DE112014001948B4

DE112014001948B4 - Optoelektronisches Bauelement und Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements

Info

Publication number: DE112014001948B4
Application number: DE112014001948.8T
Authority: DE
Inventors: Tobias Meyer; Christian Leirer; Lorenzo Zini; Jürgen Off; Andreas Löffler; Adam Bauer
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2013-04-10
Filing date: 2014-03-24
Publication date: 2021-10-21
Anticipated expiration: 2034-03-25
Also published as: JP2016518711A; JP6100967B2; WO2014166724A1; DE112014001948A5; DE102013103601A1; CN105122454B; US20160049543A1; CN105122454A; US9620673B2

Abstract

Optoelektronisches Bauelement (101), umfassend:einen Träger (103), auf welchem eine Halbleiterschichtenfolge (105) aufgebracht ist, die eine n-dotierte Halbleiterschicht (109) und eine p-dotierte Halbleiterschicht (107) umfasst, so dass ein p-n-Übergang (111) gebildet ist, der eine aktive Zone (113) zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung umfasst, wobei- zumindest eine der n-dotierten Halbleiterschicht (109) und der p-dotierten Halbleiterschicht (107) dotierte Bereiche (115, 117, 119) mit einer ersten Dotierungskonzentration umfasst, die größer ist als eine zweite Dotierungskonzentration in einer Umgebung der Bereiche (115, 117, 119) in der die Bereiche (115, 117, 119) umfassenden Halbleiterschicht,- die dotierten Bereiche (115, 117, 119) jeweils eine geringere Durchbruchsspannung in einer Sperrrichtung für den p-n-Übergang aufweisen, als die Durchbruchsspannung in der Sperrrichtung in den Umgebungen der dotierten Bereiche (115, 117, 119),- die dotierten Bereiche (115, 117, 119) lateral beabstandet zueinander angeordnet sind,- zwischen benachbarten dotierten Bereichen (115, 117, 119) jeweils Bereiche mit der zweiten Dotierungskonzentration vorhanden sind, und- die dotierten Bereiche (115, 117, 119) bis zu dem p-n-Übergang (111) verlaufend und diesen kontaktierend gebildet sind und/oder die dotierten Bereiche (115, 117, 119) durch den p-n-Übergang (111) verlaufend und die beiden dotierten Halbleiterschichten verbindend gebildet sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein optoelektronisches Bauelement gemäß Anspruch 1. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements gemäß Anspruch 11.
Die Druckschrift DE 10 2011 100 037 A1 beschreibt einen Strahlung emittierenden Halbleiterchip mit integriertem ESD-Schutz.
Die JP 2012 - 64 647 A beschreibt ein Licht emittierendes Verbindungshalbleiterelement und Verfahren zur Herstellung desselben.
Die Druckschrift DE 694 00 042 T2 beschreibt einen oberflächenemittierenden Laser und dessen Herstellungsverfahren.
Die Druckschrift DE 602 06 633 T2 beschreibt ein Herstellungsverfahren eines VCSEL mit dielektrischem Spiegel und selbsteinrichtender Verstärkungsführung.
Schon geringe elektrostatische Entladungen können optoelektronische Bauelemente dauerhaft schädigen. Bei einem solchen optoelektronischen Bauelement kann es sich beispielsweise um einen Indium-Gallium-Nitrid-Chip handeln.
Es besteht also ein Bedarf an Maßnahmen zum Schutz gegen solche elektrostatischen Entladungen.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe kann darin gesehen werden, ein optoelektronisches Bauelement anzugeben, das gegen Schäden durch elektrostatische Entladungen besser geschützt ist.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe kann auch darin gesehen werden, ein entsprechendes Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements bereitzustellen.
Diese Aufgaben werden mittels des jeweiligen Gegenstands der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand von jeweils abhängigen Unteransprüchen.
Nach einem Aspekt wird ein optoelektronisches Bauelement bereitgestellt, umfassend: einen Träger, auf welchem eine Halbleiterschichtenfolge aufgebracht ist, die eine n-dotierte und eine p-dotierte Halbleiterschicht umfasst, so dass ein p-n-Übergang gebildet ist, der eine aktive Zone zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung umfasst, wobei zumindest eine der n-dotierten und der p-dotierten Halbleiterschicht einen dotierten Bereich mit einer ersten Dotierungskonzentration umfasst, die größer ist als eine zweite Dotierungskonzentration in einer Umgebung des Bereichs in der den Bereich umfassenden Halbleiterschicht.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements bereitgestellt, wobei auf einen Träger eine Halbleiterschichtenfolge aufgebracht wird, die eine n-dotierte und eine p-dotierte Halbleiterschicht umfasst, so dass ein p-n-Übergang gebildet wird, der eine aktive Zone zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung umfasst, wobei ein Bereich der zumindest einen der n-dotierten und der p-dotierten Halbleiterschicht mit einem Dotierstoff versehen wird, so dass der Bereich mit einer ersten Dotierungskonzentration dotiert wird, die größer ist als eine zweite Dotierungskonzentration in einer Umgebung des Bereichs in der den Bereich umfassenden Halbleiterschicht. Das heißt also insbesondere, dass ein Bereich der Halbleiterschichtenfolge, der zumindest einen der n-dotierten und der p-dotierten Halbleiterschichten, umfasst, mit dem Dotierstoff versehen wird.
Nach einer Ausführungsform kann der Träger als ein Aufwachssubstrat gebildet sein, welches allgemein auch als Substrat bezeichnet werden kann. Auf ein solches Aufwachssubstrat werden dann insbesondere die einzelnen Schichten der Halbleiterschichtenfolge, also insbesondere die n- und die p-dotierte Halbleiterschicht, aufgebracht oder aufgewachsen. Das Dotieren des Bereichs kann dann insbesondere während des Aufwachsens der Halbleiterschichten durchgeführt werden. Insbesondere kann das Dotieren des Bereichs alternativ oder zusätzlich nach dem Aufwachsen der Halbleiterschichten durchgeführt werden. Dies insbesondere dann, wenn die Halbleiterschichtenfolge noch auf dem Aufwachssubstrat angeordnet ist. Das Aufwachssubstrat kann beispielsweise Saphir umfassen oder aus Saphir gebildet sein.
Nach einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass nach dem Aufwachsen der Halbleiterschichten der Halbleiterschichtenfolge auf das Aufwachssubstrat ein Trägersubstrat auf die Oberfläche der Halbleiterschichtenfolge angeordnet wird, wobei die Oberfläche dem Aufwachssubstrat abgewandt gebildet ist. Das Aufwachssubstrat und das Trägersubstrat liegen also insbesondere einander gegenüber, wobei zwischen dem Aufwachssubstrat und dem Trägersubstrat die Halbleiterschichtenfolge vorgesehen oder gebildet oder angeordnet ist. Insbesondere in dieser Anordnung kann vorgesehen sein, dass alternativ oder zusätzlich der Bereich entsprechend dotiert wird. Das Trägersubstrat kann insbesondere Germanium oder Silizium umfassen oder aus Germanium oder Silizium gebildet sein.
Nach dem Anordnen des Trägersubstrats kann insbesondere vorgesehen sein, dass das Aufwachssubstrat von der Halbleiterschichtenfolge gelöst oder entfernt wird. Das Trägersubstrat bildet dann hier insbesondere den Träger, wobei hier vorzugsweise vorgesehen sein kann, dass dann alternativ oder zusätzlich der Bereich dotiert wird. Das Trägersubstrat ist also nicht gleichzusetzen mit dem Aufwachssubstrat.
Das Dotieren des Bereichs respektive der Bereiche, also das Versehen der n-dotierten und/oder der p-dotierten Halbleiterschicht mit einer entsprechenden Dotierungskonzentration, umfasst insbesondere den Fall, dass der Bereich respektive die Bereiche während des Aufwachsens oder Bildens der Halbleiterschichtenfolge entsprechend dotiert wird respektive werden. Insbesondere ist zusätzlich oder alternativ der Fall umfasst, dass der Bereich respektive die Bereiche nachträglich, also nach dem Aufwachsen oder nach dem Bilden der Halbleiterschichtenfolge, entsprechend dotiert wird respektive werden, beispielsweise mittels eines Sputterprozesses.
Allgemein kann insbesondere vorgesehen sein, dass das Dotieren des Bereichs vorzugsweise durchgeführt wird, wenn als Träger ein Aufwachssubstrat vorgesehen ist. Insbesondere kann allgemein vorgesehen sein, dass das Dotieren des Bereichs alternativ oder zusätzlich beispielsweise durchgeführt wird, wenn als Träger ein Trägersubstrat vorgesehen ist.
Allgemein gelten Ausführungen im Zusammenhang mit einem Bereich auch für mehrere Bereiche und umgekehrt.
Die Erfindung umfasst also insbesondere den Gedanken, zumindest eine der beiden dotierten Halbleiterschichten mit einem Bereich zu versehen, der eine höhere Dotierung bzw. Dotierungskonzentration aufweist, als die Halbleiterschicht, die diesen Bereich umfasst. Das heißt also insbesondere, dass die dotierte Halbleiterschicht nicht homogen dotiert ist, sondern vielmehr eine heterogene Dotierung bzw. eine heterogene Dotierungskonzentration aufweist. Verschiedene Bereiche der dotierten Halbleiterschicht sind also insbesondere verschieden dotiert. Sofern die Halbleiterschicht mehrere solcher Bereiche aufweist, kann auch von einer modulierten Dotierung oder einer Modulation in der Dotierung gesprochen werden. Das heißt also insbesondere, dass diese Bereiche eine solche modulierte Dotierung bewirken.
Durch das Vorsehen dieser dotierten Bereiche, die eine höhere oder größere Dotierungskonzentration aufweisen, wird in vorteilhafter Weise ein Durchbruchverhalten bezogen auf diesen Bereich erreicht, welches von einem Durchbruchverhalten bezogen auf eine Umgebung des dotierten Bereichs abweicht. Insbesondere weisen die Bereiche mit der ersten Dotierungskonzentration eine geringere Durchbruchsspannung auf, insbesondere in Rückwärtsrichtung, als die umgebenden Bereiche bzw. die Umgebung des Bereichs mit der ersten Dotierungskonzentration. Die Umgebung des Bereichs weist also insbesondere eine höhere oder größere Durchbruchsspannung in Rückwärtsrichtung auf.
Das Bauelement weist eine Vielzahl der dotierten Bereiche auf, wobei die dotierten Bereiche lateral beabstandet zueinander angeordnet sind. Die lateralen Richtungen sind dabei diejenigen Richtungen, die parallel zu einer Haupterstreckungsebene beispielsweise der n-dotierten Halbleiterschicht verlaufen. Zwischen benachbarten dotierten Bereichen sind dann jeweils Bereiche mit der zweiten Dotierungskonzentration vorhanden. Die Bereiche hoher Dotierstoffkonzentration und niedriger Dotierstoffkonzentration können sich also in lateraler Richtung abwechseln. Durch diese Modulation der Dotierstoffkonzentration ist auch die Durchbruchspannung in lateraler Richtung moduliert.
Eine Vorwärtsrichtung oder Durchlassrichtung für den p-n-Übergang ist wie folgt definiert: An der n-dotierten Halbleiterschicht ist ein Minuspol einer Spannungsquelle angelegt oder angeordnet. An der p-dotierten Halbleiterschicht ist ein Pluspol der Spannungsquelle angeordnet oder angelegt. Der elektrische Strom fließt von der p-dotierten Halbleiterschicht in Richtung der n-dotierten Halbleiterschicht. Dies ist in der Regel der Fall bei Betrieb des Bauelements, wenn das Bauelement elektromagnetische Strahlung erzeugt.
Eine Rückwärtsrichtung oder Sperrrichtung für den p-n-Übergang ist wie folgt definiert: An der n-dotierten Halbleiterschicht ist der Pluspol der Spannungsquelle angelegt. An der p-dotierten Halbleiterschicht ist der Minuspol der Spannungsquelle angelegt. Es fließt lediglich aufgrund der erzeugten Minoritätsladungsträger ein elektrischer Sperrstrom.
Dadurch, dass Bereiche mit einer geringeren Durchbruchsspannung gebildet sind, können potentielle elektrostatische Aufladungen schnell und homogen verteilt abfließen, sodass sich erst gar keine ausreichend hohe bezogen auf eine mögliche Schädigung oder Zerstörung des Bauelements Spannung aufbauen kann. Das optoelektronische Bauelement ist somit in vorteilhafter Weise gegen Schäden durch elektrostatische Ladungen geschützt.
Dadurch, dass dieser Schutz gegen Schäden durch elektrostatische Entladungen von der Halbleiterschichtenfolge umfasst ist, kann insbesondere in vorteilhafter Weise auf externe Schutzelemente wie beispielsweise externe Schutzdioden verzichtet werden. Diese externen Schutzelemente werden in der Regel separat von der Halbleiterschichtenfolge gebildet und mit dieser entsprechend verschaltet. Das erfordert aber einen ausreichend großen Bauraum. Aufgrund des Verzichts auf externe Schutzelemente ist somit ein benötigter Bauraum für das erfindungsgemäße optoelektronische Bauelement verringert im Vergleich zu bekannten optoelektronischen Bauelementen, die solche externen Schutzelemente aufweisen.
Das vorgeschlagene interne Schutzelement, also der dotierte Bereich mit der ersten Dotierungskonzentration, verringert auch nicht eine Helligkeit von abgestrahlter elektromagnetischer Strahlung, sodass auch kein Verlust von Effizienz aufgrund des Vorsehens des internen Schutzelements auftritt.
Es wird somit ein ESD-Schutz bewirkt, ohne dass es zu einem Effizienzverlust kommt.
Das heißt also insbesondere, dass durch den direkten Einbau in die Halbleiterschichtenfolge oder auf die Halbleiterschichtenfolge der internen Schutzelemente, also der dotierte Bereich mit der ersten Dotierungskonzentration, auf externe Schutzelemente verzichtet werden kann. Eine Stabilität des optoelektronischen Bauelements gegenüber elektrostatischen Entladungen ist somit in vorteilhafter Weise erhöht. Ferner ist auch keine besondere Epitaxie bezüglich des Aufwachsens der einzelnen Halbleiterschichten der Halbleiterschichtenfolge notwendig, was einen Herstellungsprozess erheblich vereinfacht und Kosten sowie eine Herstellungszeit senken kann.
Es ist somit in vorteilhafter Weise ermöglicht, kostengünstigere und platzsparendere optoelektronische Bauelemente herzustellen oder zu fertigen, welche ESD-fest sind. ESD-fest bedeutet hier insbesondere unempfindlich gegenüber elektrostatischen Entladungen. „ESD“ steht für die englischen Begriff: Electrostatic Discharge. Also auf Deutsch: Elektrostatische Entladung.
Es wird angemerkt, dass die vorangegangenen Ausführungen und die nachfolgenden Ausführungen stets für das Verfahren und für das Bauelement gelten, auch wenn konkret in einer einzelnen Ausführung nur auf das Bauelement oder das Verfahren Bezug genommen wird. Sofern sich Ausführungsformen auf die n-dotierte Halbleiterschicht beziehen, gelten die entsprechenden Ausführungen auch für die p-dotierte Halbleiterschicht und umgekehrt. Sofern sich Ausführungsformen nur auf einen dotierten Bereich beziehen, so gelten die entsprechenden Ausführungen auch für mehrere dotierte Bereiche und umgekehrt.
Dotieren im Sinne der vorliegenden Erfindung umfasst insbesondere den Fall, dass der Dotierstoff in die Halbleiterschicht eingebracht wird. Insbesondere kann ein Dotieren auch den Fall umfassen, dass auf der Oberfläche der Halbleiterschicht eine Dotierschicht umfassend den Dotierstoff gebildet wird. Das Bilden des dotierten Bereichs kann insbesondere beim Dotieren einer Halbleiterschicht, um die n-dotierte oder p-dotierte Halbleiterschicht zu bilden, durchgeführt werden.
Nach einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass mehrere dotierte Bereiche vorgesehen sind. Diese dotierten Bereiche können beispielsweise gleich oder insbesondere unterschiedlich gebildet sein. Dennoch weisen diese dotierten Bereiche, auch wenn sie unterschiedlich gebildet sein können, also insbesondere unterschiedliche Dotierungskonzentrationen aufweisen, stets eine höhere Dotierungskonzentration auf, als eine unmittelbare Umgebung des jeweiligen Bereichs, also insbesondere direkt angrenzend an diesen dotierten Bereich, in der entsprechenden dotierten Halbleiterschicht. Es können insbesondere mehrere dotierte Bereiche in der n-dotierten Halbleiterschicht vorgesehen sein. Es können vorzugsweise mehrere dotierte Bereiche in der p-dotierten Halbleiterschicht vorgesehen sein.
Nach einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass der Bereich lateral bezogen auf eine Aufwachsrichtung der Halbleiterschichten auf ein Aufwachssubstrat verläuft. Das heißt also insbesondere, dass eine laterale Ausdehnung des Bereichs bezogen auf die Aufwachsrichtung größer ist als eine QuerAusdehnung. Der dotierte Bereich weist insbesondere eine Rechteckform auf. Vorzugsweise weist der dotierte Bereich eine Quaderform auf. Eine Kantenlänge des Quaders oder des Rechtecks kann insbesondere 3 µm betragen.
Gemäß einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass der Bereich n-dotiert ist und die zweite Dotierungskonzentration die Dotierungskonzentration der n-dotierten Halbleiterschicht ist.
Als Dotanden oder Dotierungsstoff für eine n-Dotierung können nach einer Ausführungsform folgender Dotand vorgesehen sein: Silizium (Si). Das heißt also insbesondere, dass der n-dotierte Bereich und/oder die n-dotierte Halbleiterschicht mit dem vorgenannten Dotanden dotiert sind. Ein solcher Dotand kann insbesondere auch als n-Dotand bezeichnet werden. Eine Dotierungskonzentration bezogen auf n-Dotanden kann insbesondere auch als n-Dotierungskonzentration bezeichnet werden. Insbesondere können auch zusätzlich oder alternativ andere dem Fachmann bekannte n-Dotanden vorgesehen sein, beispielsweise Germanium (Ge) und/oder Selen (Se) und/oder Sauerstoff (0) und/oder Schwefel (S) und/oder Tellur (Te).
Nach einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass der Bereich p-dotiert ist und die zweite Dotierungskonzentration die Dotierungskonzentration der p-dotierten Halbleiterschicht ist. Die im Zusammenhang mit dem n-dotierten Bereich und der n-dotierten Halbleiterschicht gemachten Ausführungen gelten analog für den p-dotierten Bereich und die p-dotierte Halbleiterschicht und umgekehrt.
Nach einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass als Dotanden für eine p-Dotierung die folgenden Dotanden verwendet werden können: Magnesium (Mg) und/oder Kohlenstoff (C). Das heißt also insbesondere, dass der p-dotierte Bereich und/oder die p-dotierte Halbleiterschicht mit einem oder beiden der vorgenannten Dotanden, die insbesondere als p-Dotanden bezeichnet werden können, dotiert sein können. Eine Dotierungskonzentration bezogen auf p-Dotanden kann insbesondere auch als p-Dotierungskonzentration bezeichnet werden. Insbesondere können auch zusätzlich oder alternativ andere dem Fachmann bekannte p-Dotanden vorgesehen sein, beispielsweise Beryllium (Be) und/oder Zink (Zn).
Nach einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass sowohl die n-dotierte Halbleiterschicht einen n-dotierten Bereich mit einer ersten n-Dotierungskonzentration aufweist, die höher ist als eine zweite n-Dotierungskonzentration in einer Umgebung des n-dotierten Bereichs in der n-dotierten Halbleiterschicht als auch die p-dotierte Schicht einen solchen p-dotierten Bereich aufweisend eine erste p-Dotierungskonzentration aufweist, die höher ist als eine zweite p-Dotierungskonzentration in einer Umgebung des p-dotierten Bereichs in der p-dotierten Halbleiterschicht.
In einer anderen Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die n-dotierte Halbleiterschicht mehrere n-dotierte Bereiche mit ersten n-Dotierungskonzentrationen aufweist und vorzugsweise die p-dotierte Halbeiterschicht mehrere p-dotierte Bereiche mit ersten p-Dotierungskonzentrationen aufweist. Die jeweiligen ersten n-Dotierungskonzentrationen und/oder die jeweiligen ersten p-Dotierungskonzentrationen können vorzugsweise gleich oder unterschiedlich sein. Dennoch sind diese stets höher als die zweite n-Dotierungskonzentration respektive zweite p-Dotierungskonzentration.
Der Bereich ist bis zu dem p-n-Übergang verlaufend und diesen insbesondere kontaktierend gebildet. Dadurch wird in vorteilhafter Weise in dem Übergang zwischen dem dotierten Bereich und dem p-n-Übergang eine Zone gebildet, die ein Zenerdiodenähnliches Verhalten aufweist. Das heißt also insbesondere, dass aufgrund des Vorsehens des dotierten Bereichs quasi eine interne Zenerdiode in der Halbleiterschichtenfolge gebildet wird, die analog zu externen Zenerdioden einen Schutz gegen Schäden durch elektrostatische Entladungen bewirken kann.
Alternativ oder zusätzlich ist der Bereich durch den p-n-Übergang verlaufend und die beiden dotierten Halbleiterschichten verbindend gebildet. Das heißt also insbesondere, dass der dotierte Bereich von der einen dotierten Halbleiterschicht durch den p-n-Übergang in die andere dotierte Halbleiterschicht verläuft. Auch hier ist in vorteilhafter Weise eine interne Zenerdiode gebildet. Aufgrund der direkten Verbindung zwischen den beiden dotierten Halbleiterschichten sind noch eine verbesserte Kontaktierung und noch eine verringertere Durchbruchsspannung bewirkt, sodass in vorteilhafter Weise ein noch größerer Schutz gegen Schäden durch elektrostatische Entladungen bewirkt werden kann.
Gemäß einer anderen Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass der Bereich benachbart zu einem in der den Bereich umfassenden Halbleiterschicht gebildeten Defekt gebildet ist. Das heißt also insbesondere, dass die n-dotierte Halbleiterschicht und/oder die p-dotierte Halbleiterschicht jeweils einen Defekt aufweisen, wobei benachbart zu diesem Defekt der dotierte Bereich gebildet ist. Benachbart umfasst insbesondere den Fall, dass der dotierte Bereich in unmittelbarem Kontakt zu dem Defekt steht. Das heißt also insbesondere, dass zwischen Defekt und Bereich beispielsweise keine weiteren Schichten mehr gebildet sind. Es kann vorgesehen sein, dass der Bereich mittelbar benachbart zu dem Defekt gebildet ist. Das heißt also insbesondere, dass beispielsweise eine oder mehrere Schichten zwischen dem Defekt und dem Bereich vorgesehen sind.
Nach einer Ausführungsform können mehrere Defekte gebildet sein, also insbesondere mehrere Defekte in der n-dotierten Halbleiterschicht und/oder vorzugsweise in der p-dotierten Halbleiterschicht. Die Defekte sind insbesondere gleich oder vorzugsweise unterschiedlich gebildet.
Nach einer Ausführungsform kann es sich bei dem Defekt um einen V-Pit handeln. Ein solcher V-Pit kann beispielsweise durch spezielle Wachstumsbedingungen gebildet werden. Ein V-Pit bezeichnet insbesondere einen Kristalldefekt, insbesondere einen geöffneten hexagonalen Kristalldefekt, der bevorzugt an Versetzungen auftreten kann, wobei der V-Pit in der Regel die Form eines „V“s aufweisen kann in einer Querschnittsansicht gesehen. Das heißt also insbesondere, dass solche Defekte in Wachstumsrichtung bezogen auf eine Aufwachsrichtung der Halbleiterschichten auf einem Aufwachssubstrat immer größer werden, insbesondere bis zum gegenseitigen Zusammenstoßen immer größer werden, und so im Querschnitt als „V“ erkennbar sind.
Nach einer anderen Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass der Defekt eine Epi-Röhre ist. Eine Epi-Röhre bezeichnet insbesondere einen sehr dünnen Kristalldefekt, insbesondere weist ein solcher Kristalldefekt einen Durchmesser von < 1 µm auf. Insbesondere kann ein Durchmesser wenige Nanometer, insbesondere 0,1 Nanometer, betragen. Der Durchmesser kann also insbesondere zwischen 0,1 Nanometern und 1 µm liegen. Solche dünnen Kristalldefekte können sich insbesondere vertikal durch weite Zonen oder noch durch weitere Schichten der Halbleiterschichtenfolge ziehen oder verlaufen. Solche Epi-Röhren haben insbesondere in Wachstumsrichtung einen konstanten Durchmesser. Solche Kristalldefekte können insbesondere an Versetzungen gebildet werden bzw. entstehen an solchen Versetzungen und können beispielsweise hohl sein.
Solche Defekte wie beispielsweise ein V-Pit oder eine Epi-Röhre können immanent ein Zenerdiodenverhalten aufweisen und weisen dann insofern eine verringerte Durchbruchsspannung relativ zu den die Defekte umgebenden Bereichen auf. Dieses immanente Zenerdiodenverhalten weisen solche Defekte insbesondere dann auf, wenn der Defekt sowohl p-dotiert als auch n-dotiert ist. Das heißt also insbesondere, dass ein solcher Defekt innerhalb der aktiven Zone gebildet sein kann. Durch das Vorsehen der dotierten Bereiche an solchen Defekten wird also in vorteilhafter Weise ein bereits vorhandenes Diodenverhalten bzw. ein bereits vorhandenes Zenerdiodenverhalten noch verstärkt, was somit in vorteilhafter Weise zu einer noch geringeren Durchbruchsspannung führen kann, wodurch sich dann wiederum ein noch verbesserter Schutz gegen Schäden durch elektrostatische Entladungen ergeben kann. Der bereits vorhandene ESD-Schutz durch solche Defekte wird somit in vorteilhafter Weise noch weiter verstärkt.
Ein Defekt im Sinne der vorliegenden Erfindung kann insbesondere in einer n-dotierten Halbleiterschicht oder einer p-dotierten Halbleiterschicht oder in einer undotierten Halbleiterschicht oder in einer p- und n-dotierten Halbleiterschicht, beispielsweise in der aktiven Zone zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung, gebildet sein oder entstehen. Bei mehreren Defekten können diese vorzugsweise jeweils beliebig in einer der vorgenannten Möglichkeiten gebildet sein oder entstehen.
Gemäß einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass der Bereich benachbart zu einem in der den Bereich umfassenden Halbleiterschicht gebildetes Via gebildet ist. Ein Via bezeichnet insbesondere eine Ausnehmung oder eine Aussparung oder einen Hohlraum in der Halbleiterschichtenfolge. Das heißt also insbesondere, dass ein solcher Via in seiner Nachbarschaft einen dotierten Bereich mit einer erhöhten Dotierungskonzentration aufweist. Benachbart umfasst insbesondere eine unmittelbare Nachbarschaft. Das heißt also insbesondere, dass zwischen Via und dem dotierten Bereich beispielsweise keine weiteren Schichten mehr gebildet sind. Der dotierte Bereich steht also insbesondere in unmittelbarem oder in direktem Kontakt mit dem Via. Es kann insbesondere eine mittelbare Nachbarschaft vorgesehen sein. Das heißt also insbesondere, dass der dotierte Bereich mittelbar benachbart zu dem Via angeordnet sein kann. Mittelbar benachbart bezeichnet also insbesondere den Fall, dass zwischen dotiertem Bereich und dem Via noch ein oder mehrere Schichten bzw. Halbleiterschichten vorgesehen sein können.
Nach einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass der Via teilweise oder komplett mit einem Dotierstoff gefüllt wird oder ist.
Nach einer Ausführungsform kann der Via als Graben, insbesondere als Mesa-Graben gebildet sein. Insbesondere können die gegenüberliegenden Wände des Grabens mit einem Dotierstoff versehen werden.
Nach einer weiteren Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass der Bereich an einer von der Halbleiterschichtenfolge abgewandten Außenfläche der den Bereich umfassenden Halbleiterschicht gebildet ist. Das heißt also insbesondere, dass auf einer solchen Außenfläche eine dotierte Halbleiterschicht aufgebracht werden kann, die dann diesen dotierten Bereich bildet.
Es wird angemerkt, dass mittels der Formulierung, dass die dotierte Halbleiterschicht den dotierten Bereich umfasst, insbesondere der Fall umfasst sein soll, in welchem der dotierte Bereich auf einer Außenfläche der Halbleiterschicht aufgebracht ist. Die Formulierung umfasst insbesondere den Fall, in welchem der dotierte Bereich direkt in der dotierten Halbleiterschicht gebildet ist.
Bei einer solchen Außenfläche kann es sich beispielsweise um eine Kante oder insbesondere um eine Mesa-Kante der Halbleiterschichtenfolge handeln.
Gemäß einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass der dotierte Bereich eine Fläche von mindestens 25 µm² aufweist. Vorzugsweise kann der Bereich eine Länge von mindestens 5 µm und eine Breite von mindestens 5 µm aufweisen. Das heißt also insbesondere, dass der Bereich eine Fläche von mindestens 5 µm × 5 µm aufweisen kann.
Nach einer anderen Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass in zumindest eine der dotierten Halbleiterschichten ein Defekt gebildet wird, der mit dem Dotierstoff versehen wird, sodass der dotierte Bereich benachbart zu dem Defekt gebildet wird.
Nach einer anderen Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass in zumindest einer der dotierten Halbleiterschichten ein Via gebildet wird, in das der Dotierstoff eingebracht wird, sodass der dotierte Bereich benachbart zu dem Via gebildet wird.
Nach noch einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass vor dem Versehen des Bereichs mit dem Dotierstoff zumindest eine freiliegende, also insbesondere eine unbedeckte oder nicht-bedeckte, Fläche der Halbleiterschichtenfolge mit einer Schutzschicht gegen eine Dotierung mit dem Dotierstoff versehen wird. Das bewirkt in vorteilhafter Weise, dass weitere Halbleiterschichten der Halbleiterschichtenfolge nicht mittels des Dotierstoffes kontaminiert oder verunreinigt werden können. So wird insbesondere in vorteilhafter Weise eine p-Dotierung der p-dotierten Halbleiterschicht beim Vorsehen eines n-dotierten Dotierstoffes für einen n-dotierten Bereich nicht geschädigt. Insbesondere kann so eine Beschädigung einer n-Dotierung der n-dotierten Halbleiterschicht vermieden werden, wenn es sich bei dem Dotierstoff um einen p-Dotanden handelt.
Nach einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass vor dem Versehen des Bereichs mit dem Dotierstoff, also vor dem Dotieren, ein oder mehrere Bereiche der Halbleiterschichtenfolge entfernt werden, die nicht zu der dotierten Halbeiterschicht gehören, die mit dem dotierten Bereich versehen werden soll, so dass bei einem anschließenden Dotierungsschritt bevorzugt die Halbleiterschicht dotiert wird, in der es gewollt ist, die dotierten Bereiche mit einer erhöhten Dotierungskonzentration zu bilden. So besteht insbesondere keine Gefahr einer Verunreinigung durch die Dotierung in den anderen Halbleiterschichten, da diese aufgrund des Entfernens einiger Bereiche ausreichend Abstand zu der Dotierungszone aufweisen.
Nach einer Ausführungsform kann der Träger als Substrat, insbesondere als Aufwachssubstrat, gebildet sein.
Nach einer Ausführungsform umfasst die Halbleiterschichtenfolge noch weitere Schichten wie beispielsweise Spiegelschichten, Kontaktierungsschichten oder Antireflexschichten.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden, wobei

1 ein optoelektronisches Bauelement,
2 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements,
3 ein weiteres optoelektronisches Bauelement,
4 und 5 ein anderes optoelektronisches Bauelement zu verschiedenen Zeitpunkten einer Herstellung,
6 bis 9 ein weiteres optoelektronisches Bauelement zu verschiedenen Zeitpunkten einer Herstellung,
10 bis 13 ein anderes optoelektronisches Bauelement zu verschiedenen Zeitpunkten einer Herstellung,
14 bis 18 noch ein weiteres optoelektronisches Bauelement zu verschiedenen Zeitpunkten einer Herstellung,
19 ein anderes optoelektronisches Bauelement zu verschiedenen Zeitpunkt einer Herstellung,
20 bis 22 noch ein anderes optoelektronisches Bauelement zu verschiedenen Zeitpunkten einer Herstellung und
23 ein weiteres optoelektronisches Bauelement zeigen.

Im Folgenden können für gleiche Merkmale gleiche Bezugszeichen verwendet werden.
1 zeigt ein optoelektronisches Bauelement 101.
Das optoelektronische Bauelement 101 umfasst einen Träger 103, der beispielsweise als Substrat, insbesondere als ein Aufwachssubstrat, gebildet sein kann. Auf dem Träger 103 ist eine Halbleiterschichtenfolge 105 aufgebracht. Die Halbleiterschichtenfolge 105 umfasst eine p-dotierte Halbleiterschicht 107 und eine n-dotierte Halbleiterschicht 109. Zwischen der n-dotierten Halbleiterschicht 109 und der p-dotierten Halbleiterschicht 107 ist ein p-n-Übergang 111 gebildet, der eine aktive Zone 113 zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung umfasst.
Bei dem optoelektronischen Bauelement 101 sind die einzelnen Halbleiterschichten der Halbleiterschichtenfolge 105 in folgender Reihenfolge vom Träger 103 aus gesehen auf diesem aufgebracht: die p-dotierte Halbleiterschicht 107, der p-n-Übergang 111 und die n-dotierte Halbleiterschicht 109.
In einer nicht gezeigten Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die n-dotierte Halbleiterschicht 109 vom Träger 103 aus gesehen als erstes aufgebracht wird.
In anderen nicht gezeigten Ausführungsbeispielen kann vorgesehen sein, dass die Halbleiterschichtenfolge 105 noch weitere Schichten, insbesondere weitere Halbleiterschichten, wie beispielsweise Spiegelschichten und/oder Kontaktierungsschichten für eine Kontaktierung der n- und der p-dotierten Halbleiterschicht aufweist.
Es ist vorgesehen, dass die n-dotierte Halbleiterschicht einen dotierten Bereich 115 umfasst, der in der n-dotierten Halbleiterschicht 109 gebildet ist. Der dotierte Bereich 115 weist eine erste Dotierungskonzentration auf, die größer ist als eine zweite Dotierungskonzentration in einer Umgebung des Bereichs 115, wobei die zweite Dotierungskonzentration der Dotierungskonzentration der n-dotierten Halbleiterschicht 109 entspricht. Das heißt also insbesondere, dass in dem dotierten Bereich 115 eine höhere Konzentration an n-Dotanden vorgesehen ist im Vergleich zu der n-dotierten Halbleiterschicht 109.
Ferner umfasst die n-dotierte Halbleiterschicht 109 einen weiteren dotierten Bereich 117, der mit einer dritten Dotierungskonzentration versehen ist, die ebenfalls größer ist als die zweite Dotierungskonzentration. Hierbei reicht der weitere dotierte Bereich 117 bis an den p-n-Übergang 111 heran, sodass in vorteilhafter Weise eine interne Diode, insbesondere Zenerdiode, in diesem Bereich gebildet ist.
Ferner umfasst die n-dotierte Halbleiterschicht 109 noch einen weiteren dotierten Bereich 119, der eine vierte Dotierungskonzentration aufweist, die ebenfalls größer ist als die zweite Dotierungskonzentration. Hierbei verläuft dieser n-dotierte Bereich 119 von der n-dotierten Halbleiterschicht 109 durch den p-n-Übergang 111 umfassend die aktive Zone 113 in die p-dotierte Halbleiterschicht 107, sodass der weitere n-dotierte Bereich 119 die beiden dotierten Halbleiterschichten 107 und 109 miteinander verbindet.
Durch das Vorsehen solcher dotierten Bereiche wird in vorteilhafter Weise eine Durchbruchsspannung an diesen Bereichen in Rückwärtsrichtung gesehen verringert, sodass in vorteilhafter Weise potentielle elektrostatische Entladungen schnell über diese Bereiche abfließen können. Das bewirkt in vorteilhafter Weise einen Schutz gegen Beschädigungen durch elektrostatische Entladungen.
In nicht gezeigten Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass von den dotierten Bereichen 115, 117, 119 jeweils mehrere solcher dotierter Bereiche gebildet sein können. Insbesondere kann beispielsweise vorgesehen sein, dass lediglich ein Typ dieser Bereiche 115, 117, 119 vorgesehen ist, also insbesondere nur Bereiche 115 oder nur Bereiche 117 oder nur Bereiche 119.
In einer anderen nicht gezeigten Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass zusätzlich oder anstelle zu den n-dotierten Bereichen 115, 117, 119 entsprechende p-dotierte Bereiche in der p-dotierten Halbleiterschicht 107 vorgesehen sein können. Die im Zusammenhang mit den n-dotierten Bereichen 115, 117 und 119 gemachten Ausführungen gelten insbesondere analog für die p-dotierten Bereiche der p-dotierten Halbleiterschicht 107 und umgekehrt. Somit ist auch über die p-dotierte Halbleiterschicht ein Abfließen von elektrostatischen Aufladungen ermöglicht.
2 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements.
Gemäß einem Schritt 201 wird eine Halbleiterschichtenfolge auf einen Träger, insbesondere auf ein Substrat, beispielsweise auf ein Aufwachssubstrat, aufgebracht. Die Halbleiterschichtenfolge umfasst eine n-dotierte und eine p-dotierte Halbleiterschicht. Das heißt also insbesondere, dass gemäß dem Schritt 201 auf den Träger eine n-dotierte und eine p-dotierte Halbleiterschicht aufgebracht werden.
Gemäß einem Schritt 203 wird durch das Aufbringen der n- und der p-dotierten Halbleiterschicht ein p-n-Übergang gebildet, der eine aktive Zone zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung umfasst.
Gemäß einem Schritt 205 wird ein Bereich der zumindest einen der n-dotierten und der p-dotierten Halbleiterschicht mit einem Dotierstoff versehen, sodass der Bereich mit einer ersten Dotierungskonzentration dotiert wird, die größer ist als eine zweite Dotierungskonzentration in einer Umgebung des Bereichs in der den Bereich umfassenden Halbleiterschicht.
Das heißt also insbesondere, dass beispielsweise die n-dotierte Halbleiterschicht mit einem n-Dotanden versehen wird, sodass sich ein oder mehrere Bereiche mit einer erhöhten n-Dotierung ausbilden. Die Ausführungen im Zusammenhang mit einer n-dotierten Halbleiterschicht umfassend einen n-dotierten Bereich mit einer höheren bzw. größeren Dotierungskonzentration gelten analog für die p-dotierte Halbleiterschicht, die insofern mit einem p-Dotanden dotiert werden kann, sodass sich in der p-dotierten Halbleiterschicht ein Bereich oder mehrere Bereiche mit einer höheren bzw. größeren Dotierungskonzentration als die p-dotierte Halbleiterschicht bilden können.
3 zeigt ein weiteres optoelektronisches Bauelement 301.
Das optoelektronische Bauelement 301 umfasst eine Halbleiterschichtenfolge 105 mit einer p-dotierten Halbleiterschicht 107 und einer n-dotierten Halbleiterschicht 109. Der Übersicht halber ist kein Träger für das optoelektronische Bauelement 301 eingezeichnet. Ein solcher Träger kann beispielsweise auf der Seite der p-dotierten Halbleiterschicht 107 oder auf der Seite der n-dotierten Halbleiterschicht 109 vorgesehen sein. Der Übersicht halber ebenfalls nicht eingezeichnet ist der p-n-Übergang umfassend die aktive Zone.
Das optoelektronische Bauelement 301 weist drei dotierte Bereiche 117 auf, die in der n-dotierten Halbleiterschicht 109 gebildet sind, wobei diese dotierten Bereiche 117 n-dotiert sind und eine größere Dotierungskonzentration aufweisen als die n-dotierte Halbleiterschicht 109. Diese dotierten Bereiche 117 verlaufen lateral in der n-dotierten Halbleiterschicht 109 und kontaktieren die p-dotierte Halbleiterschicht 109.
Aufgrund des Vorsehens solcher dotierten Bereiche 117 sind quasi interne Dioden in der Halbleiterschichtenfolge 105 gebildet. Dies ist symbolisch mittels der entsprechenden Schaltzeichen eingezeichnet, die das Bezugszeichen 305 aufweisen, hier konkret ein Diodenschaltzeichen. Zum Vergleich dazu ist ein Schaltzeichen mit dem Bezugszeichen 303 vorgesehen, dass ebenfalls ein Diodenschaltzeichen ist. Dieses Diodenschaltzeichen 303 ist zwischen der n-dotierten Halbleiterschicht 109 und der p-dotierten Halbleiterschicht 107 eingezeichnet, wo kein dotierter Bereich 117 vorgesehen ist. Das Diodenschaltzeichen 303 ist größer eingezeichnet als das Diodenschaltzeichen 305. Dies deshalb, da hier eine größere Durchbruchsspannung angelegt werden muss, bevor es zu einem Durchbruch kommt.
Dieses unterschiedliche Durchbruchsverhalten der beiden Dioden 303 und 305 ist in einem Graphen in 3 dargestellt. Aufgetragen ist der Strom I über die Spannung U. Die Kennlinie für die Diode 305 weist das Bezugszeichen 307 auf. Die Kennlinie für die Diode 303 weist das Bezugszeichen 309 auf. Zu erkennen ist, dass die Bereiche, die eine erhöhte n-Dotierung aufweisen, also die Bereiche 117, eine geringere Durchbruchsspannung aufweisen.
Die 4 und 5 zeigen ein weiteres optoelektronisches Bauelement 401 zu verschiedenen Zeitpunkten einer Herstellung.
In 4 ist die Halbleiterschichtenfolge 105 umfassend die n-dotierte Halbleiterschicht 109 und die p-dotierte Halbleiterschicht 107 dargestellt. Ferner wurde bereits in die Halbleiterschichtenfolge 105 eine Ausnehmung 403, auch als Via bezeichnet, gebildet. Das Via 403 kann beispielsweise geätzt worden sein. Das Via 403 verläuft durch die p-dotierte Halbleiterschicht 107 und die n-dotierte Halbleiterschicht 109.
In diesen Via 403 wird dann ein n-Dotand eingebracht, was in 5 exemplarisch bzw. symbolisch mit einem Pfeil mit dem Bezugszeichen 501 dargestellt ist. Durch das Einbringen eines solchen Dotanden, hier insbesondere eines n-Dotanden, werden Bereiche, die benachbart zu dem Via 403 in der n-dotierten Halbleiterschicht 109 gebildet sind, mit einer höheren n-Dotierung versehen. Es bilden sich also n-dotierte Bereiche 117 in der n-dotierten Halbleiterschicht 109 aus, die unmittelbar benachbart zu dem Via 403 verlaufen.
Ferner weist das optoelektronische Bauelement 401 freiliegende Außenflächen der Halbleiterschichtenfolge 105 auf, die auch als Kante, insbesondere als Mesa-Kante 405, bezeichnet werden können. An diesen freiliegenden Außenflächen, insbesondere dieser Mesa-Kante 405, kann ebenfalls ein n-Dotand in die n-dotierte Halbleiterschicht 109 eingebracht werden, sodass sich auch in diesen Bereichen der n-dotierten Halbleiterschicht 109 n-dotierte Bereiche 117 bilden, die eine größere Dotierungskonzentration aufweisen als die n-dotierte Halbleiterschicht 109.
Das Aufbringen des n-Dotanden kann insbesondere bewirken, dass sich auf den Außenflächen eine n-Dotierungsschicht bildet, die dann den dotierten Bereich bildet. Analoges gilt für p-Dotanden.
Obwohl die 4 und 5 ein optoelektronisches Bauelement 401 zeigen, dass mit Bereichen aufweisend eine erhöhte n-Dotierung in der n-dotierten Halbleiterschicht 109 versehen ist, so kann beispielsweise vorgesehen sein, dass entsprechende Bereiche mit einer erhöhten p-Dotierung in der p-dotierten Halbleiterschicht 107 zusätzlich oder anstelle zu den n-dotierten Bereichen 117 der n-dotierten Halbleiterschicht 109 vorgesehen sein können.
Die 6 bis 9 zeigen ein anderes optoelektronisches Bauelement 601 zu verschiedenen Zeitpunkten einer Herstellung.
6 zeigt das optoelektronische Bauelement 601 umfassend einen Träger 103, der beispielsweise als Substrat, insbesondere als Aufwachssubstrat, gebildet sein kann. Auf dem Substrat 103 ist eine n-dotierte Halbleiterschicht 109 aufgebracht, wobei die n-dotierte Halbleiterschicht einen Defekt, hier einen V-Pit 603, aufweist. Ein solcher V-Pit 603 bezeichnet einen in einer Wachstumsrichtung 605, hier mit einem Pfeil mit dem entsprechenden Bezugszeichen gekennzeichnet, geöffneten hexagonalen Kristalldefekt. Solche Defekte werden in der Wachstumsrichtung 605 immer größer und sind so im Querschnitt als „V“ erkennbar.
Der Übersicht halber ist entsprechend in 6 auch eine dreidimensionale Ansicht des V-Pits 603 eingezeichnet. Das heißt also insbesondere, dass die Halbleiterschicht 109 einen im Querschnitt V-förmigen Kristalldefekt aufweist. In einer nichtgezeigten Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass mehrere solcher V-Pits 603 gebildet sein können, die insbesondere gleich oder beispielsweise unterschiedlich gebildet sein können.
In den V-Pit 603 kann beispielsweise ein n-Dotand eingebracht werden, sodass sich, wie 7 zeigt, in dem V-Pit 603 ein n-dotierter Bereich 117 bildet, der auf der n-dotierten Halbleiterschicht 109 aufgebracht ist. Somit weist die n-dotierte Halbleiterschicht 109 einen Bereich auf, der mit einer erhöhten n-Dotierung versehen ist im Vergleich zu der Dotierungskonzentration der Halbleiterschicht 109. Das Füllen des V-Pits 603 kann insbesondere bewirken, dass der n-Dotand in die n-dotierte Halbleiterschicht 109 eindringt oder eindiffundiert und in der n-dotierten Halbleiterschicht 109 entsprechend höher dotierte Bereiche bildet. Analoges gilt für p-Dotanden.
Gemäß 7 ist der V-Pit 603 nur teilweise mit dem n-Dotanden gefüllt. In einer nicht gezeigten Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass der V-Pit 603 vollständig oder komplett mit einem n-Dotanden gefüllt ist.
In 8 ist das optoelektronische Bauelement 601 zu einem nachfolgenden Zeitpunkt bezogen auf 7 in einem entsprechenden Herstellungsverfahren gezeigt. Das heißt also insbesondere, dass der V-Pit 603 mit einem n-Dotanden zumindest teilweise, insbesondere vollständig, gefüllt ist, wobei dann auf die so gebildeten Schichten, also die n-dotierte Halbleiterschicht 109 mit dem zumindest teilweise gefüllten V-Pit 603, eine p-dotierte Halbleiterschicht 107 aufgebracht wird, insbesondere aufgewachsen wird in der Aufwachsrichtung 605. Die Zone umfassend den n-dotierten Bereich 117 weist eine verringerte Rückwärtsdurchbruchsspannung auf, sodass hierüber ein Abfluss von elektrischen Ladungen ermöglicht ist, sodass das optoelektronische Bauelement 601 gegen Beschädigungen durch elektrostatische Aufladungen geschützt sein kann.
9 zeigt eine mögliche Variante für das optoelektronische Bauelement 601. Hier ist der V-Pit 603 analog zu den 7 und 8 mit dem n-Dotanden zumindest teilweise gefüllt. Darüber hinaus ist noch eine Schicht aus diesem n-Dotanden auf die freiliegenden Oberflächen der n-dotierten Halbleiterschicht 109 außerhalb des V-Pits 603 aufgebracht. Hierbei ist eine Schichtdicke dieser n-Dotierungsschicht im V-Pit 603 größer oder dicker als im Bereich außerhalb des V-Pits 603 auf den freiliegenden Oberflächen, die parallel zum Träger 103 verlaufen. Mit einem Doppelpfeil mit dem Bezugszeichen 903 ist die Schichtdicke im V-Pit 603 des n-Dotanden eingezeichnet. Mit einem Doppelpfeil mit dem Bezugszeichen 901 ist die dünnere Schichtdicke des n-Dotanden außerhalb des V-Pits eingezeichnet. Analog zu 8 kann dann die p-dotierte Halbleiterschicht 107 auf den Schichtaufbau gemäß 9 aufgebracht, insbesondere aufgewachsen, werden.
Die im Zusammenhang mit den 6 bis 9 gemachten Ausführungen gelten analog für p-dotierte Halbleiterschichten, welche einen oder mehrere V-Pits aufweisen.
In einer nichtgezeigten Ausführungsform weisen die n-dotierte und die p-dotierte Halbleiterschicht jeweils einen oder mehrere V-Pits auf, die entsprechend dotiert sind.
Die 10 bis 13 zeigen noch ein anderes optoelektronisches Bauelement 1001 respektive 1101 zu verschiedenen Zeitpunkten einer Herstellung.
10 zeigt ein optoelektronisches Bauelement 1001, wobei die n-dotierte Halbleiterschicht 109 vom Träger 103 aus gesehen als erstes auf den Träger 103 aufgewachsen wurde. Der Träger 103 kann insbesondere als Aufwachssubstrat oder als Substrat bezeichnet werden, da auf dem Träger 103 die einzelnen Halbleiterschichten aufgewachsen werden.
Die 11 zeigt ein weiteres optoelektronisches Bauelement 1101, wobei hier die p-dotierte Halbleiterschicht 107 näher an dem Träger 103 vorgesehen ist als die n-dotierte Halbleiterschicht 109.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Träger 103 des optoelektronischen Bauelements 1001 gemäß 10 abgelöst wurde, wobei dann die p-dotierte Halbleiterschicht 107 auf einen weiteren Träger 103 aufgebracht oder angeordnet wurde (vgl. 13, untere Abbildung, dort ist dieser weitere Träger mit dem Bezugszeichen 1304 gekennzeichnet).
Die 12 und 13 zeigen nun das optoelektronische Bauelement 1101 zu verschiedenen Zeitpunkten einer Herstellung, wobei die entsprechenden Ausführungen analog für das optoelektronische Bauelement 1001 gemäß 10 gelten. Hierbei zeigt 13 zwei mögliche Herstellungsvarianten des Bauelements 1101: Eine erste Variante mit dem Bezugszeichen 1305A oben gezeigt und darunter eine zweite Variante mit dem Bezugszeichen 1305B unten gezeigt.
Gemäß 12 wurde ein Mesa-Graben 1201 in die Halbleiterschichtenfolge 105 bis zum Träger 103 geätzt. Dadurch teilt sich die Halbleiterschichtenfolge 105 in zwei Teile auf und bildet somit zwei optoelektronische Bauelemente, die hier mit den Bezugszeichen 1101A und 1101B gekennzeichnet sind.
In diesen geätzten Mesa-Graben 1201 können dann entsprechende n-Dotanden eingebracht werden, sodass sich an den Mesakanten 405 der Halbleiterschichtenfolge 105 in dem Mesa-Graben 1201 Bereiche mit einer erhöhten n-Dotierung bilden. Hierbei werden insbesondere auch n-Dotanden auf den Mesakanten 405 der Halbleiterschichtenfolge 105 aufgebracht, die auf der gegenüberliegenden Seite bezogen auf den Mesa-Graben 1201 der Halbleiterschichtenfolge 105 der jeweiligen Bauelemente 1101A und 1101B aufgebracht, also auf den dem Mesa-Graben 1201 abgewandten Seiten der Halbleiterschichtenfolge 105.
Wie 13 in beiden Abbildungen zeigt, bilden sich dadurch n-dotierte Bereiche 117 aus, die von der n-dotierten Halbleiterschicht 109 über den p-n-Übergang 111 zu der p-dotierten Halbleiterschicht 107 verlaufen. Diese die n-dotierten Bereiche 117 umfassenden Übergangsbereiche 1301 von der n-dotierten Halbleiterschicht 109 zu der p-dotierten Halbleiterschicht 109 weisen eine geringere Rückwärtsdurchbruchsspannung auf im Vergleich zu den Bereichen der Halbleiterschichtenfolge 105, die keine erhöhte n-Dotierung aufweisen.
13 zeigt oben eine mögliche Ausführungsform, die mit dem Bezugszeichen 1305A gekennzeichnet ist. In dieser bildet der Träger 103 ein Aufwachssubstrat. Das Aufwachssubstrat kann beispielsweise Saphir sein.
13 zeigt unten eine weitere mögliche Ausführungsform, die mit dem Bezugszeichen 1305B gekennzeichnet ist, die eine Weiterentwicklung des Bauelements 1305A ist. In dieser wurde das Aufwachssubstrat abgelöst (Element 103 in dem Bauelement 1305A oben). Vor dem Ablösen wurde noch eine Spiegelschicht 1303 auf die dem Aufwachssubstrat 103 abgewandte Oberfläche der p-dotierten Halbleiterschicht 107 aufgebracht, wobei dann auf diese Spiegelschicht 1303 ein Trägersubstrat 1304, beispielsweise Germanium oder Silizium, aufgebracht wird derart, dass es die beiden Bauelemente 1101A und 1101B miteinander verbindet, um diese zu tragen. Dann kann das Aufwachssubstrat 103 abgelöst werden. Die Spiegelschicht 1303 wird insbesondere dann vorgesehen, wenn das fertig hergestellte Bauelement als Träger nicht ein Aufwachssubstrat, sondern ein Trägersubstrat aufweist.
In einer nichtgezeigten Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass freiliegende Flächen der optoelektronischen Bauelemente 1101A und 1101B mittels einer Schutzschicht vor dem Aufbringen oder Einbringen des n-Dotanden versehen werden, sodass beispielsweise die p-dotierte Halbleiterschicht 107 und/oder die aktive Zone 113 des p-n-Übergangs 111 nicht mit n-Dotanden dotiert werden.
Das Einbringen von n-Dotanden kann beispielsweise mittels Sputtern erfolgen. Dies insbesondere ganz allgemein losgelöst von diesem konkreten Ausführungsbeispiel.
Die obigen Ausführungen im Zusammenhang mit einem n-Dotanden und der n-dotierten Halbleiterschicht 109 gelten analog auch für Ausführungsformen, in denen die p-dotierte Halbleiterschicht 107 mit einem p-Dotanden dotiert wird, sodass sich in der p-dotierten Halbleiterschicht 107 Bereiche mit einer erhöhten p-Dotierungskonzentration bilden. Solche Ausführungsformen können beispielsweise auf dem optoelektronischen Bauelement 1001 gemäß 10 basieren. Das heißt also insbesondere, dass analog zu den 12 und 13 auch das optoelektronische Bauelement 1001 gemäß 10 mit einem Mesa-Graben 1201 versehen wird und anschließend mit einem p-Dotanden entsprechend dotiert wird.
Die 14 bis 18 zeigen ein optoelektronisches Bauelement 1401 zu verschiedenen Zeitpunkten einer Herstellung. Hier kann insbesondere eine Spiegelschicht 1303 analog zu dem Bauelement 1305B gemäß 13 vorgesehen sein. Diese Spiegelschicht 1303 kann auch weggelassen werden analog zu dem Bauelement 1303A gemäß 13. Ob eine solche Spiegelschicht 1303 vorgesehen oder nicht ist, hängt insbesondere davon ab, ob das Aufwachssubstrat abgelöst werden soll oder nicht. Also abhängig davon, ob ein Trägersubstrat vorgesehen sein soll oder nicht.
Analog zu den 10 bis 13 wird auch in die Halbleiterschichtenfolge 105 des optoelektronischen Bauelements 1401 ein Via 403 bzw. eine Ausnehmung geätzt bzw. gebildet, wobei als ein Unterschied die Ausnehmung 403 nicht durchgeht bis zum Träger 103, sondern in der n-dotierten Halbleiterschicht 109 endet.
Es sind somit freiliegende Flächen der einzelnen Halbleiterschichten der Halbleiterschichtenfolge 105 gebildet, welche beispielsweise mittels eines n-Dotanden und/oder p-Dotanden dotiert werden können, sodass sich entsprechende dotierte Bereiche ausbilden, die eine erhöhte Dotierungskonzentration aufweisen als beispielsweise die n-dotierte Halbleiterschicht 109 respektive p-dotierte Halbleiterschicht 107.
So kann beispielsweise gemäß 16 die freiliegenden Flächen in der Ausnehmung 403 mit einem n-Dotanden, beispielsweise Silizium, dotiert werden, indem das entsprechende Material in die einzelnen Schichten eingebracht wird, beispielsweise mittels Sputtern.
Auf diesen dotierten Bereichen 117 und auf die p-dotierte Halbleiterschicht 107 wird anschließend eine Passivierungsschicht 1701 aufgebracht, beispielsweise aufgewachsen. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass diese Passivierungsschicht 117 gemäß 17 aufgrund des Aufwachsens oder Einbringens oder Aufbringens der Passivierungsschicht 117 auch einen Boden des Vias 403 bedeckt, wobei die Passivierungsschicht 117 dann entfernt wird, nachdem die seitlichen Wände der Ausnehmung 403 mittels der Passivierungsschicht bedeckt sind, wie es auch die 17 zeigt.
Es wird dann als nächste Schicht auf die Schichtenfolge gemäß 17 eine n-Kontaktierungsschicht 1801 aufgebracht, insbesondere aufgewachsen, die insbesondere die n-dotierte Halbleiterschicht 109 elektrisch kontaktiert. Dies ist in 18 gezeigt.
19 zeigt ein anderes optoelektronisches Bauelement 1901.
Gezeigt ist das optoelektronische Bauelement 1901 in einer Draufsicht. Zu erkennen sind die mehreren Vias 403, sowie eine umlaufende Mesa-Kante 405, die hier nicht gezeigte dotierte Bereiche mit einer erhöhten Dotierungskonzentration aufweist, sodass großflächig eine verringerte Rückwärtsspannung bewirkt ist.
Die 20 bis 22 zeigen ein weiteres optoelektronisches Bauelement 2001 zu verschiedenen Zeitpunkten einer Herstellung.
Der Übersicht halber ist kein Träger 103 für die Halbleiterschichtenfolge 105 eingezeichnet. Es ist ein n-dotierter Bereich 117 gebildet, der von der n-dotierten Halbleiterschicht 109 umfasst ist und durch den p-n-Übergang 111 bis in die p-dotierte Halbleiterschicht 107 verläuft. Bei einem Rückwärtsdurchbruch wird ein Strom fließen. Dieser Stromfluss ist mit einem Pfeil mit dem Bezugszeichen 2003 gekennzeichnet. Mit dem Bezugszeichen 2002 ist ein schraffierter Bereich gekennzeichnet, in welchen die p-dotierte Halbleiterschicht 107 und der n-dotierte Bereich 117 mit der erhöhten n-Dotierung überlappen. Hier kann es in diesem Bereich 2002 passieren, dass eine p-Leitfähigkeit durch die hohe n-Dotierung verringert wird. Eventuell kann es passieren, dass in diesem Bereich die p-Dotierung durch das n-Dotieren zerstört wird. Auch hier kann vorzugsweise optional eine Spiegelschicht 1303 vorgesehen sein. Optional bedeutet insbesondere, dass auf die Spiegelschicht 1303 auch verzichtet werden kann.
Um dies zu vermeiden, kann beispielsweise gemäß 21 vorgesehen sein, dass vor dem Einbringen des entsprechenden n-Dotanden, also vor dem Bilden des Bereichs 117, eine Schutzschicht 2101 auf die freiliegende entsprechende Oberfläche der p-dotierten Halbleiterschicht 107 aufgebracht wird. Insbesondere kann diese Schutzschicht 2101 auch auf eine entsprechende freiliegende Oberfläche der aktiven Zone 113 des p-n-Übergangs 111 aufgebracht werden. Dies bewirkt in vorteilhafter Weise, dass bei einem anschließenden Dotierungsschritts mit einem n-Dotanden hier kein Eindringen von n-Dotanden in die aktive Zone 113 und in die p-dotierte Halbleiterschicht 107 auftritt.
Gemäß 22 kann alternativ oder zusätzlich zu der Schutzschicht 2101 vorgesehen sein, dass Bereiche der p-dotierten Halbleiterschicht 107 und/oder der aktiven Zone 113 entfernt werden, sodass die entsprechenden Kanten der p-dotierten Halbleiterschicht 107 und der aktiven Zone 113 nicht mehr bündig mit der n-dotierten Halbleiterschicht 109 verlaufen. Das heißt also insbesondere, dass bei einem Dotierungsschritt lediglich die freiliegende Oberfläche der n-dotierten Halbleiterschicht 109 dotiert wird, nicht jedoch die p-dotierte Halbleiterschicht 107 und die aktive Zone 103. Die entfernten Bereiche sind mit einem Pfeil mit dem Bezugszeichen 2201 schematisch gekennzeichnet.
23 zeigt ein weiteres optoelektronisches Bauelement 2301, das im Wesentlichen analog zu dem Bauelement 2001 aufgebaut sein kann. Auf die entsprechenden Ausführungen kann verwiesen werden.
Als zusätzliche Besonderheit weist das Bauelement 2301 eine Passivierungsschicht 2303 auf, die auf der n-dotierten Halbleiterschicht 107 aufgebracht ist. Die Passivierungsschicht 2303 erstreckt sich über eine horizontale Oberfläche 2304 der n-dotierten Halbleiterschicht 107 weiter über eine Kante 2305 der n-dotierten Halbleiterschicht 107 in Richtung Träger 103 bis zu dem dotierten Bereich 117 und bedeckt somit insbesondere auch eine senkrechte Außenfläche 2307 der n-dotierten Halbleiterschicht 107, die an der Kante 2305 anstößt oder angrenzt, und eine weitere senkrechte Außenfläche 2309 des p-n-Übergangs 111, die sich an die Außenfläche 2305 anschließt.
Zusammenfassend umfasst die Erfindung also insbesondere den Gedanken, zumindest eine der beiden p-dotierten und n-dotierten Halbleiterschichten, insbesondere beide, mit einer modularen Dotierung zu versehen, insofern ein oder mehrere Bereiche mit einer höheren n- respektive p-Dotierung versehen werden im Vergleich zu einer Umgebung des Bereichs. Dadurch wird in vorteilhafter Weise bewirkt, dass diese Bereiche eine geringere Durchbruchsspannung aufweisen, sodass hierüber bevorzugt elektrische Ladungen bei einer elektrostatischen Aufladung des optoelektronischen Bauelements abfließen können. Dies bewirkt insbesondere in vorteilhafter Weise einen Schutz gegen elektrostatische Aufladungen bzw. gegen daraus eventuell resultierende Schäden.
Bezugszeichenliste

101: optoelektronisches Bauelement
103: Träger
105: Halbleiterschichtenfolge
107: p-dotierte Halbleiterschicht
109: n-dotierte Halbleiterschicht
111: p-n-Übergang
113: aktive Zone
115: dotierter Bereich
117: "
119: "
201: Aufbringen der Halbleiterschichtenfolge
203: p-n-Übergang wird gebildet
205: ein Bereich wird mit einem Dotierstoff versehen
301: optoelektronisches Bauelement
303: Diode
305: "
307: Kennlinie der Diode 305
309: Kennlinie der Diode 303
401: optoelektronisches Bauelement
403: Via
405: Mesa-Kante
501: Dotierstoff
601: optoelektronisches Bauelement
603: V-Pit
605: Aufwachsrichtung
801: Zone mit verringerter Rückwärtsspannung
901: Dicke des dotierten Bereichs außerhalb des V-Pits
903: Dicke des dotierten Bereichs innerhalb des V-Pits
1001: optoelektronisches Bauelement
1101: "
1101 A: "
1101 B: "
1201: Mesa-Graben
1301: Übergangsbereiche
1303: Spiegelschicht
1305A, 1305B: optoelektronische Bauelemente
1401: optoelektronisches Bauelement
1701: Passivierungsschicht
1801: n-Kontaktschicht
1901: optoelektronisches Bauelement
2001: "
2002: überlappender Bereich der n- und p-Dotierung in p-dotierter Halbleiterschicht
2003: Stromfluss bei Rückwärtsdurchbruch
2101: Schutzschicht
2201: entfernter Bereich
2301: optoelektronisches Bauelement
2303: Passivierungsschicht
2304: horizontale Oberfläche
2305: Kante
2307, 2309: vertikale Oberflächen

Claims

Optoelektronisches Bauelement (101), umfassend: einen Träger (103), auf welchem eine Halbleiterschichtenfolge (105) aufgebracht ist, die eine n-dotierte Halbleiterschicht (109) und eine p-dotierte Halbleiterschicht (107) umfasst, so dass ein p-n-Übergang (111) gebildet ist, der eine aktive Zone (113) zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung umfasst, wobei - zumindest eine der n-dotierten Halbleiterschicht (109) und der p-dotierten Halbleiterschicht (107) dotierte Bereiche (115, 117, 119) mit einer ersten Dotierungskonzentration umfasst, die größer ist als eine zweite Dotierungskonzentration in einer Umgebung der Bereiche (115, 117, 119) in der die Bereiche (115, 117, 119) umfassenden Halbleiterschicht, - die dotierten Bereiche (115, 117, 119) jeweils eine geringere Durchbruchsspannung in einer Sperrrichtung für den p-n-Übergang aufweisen, als die Durchbruchsspannung in der Sperrrichtung in den Umgebungen der dotierten Bereiche (115, 117, 119), - die dotierten Bereiche (115, 117, 119) lateral beabstandet zueinander angeordnet sind, - zwischen benachbarten dotierten Bereichen (115, 117, 119) jeweils Bereiche mit der zweiten Dotierungskonzentration vorhanden sind, und - die dotierten Bereiche (115, 117, 119) bis zu dem p-n-Übergang (111) verlaufend und diesen kontaktierend gebildet sind und/oder die dotierten Bereiche (115, 117, 119) durch den p-n-Übergang (111) verlaufend und die beiden dotierten Halbleiterschichten verbindend gebildet sind.
Optoelektronisches Bauelement (101) nach Anspruch 1, wobei - die Bereiche (115, 117, 119) benachbart zu einem in der die Bereiche umfassenden Halbleiterschicht gebildeten Defekt gebildet sind, - der Defekt eine Epi-Röhre ist, - die Epi-Röhre einen Durchmesser von weniger als 1 µm aufweist, - die Epi-Röhre sich durch Schichten der Halbleiterschichtenfolge (105) erstreckt.
Optoelektronisches Bauelement (101) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Bereiche (115, 117, 119) n-dotiert sind und die zweite Dotierungskonzentration die Dotierungskonzentration der n-dotierten Halbleiterschicht (109) ist.
Optoelektronisches Bauelement (101) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Bereiche p-dotiert sind und die zweite Dotierungskonzentration die Dotierungskonzentration der p-dotierten Halbleiterschicht (107) ist.
Optoelektronisches Bauelement (101) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Bereiche (115, 117, 119) benachbart zu einem in der die Bereiche umfassenden Halbleiterschicht gebildeten Defekt gebildet sind.
Optoelektronisches Bauelement (101) nach dem vorherigen Anspruch, wobei der Defekt ein V-Pit (603) oder eine Epi-Röhre ist.
Optoelektronisches Bauelement (101) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Bereiche (115, 117, 119) benachbart zu einem in der die Bereiche umfassenden Halbleiterschicht gebildetes Via (403) gebildet sind.
Optoelektronisches Bauelement (101) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Bereiche (115, 117, 119) an einer von der Halbleiterschichtenfolge (105) abgewandten Außenfläche der die Bereiche (115, 117, 119) umfassenden Halbleiterschicht gebildet sind.
Optoelektronisches Bauelement (101) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die die Bereiche (115, 117, 119) umfassende Halbleiterschicht und die Bereiche (115, 117, 119) eine modulierte Dotierung aufweisen.
Optoelektronisches Bauelement (101) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei einer der Bereiche (115, 117, 119) eine Fläche von mindestens 25 µm² aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements (101), wobei auf einen Träger (103) eine Halbleiterschichtenfolge (105) aufgebracht wird, die eine n-dotierte (109) und eine p-dotierte Halbleiterschicht (107) umfasst, so dass ein p-n-Übergang (111) gebildet wird, der eine aktive Zone (113) zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung umfasst, wobei Bereiche (115, 117, 119) der zumindest einen der n-dotierten (109) und der p-dotierten Halbleiterschicht (107) mit einem Dotierstoff (501) versehen werden, so dass die Bereiche (115, 117, 119) mit einer ersten Dotierungskonzentration dotiert sind, die größer ist als eine zweite Dotierungskonzentration in einer Umgebung der Bereiche (115, 117, 119) in der die Bereiche (115, 117, 119) umfassenden Halbleiterschicht, wobei die dotierten Bereiche (115, 117, 119) bis zu dem p-n-Übergang (111) verlaufend und diesen kontaktierend gebildet sind und/oder die dotierten Bereiche (115, 117, 119) durch den p-n-Übergang (111) verlaufend und die beiden dotierten Halbleiterschichten verbindend gebildet sind, und wobei - in zumindest eine der dotierten Halbleiterschichten ein Defekt gebildet wird, der mit dem Dotierstoff (501) versehen wird, so dass die dotierten Bereiche (115, 117, 119) benachbart zu dem Defekt gebildet werden, und/oder - in zumindest eine der dotierten Halbleiterschichten ein Via (403) gebildet wird, in das der Dotierstoff (501) eingebracht wird, so dass die dotierten Bereiche (115, 117, 119) benachbart zu dem Via (403) gebildet werden.
Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, wobei vor dem Versehen der Bereiche (115, 117, 119) mit dem Dotierstoff (501) zumindest eine frei liegende Fläche der Halbleiterschichtenfolge (105) mit einer Schutzschicht gegen eine Dotierung mit dem Dotierstoff (501) versehen wird.