DE102022120161A1 - Optoelektronisches halbleiterbauelement mit epitaktisch gewachsener schicht und verfahren zur herstellung des optoelektronischen halbleiterbauelements - Google Patents

Optoelektronisches halbleiterbauelement mit epitaktisch gewachsener schicht und verfahren zur herstellung des optoelektronischen halbleiterbauelements Download PDF

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Abstract

Ein optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) umfasst eine erste Halbleiterschicht (120) von einem ersten Leitfähigkeitstyp, eine zweite Halbleiterschicht (110) von einem zweiten Leitfähigkeitstyp, und eine aktive Zone (115), die zwischen der ersten Halbleiterschicht (120) und der zweiten Halbleiterschicht (110) angeordnet ist. Das optoelektronische Halbleiterbauelement (10) umfasst ferner eine epitaktisch aufgewachsene Schicht (130) über einer ersten Hauptoberfläche (112) der ersten Halbleiterschicht (120) und eine leitfähige Schicht (140) über der epitaktisch aufgewachsenen Schicht (130). Die leitfähige Schicht (140) ist über Öffnungen in der epitaktisch aufgewachsenen Schicht (130) mit der ersten Halbleiterschicht (120) elektrisch verbunden.

Description

  • Optoelektronische Halbleiterbauelemente, beispielsweise LEDs („light emitting diode“, lichtemittierende Diode) oder Halbleiterlaser weisen üblicherweise epitaktisch gewachsene Halbleiterschichten auf. Generell treten Probleme auf, wenn über der Halbleiterschichtanordnung zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung weitere Schichten sowie eine Kontaktschicht aufgebracht sind, und die Kontaktschicht durch diese weiteren Schichten hindurch mit dem Halbleiterschichtstapel zu verbinden ist.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes optoelektronisches Halbleiterbauelement zur Verfügung zu stellen.
  • Gemäß Ausführungsformen wird die Aufgabe durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterentwicklungen sind in den abhängigen Patentansprüchen definiert.
  • Ein optoelektronisches Halbleiterbauelement umfasst eine erste Halbleiterschicht von einem ersten Leitfähigkeitstyp, eine zweite Halbleiterschicht von einem zweiten Leitfähigkeitstyp und eine aktive Zone, die zwischen der ersten Halbleiterschicht und der zweiten Halbleiterschicht angeordnet ist. Das optoelektronische Halbleiterbauelement weist ferner eine epitaktisch aufgewachsene Schicht über einer ersten Hauptoberfläche der ersten Halbleiterschicht sowie eine leitfähige Schicht über der epitaktisch aufgewachsenen Schicht auf, wobei die leitfähige Schicht über Öffnungen in der epitaktisch aufgewachsenen Schicht mit der ersten Halbleiterschicht elektrisch verbunden ist.
  • Beispielsweise enthält die epitaktisch aufgewachsene Schicht eine Halbleiter- oder isolierende Schicht. Die epitaktisch aufgewachsene Schicht kann beispielsweise eine Schichtenfolge mit undotierten Halbleiterschichten oder isolierenden Schichten aufweisen. Beispielsweise kann die epitaktisch aufgewachsene Schicht einen Schichtstapel aufweisen, der als DBR-Spiegel ausgeführt ist.
  • Das optoelektronische Halbleiterbauelement kann ferner eine leitfähigkeitsverstärkende Schicht in der ersten Halbleiterschicht benachbart zur ersten Hauptoberfläche enthalten.
  • Das optoelektronisches Halbleiterbauelement kann ferner eine Halbleiterkontaktschicht mit einer Vielzahl von in die erste Halbleiterschicht hervorstehenden Bereichen aufweisen, wobei die Halbleiterkontaktschicht im Bereich der ersten Hauptoberfläche der ersten Halbleiterschicht angeordnet ist.
  • Beispielsweise kann die erste Halbleiterschicht GaN enthalten.
  • Das optoelektronische Halbleiterbauelement kann ferner ein Kontaktmaterial, das von einem Material der leitfähigen Schicht verschieden ist, in den Öffnungen in der epitaktisch aufgewachsenen Schicht enthalten.
  • Gemäß Ausführungsformen kann eine Schichtdicke der epitaktisch aufgewachsenen Schicht größer oder gleich 300 nm sein.
  • Ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements umfasst das Ausbilden eines Halbleiterschichtstapels, der eine erste Halbleiterschicht von einem ersten Leitfähigkeitstyp, eine zweite Halbleiterschicht von einem zweiten Leitfähigkeitstyp und eine aktive Zone, die zwischen der ersten Halbleiterschicht und der zweiten Halbleiterschicht angeordnet ist, aufweist. Das Verfahren umfasst ferner das epitaktische Aufwachsen einer Schicht über einer ersten Hauptoberfläche der ersten Halbleiterschicht und das Ausbilden einer leitfähigen Schicht über der epitaktisch aufgewachsenen Schicht, wobei die leitfähige Schicht über Öffnungen in der epitaktisch aufgewachsenen Schicht mit der ersten Halbleiterschicht elektrisch verbunden ist.
  • Das Verfahren kann beispielsweise das Einstellen von Wachstumsparametern beim epitaktischen Aufwachsen der Schicht umfassen, so dass die Öffnungen beim epitaktischen Aufwachsen in der Schicht ausgebildet werden.
  • Beispielsweise kann der Halbleiterschichtstapel durch epitaktische Verfahren ausgebildet werden.
  • Das Verfahren kann zusätzlich das Ausbilden eines Kontaktmaterials in den Öffnungen vor Ausbilden der leitfähigen Schicht, wobei das Kontaktmaterial von einem Material der leitfähigen Schicht verschieden ist, umfassen.
  • 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.
    • 2 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß weiteren Ausführungsformen.
    • 3 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß weiteren Ausführungsformen.
    • 4A bis 4D veranschaulicht ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements 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, 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.
  • Der Begriff „Substrat“ umfasst generell isolierende, leitende oder Halbleitersubstrate.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • In der folgenden Beschreibung wird Bezug genommen auf eine erste Halbleiterschicht von einem ersten Leitfähigkeitstyp und auf eine zweite Halbleiterschicht von einem zweiten Leitfähigkeitstyp. Die erste Halbleiterschicht und/oder die zweite Halbleiterschicht können dabei jeweils eine Vielzahl von verschiedenen Schichten aufweisen. Beispielsweise kann die erste Halbleiterschicht eine Vielzahl von Halbleiterschichten jeweils von einem ersten Leitfähigkeitstyp umfassen. Beispielsweise können sich die einzelnen Halbleiterschichten in ihrem Zusammensetzungsverhältnis unterscheiden.
  • Die erste Halbleiterschicht kann weiterhin eine Halbleiterkontaktschicht im Bereich der ersten Hauptoberfläche aufweisen. Die Halbleiterkontaktschicht kann beispielsweise stark dotiert mit den Ladungsträgern des ersten Leitfähigkeitstyps sein. Beispielsweise kann eine Stromeinprägung in die erste Halbleiterschicht vorwiegend über die Kontaktschicht erfolgen. Die Kontaktschicht kann beispielsweise notwendig sein, wenn eine elektrische Barriere zwischen der leitfähigen Schicht und der ersten Halbleiterschicht aus physikalischen Gründen vergleichsweise hoch ist.
  • In entsprechender Weise kann die zweite Halbleiterschicht mehrere Schichten von einem zweiten Leitfähigkeitstyp aufweisen. Mindestens eine der ersten und zweiten Halbleiterschichten kann weiterhin eine nicht notwendigerweise dotierte Teilschicht als Barriereschicht für Minoritätsladungsträger enthalten. Die Schichtdicke einer derartigen Barriereschicht ist höchstens 15 nm oder höchstens 10 nm.
  • 1 zeigt eine Querschnittsansicht eines optoelektronischen Halbleiterbauelements 10 gemäß Ausführungsformen. Das optoelektronische Halbleiterbauelement 10 umfasst eine erste Halbleiterschicht 120 von einem ersten Leitfähigkeitstyp, eine zweite Halbleiterschicht 110 von einem zweiten Leitfähigkeitstyp sowie eine aktive Zone 115, die zwischen der ersten Halbleiterschicht 120 und der zweiten Halbleiterschicht 110 angeordnet ist. Beispielsweise können die erste und die zweite Halbleiterschicht GaN, InGaN oder AlGaN enthalten. Beispielsweise kann die erste Halbleiterschicht vom p-Leitfähigkeitstyp sein. Weiterhin kann die zweite Halbleiterschicht von n-Leitfähigkeitstyp sein.
  • Die aktive Zone 115 kann beispielsweise einen pn-Übergang, eine Doppelheterostruktur, eine Einfach-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.
  • Eine epitaktisch aufgewachsene Schicht 130 kann über einer ersten Hauptoberfläche 112 der ersten Halbleiterschicht 120 angeordnet sein. Die epitaktisch aufgewachsene Schicht 130 kann wiederum eine Vielzahl von unterschiedlichen Schichten aufweisen. Beispielsweise kann die epitaktisch aufgewachsene Schicht 130 nicht leitfähig sein, d.h. nicht metallisch sein. Beispielsweise können die epitaktisch aufgewachsenen Schichten vorwiegend undotiert sein. Gemäß weiteren Ausführungsformen können sie auch als isolierende Schichten ausgeführt sein. Die epitaktisch aufgewachsene(n) Schicht(en) kann/können beispielsweise eine geringere Leitfähigkeit als die erste Halbleiterschicht haben.
  • Beispielsweise kann die epitaktisch aufgewachsene Schicht eine Spiegelschicht oder DBR-(„distributed Bragg reflector“ - verteilte Bragg-Reflektor)-Schicht darstellen.
  • Generell umfasst der Begriff „DBR-Schicht“ jegliche Anordnung, die einfallende elektromagnetische Strahlung zu einem großen Grad (beispielsweise >90%) reflektiert und nicht metallisch ist. Beispielsweise kann eine DBR-Schicht durch eine Abfolge von sehr dünnen, beispielsweise undotierten Halbleiterschichten mit jeweils unterschiedlichen Brechungsindizes ausgebildet werden. Beispielsweise können die Schichten abwechselnd einen relativ hohen Brechungsindex (n>n1) und einen niedrigen Brechungsindex (n≤n1) haben und als Bragg-Reflektor ausgebildet sein. Der Brechungsindex n1 kann entsprechend dem verwendeten Materialsystem ausgewählt sein. Beispielsweise kann die Schichtdicke λ/4 betragen, wobei λ die Wellenlänge des zu reflektierenden Lichts in dem jeweiligen Medium angibt. Die vom einfallenden Licht her gesehene Schicht kann eine größere Schichtdicke, beispielsweise 3λ/4 haben. Aufgrund der geringen Schichtdicke und des Unterschieds der jeweiligen Brechungsindizes stellt die DBR-Schicht ein hohes Reflexionsvermögen bereit und ist gleichzeitig nicht leitfähig. Die DBR-Schicht ist somit geeignet, Komponenten des Halbleiterbauelements voneinander zu isolieren. Eine DBR-Schicht kann beispielsweise 2 bis 50 Einzelschichten aufweisen. Eine typische Schichtdicke der einzelnen Schichten kann etwa 30 bis 90 nm, beispielsweise etwa 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 die epitaktisch aufgewachsene Schicht 130 eine Vielzahl von dünnen AlxGa1-xN/AlyGa1-yN-Schichten mit x≠y aufweisen. Beispielsweise kann der Ga-Gehalt der jeweiligen Schichten stark voneinander verschieden sein. Beispielsweise kann der Absolutwert der Differenz zwischen x und y größer als 0,3 oder größer als 0,4 sein. Beispielsweise kann x≥0,7 und y≤0,3 oder umgekehrt sein. Gemäß weiteren Beispielen kann x≥0,75 und y≤0,25 oder umgekehrt sein. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann die epitaktisch aufgewachsene Schicht 130 eine Vielzahl von dünnen InxGa1-xN/InyGa1-yN-Schichten mit x≠y aufweisen.
  • Zum Beispiel kann eine Schichtdicke der epitaktisch aufgewachsenen Schicht 130 300nm oder größer, beispielsweise 500 nm oder größer sein.
  • Eine leitfähige Schicht ist über der epitaktisch aufgewachsenen Schicht 130 angeordnet. Die leitfähige Schicht 140 ist über Öffnungen 135 in der epitaktisch aufgewachsenen Schicht 130 mit der ersten Halbleiterschicht 120 elektrisch verbunden. Die epitaktisch aufgewachsene Schicht 130 bildet beispielsweise keine geschlossene Oberfläche.
  • Wie in 1 weiterhin dargestellt ist, kann das optoelektronische Halbleiterbauelement 10 ein Kontaktelement 105 aufweisen, welches beispielsweise über einer ersten Hauptoberfläche 111 der zweiten Halbleiterschicht 110 angeordnet ist. Über das Kontaktelement 105 und die elektrisch leitfähige Schicht 140 kann beispielsweise ein Strom in das optoelektronische Halbleiterbauelement 10 eingeprägt werden. Im Bereich der aktiven Zone können Ladungsträger unter Emission elektromagnetischer Strahlung rekombinieren. Das optoelektronische Halbleiterbauelement kann beispielsweise als LED ausgeführt sein. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann das optoelektronische Halbleiterbauelement 10 auch als Laser ausgebildet sein. Beispielsweise kann der Laser als VCSEL („vertical-cavity surface-emitting laser“, oberflächenemittierender Laser mit vertikalem Resonator) ausgeführt sein. In diesem Fall kann beispielsweise auf der Seite der ersten Hauptoberfläche 111 der zweiten Halbleiterschicht 110 ein weiterer Spiegel angeordnet sein, so dass sich ein optischer Resonator in vertikaler Richtung erstreckt.
  • Beispielsweise können die Öffnungen 135 durch Beeinflussung der Wachstumsprozesse beim epitaktischen Aufwachsen der Schicht 130 erzeugt werden. Das epitaktische Wachstum kann als so genanntes Inselwachstum stattfinden. Beispielsweise können Wachstumsparameter, beispielsweise Druck und Temperatur, geeignet eingestellt werden. Beispielsweise kann das Wachstum bei höheren Temperaturen als üblich stattfinden. Gemäß Ausführungsformen können die Wachstumsparameter so eingestellt werden, dass im Verlauf des Wachstumsprozesses Gänge zwischen benachbarten Inseln verbleiben (unkoaleszierte Oberflächen). Diese Gänge wirken dann als Öffnungen 135, über die die erste Halbleiterschicht kontaktierbar ist.
  • Gemäß weiteren Ausführungsformen können Öffnungen 135 auch durch so genannte Inversionsdomänen gebildet werden, bei denen die Polarität des Wachstums lokal umgekehrt ist. Wiederum kann durch Einstellen der Wachstumsparameter beim epitaktischen Verfahren beispielsweise bei Wachstum von GaN-oder AlN-Schichten anstelle einer Metallpolarität eine Stickstoff-Polarität erzeugt werden. Dies kann beispielsweise durch ein ungünstiges Stickstoff/NH3-Verhältnis der Gase, die beim Epitaxieverfahren verwendet werden, erreicht werden. Auf diese Weise lassen sich Öffnungen in der epitaktisch aufgewachsenen Schicht erzeugen.
  • Beispielsweise können Ladungsträger über eine leitfähigkeitsverstärkende Schicht 121, die Teil der ersten Halbleiterschicht darstellt und benachbart zur ersten Hauptoberfläche 112 angeordnet ist, verteilt werden. Die leitfähigkeitsverstärkende Schicht 121 kann beispielsweise als eine Tunnelschicht oder eine so genannte 2DHG-(„zweidimensionales Lochgas“)-Schicht verwirklicht sein. Bei einer derartigen Schicht ist das Zusammensetzungsverhältnis und/oder die Dotierung gegenüber der ersten Halbleiterschicht 120 verändert, so dass sie als Tunnelschicht oder als 2DHG-Schicht wirkt.
  • Beispielsweise kann die beschriebene LED zur Desinfektion oder zur Beleuchtung eingesetzt werden.
  • 2 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines optoelektronischen Halbleiterbauelements 10 gemäß weiteren Ausführungsformen. Das optoelektronische Halbleiterbauelement 10 kann ähnliche oder identische Komponenten wie das in 1 gezeigte aufweisen. Zusätzlich kann ein Kontaktmaterial 145, das in den Öffnungen 135 eingebracht ist, sich von dem leitfähigen Material 140 unterscheiden. Beispielsweise kann das Kontaktmaterial 145 ausgewählt sein, um einen möglichst niedrigen ohmschen Widerstand zwischen der ersten Halbleiterschicht 120 oder einer Halbleiterkontaktschicht zu verwirklichen. Beispiele für ein besonders geeignetes Kontaktmaterial umfassen u.a. Pt, Ni, Au, ITO (Indiumzinnoxid). Das Material der leitfähigen Schicht 140 kann ausgewählt sein, um ein hohes Reflexionsvermögen bereitzustellen. Beispielsweise kann ein Material der leitfähigen Schicht 140 Aluminium, ITO oder Rhodium umfassen.
  • Auf diese Weise kann ein optoelektronisches Bauelement mit verbesserten Eigenschaften bereitgestellt werden.
  • 3 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß weiteren Ausführungsformen. Das optoelektronische Halbleiterbauelement 10 von 3 weist ähnliche oder identische Komponenten wie jeweils die Halbleiterbauelemente der 1 und 2 auf. Zusätzlich ist eine erste Halbleiterkontaktschicht 122 mit variierender Schichtdicke dargestellt.
  • Beispielsweise kann die erste Halbleiterkontaktschicht 122 eine Vielzahl von in die erste Halbleiterschicht 120 hervorstehenden Bereichen 124 aufweisen. Die hervorstehenden Bereiche 124 können beispielsweise ein anderes Zusammensetzungsverhältnis als die erste Halbleiterschicht 120 aufweisen oder ein anderes Dotierniveau. Umfasst die erste Halbleiterschicht 120 weitere Halbleiterschichten vom ersten Leitfähigkeitstyp, so bezieht sich die Formulierung „andere Zusammensetzung“ oder „andere Dotierstoffkonzentration“ immer auf die an den hervorstehenden Bereich 124 unmittelbar angrenzende(n) Schicht(en).
  • Gemäß Ausgestaltungen kann die ersten Halbleiterkontaktschicht 122 ausschließlich aus derartigen hervorstehenden Bereichen 124 bestehen. Gemäß weiteren Ausgestaltungen kann, wie in 3 dargestellt, zusätzlich eine dünne erste Halbleiterkontaktschicht 122 als auffüllende Schicht ausgebildet sein, so dass die einzeln hervorstehenden Bereiche 124 untereinander verbunden sind.
  • Beispielsweise können die hervorstehenden Bereiche durch Ausbilden von V-förmigen Defekten bzw. Pits in der ersten Halbleiterschicht 120 ausgebildet werden, wie in der Druckschrift WO 2018/167011 A1 beschrieben ist. Auf diese Weise lässt sich ein verbesserter elektrischer Kontakt zur leitfähigen Schicht 140 bewirken, ohne dass Strahlungsverluste durch Absorption in der ersten Halbleiterkontaktschicht 122 zu groß werden.
  • Wie beschrieben worden ist, ist es durch eine spezielle Implementierung der epitaktischen Schicht möglich, eine epitaktische Schicht über der zweiten Halbleiterschicht aufzuwachsen und eine darüber angeordnete leitfähige Schicht mit der ersten Halbleiterschicht 120 elektrisch zu verbinden.
  • Die 4A bis 4D veranschaulichen ein Beispiel eines Verfahrens zur Herstellung des vorstehend beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelements.
  • Über ein geeignetes Wachstumssubstrat 150, welches beispielsweise Saphir oder Aluminiumnitrid umfassen kann, werden eine zweite Halbleiterschicht 110 von einem zweiten Leitfähigkeitstyp, Schichten zur Ausbildung der aktiven Zone 115 sowie eine erste Halbleiterschicht 120 von einem ersten Leitfähigkeitstyp aufgewachsen. 4A zeigt ein Beispiel eines sich ergebenden Werkstücks 15.Beispielsweise kann die Schicht 110 n-dotiert sein und die zweite Halbleiterschicht 120 ist p-dotiert.
  • Sodann wird über der ersten Hauptoberfläche 112 der ersten Halbleiterschicht 120 eine epitaktische Schicht 130 aufgebracht. Die epitaktische Schicht 130 kann eine Vielzahl von Einzelschichten aufweisen. Beispielsweise wird durch eine entsprechende Einstellung der Wachstumsbedingungen, wie unter Bezugnahme auf 1 diskutiert, eine Vielzahl von Öffnungen 135 in der epitaktischen Schicht 130 ausgebildet. 4B zeigt ein Beispiel eines sich ergebenden Werkstücks 15. Die Öffnungen 135 können beispielsweise eine Größe von je ungefähr 10 nm2 bis 5 µm2, beispielsweise etwa 0,5µm2 bis 1,5 µm2 und eine Dichte von ungefähr 105 Öffnungen/cm2 bis 1010 Öffnungen/cm2, beispielsweise etwa 106 Öffnungen/cm2 haben.
  • Nachfolgend wird, wie in 4C dargestellt ist, eine leitfähige Schicht 140 über der Oberfläche aufgebracht. Als Ergebnis werden die Öffnungen 135 mit dem Material der leitfähigen Schicht 140 gefüllt. Alternativ kann dieses Verfahren auch zweistufig durchgeführt werden, wobei zunächst ein Kontaktmaterial, wie in 2 veranschaulicht, und sodann die leitfähige Schicht 130 aufgebracht wird.
  • Bei der beschriebenen Bemessung und Dichte der Öffnungen beträgt die Kontaktfläche etwa 1:100. Entsprechend werden die Eigenschaften, beispielsweise die Reflexionseigenschaft der epitaktisch aufgewachsenen Schicht 130 durch die Öffnungen 135 nicht stark beeinflusst.
  • 4D zeigt ein Beispiel des Werkstücks 15 nach Entfernen des Wachstumssubstrats 150.
  • 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
    Werkstück
    105
    Kontaktelement
    110
    zweite Halbleiterschicht
    111
    erste Hauptoberfläche der zweiten Halbleiterschicht
    112
    erste Hauptoberfläche der ersten Halbleiterschicht
    115
    aktive Zone
    120
    erste Halbleiterschicht
    121
    leitfähigkeitsverstärkende Schicht
    122
    erste Halbleiterkontaktschicht
    123
    V-Defekt
    124
    hervorstehende Bereiche
    130
    epitaktische Schicht
    135
    Öffnung
    140
    leitfähige Schicht
    145
    Kontaktmaterial
    150
    Wachstumssubstrat
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • WO 2018/167011 A1 [0047]

Claims (12)

  1. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10), umfassend: eine erste Halbleiterschicht (120) von einem ersten Leitfähigkeitstyp, eine zweite Halbleiterschicht (110) von einem zweiten Leitfähigkeitstyp, eine aktive Zone (115), die zwischen der ersten Halbleiterschicht (120) und der zweiten Halbleiterschicht (110) angeordnet ist, eine epitaktisch aufgewachsene Schicht (130) über einer ersten Hauptoberfläche (112) der ersten Halbleiterschicht (120), und eine leitfähige Schicht (140) über der epitaktisch aufgewachsenen Schicht (130), wobei die leitfähige Schicht (140) über Öffnungen in der epitaktisch aufgewachsenen Schicht (130) mit der ersten Halbleiterschicht (120) elektrisch verbunden ist.
  2. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) nach Anspruch 1, wobei die epitaktisch aufgewachsene Schicht (130) eine Halbleiter- oder isolierende Schicht enthält.
  3. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) nach Anspruch 2, wobei die epitaktisch aufgewachsene Schicht (130) einen Schichtstapel aufweist, der als DBR-Spiegel ausgeführt ist.
  4. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit einer leitfähigkeitsverstärkenden Schicht (121) in der ersten Halbleiterschicht (120) benachbart zur ersten Hauptoberfläche (112).
  5. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner mit einer Halbleiterkontaktschicht (122) mit einer Vielzahl von in die erste Halbleiterschicht hervorstehenden Bereichen (124), wobei die Halbleiterkontaktschicht (122) im Bereich der ersten Hauptoberfläche (112) der ersten Halbleiterschicht (120) angeordnet ist.
  6. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die erste Halbleiterschicht (120) GaN enthält.
  7. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit einem Kontaktmaterial (145), das von einem Material der leitfähigen Schicht (140) verschieden ist, in den Öffnungen (135) in der epitaktisch aufgewachsenen Schicht (130).
  8. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Schichtdicke der epitaktisch aufgewachsenen Schicht (130) größer oder gleich 300 nm ist.
  9. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements (10) mit: Ausbilden eines Halbleiterschichtstapels, der eine erste Halbleiterschicht (120) von einem ersten Leitfähigkeitstyp, eine zweite Halbleiterschicht (110) von einem zweiten Leitfähigkeitstyp und eine aktive Zone (115), die zwischen der ersten Halbleiterschicht (120) und der zweiten Halbleiterschicht (110) angeordnet ist, aufweist, epitaktisches Aufwachsen einer Schicht (130) über einer ersten Hauptoberfläche (112) der ersten Halbleiterschicht (120) , Ausbilden einer leitfähigen Schicht (140) über der epitaktisch aufgewachsenen Schicht (130), wobei die leitfähige Schicht (140) über Öffnungen (135) in der epitaktisch aufgewachsenen Schicht (130) mit der ersten Halbleiterschicht (120) elektrisch verbunden ist.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Verfahren das Einstellen von Wachstumsparametern beim epitaktischen Aufwachsen der Schicht (130) umfasst, so dass die Öffnungen (135) beim epitaktischen Aufwachsen in der Schicht ausgebildet werden.
  11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, wobei der Halbleiterschichtstapel durch epitaktische Verfahren ausgebildet wird.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, ferner mit Ausbilden eines Kontaktmaterials (145) in den Öffnungen (135) vor Ausbilden der leitfähigen Schicht (140), wobei das Kontaktmaterial (145) von einem Material der leitfähigen Schicht (140) verschieden ist.
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