DE102021202026A1

DE102021202026A1 - Optoelektronisches halbleiterbauelement und verfahren zur herstellung zumindest eines optoelektronischen halbleiterbauelements

Info

Publication number: DE102021202026A1
Application number: DE102021202026.7A
Authority: DE
Inventors: Matin Mohajerani; Alexander Pfeuffer; Dominik Scholz
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2021-03-03
Filing date: 2021-03-03
Publication date: 2022-09-08
Also published as: US20240145633A1; WO2022184414A1; KR20230150869A; JP2024507904A; CN116941050A

Abstract

Es wird ein optoelektronisches Halbleiterbauelement (13) angegeben umfassend- einen Schichtenstapel (9) umfassend- eine Seitenfläche oder mehrere Seitenflächen (9A) jeweils umfassend einen ersten Seitenbereich (90A), der einen ersten Halbleiterbereich (4) seitlich begrenzt, und einen zweiten Seitenbereich (90B), der einen zweiten Halbleiterbereich (5) teilweise seitlich begrenzt,- eine erste und zweite Hauptfläche (9B, 9C),- ein erstes, an der ersten Hauptfläche (9B) angeordnetes Kontaktmittel (10), das zur elektrischen Kontaktierung des ersten Halbleiterbereichs (4) vorgesehen ist, und ein zweites, auf der zumindest einen Seitenfläche (9A) angeordnetes Kontaktmittel (11), das zur elektrischen Kontaktierung des zweiten Halbleiterbereichs (5) vorgesehen ist, und- eine zwischen dem zweiten Kontaktmittel (11) und dem Schichtenstapel (9) angeordnete dielektrische Schicht (12), wobei zumindest ein zweiter Seitenbereich (90B) von der dielektrischen Schicht (12) zumindest teilweise unbedeckt ist und das zweite Kontaktmittel (11) den von der dielektrischen Schicht (12) unbedeckten Bereich bedeckt.Ferner wird ein Verfahren zur Herstellung zumindest eines optoelektronischen Halbleiterbauelements angegeben.

Description

Es werden ein optoelektronisches Halbleiterbauelement und ein Verfahren zu dessen Herstellung angegeben. Beispielsweise handelt es sich bei dem optoelektronischen Halbleiterbauelement um einen MikroLED-Chip, dessen Abmessungen und Leuchtbreite im Mikrometerbereich liegen.
Es sind Leuchtdioden(LED)-Chips bekannt, die zur elektrischen Kontaktierung von beispielsweise n-leitenden Halbleiterschichten geätzte Sacklöcher aufweisen, um die Halbleiterschichten elektrisch zugänglich zu machen. In den Sacklöchern kann dabei jeweils ein Metallkontakt angeordnet sein. Durch das Sackloch beziehungsweise den Metallkontakt wird eine zur Strahlungserzeugung vorgesehene Fläche des LED-Chips reduziert und führt damit zu einer geringeren Strahlungseffizienz des LED-Chips. Da die Metallkontakte nicht beliebig miniaturisiert werden können, kann bei einer Miniaturisierung der LED-Chips das Problem bestehen, dass die Strahlungseffizienz weiter sinkt.
Eine zu lösende Aufgabe besteht vorliegend darin, ein effizientes optoelektronisches Halbleiterbauelement anzugeben. Eine weitere zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines effizienten optoelektronischen Halbleiterbauelements anzugeben.
Diese Aufgaben werden unter anderem durch ein optoelektronisches Halbleiterbauelement und ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform eines optoelektronischen Halbleiterbauelements umfasst dieses einen Schichtenstapel, der einen ersten Halbleiterbereich eines ersten Leitfähigkeitstyps, einen zweiten Halbleiterbereich eines zweiten Leitfähigkeitstyps und eine zwischen dem ersten und zweiten Halbleiterbereich angeordnete aktive Zone aufweist. Beispielsweise handelt es sich bei dem ersten Halbleiterbereich um einen p-dotierten Bereich und bei dem zweiten Halbleiterbereich um einen n-dotierten Bereich. Weiterhin ist die aktive Zone vorzugsweise dazu vorgesehen, elektromagnetische Strahlung zu erzeugen. Unter dem Begriff „elektromagnetische Strahlung“ versteht man vorliegend insbesondere infrarote, sichtbare und/oder ultraviolette elektromagnetische Strahlung.
Weiterhin umfasst der Schichtenstapel eine oder mehrere Seitenflächen, das heißt also zumindest eine Seitenfläche, jeweils aufweisend einen ersten Seitenbereich, der den ersten Halbleiterbereich seitlich begrenzt, und einen zweiten Seitenbereich, der den zweiten Halbleiterbereich teilweise seitlich begrenzt, sowie eine erste Hauptfläche und eine der ersten Hauptfläche gegenüber liegende zweite Hauptfläche, wobei die eine oder mehreren Seitenfläche(n) die erste Hauptfläche und die zweite Hauptfläche miteinander verbindet/verbinden. Zum Beispiel weist der Schichtenstapel genau eine Seitenfläche auf, wenn er zylindrisch ausgebildet ist. Ferner weist der Schichtenstapel mehrere Seitenflächen auf, wenn er als Polyeder ausgebildet ist.
Die aktive Zone kann in einem durch zumindest einen ersten Seitenbereich seitlich begrenzten Bereich des Schichtenstapels angeordnet sein. Der erste Seitenbereich kann direkt an die erste Hauptfläche angrenzen. Weiterhin kann der zumindest eine zweite Seitenbereich direkt an die zweite Hauptfläche angrenzen.
Beispielsweise handelt es sich bei der ersten Hauptfläche um eine auf der Seite des ersten Halbleiterbereichs angeordnete Oberfläche des Schichtenstapels und bei der zweiten Hauptfläche um eine auf der Seite des zweiten Halbleiterbereichs angeordnete Oberfläche des Schichtenstapels. Ein Großteil der erzeugten Strahlung kann auf der Seite der zweiten Hauptfläche aus dem Halbleiterbauelement austreten.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der zweite Halbleiterbereich auf einer zur Strahlungsemission vorgesehenen Vorderseite und der erste Halbleiterbereich auf einer der Vorderseite gegenüberliegenden Rückseite des optoelektronischen Halbleiterbauelements angeordnet.
Ferner umfasst das optoelektronische Halbleiterbauelement ein erstes, an der ersten Hauptfläche angeordnetes Kontaktmittel, das zur elektrischen Kontaktierung des ersten Halbleiterbereichs vorgesehen ist, und ein zweites, auf der zumindest einen Seitenfläche angeordnetes Kontaktmittel, das zur elektrischen Kontaktierung des zweiten Halbleiterbereichs vorgesehen ist. Insbesondere handelt es sich bei dem zweiten Kontaktmittel um eine auf dem Schichtenstapel angeordnete, elektrisch leitfähige Randschicht, die sich von der ersten Hauptfläche über einen ersten Seitenbereich bis zu einem zweiten Seitenbereich erstreckt.
Darüber hinaus umfasst das optoelektronische Halbleiterbauelement eine zwischen dem zweiten Kontaktmittel und dem Schichtenstapel angeordnete dielektrische Schicht, wobei zumindest ein zweiter Seitenbereich von der dielektrischen Schicht zumindest teilweise unbedeckt ist und das zweite Kontaktmittel den von der dielektrischen Schicht unbedeckten Bereich bedeckt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die zweite Hauptfläche von dem zweiten Kontaktmittel im Wesentlichen, das heißt im Rahmen üblicher Herstellungstoleranzen, unbedeckt. Das zweite Kontaktmittel ist insbesondere für eine horizontale Stromeinprägung in den zweiten Halbleiterbereich vorgesehen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform bedeckt die dielektrische Schicht zumindest einen ersten Seitenbereich. Vorzugsweise werden alle vorhandenen ersten Seitenbereiche insbesondere vollständig von der dielektrischen Schicht bedeckt. Die dielektrische Schicht sorgt insbesondere für eine elektrische Isolierung eines p-n-Übergangs der aktiven Zone.
Die dielektrische Schicht kann aus einer einzigen Schicht bestehen. Alternativ kann die dielektrische Schicht mehrere Schichten, insbesondere mit alternierendem Brechungsindex, aufweisen. In diesem Fall kann die dielektrische Schicht zusätzlich eine Spiegelfunktion aufweisen.
Als Materialien kommen für die dielektrische Schicht oxidische und nitridische Verbindungen wie etwa AlxOy, SiOx, SixNy, NbOx, TiOx, HfOx, TaOx, AlxNy und TixNy sowie organische Polymere wie etwa Parylene, BCB, Silikone, Siloxane, Photolacke, Spin-On-Gläser, organisch-anorganische Hybridmaterialien, Epoxide sowie Acryl in Frage.
Die aktive Zone kann eine Folge von Einzelschichten enthalten, mittels welchen eine Quantentopfstruktur, insbesondere eine Einfach-Quantentopfstruktur (SQW, single quantum well) oder Mehrfach-Quantentopfstruktur (MQW, multiple quantum well), ausgebildet ist.
Weiterhin können der erste und zweite Halbleiterbereich eine oder mehrere Halbleiterschichten aufweisen. Für die Halbleiterschichten der Halbleiterbereiche und der aktiven Zone kommen auf Nitrid-, Phosphid- oder Arsenid-Verbindungshalbleitern basierende Materialien in Betracht. „Auf Nitrid-, Phosphid- oder Arsenid-Verbindungshalbleitern basierend“ bedeutet im vorliegenden Zusammenhang, dass die Halbleiterschichten Al_nGa_mIn_1-n-mN, Al_nGa_mIn_1-n-mP oder Al_nGa_mIn_1n-mAs enthalten, wobei 0 ≤ n ≤ 1, 0 ≤ m ≤ 1 und n+m ≤ 1 gilt. Dabei muss dieses Material nicht zwingend eine mathematisch exakte Zusammensetzung nach obiger Formel aufweisen. Vielmehr kann es einen oder mehrere Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen, die die charakteristischen physikalischen Eigenschaften des Al_nGa_mIn_1-n-mN- , Al_nGa_mIn_1-n-mP- oder Al_nGa_mIn_1-n-mAs-Materials im Wesentlichen nicht ändern. Der Einfachheit halber beinhaltet obige Formel jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters (Al, Ga, In, P bzw. As), auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt sein können.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich bei dem optoelektronischen Halbleiterbauelement um einen MikroLED-Chip. Der MikroLED-Chip kann eine entlang einer ersten lateralen Richtung angegebene erste laterale Ausdehnung aufweisen, die beispielsweise zwischen 5 µm und 20 µm, insbesondere etwa 10 µm, beträgt. Ferner kann eine entlang einer zweiten lateralen Richtung angegebene zweite laterale Ausdehnung des MikroLED-Chips gleich groß sein wie die erste laterale Ausdehnung und beispielsweise zwischen 5 µm. und 20 µm, insbesondere etwa 10 µm, betragen. Weiterhin kann eine entlang einer vertikalen Richtung angegebene Höhe des optoelektronischen Halbleiterbauelements beziehungsweise MikroLED-Chips beispielsweise zwischen 1 µm und 2 µm betragen. Die zweite laterale Richtung kann senkrecht zur ersten lateralen Richtung verlaufen. Ferner kann die vertikale Richtung senkrecht zur ersten und zweiten lateralen Richtung verlaufen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der zweite Halbleiterbereich einen über den ersten Halbleiterbereich lateral hinausragenden Teil auf. Dabei kann der über den ersten Halbleiterbereich lateral hinausragende Teil durch zumindest einen zweiten Seitenbereich seitlich begrenzt werden. Insbesondere wird der über den ersten Halbleiterbereich lateral hinausragende Teil durch den zumindest einen zweiten Seitenbereich seitlich begrenzt, der von der dielektrischen Schicht zumindest teilweise unbedeckt ist.
Der Schichtenstapel kann einen ersten mesaförmig ausgebildeten Teil, der zumindest den ersten Halbleiterbereich aufweist, und einen zweiten mesaförmig ausgebildeten Teil umfassen, der den ersten mesaförmig ausgebildeten Teil zumindest teilweise lateral überragt und einen Teil des zweiten Halbleiterbereichs aufweist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der zweite Halbleiterbereich eine aus Halbleitermaterial gebildete Stromaufweitungsschicht auf, die von zumindest einem zweiten Seitenbereich seitlich begrenzt wird. Beispielsweise handelt es sich bei der Stromaufweitungsschicht um eine n-dotierte Halbleiterschicht mit einer hohen Dotierung etwa zwischen 10¹⁹*cm^-3 und 10^20*cm^-3, die für eine gute Stromaufweitung und niedrige Übergangswiderstände sorgt. Als Dotierstoff kommt beispielsweise Silizium in Frage. Die Stromaufweitungsschicht kann relativ dick ausgebildet sein mit einer Dicke im Bereich eines Mikrometers.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist/sind die eine oder mehreren Seitenfläche(n) zumindest größtenteils von dem zweiten Kontaktmittel bedeckt.
Das zweite Kontaktmittel kann zumindest eines der folgenden Materialien enthalten oder daraus bestehen: TCO, Metall, Graphen. Beispielsweise kommen folgende Metalle oder Metallverbindungen in Frage: Ti, Al, AuGe. Unter „TCO“ versteht man ein transparentes leitendes Oxid (transparent conductive oxide, kurz „TCO“). TCOs sind transparente, leitende Materialien, in der Regel Metalloxide, wie beispielsweise Zinkoxid, Zinnoxid, Cadmiumoxid, Titanoxid, Indiumoxid oder Indiumzinnoxid (ITO). Neben binären Metallsauerstoffverbindungen, wie beispielsweise ZnO, SnO₂ oder In₂O₃ gehören auch ternäre Metallsauerstoffverbindungen, wie beispielsweise Zn₂SnO₄, CdSnO₃, ZnSnO₃, MgIn₂O₄, GaInO₃, Zn₂In₂O₅ oder In₄Sn₃O₁₂ oder Mischungen unterschiedlicher transparenter leitender Oxide zu der Gruppe der TCOs. Weiterhin entsprechen die TCOs nicht zwingend einer stöchiometrischen Zusammensetzung und können auch p- oder n-dotiert sein.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung bildet das zweite Kontaktmittel eine Verspiegelung des Schichtenstapels. Dadurch kann die von der aktiven Zone erzeugte Strahlung vorteilhafterweise zur zweiten Hauptfläche umgelenkt werden. Hierbei kann das zweite Kontaktmittel ein Metall enthalten oder daraus bestehen, wobei als Metalle insbesondere Rh, Al, Cr, Ti, Pt, W, Au und Ni in Frage kommen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das optoelektronische Halbleiterbauelement auf einer Seite der ersten Hauptfläche mittels des ersten Kontaktmittels und des zweiten Kontaktmittels von außen elektrisch anschließbar, wobei das erste Kontaktmittel als Kontaktpad des ersten Leitfähigkeitstyps und das zweite Kontaktmittel an der ersten Hauptfläche als Kontaktpad des zweiten Leitfähigkeitstyps dienen. Beispielsweise kann das erste Kontaktmittel mittig auf der ersten Hauptfläche angeordnet und allseitig von dem zweiten Kontaktmittel umgeben sein.
Das erste und das zweite Kontaktmittel können aus verschiedenen Materialien gebildet sein. Beispielsweise enthält das erste Kontaktmittel ein Metall oder eine Metallverbindung oder besteht daraus.
Die Mittel zur elektrischen Kontaktierung des ersten und zweiten Halbleiterbereichs umfassend das erste und zweite Kontaktmittel sind außerhalb des Schichtenstapels angeordnet, so dass für die Kontaktierung keine Fläche „verbraucht“ und damit die Flächeneffizienz beziehungsweise Strahlungseffizienz verbessert werden kann. Außerdem können die bei herkömmlichen Bauteilen an den Metallkontakten auftretenden Probleme, beispielsweise dunkle Stellen und sogenanntes „Current- crowding“, verhindert werden.
Das nachfolgend beschriebene Verfahren ist für die Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements oder einer Mehrzahl von optoelektronischen Halbleiterbauelementen der oben genannten Art geeignet. Im Zusammenhang mit dem Halbleiterbauelement beschriebene Merkmale können daher auch für das Verfahren herangezogen werden und umgekehrt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung von zumindest einem optoelektronischen Halbleiterbauelement der oben genannten Art weist dieses auf:

- Bereitstellen eines Halbleiterwafers umfassend einen Träger und eine Halbleiterschichtenfolge, die auf dem Träger angeordnet ist,
- Herstellen zumindest eines Schichtenstapels durch Erzeugen zumindest einer ersten Vertiefung in dem Halbleiterwafer ausgehend von einer dem Träger abgewandten Seite der Halbleiterschichtenfolge und durch Erzeugen zumindest einer zweiten Vertiefung in dem Halbleiterwafer ausgehend von der ersten Vertiefung,
- Aufbringen einer dielektrischen Schicht auf den Halbleiterwafer derart, dass zumindest ein zweiter Seitenbereich einer Seitenfläche des Schichtenstapels von der dielektrischen Schicht zumindest teilweise unbedeckt ist,
- Aufbringen einer elektrisch leitfähigen Schicht, die zum Ausbilden eines zweiten Kontaktmittels vorgesehen ist, auf die dielektrische Schicht derart, dass die elektrisch leitfähige Schicht den von der dielektrischen Schicht unbedeckten Bereich des zweiten Seitenbereichs bedeckt, wobei die zumindest eine zweite Vertiefung durch den zumindest einen zweiten Seitenbereich zumindest teilweise lateral begrenzt wird.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird die zumindest eine erste Vertiefung durch erste Seitenbereiche benachbarter Schichtenstapel lateral begrenzt. Weiterhin kann die zumindest eine zweite Vertiefung durch zweite Seitenbereiche benachbarter Schichtenstapel lateral begrenzt werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird die dielektrische Schicht erzeugt, bevor die zumindest eine zweite Vertiefung hergestellt wird. Dabei reicht die dielektrische Schicht nicht bis in die zweite Vertiefung, so dass die zweiten Seitenbereiche, welche die zweite Vertiefung lateral begrenzen, von der dielektrischen Schicht unbedeckt sind.
Beispielsweise kann die zumindest eine erste Vertiefung breiter ausgebildet werden als die zweite Vertiefung. Weiterhin kann sich die zumindest eine erste Vertiefung in vertikaler Richtung ausgehend von der ersten Hauptfläche über die aktive Zone hinaus bis in eine zur Herstellung des zweiten Halbleiterbereichs vorgesehene zweite Halbleiterschichtenfolge erstrecken. Die zweite Vertiefung kann der ersten Vertiefung in vertikaler Richtung nachgeordnet sein und sich beispielsweise über die Stromaufweitungsschicht hinaus in die zweite Halbleiterschichtenfolge hinein erstrecken.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden die erste Vertiefung und die zweite Vertiefung mittels Ätzens, beispielsweise mittels anisotropen Ätzens, erzeugt. Als Ätzmethode kommt beispielsweise Plasmaätzen in Frage.
Das optoelektronische Halbleiterbauelement eignet sich besonders für Anzeigevorrichtungen, Videowände, Fahrzeugscheinwerfer und Applikationen im Fahrzeuginnenbereich.
Weitere Vorteile, vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen.
Es zeigen:

1A eine schematische Querschnittsansicht eines Zwischenprodukts entlang einer Ebene A-A (vgl. 1B) in einem Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
1B eine schematische Draufsicht eines Ausschnitts des in 1A dargestellten Zwischenprodukts und 1C eine schematische Querschnittsansicht eines optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
2A eine schematische Querschnittsansicht eines Ausschnitts eines Zwischenprodukts entlang einer Ebene A-A (vgl. 2B) in einem Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel und 2B eine schematische Draufsicht des Zwischenprodukts,
3A eine schematische Querschnittsansicht eines Zwischenprodukts entlang einer Ebene A-A (vgl. 3B) in einem Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel und 3B eine schematische Draufsicht eines Ausschnitts des in 3A dargestellten Zwischenprodukts.

In den Ausführungsbeispielen und Figuren können gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind nicht notwendigerweise als maßstabsgerecht anzusehen; vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
1A zeigt ein Zwischenprodukt in einem Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements 13 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel (vgl. 1C).
Zur Herstellung des Zwischenprodukts wird ein Halbleiterwafer 1 bereitgestellt umfassend einen Träger 3 und eine Halbleiterschichtenfolge 2, die auf dem Träger 3 angeordnet ist. Die Halbleiterschichtenfolge 2 umfasst zur Herstellung zumindest eines ersten Halbleiterbereichs 4 eines Schichtenstapels 9 eine erste Halbleiterschichtenfolge 2A eines ersten Leitfähigkeitstyps und zur Herstellung eines zweiten Halbleiterbereichs 5 eines Schichtenstapels 9 eine zweite Halbleiterschichtenfolge 2B eines zweiten Leitfähigkeitstyps. Ferner umfasst die Halbleiterschichtenfolge 2 eine zwischen der ersten und zweiten Halbleiterschichtenfolge 2A, 2B angeordnete aktive Zone 6. Die zweite Halbleiterschichtenfolge 2B ist der ersten Halbleiterschichtenfolge 2A in einer vertikalen Richtung V nachgeordnet. Bei dem Träger 3 handelt es sich beispielsweise um ein Aufwachssubstrat, auf dem die Halbleiterschichtenfolge 2 epitaktisch aufgewachsen ist. Beispielsweise kann der Träger 3 aus Saphir (Al2O3) gebildet sein.
Der Halbleiterwafer 1 wird zur Erzeugung von Schichtenstapeln 9 strukturiert. Dabei wird zur Herstellung eines Schichtenstapels 9 ausgehend von einer dem Träger 3 abgewandten Seite der Halbleiterschichtenfolge 2 eine erste Vertiefung 7 in den Halbleiterwafer 1 eingebracht. Die erste Vertiefung 7 kann in Draufsicht auf die Halbleiterschichtenfolge 2 rahmenförmig ausgebildet werden (vgl. 1B). Ferner kann die erste Vertiefung 7 einen sich in Richtung des Trägers 3 verjüngenden Querschnitt aufweisen. Weiterhin wird ausgehend von der ersten Vertiefung 7 eine zweite Vertiefung 8 in dem Halbleiterwafer 1 erzeugt. Auch die zweite Vertiefung 8 kann in Draufsicht auf die Halbleiterschichtenfolge 2 rahmenförmig ausgebildet werden und einen sich in Richtung des Trägers 3 verjüngenden Querschnitt aufweisen. Dabei wird die erste Vertiefung 7 breiter ausgebildet als die zweite Vertiefung 8. Ferner kann die zweite Vertiefung 8 tiefer ausgebildet werden als die erste Vertiefung 7. Die erste Vertiefung 7 erstreckt sich beim ersten Ausführungsbeispiel in vertikaler Richtung V über die aktive Zone 6 hinaus bis in die zweite Halbleiterschichtenfolge 2B und endet vor einer Stromaufweitungsschicht 5A des zweiten Halbleiterbereichs 5. Beispielsweise kann die Stromaufweitungsschicht 5A aus GaN gebildet und n-dotiert sein und mit einer Dicke von etwa 1 µm. relativ dick ausgebildet sein. Insbesondere endet die erste Vertiefung 7 in einer Abstandsschicht 5B der zweiten Halbleiterschichtenfolge 2B.
Bei den so ausgebildeten Schichtenstapeln 9 weist der zweite Halbleiterbereich 5 einen über den ersten Halbleiterbereich 4 lateral hinausragenden Teil auf. Die Schichtenstapel 9 weisen jeweils einen ersten mesaförmig ausgebildeten Teil, der den ersten Halbleiterbereich 4 und die aktive Zone 6 umfasst, und einen zweiten mesaförmig ausgebildeten Teil auf, der den ersten mesaförmig ausgebildeten Teil lateral überragt und einen Teil des zweiten Halbleiterbereichs 5 umfasst.
Beispielsweise wird die erste Vertiefung 7 mit einer maximalen Breite b1, das heißt mit einer entlang einer ersten lateralen Richtung L1 angegebenen, maximalen ersten lateralen Ausdehnung b1, zwischen etwa 2 µm. und 3 µm. ausgebildet. Eine entlang der vertikalen Richtung angegebene Höhe h1 der ersten Vertiefung 7 kann zwischen 200 nm und 400 nm betragen. Weiterhin kann die zweite Vertiefung 8 mit einer maximalen Breite b2 zwischen etwa 1 µm. und 2 µm. ausgebildet werden. Die Höhe h2 der zweiten Vertiefung 8 kann zwischen 600 nm und 800 nm betragen.
Die erste Vertiefung 7 und zweite Vertiefung 8 werden zum Beispiel mittels Ätzens, beispielsweise anisotropen Ätzens, erzeugt.
Auf einer dem Träger 3 abgewandten Seite der Halbleiterschichtenfolge 2 wird auf den Halbleiterwafer 1 eine dielektrische Schicht 12 aufgebracht, wobei jeweils Seitenflächen 9A der Schichtenstapel 9 von der dielektrischen Schicht 12 bedeckt werden. Insbesondere werden erste Seitenbereiche 90A der Seitenflächen 9A, die jeweils die ersten Halbleiterbereiche 4 lateral beziehungsweise seitlich begrenzen, vollständig von der dielektrischen Schicht 12 bedeckt. „Lateral“ oder „seitlich“ bezeichnet hierbei quer, insbesondere senkrecht, zur vertikalen Richtung V angeordnete laterale Richtungen L1, L2. Darüber hinaus ist die dielektrische Schicht 12 auf dritten, quer zu den ersten Seitenbereichen 90A angeordneten Seitenbereichen 90C beziehungsweise auf einer Bodenfläche der ersten Vertiefung 7 angeordnet. Weiterhin wird jeweils eine quer zu den Seitenflächen 9A angeordnete, erste Hauptfläche 9B der Schichtenstapel 9 vollständig von der dielektrischen Schicht 12 bedeckt.
Die dielektrische Schicht 12 wird insbesondere erzeugt, bevor die zweite Vertiefung 8 hergestellt wird. Folglich reicht die dielektrische Schicht 12 nicht bis in die zweite Vertiefung 8, so dass zweite Seitenbereiche 90B der Seitenflächen 9A, welche einen Teil der zweiten Halbleiterbereiche 5 lateral begrenzen, von der dielektrischen Schicht 12 unbedeckt sind.
Wie weiter oben erwähnt, kann die dielektrische Schicht 12 aus einer einzigen Schicht bestehen. Alternativ kann die dielektrische Schicht 12 mehrere Schichten, insbesondere mit alternierendem Brechungsindex, aufweisen. Als Materialien kommen für die dielektrische Schicht 12 oxidische und nitridische Verbindungen wie etwa AlxOy, SiOx, SixNy, NbOx, TiOx, HfOx, TaOx, AlxNy und TixNy sowie organische Polymere wie etwa Parylene, BCB, Silikone, Siloxane, Photolacke, Spin-On-Gläser, organisch-anorganische Hybridmaterialien, Epoxide sowie Acryl in Frage.
Die erste Vertiefung 7 wird durch erste Seitenbereiche 90A benachbarter Schichtenstapel 9 lateral begrenzt. Weiterhin wird die zweite Vertiefung 8 durch zweite Seitenbereiche 90B benachbarter Schichtenstapel 9 lateral begrenzt.
Auf die dielektrische Schicht 12 wird eine elektrisch leitfähige Schicht 11A aufgebracht, die zum Ausbilden eines zweiten Kontaktmittels 11 vorgesehen ist. Dies geschieht vorzugsweise nach der Herstellung der zweiten Vertiefung 8, wobei die elektrisch leitfähige Schicht 11A von der dielektrischen Schicht 12 unbedeckte Bereiche der zweiten Seitenbereiche 90B bedeckt. Insbesondere wird die elektrisch leitfähige Schicht 11A vollflächig auf eine Bodenfläche 8A der zweiten Vertiefung 8, auf die zweiten Seitenbereiche 90B sowie die dielektrische Schicht 12 aufgebracht und anschließend für das Aufbringen eines ersten Kontaktmittels 10 geöffnet. Dies kann beispielsweise mittels eines Ätz- oder Lift-off-Prozesses geschehen.
Wie aus 1C hervorgeht, wird auch die dielektrische Schicht 12 geöffnet, so dass die erste Hauptfläche 9B einen unbedeckten Bereich aufweist, in dem das erste Kontaktmittel 10 angeordnet wird, das zur elektrischen Kontaktierung des ersten Halbleiterbereichs 4 vorgesehen ist.
Weiterhin wird eine der ersten Hauptfläche 9B gegenüberliegende zweite Hauptfläche 9C des Schichtenstapels 9 freigelegt. Insbesondere wird hierbei der Träger 3 entfernt. Der Halbleiterwafer 1 kann ausgehend vom Träger 3 mindestens bis zu der Bodenfläche 8A der zweiten Vertiefung 8 gedünnt werden, so dass die durch den zweiten Halbleiterbereich 5 verbundenen Schichtenstapel 9 voneinander getrennt beziehungsweise vereinzelt werden.
Beispielsweise wird das Freilegen der zweiten Hauptfläche 9C mittels Polierens und/oder Ätzens und/oder eines Laser-Lift Off-Verfahrens durchgeführt.
1C zeigt ein optoelektronisches Halbleiterbauelement 13, das mittels eines in Verbindung mit den 1A und 1B beschriebenen Verfahrens hergestellt werden kann. Im Zusammenhang mit dem Verfahren beschriebene Merkmale können daher auch für das optoelektronisches Halbleiterbauelement 13 herangezogen werden und umgekehrt.
Das optoelektronische Halbleiterbauelement 13 umfasst einen Schichtenstapel 9, der einen ersten Halbleiterbereich 4 eines ersten Leitfähigkeitstyps, einen zweiten Halbleiterbereich 5 eines zweiten Leitfähigkeitstyps und eine zwischen dem ersten und zweiten Halbleiterbereich 4, 5 angeordnete aktive Zone 6 aufweist, die beispielsweise zur Emission von elektromagnetischer Strahlung im sichtbaren, ultravioletten oder infraroten Spektralbereich vorgesehen ist.
Für die Halbleiterbereiche 4, 5 und die aktive Zone 6 sowie darin enthaltene Halbleiterschichten kommen, wie bereits weiter oben erwähnt, auf Nitrid-, Phosphid- oder Arsenid-Verbindungshalbleitern basierende Materialien in Betracht. „Auf Nitrid-, Phosphid- oder Arsenid-Verbindungshalbleitern basierend“ bedeutet im vorliegenden Zusammenhang, dass die Halbleiterbereiche 4, 5 und die aktive Zone 6 beziehungsweise die darin enthaltenen Halbleiterschichten Al_nGa_mIn_1-n-mN, Al_nGa_mIn_1-n-mP oder Al_nGa_mIn_1-n-mAs enthalten, wobei 0 ≤ n ≤ 1, 0 ≤ m ≤ 1 und n+m ≤ 1 gilt.
Der Schichtenstapel 9 umfasst mehrere Seitenflächen 9A, die jeweils einen ersten Seitenbereich 90A, der den ersten Halbleiterbereich 4 seitlich begrenzt, und einen zweiten Seitenbereich 90B, der den zweiten Halbleiterbereich 5 teilweise seitlich begrenzt, aufweist. Ferner weist der Schichtenstapel 9 eine erste Hauptfläche 9B und eine der ersten Hauptfläche 9B gegenüber liegende zweite Hauptfläche 9C auf, wobei die ersten Seitenbereiche 90A und die zweiten Seitenbereiche 90B jeweils quer zu der ersten und zweiten Hauptfläche 9B, 9C angeordnet sind.
Das optoelektronische Halbleiterbauelement 13 umfasst ferner ein erstes, an beziehungsweise auf der ersten Hauptfläche 9B angeordnetes Kontaktmittel 10, das zur elektrischen Kontaktierung des ersten Halbleiterbereichs 4 vorgesehen ist, sowie ein zweites, auf den Seitenflächen 9A angeordnetes Kontaktmittel 11, das zur elektrischen Kontaktierung des zweiten Halbleiterbereichs 5 vorgesehen ist. Mittels des zweiten Kontaktmittels 11 kann eine horizontale Stromeinprägung in den zweiten Halbleiterbereich 5 erfolgen (angedeutet durch Pfeile). Beispielsweise bildet das zweite Kontaktmittel 11 eine Verspiegelung des Schichtenstapels 9. Dadurch kann die von der aktiven Zone 6 erzeugte Strahlung vorteilhafterweise zur zweiten Hauptfläche 9C umgelenkt werden. Hierbei kann das zweite Kontaktmittel 11 mit Vorteil ein Metall enthalten oder daraus bestehen, wobei als Metalle insbesondere Rh, Al, Cr, Ti, Pt, W, Au und Ni in Frage kommen.
Weiterhin umfasst das optoelektronische Halbleiterbauelement 13 eine zwischen dem zweiten Kontaktmittel 11 und dem Schichtenstapel 9 angeordnete dielektrische Schicht 12, wobei die zweiten Seitenbereiche 90B von der dielektrischen Schicht 12 unbedeckt sind und das zweite Kontaktmittel 11 die von der dielektrischen Schicht 12 unbedeckten Bereiche bedeckt.
Das erste und zweite Kontaktmittel 10, 11 ermöglichen eine elektrische Kontaktierung des Halbleiterbauelements 13 auf seiner Rückseite 13A. Das Halbleiterbauelement 13 ist auf seiner Rückseite 13A mittels des ersten und zweiten Kontaktmittels 10, 11 von außen elektrisch anschließbar.
Die Mittel zur elektrischen Kontaktierung des ersten und zweiten Halbleiterbereichs 4, 5 umfassend das erste und zweite Kontaktmittel 10, 11 sind außerhalb des Schichtenstapels 9 angeordnet, so dass für die Kontaktierung keine Fläche „verbraucht“ und damit die Flächeneffizienz beziehungsweise Strahlungseffizienz verbessert werden kann.
Bei dem optoelektronischen Halbleiterbauelement 13 handelt es sich um einen MikroLED-Chip. Das Halbleiterbauelement 13 weist eine entlang der ersten lateralen Richtung L1 angegebene erste laterale Ausdehnung a1 auf, die beispielsweise zwischen 5 µm. und 20 µm, insbesondere etwa 10 µm, beträgt. Ferner kann eine entlang der zweiten lateralen Richtung L2 angegebene zweite laterale Ausdehnung (nicht dargestellt) gleich groß sein wie die erste laterale Ausdehnung a1 und beispielsweise zwischen 5 µm. und 20 µm, insbesondere etwa 10 µm, betragen. Weiterhin kann eine entlang der vertikalen Richtung V angegebene Höhe h des optoelektronischen Halbleiterbauelements 13 beispielsweise zwischen 1 µm. und 2 µm. betragen.
Bei den in den 2A und 2B sowie in den 3A und 3B dargestellten Ausführungsbeispielen wird hauptsächlich auf die Unterschiede zum ersten Ausführungsbeispiel eingegangen. Im Übrigen gelten alle bereits im Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel gemachten Ausführungen.
Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel wird zumindest eine erste Vertiefung 7 hergestellt, die nicht vollständig umlaufend beziehungsweise rahmenförmig ausgebildet wird, sondern in Form einer kreisrunden, elliptischen oder rechteckförmigen Sacklochbohrung in den Halbleiterwafer 1 eingebracht wird. Wie aus 2B hervorgeht, kann die erste Vertiefung 7 in aneinander grenzenden Eckbereichen benachbarter Schichtenstapel 9 erzeugt werden. Damit ist ein über den ersten Halbleiterbereich 4 lateral hinausragender Teil des zweiten Halbleiterbereichs 5 nur stellenweise vorhanden.
Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel besteht der Vorteil, dass die erste Vertiefung 7 breiter ausgebildet werden kann als bei dem ersten Ausführungsbeispiel, da der Flächenverbrauch bei der lokal begrenzten ersten Vertiefung 7 geringer ausfällt. Die breitere erste Vertiefung 7 lässt die Herstellung weiterer Strukturkanten an der Seitenfläche 9A zu. Beispielsweise können eigenständige Strukturen erzeugt werden, um die dielektrische Schicht 12 per Lackmaske zu strukturieren. Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel ist es möglich, die erste und zweite Vertiefung 7, 8 zu erzeugen, bevor die dielektrische Schicht 12 aufgebracht wird.
Bei dem dritten Ausführungsbeispiel (vgl. 3A und 3B) reicht die erste Vertiefung 7 weiter in die zweite Halbleiterschichtenfolge 2B hinein als bei dem ersten Ausführungsbeispiel. Die erste Vertiefung 7 endet in der Stromaufweitungsschicht 5A, so dass die Stromaufweitungsschicht 5A des Schichtenstapels 9 teilweise durch die ersten Seitenbereiche 90A und teilweise durch die zweiten Seitenbereiche 90B lateral begrenzt wird. Ferner werden dritte Seitenbereiche 90C von der dielektrischen Schicht 12 nur teilweise bedeckt, so dass das zweite Kontaktmittel 11 auf den dritten Seitenbereichen 90C in direktem Kontakt mit dem zweiten Halbleiterbereich 5 ist. Dadurch wird eine Kontaktfläche vergrößert, was im Falle von hohen Strömen besonders vorteilhaft ist. Zusätzlich zur horizontalen Stromeinprägung kann dabei eine vertikale Stromeinprägung stattfinden (angedeutet durch Pfeile).
Bei dem dritten Ausführungsbeispiel kann die zweite Vertiefung 8 wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel nach der Herstellung der dielektrischen Schicht 12 erzeugt werden. Mittels einer für die Herstellung der zweiten Vertiefung 8 verwendeten Fotolackschicht wird die dielektrische Schicht 12 am Übergang zur zweiten Vertiefung 8 beispielsweise mittels isotropen Ätzens entfernt.
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: Halbleiterwafer
2: Halbleiterschichtenfolge
2A: erste Halbleiterschichtenfolge
2B: zweite Halbleiterschichtenfolge
3: Träger
4: erster Halbleiterbereich eines ersten Leitfähigkeitstyps
5: zweiter Halbleiterbereich eines zweiten Leitfähigkeitstyps
5A: Stromaufweitungsschicht des zweiten Halbleiterbereichs
5B: Abstandsschicht
6: aktive Zone
7: erste Vertiefung
8: zweite Vertiefung
8A: Bodenfläche
9: Schichtenstapel
9A: Seitenfläche
9B: erste Hauptfläche
9C: zweite Hauptfläche
10: erstes Kontaktmittel
11: zweites Kontaktmittel
11A: elektrisch leitfähige Schicht
12: dielektrische Schicht
13: optoelektronisches Halbleiterbauelement
13A: Rückseite
90A: erster Seitenbereich
90B: zweiter Seitenbereich
90C: dritter Seitenbereich
a1: erste laterale Ausdehnung
b1, b2: Breite, erste laterale Ausdehnung
h, h1, h2: Höhe, vertikale Ausdehnung
L1: erste laterale Richtung
L2: zweite laterale Richtung
V: vertikale Richtung

Claims

Optoelektronisches Halbleiterbauelement (13) umfassend - einen Schichtenstapel (9) umfassend - einen ersten Halbleiterbereich (4) eines ersten Leitfähigkeitstyps, - einen zweiten Halbleiterbereich (5) eines zweiten Leitfähigkeitstyps, - eine zwischen dem ersten und zweiten Halbleiterbereich (4, 5) angeordnete aktive Zone (6), - eine Seitenfläche oder mehrere Seitenflächen (9A) jeweils umfassend einen ersten Seitenbereich (90A), der den ersten Halbleiterbereich (4) seitlich begrenzt, und einen zweiten Seitenbereich (90B), der den zweiten Halbleiterbereich (5) teilweise seitlich begrenzt, - eine erste Hauptfläche (9B) und eine der ersten Hauptfläche (9B) gegenüber liegende zweite Hauptfläche (9C), wobei die eine oder mehreren Seitenfläche(n) (9A) die erste Hauptfläche (9B) und die zweite Hauptfläche (9C) miteinander verbindet/verbinden, - ein erstes, an der ersten Hauptfläche (9B) angeordnetes Kontaktmittel (10), das zur elektrischen Kontaktierung des ersten Halbleiterbereichs (4) vorgesehen ist, - ein zweites, auf der zumindest einen Seitenfläche (9A) angeordnetes Kontaktmittel (11), das zur elektrischen Kontaktierung des zweiten Halbleiterbereichs (5) vorgesehen ist, und - eine zwischen dem zweiten Kontaktmittel (11) und dem Schichtenstapel (9) angeordnete dielektrische Schicht (12), wobei zumindest ein zweiter Seitenbereich (90B) von der dielektrischen Schicht (12) zumindest teilweise unbedeckt ist und das zweite Kontaktmittel (11) den von der dielektrischen Schicht (12) unbedeckten Bereich bedeckt.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (13) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei der zumindest eine zweite Seitenbereich (90B), der von der dielektrischen Schicht (12) zumindest teilweise unbedeckt ist, einen über den ersten Halbleiterbereich (4) lateral hinausragenden Teil des zweiten Halbleiterbereichs (5) seitlich begrenzt.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (13) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweite Halbleiterbereich (5) eine aus Halbleitermaterial gebildete Stromaufweitungsschicht (5A) aufweist, die von zumindest einem zweiten Seitenbereich (90B) seitlich begrenzt wird.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (13) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schichtenstapel (9) einen ersten mesaförmig ausgebildeten Teil, der zumindest den ersten Halbleiterbereich (4) aufweist, und einen zweiten mesaförmig ausgebildeten Teil umfasst, der den ersten mesaförmig ausgebildeten Teil zumindest teilweise lateral überragt und einen Teil des zweiten Halbleiterbereichs (5) aufweist.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (13) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei die dielektrische Schicht (12) zumindest einen ersten Seitenbereich (90A) bedeckt.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (13) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Hauptfläche (9C) von dem zweiten Kontaktmittel (11) im Wesentlichen unbedeckt ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (13) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die eine oder mehreren Seitenfläche(n) (9A) zumindest größtenteils von dem zweiten Kontaktmittel (11) bedeckt ist/sind.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (13) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zweite Kontaktmittel (11) zumindest eines der folgenden Materialien enthält oder daraus besteht: TCO, Metall, Graphen.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (13) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zweite Kontaktmittel (11) eine Verspiegelung des Schichtenstapels (9) bildet.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (13) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das optoelektronische Halbleiterbauelement (13) auf einer Seite der ersten Hauptfläche (9B) mittels des ersten Kontaktmittels (10) und des zweiten Kontaktmittels (11) von außen elektrisch anschließbar ist.
Verfahren zur Herstellung von zumindest einem optoelektronischen Halbleiterbauelement (13) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche umfassend: - Bereitstellen eines Halbleiterwafers (1) umfassend einen Träger (3) und eine Halbleiterschichtenfolge (2), die auf dem Träger (3) angeordnet ist, - Herstellen zumindest eines Schichtenstapels (9) durch Erzeugen zumindest einer ersten Vertiefung (7) in dem Halbleiterwafer (1) ausgehend von einer dem Träger (3) abgewandten Seite der Halbleiterschichtenfolge (2) und durch Erzeugen zumindest einer zweiten Vertiefung (8) in dem Halbleiterwafer (1) ausgehend von der ersten Vertiefung (7), - Aufbringen einer dielektrischen Schicht (12) auf den Halbleiterwafer (1) derart, dass zumindest ein zweiter Seitenbereich (90B) einer Seitenfläche (9A) des Schichtenstapels (9) von der dielektrischen Schicht (12) zumindest teilweise unbedeckt ist, - Aufbringen einer elektrisch leitfähigen Schicht (11A), die zum Ausbilden eines zweiten Kontaktmittels (11) vorgesehen ist, auf die dielektrische Schicht (12) derart, dass die elektrisch leitfähige Schicht (11A) den von der dielektrischen Schicht (12) unbedeckten Bereich des zweiten Seitenbereichs (90B) bedeckt, wobei die zumindest eine zweite Vertiefung (8) durch den zumindest einen zweiten Seitenbereich (90B) zumindest teilweise lateral begrenzt wird.
Verfahren gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei die dielektrische Schicht (12) erzeugt wird, bevor die zumindest eine zweite Vertiefung (8) hergestellt wird.
Verfahren gemäß einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei die zumindest eine erste Vertiefung (7) breiter ausgebildet wird als die zweite Vertiefung (8).
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei die zumindest eine erste Vertiefung (7) durch erste Seitenbereiche (90A) benachbarter Schichtenstapel (9) und die zumindest eine zweite Vertiefung (8) durch zweite Seitenbereiche (90B) benachbarter Schichtenstapel (9) lateral begrenzt wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei die zumindest eine erste Vertiefung (7) und die zumindest eine zweite Vertiefung (8) mittels Ätzens erzeugt werden.