau vorgebbar. Beispielsweise kann die Dicke einer Schicht des Schichtenstapels über zwei direkt benachbarten Emitterbereichen um wenigstens 1 % verändert werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens weist die Verteilungsblende in Draufsicht eine Sägezahnform auf.
Nachfolgend werden das strahlungsemittierende Halbleiterbauteil und das Verfahren zur Herstellung des strahlungsemittierenden Halbleiterbauteils unter Bezugnahme auf die Figuren anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

1 schematische Schnittdarstellungen eines strahlungsemittierenden Halbleiterbauteils gemäß einem Ausführungsbeispiel,
2 exemplarisches Diagramm einer Reflexion des Schichtenstapels für verschiedene Wellenlängen und für verschiedene Dicken des Schichtenstapels,
3 exemplarisches Diagramm einer Reflexion und einer Absorption des Schichtenstapels für verschiedene Wellenlängen,
4 eine schematische Schnittdarstellung einer Schichtdicke gemäß einem Ausführungsbeispiel,
5 und 6 schematische Darstellungen eines strahlungsemittierenden Halbleiterbauteils gemäß einem Ausführungsbeispiel,
7 eine schematische Schnittdarstellung eines strahlungsemittierenden Halbleiterbauteils gemäß einem Ausführungsbeispiel, und
8 eine schematische Darstellung eines Verfahrensstadiums bei der Herstellung eines strahlungsemittierenden Halbleiterbauteils gemäß einem Ausführungsbeispiel.

Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder für eine bessere Verständlichkeit übertrieben groß dargestellt sein.
Das strahlungsemittierende Halbleiterbauteil 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel der 1 umfasst zehn strahlungsemittierende Halbleiterchips 2, die in lateraler Richtung 6 nebeneinander angeordnet sind. Weiterhin erstreckt sich jeder strahlungsemittierende Halbleiterchip 2 in eine zur lateralen Richtung 6 senkrecht verlaufenden longitudinalen Richtung 7.
Jeder strahlungsemittierende Halbleiterchip 2 ist dazu ausgebildet, elektromagnetische Strahlung über einen Emitterbereich 3 zu emittieren. Die Emitterbereiche 3 sind in einer gemeinsamen Ebene angeordnet, die sich senkrecht zu der longitudinalen Richtung 7 erstreckt. In diesem Ausführungsbeispiel handelt es sich bei den strahlungsemittierenden Halbleiterchips 2 um kantenemittierende Halbleiterchips 2. In diesem Fall wird die aus dem strahlungsemittierenden Halbleiterbauteil 1 auszukoppelnde elektromagnetische Strahlung in longitudinaler Richtung 7 ausgesendet.
Weiterhin umfasst das strahlungsemittierende Halbleiterbauteil 1 einen Schichtenstapel 4, der teilweise reflektierend für elektromagnetische Strahlung ausgebildet ist, die aus den Emitterbereichen 3 der strahlungsemittierenden Halbleiterchips 2 austritt. Der Schichtenstapel 4 weist eine Dicke 5 auf, die stellenweise unterschiedlich ausgebildet ist. Die Dicke 5 des Schichtenstapels 4 vergrößert sich, in der 1 von rechts nach links, entlang der Emitterbereiche 3 entlang der longitudinalen Richtung 7. Die Dicke 5 des Schichtenstapels 4 weist entlang der Emitterbereiche 3 einen ersten periodischen Verlauf 22 mit einer einzelnen Periode 21 auf. Innerhalb dieser Periode 21 vergrößert sich die Dicke 5 des Schichtenstapels 4 entlang der Emitterbereiche 3 entlang der longitudinalen Richtung 7.
Die strahlungsemittierenden Halbleiterchips 2 umfassen eine gemeinsame Halbleiterschichtenfolge 9. Das heißt, die strahlungsemittierenden Halbleiterchips 2 sind aus denselben Materialien gebildet. Damit sind aktive Bereiche 11 der strahlungsemittierenden Halbleiterchips 2 dazu ausgebildet elektromagnetische Strahlung mit demselben Wellenlängenbereich zu erzeugen. Eine Reflexion der in den aktiven Bereichen 11 erzeugten elektromagnetischen Strahlung ist abhängig von der Dicke 5 des Schichtenstapels 4.
Die Reflexion der in den aktiven Bereichen 11 erzeugten elektromagnetischen Strahlung weist einen zweiten periodischen Verlauf 23 auf, wobei sich eine Periode 21 des zweiten periodischen Verlaufs 23 über zumindest drei direkt benachbarte Emitterbereiche 3 erstreckt.
Das Diagramm der 2 umfasst eine Reflexion R in % eines Schichtenstapels 4 für verschiedene Wellenlängen wL. Kurven C1, C2 und C3 sind repräsentativ für verschiedene Dicken 5 des Schichtenstapels 4.
Der Schichtenstapel 4 umfasst eine Vielzahl von Schichten. Der Schichtenstapel 4 ist mit abwechselnd angeordneten Schichten eines hochbrechenden und eines niedrigbrechenden Materials gebildet. Die Schichten weisen beispielsweise eine Dicke von mindestens 5 nm und höchstens 500 nm, insbesondere mindestens 10 nm und höchstens 300 nm, auf. Insbesondere sind alle Dicken unterschiedlich ausgebildet. Weiterhin weisen die Schichten beispielsweise einen Brechungsindex von mindestens 1,5 und höchstens 2,5 auf. Der Schichtenstapel 4, der zu der Kurve C1 korrespondiert, weist eine Dicke 5 von etwa 1280 nm auf. Ein derartiger Schichtenstapel 4 weist beispielsweise eine Reflexion von etwa 13 % für elektromagnetische Strahlung mit einer Peakwellenlänge von 450 nm auf.
Der Schichtenstapel 4, der zu der Kurve C2 korrespondiert, weist eine Dicke 5 von 1232 nm auf. Damit ist die Dicke 5 des Schichtenstapels 4 korrespondierend zur Kurve C2 um ca. 4% kleiner als die Dicke 5 des Schichtenstapels 4 korrespondierend zur Kurve C1. Die Dicken der Schichten korrespondierend zur Kurve C2 sind entsprechend um jeweils 4 % kleiner ausgeführt als die Dicken der Schichten korrespondierend zur Kurve C1.
Der Schichtenstapel 4, der zu der Kurve C3 korrespondiert, weist eine Dicke 5 von 1184 nm auf. Damit ist die Dicke 5 des Schichtenstapels 4 korrespondierend zur Kurve C3 um ca. 4% kleiner als die Dicke 5 des Schichtenstapels 4 korrespondierend zur Kurve C2. Die Dicken der Schichten korrespondierend zur Kurve C1 sind entsprechend um jeweils 4 % kleiner ausgeführt als die Dicken der Schichten korrespondierend zur Kurve C2.
Das Diagramm der 3 umfasst eine Reflexion R in %, gekennzeichnet mit der durchgezogenen Kurve, und eine Absorption in %, gekennzeichnet mit der gestrichelten Kurve, eines Schichtenstapels 4 für verschiedene Wellenlängen wL. Die durchgezogene Kurve entspricht in etwa dem Schichtenstapel 4, der zur Kurve C1 korrespondiert.
Der Schichtenstapel 4 weist zusätzlich eine Absorberschicht auf. Die Absorberschicht umfasst Si. Sendet ein Emittertbereich beispielsweise elektromagnetische Strahlung mit einer Peakwellenlänge von 504 nm aus, wird die elektromagnetische Strahlung zu ca. 5 % reflektiert. Ferner wird diese elektromagnetische Strahlung mit einer Peakwellenlänge von 504 nm zu ca. 1,1 % absorbiert. Damit kann mit Vorteil ein vorgegebener Wellenlängenbereich absorbiert werden. Die Absorption weist weiterhin einen dritten periodischen Verlauf auf, wobei der dritte periodische Verlauf der Absorption derart gegenüber der Kurve der Reflexion verschoben ist, dass jeweils Berge der Kurve der Reflexion und Täler der Kurve der Absorption in etwa zusammenfallen.
In Verbindung mit der 4 ist ein Verlauf der Dicke 5 des Schichtenstapels 4 über den strahlungsemittierenden Halbleiterchips 2, insbesondere über den Emitterbereichen 3, dargestellt. Die durchgezogene Linie entspricht einer Dicke 5 des Schichtenstapels 4, wobei der Schichtenstapel 4 ohne Verteilungsblende 14 aufgebracht ist. Die gestrichelte Linie entspricht einer Dicke 5 des Schichtenstapels 4, wobei der Schichtenstapel 4 mit Verteilungsblende 14 aufgebracht ist.
Die strahlungsemittierenden Halbleiterchips 2 des strahlungsemittierenden Halbleiterbauteils 1 weisen gemäß der 5 eine Halbleiterschichtenfolge 9 mit einer ersten Halbleiterschicht 10 und einer zweiten Halbleiterschicht 12 auf, zwischen denen ein aktiver Bereich 11 angeordnet ist. Die Halbleiterschichtenfolge 9 ist auf einem Träger 15 angeordnet. In diesem Ausführungsbeispiel handelt es sich bei den strahlungsemittierenden Halbleiterchips 2 jeweils um einen Oberflächenemitter.
In einem ersten Randbereich jedes strahlungsemittierenden Halbleiterchips 2 ist eine erste reflektierende Fläche 19 angeordnet, wobei ein Winkel zwischen der ersten reflektierenden Fläche 19 und einer Haupterstreckungsebene des strahlungsemittierenden Halbleiterbauteils 1 ungefähr 45° beträgt. Weiterhin ist auf einer Deckfläche der Halbleiterschichtenfolge 9 im ersten Randbereich eine hochreflektierende Beschichtung 18 angeordnet. In einem zweiten Randbereich jedes strahlungsemittierenden Halbleiterchips 2 ist eine zweite reflektierende Fläche 20 angeordnet, wobei ein Winkel zwischen der zweiten reflektierenden Fläche 20 und der Haupterstreckungsebene ungefähr 45° beträgt. Weiterhin ist auf der Deckfläche der Halbleiterschichtenfolge 9 im zweiten Randbereich ein Schichtenstapel 4 angeordnet.
Bei der Halbleiterschichtenfolge 9 handelt es sich um eine gemeinsame Halbleiterschichtenfolge 9. Zwischen dem Schichtenstapel 4 und der hochreflektierenden Beschichtung 18 ist auf der Deckfläche der Halbleiterschichtenfolge 9 entlang der longitudinalen Richtung 7 eine erste Kontaktschicht 16 angeordnet. Auf einer gegenüberliegenden Bodenfläche der Halbleiterschichtenfolge 9 sind entlang der longitudinalen Richtung 7 mehrere zweite Kontaktschichten 17 angeordnet, die sich jeweils in longitudinaler Richtung 7 erstrecken und in lateraler Richtung 6 beabstandet voneinander sind. Durch die erste Kontaktschicht 16 und jeweils eine der zweiten Kontaktschichten 17 ist eine Dimension jeweils eines aktiven Bereichs 11 in der lateralen Richtung 6 vorgegeben.
Die in dem aktiven Bereich 11 erzeugte elektromagnetische Strahlung bildet jeweils einen Strahl mit einem Strahlprofil, das im Querschnitt senkrecht zu der longitudinalen Richtung 7 eine laterale und eine vertikale Ausdehnung aufweist. Elektromagnetische Strahlung, die sich in Richtung der ersten reflektierenden Fläche 19 ausbreitet, wird mittels der hochreflektierenden Beschichtung 18 und nochmaliger Reflexion an der ersten reflektierenden Fläche 19 in Richtung der zweiten reflektierenden Fläche 20 gelenkt. Emittierte elektromagnetische Strahlung, die sich in Richtung der zweiten reflektierenden Fläche 20 ausbreitet, überlagert sich mit der an der ersten reflektierenden Fläche 19 reflektierten Strahlung. Die so überlagerte elektromagnetische Strahlung des aktiven Bereichs 11 wird im Bereich des Emitterbereichs 3 überlagert und wird beispielsweise ausgekoppelt.
Die ausgekoppelte Strahlung ist damit verstärkt und weist eine erhöhte Helligkeit und einen erhöhten Lichtstrom auf.
Damit handelt es sich bei den strahlungsemittierenden Halbleiterchips 2 beispielsweise um superluminiszente Dioden.
Beispielsweise kann die Reflexion des Schichtenstapels 4 so angepasst sein, dass das Bauteil dazu ausgebildet ist Laserstrahlung zu emittieren. In diesem Fall handelt es sich bei den strahlungsemittierenden Halbleiterchips 2 beispielsweise um Laserdioden.
Jeder aktive Bereich 11 gemäß der 6 ist zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung ausgebildet, die jeweils eine gleiche Peakwellenlänge aufweist. Weiterhin weist der Schichtenstapel 4 über den Emitterbereichen 3 einen Gradienten in der Dicke 5 auf.
Beispielsweise umfasst das strahlungsemittierende Halbleiterbauteil 1 vier strahlungsemittierende Halbleiterchips 2. Die von den Emitterbereichen 3 emittierte elektromagnetische Strahlung tritt in den Schichtenstapel 4 ein, wo sie unterschiedlich reflektiert wird. Damit kann eine Peakwellenlänge der elektromagnetischen Strahlung, die von dem Schichtenstapel 4 ausgesendet wird, über den Emitterbereichen 3 unterschiedlich ausgebildet sein. Damit können mehrere Peakwellenlängen von dem strahlungsemittierenden Halbleiterbauteil 1 ausgesendet werden.
Das strahlungsemittierende Halbleiterbauteil 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel der 7 umfasst 30 strahlungsemittierende Halbleiterchips 2, die in lateraler Richtung 6 nebeneinander angeordnet sind. Ein Querschnitt durch den Schichtenstapel 4 weist eine Sägezahnform auf. In diesem Ausführungsbeispiel umfasst eine Periode 21 des ersten periodischen Verlaufs 22 zehn strahlungsemittierende Halbleiterchips 2. Weiterhin umfasst der erste periodische Verlauf 22 drei Perioden 21. Die Periode 21 des zweiten periodischen Verlaufs 23 entspricht der 1.
Bei dem Verfahrensstadium zur Herstellung eines strahlungsemittierenden Halbleiterbauteils 1 werden zunächst strahlungsemittierender Halbleiterchips 2 bereitgestellt, die in lateraler Richtung 6 nebeneinander angeordnet sind. Diese Anordnung von strahlungsemittierenden Halbleiterchips 2 wird nachfolgend in eine Aufnahme 13 eingesetzt. Die Aufnahme 13 ist dazu ausgebildet sich kreisförmig um einen Mittelpunkt zu bewegen.
Ein Schichtenstapel 4 wird nachfolgend durch einen Sputterprozess mittels einer Verteilungsblende 14 auf die strahlungsemittierenden Halbleiterchips 2 aufgebracht. Die Verteilungsblende 14 ist derart ausgebildet, dass der Schichtenstapel 4 nach dem Aufbringen eine Dicke 5 aufweist, die stellenweise über den Emitterbereichen 3 unterschiedlich ausgebildet ist. In diesem Ausführungsbeispiel weist die Verteilungsblende 14 eine Sägezahnform auf.
Die in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Merkmale und Ausführungsbeispiele können gemäß weiteren Ausführungsbeispielen miteinander kombiniert werden, auch wenn nicht alle Kombinationen explizit beschrieben sind. Weiterhin können die in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispiele alternativ oder zusätzlich weitere Merkmale gemäß der Beschreibung im allgemeinen Teil aufweisen.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Bezugszeichenliste

1: strahlungsemittierendes Halbleiterbauteil
2: strahlungsemittierender Halbleiterchip
3: Emitterbereich
4: Schichtenstapel
5: Dicke
6: laterale Richtung
7: longitudinale Richtung
8: vertikale Richtung
9: Halbleiterschichtenfolge
10: erste Halbleiterschicht
11: aktiver Bereich
12: zweite Halbleiterschicht
13: Aufnahme
14: Verteilungsblende
15: Träger
16: erste Kontaktschicht
17: zweite Kontaktschicht
18: hochreflektierende Beschichtung
19: erste reflektierende Fläche
20: zweite reflektierende Fläche
21: Periode
22: erster periodischer Verlauf
23: zweiter periodischer Verlauf
R: Reflexion
A: Absorption
wL: Wellenlänge
C1: erste Kurve
C2: zweite Kurve
C3: dritte Kurve

Claims

Strahlungsemittierendes Halbleiterbauteil (1), mit - zumindest zwei strahlungsemittierenden Halbleiterchips (2), die jeweils dazu ausgebildet sind elektromagnetische Strahlung über einen Emitterbereich (3) zu emittieren, und - einem Schichtenstapel (4), der teilweise reflektierend für elektromagnetische Strahlung ausgebildet ist, wobei - der Schichtenstapel (4) auf den Emitterbereichen (3) angeordnet ist, und - der Schichtenstapel (4) eine Dicke (5) aufweist, die stellenweise unterschiedlich ausgebildet ist.
Strahlungsemittierendes Halbleiterbauteil (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem die strahlungsemittierenden Halbleiterchips (2) eine gemeinsame Halbleiterschichtenfolge (9) aufweisen.
Strahlungsemittierendes Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Emitterbereiche (3) in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind.
Strahlungsemittierendes Halbleiterbauteil (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem eine Peakwellenlänge einer aus dem Schichtenstapel (4) ausgekoppelten elektromagnetischen Strahlung abhängig von der Dicke (5) ist.
Strahlungsemittierendes Halbleiterbauteil (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem das strahlungsemittierende Halbleiterbauteil (1) dazu ausgebildet ist, elektromagnetische Strahlung mit zumindest zwei voneinander verschiedenen Peakwellenlängen auszusenden.
Strahlungsemittierendes Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Dicke (5) des Schichtenstapels (4) entlang der Emitterbereiche (3) einen ersten periodischen Verlauf (22) aufweist.
Strahlungsemittierendes Halbleiterbauteil (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem die Dicke (5) des Schichtenstapels (4) entlang der Emitterbereiche (3) innerhalb einer Periode (21) des ersten periodischen Verlaufs (22) stellenweise unterschiedlich ausgebildet ist.
Strahlungsemittierendes Halbleiterbauteil (1) nach dem vorhergehenden Anspruch mit zumindest vier strahlungsemittierenden Halbleiterchips (2), bei dem - eine Reflexion von elektromagnetischen Strahlung an dem Schichtenstapel (4) einen zweiten periodischen Verlauf (23) aufweist, und - sich eine Periode (21) des zweiten periodischen Verlaufs (23) über zumindest zwei direkt benachbarte Emitterbereiche (3) erstreckt.
Strahlungsemittierendes Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein Querschnitt durch den Schichtenstapel (4) eine Sägezahnform aufweist.
Strahlungsemittierendes Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem - der Schichtenstapels (4) eine Vielzahl von Schichten aufweist, und - relative Dickenverhältnisse der Schichten zueinander entlang der Emitterbereiche (3) gleich sind.
Strahlungsemittierendes Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine Absorberschicht in dem Schichtenstapels (4) angeordnet ist.
Strahlungsemittierendes Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem jeder strahlungsemittierende Halbleiterchip (2) eine Laserdiode ist.
Strahlungsemittierendes Halbleiterbauteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem jeder strahlungsemittierende Halbleiterchip (2) eine superlumineszente Diode ist.
Strahlungsemittierendes Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Emitterbereiche (3) senkrecht zu einer Haupterstreckungsebene des Halbleiterbauteils (1) angeordnet sind.
Strahlungsemittierendes Halbleiterbauteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei dem die Emitterbereiche (3) parallel zu einer Haupterstreckungsebene des Halbleiterbauteils (1) angeordnet sind.
Verfahren zur Herstellung eines strahlungsemittierenden Halbleiterbauteils (1) mit den Schritten: - Bereitstellen zumindest zweier strahlungsemittierender Halbleiterchips (2), die jeweils dazu ausgebildet sind elektromagnetische Strahlung über einen Emitterbereich (3) zu emittieren, und - Aufbringen eines Schichtenstapels (4), der teilweise reflektierend für elektromagnetische Strahlung ausgebildet ist, auf den Emitterbereichen (3), wobei - der Schichtenstapel (4) einen Dicke (5) aufweist, die stellenweise unterschiedlich ausgebildet ist.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Schichtenstapel (4) durch ein Sputterprozess mittels einer Verteilungsblende (14) aufgebracht wird.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Verteilungsblende (14) in Draufsicht eine Sägezahnform aufweist.