WO2009106028A1 - Optoelektronisches bauelement und verfahren zur herstellung eines optoelektronischen bauelements - Google Patents

Optoelektronisches bauelement und verfahren zur herstellung eines optoelektronischen bauelements Download PDF

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layer
optoelectronic component
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epitaxial layer
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Adrian Stefan Avramescu
Christoph Eichler
Uwe Strauss
Volker HÄRLE
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Osram Opto Semiconductors Gmbh
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    • H01S5/32341—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser emitting light at a wavelength less than 900 nm blue laser based on GaN or GaP

Definitions

  • the invention relates to an optoelectronic component according to the preamble of patent claim 1 and a method for its production.
  • the lifetime of the component is correlated inter alia with the number of defects in the epitaxially grown semiconductor layers.
  • a high number of defects also reduces the internal quantum efficiency, which reduces the light output.
  • a high quality growth substrate is required for the epitaxial growth of low defect density semiconductor layers.
  • nitride compound semiconductor based optoelectronic devices For the production of nitride compound semiconductor based optoelectronic devices, it is difficult to provide suitable growth substrates which have a lattice constant suitable for growth of nitride compound semiconductors and at the same time are characterized by a low defect density at their surface.
  • growth substrates produce comparatively many defects at the interface between the growth substrate and the epitaxial semiconductor layers, which extend from the growth substrate through the device and are therefore also referred to as "threading dislocations.”
  • the defects typically have a threading dislocation density (TDD) typically more than 10 8 inches 2 .
  • a further disadvantage with the use of GaN substrates is that the epitaxial layers of the optoelectronic component can not be easily detached from the growth substrate in order to produce so-called thin-film components.
  • Such thin film devices may be fabricated after growth of the epitaxial layer sequence on a sapphire substrate, for example by means of a laser lift-off process.
  • laser lift-off method laser radiation is radiated through the transparent growth substrate and absorbed at the interface between the growth substrate and the Epitaxie Anlagen, wherein the absorption of the laser radiation, a material decomposition at the interface is achieved, which leads to detachment of the growth substrate.
  • Laser lift-off method is known for example from the publication WO 98/14986.
  • this process typically can not be readily applied to GaN substrates because the GaN growth substrate is not transparent.
  • the invention has for its object to provide an optoelectronic device, which is characterized by a low defect density and a relatively low production cost. It is another object of the invention to provide a method for producing an optoelectronic component, with which a low defect density is achieved with low production costs. In particular, it should be possible to detach the growth substrate from the epitaxial layer sequence by means of a laser lift-off method.
  • An optoelectronic component according to the invention containing a layer sequence based a nitride compound semiconductor having an active layer, has a growth substrate made of Al 1 - X (in 7 Ga 1 ⁇ ) X is N or Ini_ xGaxN with 0 ⁇ x ⁇ 0.99 and 0 ⁇ y ⁇ 1.
  • x ⁇ 0.95.
  • the epitaxial layer sequence has grown epitaxially on the growth substrate so that its lattice constant in a direction parallel to the layer plane (in-plane lattice constant) is preferably essentially determined by the plane lattice constant of the growth substrate is determined.
  • Such a growth substrate of Ali-x (In y Gai-y) x N or Irii- xGaxN with 0 ⁇ x ⁇ 0.99 and 0 ⁇ y ⁇ 1 may comparatively easily be prepared as a bulk material by crystal growth method, and is therefore comparatively inexpensive. This is in particular due to the fact that the bonding forces of the atoms on the surface of these ternary and quaternary nitride compound semiconductors are stronger than the bonding forces on the surface of pure GaN.
  • the comparatively stable crystal surface favors crystal growth, in particular the production of single crystals.
  • such a growth substrate is advantageously characterized by the intrinsic properties of the bulk material.
  • the Threading Dislocation Density (TDD) of the growth substrate is advantageously less than 10 7 cm "2 , more preferably less than 10 6 cm " 2 .
  • the low defect density of the growth substrate has a positive effect on the crystal quality of the epitaxial layer sequence. This advantageously increases the service life of the optoelectronic component, in particular in high-performance components such as semiconductor lasers, and the quantum efficiency in the generation of radiation.
  • the growth substrate may be a self-supporting substrate. Alternatively, however, the growth substrate may also be a so-called quasi-substrate.
  • a "quasi-substrate” is understood to mean a thin layer which has previously been detached from the respective semiconductor material by a semiconductor substrate and transferred to another carrier.
  • Such a method for transferring a thin layer of a semiconductor substrate to another carrier is known per se from the document US 5,374,564.
  • ions are implanted through a surface of the semiconductor substrate and in this way an ion implantation zone is produced in the semiconductor substrate. Thereafter, the substrate is attached to this surface, for example by means of an intermediate layer, in particular a solder layer, on the support.
  • the semiconductor substrate along the ion implantation zone is annealed by annealing, so that a thin layer of the original semiconductor substrate remains on the support and can be used as a growth substrate, for example for epitaxially growing an epitaxial layer sequence of an optoelectronic component.
  • the thin layer acting as a growth substrate on the support is characterized in particular by the fact that its in-plane lattice constant is essentially determined by the composition of the semiconductor material and thus is not or only insignificantly influenced by the support. It differs from a thin epitaxially grown layer whose in-plane lattice constant is essentially determined by the growth substrate. In contrast to a layer transferred to the carrier, in the case of an epitaxially grown layer, the lattice constant would only adapt at large layer thicknesses by the formation of defects of a lattice constant corresponding to the material composition.
  • the epitaxial layer sequence of the optoelectronic device is based on a nitride compound semiconductor.
  • a nitride compound semiconductor based means in this context that the epitaxial layer sequence, or at least the active layer of a nitride III / V compound semiconductor material, preferably Al x Ga ⁇ nx n ⁇ N, where O ⁇ n ⁇ l, 0 ⁇ m ⁇ 1 and n + m ⁇ 1.
  • this material does not necessarily have to have a mathematically exact composition according to the above formula, but rather it may have one or more dopants and additional constituents which have the characteristic physical properties of Al n Ga m In x n .
  • the above formula contains only the essential components of the crystal lattice (Al, Ga, In, N), although these may be partially replaced by small amounts of other substances.
  • the active layer may in particular be a radiation-emitting active layer.
  • the active layer may be formed, for example, as a pn junction, a double heterostructure, a single quantum well structure, or a multiple quantum well structure.
  • quantum well structure encompasses any structure in which charge carriers undergo quantization of their energy states by confinement.
  • quantum well structure does not include information about the dimensionality of the quantization. It thus includes quantum wells, quantum wires and quantum dots and any combination of these structures.
  • At least one buffer layer is arranged on the growth substrate.
  • the buffer layer arranged between the growth substrate and the epitaxial layer sequence of the optoelectronic component, a step-shaped or gradient-shaped transition of the lattice constant from the growth substrate to the epitaxial layer sequence is advantageously achieved, whereby mechanical stresses are advantageously reduced.
  • a plurality of buffer layers are applied to the growth substrate, so that the lattice constant in the buffer layer sequence varies stepwise or in the form of a gradient.
  • a plurality of buffer layers of In y Al x Ga x -yN with x ⁇ 0.9 and y ⁇ 0.1 are arranged between the growth substrate and the epitaxial layer sequence.
  • the difference between the lattice constants between the adjacent buffer layers is preferably kept so small that no additional defects are caused by mechanical stresses.
  • the epitaxial layer sequence of the optoelectronic component can be advantageously grown on the uppermost of the buffer layers, which is advantageously characterized by a good lattice matching to the epitaxial layers and a low defect density.
  • the epitaxial layer sequence comprises a Distributed Bragg Reflection (DBR) mirror, wherein the DBR mirror has a plurality of layer pairs, each having a first layer of In y i Al x i Ga ⁇ - xl - y iN and a second layer of Ir y 2 Al x2 Ga. 1 x2 - y2 N, where for the aluminum content xl> 0.01 and x2> 0.05.
  • DBR Distributed Bragg Reflection
  • a growth substrate from Ali. x (In y Ga y) x N where 0 ⁇ x ⁇ 0.99 and 0 ⁇ y ⁇ 1 has the advantage that the layer pairs of the DBR Mirror compared to a pure GaN growth substrate with the same lattice mismatch may have a higher aluminum concentration.
  • the refractive index contrast increases in the DBR mirror, which advantageously increases the reflectivity.
  • This has the particular advantage that, compared to a DBR mirror with a lower aluminum content of the layers, the same or even a higher reflectivity can be achieved with a smaller number of layer pairs.
  • a smaller number of layer pairs in the DBR mirror has the advantage that the production costs are reduced and the heat removal from the epitaxial layer system is improved due to the lower overall thickness.
  • the DBR mirror is advantageously arranged between the growth substrate and the active layer. This is advantageous for an optoelectronic component in which the radiation emitted by the active layer is emitted by the surface opposite the growth substrate.
  • the DBR mirror in this case reflects the radiation emitted in the direction of the growth substrate to the growth substrate opposite
  • the DBR mirror may form a resonator mirror of a surface emitting semiconductor laser.
  • the optoelectronic component can be a surface-emitting optoelectronic component, that is to say in particular a surface-emitting semiconductor laser with a vertical cavity (VCSEL, Vertical Cavity Surface Emitting Laser), a surface-emitting element Semiconductor laser with external vertical cavity (VECSEL, Vertical External Cavity Surface Emitting Laser) or an LED, in particular an LED with resonator cavity (RCLED, Resonant Cavity LED).
  • VCSEL Vertical Cavity Surface Emitting Laser
  • VECSEL Vertical External Cavity Surface Emitting Laser
  • RCLED Resonant Cavity LED
  • the optoelectronic component can be an edge-emitting semiconductor laser.
  • the active layer is preferably disposed between two waveguide layers that form a waveguide in which the radiation emitted by the active layer can propagate in the main emission direction.
  • cladding layers on both sides of the active layer, cladding layers each adjoin the waveguide layers having a lower refractive index than the waveguide layers, so that the refractive index jump causes optical guiding of the wave in the waveguide.
  • the growth substrate and / or the buffer layers in the optoelectronic component have a comparatively low refractive index owing to their aluminum content, it is advantageously possible to dispense with the cladding layer facing the growth substrate from the active layer.
  • the waveguide layer lying opposite the growth substrate from the active layer preferably follows a cladding layer and no cladding layer is arranged between the growth substrate and the waveguide layer facing the growth substrate.
  • the growth substrate is preferably mounted on a heat sink on the side facing away from the active layer.
  • the heat sink may be a passive heat sink, such as a copper block, or an active heat sink, such as a microchannel cooler.
  • the growth substrate it is advantageous for the growth substrate to be made or In x Ga x N with 0 ⁇ x ⁇ 0.99 and 0 ⁇ y ⁇ 1 has an improved thermal conductivity compared to the conventionally used sapphire or GaN substrates.
  • the heat generated in the active layer can be effectively dissipated to the heat sink via the growth substrate.
  • Epitaxial layer sequence having an active layer grown on the growth substrate having an active layer grown on the growth substrate.
  • Epitaxial layer at least one buffer layer grown on the growth substrate.
  • several buffer layers In y Al x Gai_ x _ y N with x ⁇ 0.9 and y ⁇ 0.1 are applied to the growth substrate.
  • a temperature treatment of the growth substrate is carried out before the epitaxial layer sequence or optionally the one or more buffer layers are grown.
  • Temperature treatment can be advantageously removed oxides and carbon compounds from the surface of the growth substrate.
  • the temperature treatment is advantageously carried out at a temperature of more than 1000 0 C, preferably at a temperature between 1000 0 C and 1100 0C, performed.
  • the temperature treatment is preferably carried out in situ, that is to say in the high-vacuum chamber provided for growing the epitaxial layer sequence.
  • the temperature treatment is carried out with supply of H 2 gas or NH 3 -GaS.
  • the growth substrate is detached after the epitaxial layer sequence has grown.
  • the detachment of the growth substrate from the epitaxial layer sequence is advantageously carried out by means of a laser lift-off method.
  • the laser lift-off method can be used, in particular, when the growth substrate for radiation absorbed by the epitaxial layer sequence is transparent, so that the laser radiation can be radiated through the substrate into the epitaxial layers. Therefore, this method can be applied particularly in a growth substrate made of Al 1-X (In y Ga y) x N x ⁇ 0.99, in contrast to GaN substrates, since the growth substrate due to the aluminum content having a larger electronic band gap than GaN , The aluminum content of the growth substrate is advantageously selected such that the growth substrate is transparent to radiation absorbed by the epitaxial layer sequence.
  • An alternative way of detaching the growth substrate from the epitaxial layer sequence is to apply a sacrificial layer to the growth substrate prior to growing the epitaxial layer sequence, the growth substrate subsequently being removed by selective etching of the sacrificial layer.
  • the epitaxial layer sequence is connected to a carrier before detachment of the growth substrate at the surface opposite the growth substrate.
  • the detachment of the growth substrate from the epitaxial layer sequence and the connection of the epitaxial layer sequence with another support has the advantage that the support need not be suitable for the epitaxial growth of a nitride compound semiconductor.
  • the carrier may be made of a material that is characterized by good electrical and / or thermal conductivity and / or low cost.
  • the support may be formed of Ge, GaAs, Si, SiC, a metal such as Mo or Au, a metal alloy, or a ceramic such as AlN.
  • a reflection-increasing layer or layer sequence is applied to the surface of the epitaxial layer sequence facing away from the growth substrate.
  • the optoelectronic component is an LED, in which the emission of radiation takes place through the surface opposite the carrier, from which the growth substrate has been detached.
  • the carrier with the reflection-enhancing layer reflects radiation that is in Direction of the carrier is emitted, advantageously to the radiation exit side, so that absorption in the carrier is reduced.
  • the epitaxial layer sequence is preferably grown on the growth substrate in such a way that first a region of n-doped semiconductor layers and subsequently a region of p-doped semiconductor layers is grown, wherein the active layer is arranged between the region of n-doped semiconductor layers and the region of p-doped semiconductor layers.
  • the region of n-doped semiconductor layers is thus accessible to structuring.
  • the optoelectronic component may be an LED in which the emission of radiation takes place through the surface on which the growth substrate was originally arranged.
  • a structure is produced at this surface freed from the growth substrate, by means of which the coupling-out of radiation from the semiconductor material is improved.
  • the structure may in particular be a roughening or a prismatic structure.
  • the accessibility of the region of the n-doped semiconductor layers of the epitaxial layer sequence for patterning is also advantageous, in particular, when the optoelectronic component is a semiconductor laser.
  • the range of n-doped semiconductor layers are patterned into a ridge waveguide, wherein the ridge waveguide laser is preferably mounted on the side of the p-doped semiconductor layers over its entire surface on a support.
  • the structuring of the n-doped semiconductor layers has the advantage, in comparison to conventional optoelectronic components, in which the area of the p-doped semiconductor layers is usually patterned, that a larger number of suitable plasma processes are available for carrying out the structuring. It has been found that structuring of p-doped semiconductor layers in some plasma processes involves the risk that the electrical properties of the layers degrade when the plasma process is carried out. In contrast, the region of the n-type semiconductor layers is less sensitive, so that the risk of degradation of the electrical properties is reduced.
  • the detachment of the growth substrate from the epitaxial layer sequence is also advantageous if the optoelectronic component is an edge-emitting semiconductor laser.
  • the optoelectronic component is an edge-emitting semiconductor laser.
  • side facets in the epitaxial layer sequence forming the resonator mirrors of the edge emitting semiconductor laser can be generated in a comparatively simple manner by scribing and cleaving the epitaxial layer sequence.
  • the production cost for producing the reflective side facets is therefore advantageously low.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a cross section through an optoelectronic component according to a first exemplary embodiment according to the invention
  • FIG. 2 shows a schematic illustration of a cross section through an optoelectronic component according to a second exemplary embodiment of the invention
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a cross section through an optoelectronic component according to a third exemplary embodiment of the invention
  • FIG. 4 shows a schematic illustration of a cross section through an optoelectronic component according to a fourth exemplary embodiment of the invention
  • FIG. 5 shows a schematic illustration of a cross section through an optoelectronic component according to a fifth exemplary embodiment of the invention
  • FIG. 6 shows a schematic illustration of a cross section through an optoelectronic component according to a sixth exemplary embodiment of the invention
  • FIG. 7 shows a schematic representation of a cross section through an optoelectronic component according to a seventh exemplary embodiment of the invention
  • FIG. 8 is a schematic representation of a cross section through, an optoelectronic component according to an eighth exemplary embodiment of the invention
  • FIG. 7 shows a schematic representation of a cross section through an optoelectronic component according to a seventh exemplary embodiment of the invention
  • FIG. 8 is a schematic representation of a cross section through, an optoelectronic component according to an eighth exemplary embodiment of the invention
  • FIG. 9 a schematic representation of an embodiment of a method according to the invention with the aid of intermediate steps
  • FIG. 10 shows an exemplary embodiment of an optoelectronic component produced by the method according to the invention
  • FIG. 11 shows a further exemplary embodiment of an optoelectronic component produced by the method according to the invention.
  • FIG. 12 shows a further exemplary embodiment of an optoelectronic component produced by the method according to the invention.
  • the exemplary embodiment of an optoelectronic component illustrated in FIG. 1 is an LED 100.
  • the LED 100 has a growth substrate 1 of Ali_ ⁇ (In 7 Ga 1-7 ) X N or Inx x Ga x N with 0 ⁇ x ⁇ 0 , 99 and 0 ⁇ y ⁇ 1.
  • On the growth substrate 1 are advantageously applied a plurality of buffer layers 2, the in y Al x Ga ⁇ . x - y N. In this case, preferably x ⁇ 0.9 and y ⁇ 0.1.
  • the epitaxial layer sequence 6 is applied to the buffer layers 2.
  • the epitaxial layer sequence 6 comprises an n-doped region 3, which has one or more
  • n-doped region 3 Contains semiconductor layers, and a p-doped region 5, which contains one or more semiconductor layers. Between the n-doped region 3 and the p-doped region 5, an active layer 4 is arranged.
  • the layers of the epitaxial layer sequence 6, in particular the active layer 4 contained therein, are based on a nitride compound semiconductor.
  • the active layer 4 is a radiation-emitting layer, wherein the emitted radiation 13 is preferably radiation from the ultraviolet or from the blue or green visible spectral range.
  • the active layer 4 may not only be a single layer but may also comprise multiple sublayers, in particular a single or multiple quantum well structure.
  • a p-contact layer 11 is applied to the epitaxial layer sequence 6.
  • An n-contact layer 12 may, for example, be applied to the back side of the growth substrate 1.
  • the growth substrate 1 contained in the LED 100 is the growth substrate 1 contained in the LED 100.
  • Al 1-X (In y Gai_ y) x N or ini- xGaxN with 0 ⁇ x ⁇ 0.99 and 0 ⁇ y ⁇ 1 is advantageously characterized by a low defect density of preferably less than 1 x 10 7 cm "2 , more preferably less than 1 x 10 6 cm " 2 , from.
  • a good lattice matching to the epitaxial layer sequence 6 can be achieved by the buffer layer sequence inserted between the growth substrate 1 and the epitaxial layer sequence 6.
  • the compositions of the buffer layers 2 preferably vary stepwise or in the form of a gradient, so that as little as possible mechanical stresses and associated defects arise as a result of the growth of the buffer layer sequence 2.
  • the growth substrate 1 has the advantage that it can be produced comparatively inexpensively in comparison to GaN substrates.
  • a temperature treatment of the growth substrate is preferably carried out prior to the epitaxial growth of the buffer layer sequence 2 onto the growth substrate 1.
  • the temperature treatment can advantageously be carried out in situ, that is to say in the coating chamber provided for the epitaxial growth of the subsequent layers.
  • the temperature treatment is preferably carried out at a temperature of more than 1000 0 C, more preferably at a temperature between 1000 0 C and 1100 0 C.
  • the temperature treatment which preferably takes place with supply of H 2 -GaS or NH 3 -GaS, can be advantageous Impurities such as oxides or carbon compounds are removed from the substrate surface.
  • the exemplary embodiment of an LED 100 shown in FIG. 2 differs from the exemplary embodiment illustrated in FIG. 1 in that the n-contact layer 12 is not arranged on the rear side of the growth substrate 1 but how the p-type contact layer 11 is disposed on the side of the LED 100 opposite to the growth substrate 1.
  • the epitaxial layer sequence 6 is preferably etched down into the n-doped region 3 in an edge region of the LED 100 in order to provide the n-doped region 3 with the n-contact layer 12.
  • the active layer 4 and the p-doped region 5 are insulated from the n-contact layer 12 by an electrically insulating passivation layer 14, which is applied in particular to the exposed side edge of the epitaxial layer sequence 6.
  • This type of electrical contacting is particularly advantageous when the growth substrate 1 is not electrically conductive.
  • An alternative possibility for electrically contacting the LED 100 in the case of an electrically non-conductive growth substrate is that plated-through holes are guided from the back side of the growth substrate 1 through the growth substrate 1 to the at least one n-doped region 3 (not shown).
  • an optoelectronic device is an edge-emitting semiconductor laser 101.
  • a plurality of buffer layers 2 preferably a plurality of layers made of In y Al x Ga x - y include N with x ⁇ 0.9 and y ⁇ 0.1 is disposed.
  • the electrical contacting of the edge emitting semiconductor laser for example, by means of a on the Epitaxial layer sequence 6 applied p-contact layer 11 and arranged on the back of the growth substrate 1 n-contact layer 12th
  • the epitaxial layer sequence 6 of the edge-emitting semiconductor laser contains an active layer 4, which is arranged between a first waveguide layer 9 and a second waveguide layer 10. At the sides facing away from the active layer 4, a first cladding layer 7 adjoins the first waveguide layer 9 and a second cladding layer 8 adjoins the second waveguide layer 10.
  • the first cladding layer 7 facing the growth substrate 1 and the first waveguide layer 9 are preferably n-doped, and the first waveguide layer 10 and second cladding layer 8 arranged above the active layer 4 from the growth substrate 1 are p-doped.
  • the cladding layers 7, 8 are characterized by a lower refractive index than the waveguide layers 9, 10, and thus cause the laser radiation 13, which propagates in a lateral direction, to be guided in the waveguide layers 9, 10.
  • the growth substrate 1 has the advantage of a low defect density, which in particular improves the long-term stability of the edge-emitting semiconductor laser 101. Furthermore, in contrast to the use of a GaN growth substrate, the manufacturing costs are comparatively low.
  • FIG. 4 shows a further exemplary embodiment of an edge-emitting semiconductor laser 101.
  • This embodiment differs from the embodiment shown in Figure 3 in that the Epitaxial layer sequence 6 does not contain the growth substrate 1 facing first cladding layer.
  • the first waveguide layer 9 is therefore applied directly to the buffer layer sequence 2, and only the second waveguide layer 10 arranged above the active layer 4, viewed from the growth substrate, adjoins a second cladding layer 8.
  • the layer thickness of the epitaxial layer sequence 6 is reduced, which also improves the heat dissipation of the heat generated by the active layer 4 to the growth substrate 1.
  • the exemplary embodiment of an optoelectronic component illustrated in FIG. 5 is a ridge waveguide laser 102.
  • the layer sequence of the ridge waveguide laser essentially corresponds to the exemplary embodiment of an edge-emitting semiconductor laser illustrated in FIG.
  • the ridge-waveguide laser 102 differs from the edge-emitting semiconductor laser shown in FIG. 3 in that a ridge for forming a rib waveguide is produced in the upper cladding layer 8 and the p-contact layer 11.
  • the Fabrication of the web can be done for example by means of an etching process in which parts of the p-contact layer 11 and the cladding layer 8 are removed so that only a strip-shaped area remains.
  • the exposed areas of the cladding layer 8 and the p-contact layer 11 are each provided with passivation layers 14.
  • a contact metallization 15 may be applied to the p-contact layer 11, wherein the regions of the cladding layer 8 arranged outside the central web are insulated from the contact metallization 15 by the passivation layers 14.
  • n-side contacting of the ridge waveguide laser 102 takes place, for example, by means of an n-contact layer 12, which can be arranged on the rear side of the growth substrate 1 facing away from the active layer 4.
  • the contact layer 12 may also be guided as a via through the growth substrate to the n-doped layers, for example the buffer layers 2.
  • FIG. 6 shows a further exemplary embodiment of a ridge waveguide laser 102, which differs from the exemplary embodiment illustrated in FIG. 5 by the manner in which the n-contact is produced.
  • the contacting takes place similarly to the LED shown in FIG.
  • the epitaxial layer sequence 6 is etched down into the region of the n-doped semiconductor layers 7, 9 in an edge region of the ridge waveguide laser 102, so that these are contacted with an n-contact layer 12 can.
  • the active layer 4 and the p-doped semiconductor layers 10, 8 are electrically insulated from the n-contact layer 12 by means of a passivation layer 14. This type of electrical contacting is particularly advantageous when the growth substrate 1 is electrically non-conductive.
  • an optoelectronic device is an LED having a resonant cavity (RCLED) 103.
  • the RCLED 103 comprises like the previously described embodiments, a growth substrate from Ali_ x (In y Ga y) x N or 1, - X Ga x N with 0 ⁇ x ⁇ 0.99 and 0 ⁇ y ⁇ 1.
  • a plurality of buffer layers 2 of In 7 Al x Ga 1 - x _ y N with x ⁇ 0.9 and y ⁇ 0.1 are applied.
  • An epitaxial layer sequence 6 containing a DBR mirror 16 is applied to the buffer layers 2.
  • the DBR mirror 16 includes a plurality of layer pairs of first layers and second layers which differ in their material composition and thus in their refractive index.
  • the layer pairs contain first layers of In y iAl x iGai. ⁇ i-yi and second layers of In y2 Al x2 Gai- x2 - y2 , wherein for the aluminum content advantageously xl> 0.01 and x2> 0.05 with xl ⁇ x2 applies.
  • the growth substrate from Ali_ x (In y Ga y) X is N or In 1 - x Ga X N where 0 ⁇ x ⁇ 0.99 and 0 ⁇ y ⁇ 1 has a comparatively good thermal conductivity as compared with conventionally used substrates for growing nitride compound semiconductors such as sapphire or GaN.
  • the semiconductor layers of the DBR mirror 16 are preferably n-doped.
  • the DBR mirror 16 is followed by at least one region of n-doped semiconductor layers 3, the active layer 4, and at least one region of p-doped semiconductor layers 5.
  • a p-contact layer 11 is applied to the p-doped region 5 and forms part of the semiconductor material the radiation emitted back to the active layer 4 and thus forms a cavity with the DBR mirror 16.
  • the RCLED 103 emits radiation 13 with high intensity in a preferred direction perpendicular to the active layer 4.
  • the partially reflecting p-contact layer 12 is applied only to a central subregion of the p-doped region 5, wherein the laterally adjacent regions are preferably provided with a passivation layer 14.
  • the advantages of the growth substrate 1 and the DBR mirror 16 applied thereto based on the embodiment illustrated in FIG. 7 also apply to the optoelectronic component shown in FIG / is a vertical cavity surface emitting semiconductor laser (VCSEL) 104.
  • VCSEL vertical cavity surface emitting semiconductor laser
  • the second Resonatorspie 'gel of the surface emitting semiconductor laser is seen through one of the active layer 4 formed to the first DBR mirror 16 opposite second DBR mirror 18 ,
  • the second DBR mirror 18 is formed by alternating dielectric layers.
  • the second DBR mirror 18 is applied to a transparent contact layer 17, which serves for electrically contacting the surface-emitting semiconductor laser 104.
  • the transparent contact layer 17 adjoins the p-doped region 5 in a central region of the surface-emitting semiconductor laser 104.
  • the transparent contact layer 17 in the edge regions of the surface emitting semiconductor laser is isolated from the epitaxial layer sequence by passivation layers 14. Laterally of the DBR mirror 18, the transparent contact layer may be provided with contact metallizations 15. The radiation 13 generated by the surface emitting semiconductor laser 104 is coupled out through the second DBR mirror 18.
  • the electrical contacting of the surface emitting semiconductor laser 104 takes place firstly through the transparent contact layer 17 in conjunction with the contact metallizations 15 and secondly through the rear side, for example of the growth substrate applied n-contact layer 12th Alternatively, the electrical Kont .
  • the n-contact layer 12 can alternatively also be electrically conductively connected to the n-doped semiconductor layers of the surface-emitting semiconductor laser 104 by plated-through holes through the growth substrate 1.
  • a growth substrate made of Al is 1 - X (In Ga 7 I - Y) x N or Ini_ xGaxN provided with 0 ⁇ x ⁇ 0.99 and 0 ⁇ y ⁇ 1, by the Epitaxial layer sequence of an optoelectronic device to be grown.
  • the growth substrate 1 is advantageously subjected in situ, that is to say in the coating chamber provided for growing the epitaxial layer sequence, to a temperature treatment at a temperature T of preferably more than 1000 ° C., for example between 1000 ° C. and 1100 ° C.
  • the temperature treatment preferably takes place with supply of H 2 or NH 3 -GaS and serves to remove carbon and / or oxygen-containing impurities from the surface of the growth substrate 1.
  • a semiconductor layer sequence has been grown onto the growth substrate 1 pretreated in this way.
  • a buffer layer sequence 2 comprising a plurality of layers of In 7 Al 3 .x Ga x N with x ⁇ 0.9 and y ⁇ 0.1 contains, grew up.
  • An epitaxial layer sequence 6 of the optoelectronic component which contains at least one n-doped semiconductor layer 3, the active layer 4 and at least one p-doped semiconductor layer 5 is grown on the buffer layers 2.
  • a p-contact layer 11 is applied.
  • the epitaxial layer sequence 6 thus corresponds to the exemplary embodiment of an LED shown in FIG.
  • a carrier 19 has been applied to the p-contact layer 11.
  • the carrier 19 is preferably electrically conductive, so that advantageously an electrical contact for the optoelectronic component produced by the method can be realized via the carrier 19.
  • the growth substrate 1 is removed by a laser lift-off method.
  • laser radiation 20 is irradiated through the growth substrate 1 into the previously applied semiconductor layers.
  • the growth substrate 1 made of Al 1 - advantageous for laser radiation is transparent x N or ini- xGaxN with 0 ⁇ x ⁇ 0.99 and 0 ⁇ y ⁇ 1 - X (Y 7, Ga I) which is absorbed by the semiconductor layers.
  • the laser radiation 20 is preferably absorbed in the region of the buffer layer sequence 2, the absorption of the laser radiation 20 resulting in the semiconductor material being decomposed in such a way that the semiconductor body is severed in this region, as schematically illustrated in FIG. 9d.
  • the growth substrate 1, optionally with residues of the buffer layer sequence 2 a, and the epitaxial layer sequence 6 are separated from one another on the carrier 19.
  • the residues of the buffer layer sequence 2 a, 2 b remaining on the divided halves of the semiconductor body can be removed from the growth substrate 1 or the epitaxial layer sequence 6, for example, by means of an etching process. This has the particular advantage that the growth substrate 1 can be recycled to grow further semiconductor layer sequences.
  • the optoelectronic component is completed in the following method steps.
  • the n-doped region 3 of the epitaxial layer sequence 6 freed from the remainders of the buffer layer sequence is provided with a structuring 21, by means of which the radiation decoupling from the optoelectronic component is improved.
  • the surface of the n-doped region 3 opposite the carrier 19, by which the radiation is coupled out in the optoelectronic component can be roughened in such a way that the proportion of the radiation emitted by the active layer 4, which is at the interface between the n-doped region 3. doped region 3 and the surrounding medium is totally reflected, is reduced.
  • n-contact layer 12 in order to complete the optoelectronic component, which is an LED 100.
  • FIGS. 10, 11 and 12 show three further exemplary embodiments of optoelectronic components represented, which are produced by the method according to the invention. These embodiments have in common that the epitaxial layer sequence contained in this optoelectronic devices in each case on a growth substrate made of Al 1 - X (In y Ga y) x N or ini- xGaxN with 0 ⁇ x ⁇ 0.99 and 0 ⁇ y ⁇ 1, which after bonding the epitaxial layer sequence on the side opposite the growth substrate with a support has been detached from the epitaxial layer sequence.
  • These method steps correspond to the method steps explained in connection with FIGS. 9a to 9d and will therefore not be explained in more detail below.
  • the optoelectronic components illustrated in FIGS. 10, 11 and 12 differ in the type of epitaxial layer sequence 6 from the exemplary embodiment illustrated in FIG. 9e and in the type of structuring of the n-doped semiconductor layers which have become accessible due to the detachment of the growth substrate. These differences from the LED 100 shown in FIG. 9e will be explained in more detail below.
  • the optoelectronic component illustrated in FIG. 10 is a ridge waveguide laser 102.
  • the epitaxial layer sequence 6 of the ridge waveguide laser 102 essentially corresponds to the exemplary embodiment illustrated in FIG. 5, that is to say it contains an n-doped first cladding layer 7, an n doped first waveguide layer 9, the active layer 4, a second p-doped waveguide layer 10 and a second p-doped cladding layer 8.
  • the ridge waveguide of the ridge waveguide laser 102 is not in the p-doped one Cladding layer 8, but in the n-doped cladding layer 7, which is accessible after the detachment of the growth substrate structuring, has been generated.
  • the n-doped cladding layer 7 has been patterned, for example, by an etching process to form a ridge waveguide, wherein the regions adjoining the ridge waveguide on the side are each provided with passivation layers 14. On the provided with the passivation layers 14
  • Rib waveguide is an n-contact layer 12 is applied.
  • the p-side contacting of the stiffening laser 102 takes place via a p-contact layer 11, which is applied to the p-doped cladding layer 8.
  • a p-contact layer 11 of the electrically conductive carrier 19 is arranged.
  • the production of the rib waveguide in the n-doped cladding layer 7 has the advantage that the risk of a degradation of the electrical properties is reduced, since it has been found that n-doped layers in comparison p-doped layers with respect to their electrical properties less sensitive to etching processes , in particular plasma etching processes.
  • Figure 11 shows an embodiment of an optoelectronic component in the form of a surface-emitting type semiconductor laser 104 (VCSEL), in which the epitaxial layer 6 on a growth substrate made of Al 1 - * (In y Gai -y) X is N or Ini_ x Ga x N to 0 ⁇ x ⁇ 0.99 and 0 ⁇ y ⁇ 1 has grown, which has been detached from the epitaxial layer sequence 6, so that the region of the n-doped semiconductor layers of a structuring is accessible.
  • the epitaxial layer sequence 6 of the surface-emitting semiconductor laser 104 has at least one p-doped region 5, the active layer 4, an n-doped region 3 and an n-doped DBR mirror 16.
  • n-doped semiconductor layers 3, 16 and the active layer 4 have been patterned into a mesa.
  • a DBR mirror 18 is applied on the side facing away from the active layer 4 side, which is preferably formed of dielectric layers.
  • the n-type DBR mirror 16 and the DBR dielectric mirror 18 form the laser resonator of the surface emitting semiconductor laser 104.
  • the DBR mirror 18 is preferably structured to have the same extent as the mesa formed by the active layer 4, the n-doped region 3, and the DBR mirror 16.
  • the dielectric DBR mirror 18 is patterned, for example, before the detachment of the growth substrate before the semiconductor body is connected to the carrier 19.
  • An n-contact layer 12 is deposited on the DBR mirror 16.
  • the n-contact layer 12 is preferably a transparent contact layer, in particular made of an electrically conductive transparent oxide such as ITO or ZnO, or it has a preferably circular opening for coupling out the radiation emitted by the surface emitting semiconductor laser 104.
  • the carrier 19 is arranged on the DBR mirror 18 and the p-contact layers 11 arranged laterally therefrom.
  • the optoelectronic component shown in FIG. 12 which has been produced by a method according to the invention, it is a resonant cavity LED (RCLED) 103.
  • the RCLED 103 has a mesa structure comprising the active layer 4, an n-doped region 3 and an n-doped DBR mirror 16.
  • the RCLED 103 has at least one p-doped region 5.
  • the RCLED 103 does not have a further DBR mirror on the p-doped region 5, but only a partially reflecting p-contact layer 11.
  • the RCLED 103 is connected to a conductive support 19.
  • a second electrical contact of the RCLED 103 is realized in that an n-contact layer 12 is applied to the n-doped DBR mirror 16.

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Abstract

Ein optoelektronisches Bauelement gemäß der Erfindung enthält eine auf einem Nitridverbindungshalbleiter basierende Epitaxieschichtenfolge (6) mit einer aktiven Schicht (4), wobei das Aufwachssubstrat (1) A11-xGaxN mit 0 < x < 0,95 aufweist. Bei einem Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements gemäß der Erfindung wird ein Aufwachssubstrat (1) aus A11-x(InyGa1-y)xN oder In1-xGaxN mit 0 < x < 0,99 und 0 ≤ y ≤1 bereitgestellt und eine auf einem Nitridverbindungshalbleiter basierende Epitaxieschichtenfolge (6), die eine aktive Schicht (4) enthält, darauf aufgewachsen.

Description

Beschreibung
Optoelektronisches Bauelement und Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements
Die Erfindung betrifft ein optoelektronisches Bauelement gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren zu dessen Herstellung.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldungen 10 2008 011 864.8 und 10 2008 019 268.6, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Bei optoelektronischen Halbleiterbauelementen, beispielsweise Halbleiterlasern oder LEDs, korreliert die Lebensdauer des Bauelements unter anderem mit der Anzahl der Defekte in den epitaktisch aufgewachsenen Halbleiterschichten. Durch eine hohe Anzahl von Defekten wird auch die interne Quanteneffizienz vermindert, wodurch sich die Lichtausbeute verringert. Zum epitaktischen Aufwachsen von Halbleiterschichten mit geringer Defektdichte ist ein AufwachsSubstrat von hoher Qualität erforderlich.
Zur Herstellung von optoelektronischen Bauelementen auf der Basis von Nitridverbindungshalbleitern ist es schwierig, geeignete Aufwachssubstrate bereitzustellen, die eine zum Aufwachsen von Nitridverbindungshalbleitern geeignete Gitterkonstante aufweisen und sich gleichzeitig durch eine geringe Defektdichte an ihrer Oberfläche auszeichnen.
Es ist bekannt, epitaktische Halbleiterschichten aus Nitridverbindungshalbleitern auf SiC- oder Saphirsubstraten aufzuwachsen. Beim Aufwachsen auf derartigen
Aufwachssubstraten entstehen an der Grenzfläche zwischen dem AufwachsSubstrat und den epitaktischen Halbleiterschichten allerdings vergleichsweise viele Defekte, die sich vom AufwachsSubstrat durch das Bauelement erstrecken und deshalb auch als „ threading dislocations" bezeichnet werden. Die Defekte weisen typischerweise eine Flächendichte (threading dislocation density , TDD) von typischerweise mehr als 108 cm"2 auf.
Inzwischen stehen zum epitaktischen Aufwachsen von Nitridverbindungshalbleitern zwar Substrate aus GaN zur Verfügung, die eine vergleichsweise geringe Defektdichte von typischerweise mehr als 105 cm"2 aufweisen. Allerdings erschwert der hohe Preis derartiger GaN-Substrate den kommerziellen Einsatz in der Massenproduktion von optoelektronischen Bauelementen auf der Basis von Nitridverbindungshalbleitern.
Ein weiterer Nachteil bei der Verwendung von GaN-Substraten besteht darin, dass die epitaktischen Schichten des optoelektronischen Bauelements nicht ohne weiteres von dem Aufwachssubstrat abgelöst werden können, um sogenannte Dünnfilmbauelemente herzustellen. Solche Dünnfilmbauelemente können nach dem Aufwachsen der Epitaxieschichtenfolge auf einem Saphirsubstrat beispielsweise mittels eines Laser-Lift- Off-Prozesses hergestellt werden. Bei dem Laser-Lift-Off- Verfahren wird Laserstrahlung durch das transparente Aufwachssubstrat eingestrahlt und an der Grenzfläche zwischen dem Aufwachssubstrat und der Epitaxieschichtenfolge absorbiert, wobei durch die Absorption der Laserstrahlung eine Materialzersetzung an der Grenzfläche erzielt wird, die zum Ablösen des Aufwachssubstrats führt. Ein derartiges Laser-Lift-Off-Verfahren ist beispielsweise aus der Druckschrift WO 98/14986 bekannt. Im Gegensatz zu Substraten aus Saphir kann dieses Verfahren bei Substraten aus GaN in der Regel jedoch nicht ohne weiteres angewandt werden, da das GaN-AufwachsSubstrat nicht transparent ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein optoelektronisches Bauelement anzugeben, das sich durch eine geringe Defektdichte und einen vergleichsweise geringen Herstellungsaufwand auszeichnet. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements anzugeben, mit dem eine geringe Defektdichte bei geringen Herstellungskosten erzielt wird. Insbesondere soll die Möglichkeit bestehen, das Aufwachssubstrat mittels eines Laser-Lift-Off-Verfahrens von der Epitaxieschichtenfolge abzulösen.
Diese Aufgabe wird durch ein optoelektronisches Bauelement mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren zu dessen Herstellung gemäß Patentanspruch 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche .
Ein optoelektronisches Bauelement gemäß der Erfindung, das eine einem Nitridverbindungshalbleiter basierende Epitaxieschichtenfolge mit einer aktiven Schicht enthält, weist ein Aufwachssubstrat aus Al1-X (In7Ga1^) XN oder Ini_xGaxN mit 0 < x < 0,99 und 0 ≤ y ≤ 1 auf. Bevorzugt ist x < 0,95.
Die Epitaxieschichtenfolge ist epitaktisch auf dem Aufwachssubstrat aufgewachsen, so dass ihre Gitterkonstante in einer Richtung parallel zur Schichtebene (in-plane- Gitterkonstante) bevorzugt im wesentlichen durch die in- plane-Gitterkonstante des Aufwachssubstrats bestimmt wird.
Ein derartiges AufwachsSubstrat aus Ali-x(InyGai-y)xN oder Irii-xGaxN mit 0 < x < 0,99 und 0 ≤ y ≤ 1 kann vergleichsweise einfach als Bulk-Material durch Kristallwachsverfahren hergestellt werden und ist daher vergleichsweise kostengünstig. Dies beruht insbesondere darauf, dass die Bindungskräfte der Atome an der Oberfläche dieser ternären und quaternären Nitridverbindungshalbleiter stärker als die Bindungskräfte an der Oberfläche von reinem GaN sind. Die vergleichsweise stabile Kristalloberfläche begünstigt das Kristallwachstum, insbesondere die Herstellung von Einkristallen. Weiterhin zeichnet sich ein derartiges Aufwachssubstrat vorteilhaft durch die intrinsischen Eigenschaften des Bulk-Materials aus . Die Defektdichte (Threading Dislocation Density, TDD) des Aufwachssubstrats beträgt vorteilhaft weniger als 107 cm"2, besonders bevorzugt weniger als 106 cm"2.
Die geringe Defektdichte des AufwachsSubstrats wirkt sich positiv auf die Kristallqualität der Epitaxieschichtenfolge aus. Dadurch erhöhen sich vorteilhaft die Lebensdauer des optoelektronischen Bauelements, insbesondere bei Hochleistungsbauelementen wie Halbleiterlasern, und die Quanteneffizienz bei der Strahlungserzeugung.
Bei dem Aufwachssubstrat kann es sich um ein freitragendes Substrat handeln. Alternativ kann das Aufwachssubstrat aber auch eine sogenanntes Quasisubstrat sein. Unter einem „Quasisubstrat" wird im Rahmen dieser Anmeldung eine dünne Schicht verstanden, die zuvor von einem Halbeleitersubstrat aus dem jeweiligen Halbleitermaterial abgelöst und auf einen anderen Träger übertragen wurde . Ein derartiges Verfahren zum Übertragen einer dünnen Schicht eines Halbleitersubstrats auf einen anderen Träger ist an sich aus der Druckschrift US 5,374,564 bekannt. Dabei werden Ionen durch eine Oberfläche des Halbleitersubstrats implantiert und auf diese Weise eine Ionenimplantationszone in dem Halbleitersubstrat erzeugt. Danach wird das Substrat an dieser Oberfläche, zum Beispiel mittels einer Zwischenschicht wie insbesondere einer Lotschicht, auf dem Träger befestigt. Nachfolgend wird das Halbleitersubstrat entlang der Ionenimplantationszone mittels Tempern zertrennt, so dass eine dünne Schicht des ursprünglichen Halbleitersubstrats auf dem Träger verbleibt und als Aufwachssubstrat, zum Beispiel zum epitaktischen Aufwachsen einer Epitaxieschichtenfolge eines optoelektronischen Bauelements, verwendet werden kann.
Die als Aufwachssubstrat fungierende dünne Schicht auf dem Träger zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass ihre in- plane-Gitterkonstante im wesentlichen durch die Zusammensetzung des Halbleitermaterials bestimmt ist und somit nicht oder nur unwesentlich durch den Träger beeinflusst ist. Sie unterscheidet sich dadurch von einer dünnen epitaktisch aufgewachsenen Schicht, deren in-plane Gitterkonstante im wesentlichen durch das Aufwachssubstrat bestimmt ist. Im Gegensatz zu einer auf den Träger übertragenen Schicht würde sich bei einer epitaktisch aufgewachsenen Schicht die Gitterkonstante erst bei großen Schichtdicken durch die Ausbildung von Defekten einer der Materialzusammensetzung entsprechenden Gitterkonstante anpassen. Die Epitaxieschichtenfolge des optoelektronischen Bauelements basiert auf einem Nitridverbindungshalbeiter . „Auf einem Nitridverbindungshalbleiter basierend" bedeutet im vorliegenden Zusammenhang, dass die Epitaxieschichtenfolge oder zumindest die aktive Schicht ein Nitrid-IIl/V- Verbindungshalbleitermaterial, vorzugsweise A^Ga^nx-n^N umfasst, wobei O ≤ n ≤ l, 0 < m < 1 und n+m ≤ 1. Dabei muss dieses Material nicht zwingend eine mathematisch exakte Zusammensetzung nach obiger Formel aufweisen. Vielmehr kann es einen oder mehrere Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen, die die charakteristischen physikalischen Eigenschaften des AlnGamlnx-n-mN-Materials im Wesentlichen nicht ändern. Der Einfachheit halber beinhaltet obige Formel jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters (Al, Ga, In, N) , auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt sein können.
Die aktive Schicht kann insbesondere eine Strahlungsemittierende aktive Schicht sein. Die aktive Schicht kann zum Beispiel als pn-Übergang, als Doppelheterostruktur, als Einfach-Quantentopfstruktur oder Mehrfach-Quantentopfstruktur ausgebildet sein. Die Bezeichnung Quantentopfstruktur umfasst dabei jegliche Struktur, bei der Ladungsträger durch Einschluss (Confinement) eine Quantisierung ihrer Energiezustände erfahren. Insbesondere beinhaltet die Bezeichnung Quantentopfstruktur keine Angabe über die Dimensionalität der Quantisierung. Sie umfasst somit unter anderem Quantentröge, Quantendrähte und Quantenpunkte und jede Kombination dieser Strukturen.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist auf dem Aufwachssubstrat mindestens eine Pufferschicht angeordnet. Durch die zwischen dem Aufwachssubstrat und der Epitaxieschichtenfolge des optoelektronischen Bauelements angeordnete Pufferschicht wird vorteilhaft ein stufenförmiger oder gradientenförmiger Übergang der Gitterkonstante von dem Aufwachssubstrats auf die Epitaxieschichtenfolge erzielt, wodurch mechanische Spannungen vorteilhaft vermindert werden. Bevorzugt sind auf das Aufwachssubstrat mehrere Pufferschichten aufgebracht, so dass die Gitterkonstante in der Pufferschichtenfolge stufenweise oder in Form eines Gradienten variiert .
Besonders bevorzugt sind mehrere Pufferschichten aus InyAlxGai-x-yN mit x < 0,9 und y < 0,1 zwischen dem Aufwachssubstrat und der Epitaxieschichtenfolge angeordnet. Die Differenz der Gitterkonstanten zwischen den benachbarten Pufferschichten wird vorzugsweise jeweils derart gering gehalten, dass keine zusätzlichen Defekte durch mechanische Verspannungen entstehen. Die Epitaxieschichtenfolge des optoelektronischen Bauelements kann dadurch vorteilhaft auf die oberste der Pufferschichten aufgewachsen werden, die sich vorteilhaft durch eine gute Gitteranpassung an die epitaktischen Schichten und eine geringe Defektdichte auszeichnet.
Bei einer Ausführungsform umfasst die Epitaxieschichtenfolge einen DBR-Spiegel (Distributed Bragg Reflection) , wobei der DBR-Spiegel mehrere Schichtpaare aufweist, die jeweils eine erste Schicht aus InyiAlxiGaα_xl-yiN und eine zweite Schicht aus IRy2AIx2Ga1.x2-y2N enthalten, wobei für den Aluminiumgehalt xl > 0,01 und x2 > 0,05 gilt.
Ein Aufwachssubstrat aus Ali.x(InyGai-y)xN mit 0 < x < 0,99 und 0 ≤ y < 1 hat den Vorteil, dass die Schichtenpaare des DBR- Spiegels im Vergleich zu einem reinen GaN-AufwachsSubstrat bei gleicher Gitterfehlanpassung eine höhere Aluminiumkonzentration aufweisen können. Durch einen verschieden hohen Aluminiumgehalt xl ≠ x2 der alternierenden Schichten des DBR-Spiegels, insbesondere mit xl > 0,01 und x2 > 0,05, erhöht sich der Brechungsindexkontrast in dem DBR- Spiegel, wodurch sich die Reflektivität vorteilhaft erhöht. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass im Vergleich zu einem DBR-Spiegel mit geringerem Aluminiumgehalt der Schichten die gleiche oder sogar eine höhere Reflektivität mit einer geringeren Anzahl von Schichtpaaren erzielt werden kann. Eine geringere Anzahl von Schichtpaaren in dem DBR-Spiegel hat den Vorteil, dass sich der Herstellungsaufwand vermindert und die Wärmeabfuhr aus dem Epitaxieschichtensystem aufgrund der geringeren Gesamtdicke verbessert wird.
Der DBR-Spiegel ist vorteilhaft zwischen dem AufwachsSubstrat und der aktiven Schicht angeordnet. Dies ist vorteilhaft für ein optoelektronisches Bauelement, bei dem die von der aktiven Schicht emittierte Strahlung durch die dem Aufwachssubstrat gegenüberliegende Oberfläche emittiert wird. Der DBR-Spiegel reflektiert in diesem Fall die in Richtung des Aufwachssubstrats emittierte Strahlung zur dem Aufwachssubstrat gegenüberliegenden
Strahlungsaustrittsfläche. Weiterhin kann der DBR-Spiegel einen Resonatorspiegel eines oberflächenemittierenden Halbleiterlasers ausbilden.
Bei dem optoelektronischen Bauelement kann es sich um ein oberflächenemittierendes optoelektronisches Bauelement handeln, also insbesondere um einen oberflächenemittierenden Halbleiterlaser mit Vertikalresonator (VCSEL, Vertical Cavity Surface Emitting Laser) , einen oberflächenemittierenden Halbleiterlaser mit externem Vertikalresonator (VECSEL, Vertical External Cavity Surface Emittiήg Laser) oder eine LED, insbesondere eine LED mit resonator Kavität (RCLED, Resonant Cavity LED) .
Weiterhin kann es sich bei dem optoelektronischen Bauelement um einen kantenemittierenden Halbleiterlaser handeln. Bei dem kantenemittierenden Halbleiterlaser ist die aktive Schicht vorzugsweise zwischen zwei Wellenleiterschichten angeordnet, die einen Wellenleiter ausbilden, in dem sich die von der aktiven Schicht emittierte Strahlung in der Hauptabstrahlungsrichtung ausbreiten kann. Bei einem herkömmlichen kantenemittierenden Halbleiterlaser grenzen auf beiden Seiten der aktiven Schicht jeweils Mantelschichten an die Wellenleiterschichten an, die einen geringeren Brechungsindex aufweisen als die Wellenleiterschichten, so dass der Brechungsindexsprung eine optische Führung der Welle in dem Wellenleiter bewirkt.
Da das Aufwachssubstrat und/oder die Pufferschichten bei dem optoelektronischen Bauelement aufgrund ihres Aluminiumgehalts einen vergleichsweise geringen Brechungsindex aufweisen, kann vorteilhaft auf die von der aktiven Schicht aus gesehen dem Aufwachssubstrat zugewandte Mantelschicht verzichtet werden. Vorzugsweise folgt also nur der von der aktiven Schicht aus gesehen dem AufwachsSubstrat gegenüber liegenden Wellenleiterschicht eine Mantelschicht nach und zwischen dem Aufwachssubstrat und der dem Aufwachssubstrat zugewandten Wellenleiterschicht ist keine Mantelschicht angeordnet. Dadurch ist der Herstellungsaufwand vorteilhaft vermindert und die Wärmeabfuhr in Richtung des Aufwachssubstrats verbessert sich aufgrund der geringen Gesamtschichtdicke der Epitaxieschichtenfolge . Zur Wärmeabfuhr der beim Betrieb des optoelektronischen Bauelements entstehenden Wärme ist das Aufwachssubstrat an der von der aktiven Schicht abgewandten Seite vorzugsweise auf eine Wärmesenke montiert. Bei der Wärmesenke kann es sich um eine passive Wärmesenke, beispielsweise einen Kupferblock, oder eine aktive Wärmesenke, beispielsweise um einen Mikrokanalkühler, handeln. Hierbei ist es von Vorteil, dass das Aufwachssubstrat aus
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oder Ini-xGaxN mit 0 < x < 0,99 und 0 ≤ y ≤ 1 im Vergleich zu dem herkömmlicherweise verwendeten Substraten aus Saphir oder GaN eine verbesserte Wärmeleitfähigkeit aufweist. Somit kann die in der aktiven Schicht erzeugte Wärme effektiv über das Aufwachssubstrat an die Wärmesenke abgeführt werden.
Bei einem Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements gemäß der Erfindung wird ein Aufwachssubstrat aus Ali-x (InyGai-y)xN oder In1-xGaxN mit 0 < x < 0,99 und 0 ≤ y ≤ 1 bereitgestellt, und nachfolgend eine auf einem Nitridverbindungshalbleiter basierende
Epitaxieschichtenfolge, die eine aktive Schicht aufweist, auf das Aufwachssubstrat aufgewachsen.
Vorzugsweise wird vor dem Aufwachsen der
Epitaxieschichtenfolge mindestens eine Pufferschicht auf das Aufwachssubstrat aufgewachsen. Vorteilhaft werden mehrere Pufferschichten InyAlxGai_x_yN mit x < 0,9 und y < 0,1 auf das Aufwachssubstrat aufgebracht.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird vor dem Aufwachsen der Epitaxieschichtenfolge oder gegebenenfalls der einen oder mehreren Pufferschichten eine Temperaturbehandlung des Aufwachssubstrats durchgeführt. Mittels der Temperaturbehandlung können vorteilhaft Oxide und Kohlenstoffverbindungen von der Oberfläche des Aufwachssubstrats entfernt werden. Die Temperaturbehandlung wird vorteilhaft bei einer Temperatur von mehr als 1000 0C, vorzugsweise bei einer Temperatur zwischen 1000 0C und 1100 0C, durchgeführt. Die Temperaturbehandlung erfolgt vorzugsweise in situ, dass heißt in der zum Aufwachsen der Epitaxieschichtenfolge vorgesehenen Hochvakuumkammer. Vorzugsweise erfolgt die Temperaturbehandlung unter Zufuhr von H2-Gasoder NH3-GaS.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Aufwachssubstrat nach dem Aufwachsen der Epitaxieschichtenfolge abgelöst.
Das Ablösen des AufwachsSubstrats von der Epitaxieschichtenfolge erfolgt vorteilhaft mittels eines Laser-Lift-Off -Verfahrens . Das Laser-Lift-Off-Verfahren kann insbesondere dann angewandt werden, wenn das Aufwachssubstrat für Strahlung, die von der Epitaxieschichtenfolge absorbiert wird, transparent ist, so dass die Laserstrahlung durch das Substrat in die Epitaxieschichten eingestrahlt werden kann. Dieses Verfahren kann daher insbesondere bei einem Aufwachssubstrat aus Al1-X (InyGai-y)xN mit x < 0,99 im Gegensatz zu GaN-Substraten angewandt werden, da das Aufwachssubstrat aufgrund des Aluminiumanteils eine größere elektronische Bandlücke aufweist als GaN. Der Aluminiumanteil des Aufwachssubstrats wird vorteilhaft so gewählt, dass das Aufwachssubstrat für Strahlung, die von der Epitaxieschichtenfolge absorbiert wird, transparent ist. Eine alternative Möglichkeit zur Ablösung des Aufwachssubstrats von der Epitaxieschichtenfolge besteht darin, dass vor dem Aufwachsen der Epitaxieschichtenfolge eine Opferschicht auf das Aufwachssubstrat aufgebracht wird, wobei das Aufwachssubstrat nachfolgend durch selektives Ätzen der Opferschicht entfernt wird.
Bevorzugt wird die Epitaxieschichtenfolge vor dem Ablösen des Aufwachssubstrats an der dem Aufwachssubstrat gegenüberliegenden Oberfläche mit einem Träger verbunden. Das Ablösen des Aufwachssubstrats von der Epitaxieschichtenfolge und die Verbindung der Epitaxieschichtenfolge mit einem anderen Träger hat den Vorteil, dass der Träger nicht für das epitaktische Aufwachsen eines Nitridverbindungshalbleiters geeignet sein muss. Es besteht daher eine große Auswahl an geeigneten Materialien für den Träger. Insbesondere kann der Träger aus einem Material bestehen, dass sich eine gute elektrische und/oder thermische Leitfähigkeit und/oder durch geringe Kosten auszeichnet. Beispielsweise kann der Träger aus Ge, GaAs, Si, SiC, einem Metall wie beispielsweise Mo oder Au, einer Metalllegierung, oder einer Keramik wie zum Beispiel AlN gebildet sein.
Dabei ist es von Vorteil, wenn vor dem Verbinden der Epitaxieschichtenfolge mit dem Träger eine reflexionserhöhende Schicht oder Schichtenfolge auf die von dem Aufwachssubstrat abgewandte Oberfläche der Epitaxieschichtenfolge aufgebracht wird. Dies ist von Vorteil, wenn das optoelektronische Bauelement eine LED ist, bei der die Emission von Strahlung durch die dem Träger gegenüberliegende Oberfläche, von der das Aufwachssubstrat abgelöst wurde, erfolgt. Der Träger mit der reflexionserhöhenden Schicht reflektiert Strahlung, die in Richtung des Trägers abgestrahlt wird, vorteilhaft zur Strahlungsaustrittsseite, so dass eine Absorption in dem Träger vermindert wird.
Die Epitaxieschichtenfolge wird vorzugsweise derart auf das Aufwachssubstrat aufgewachsen, dass zuerst ein Bereich n- dotierter Halbleiterschichten und nachfolgend ein Bereich p- dotierter Halbleiterschichten aufgewachsen wird, wobei die aktive Schicht zwischen dem Bereich n-dotierter Halbleiterschichten und dem Bereich p-dotierter Halbleiterschichten angeordnet ist. Wenn das Aufwachssubstrat nach dem Aufwachsen der Epitaxieschichtenfolge abgelöst wird, ist somit im Gegensatz zu herkömmlichen optoelektronischen Bauelementen der Bereich n-dotierter Halbleiterschichten einer Strukturierung zugänglich.
Vorzugsweise wird in dem Bereich der n-dotierten Halbleiterschichten nach dem Ablösen des Aufwachssubstrats eine Strukturierung durchgeführt. Beispielsweise kann es sich bei dem optoelektronischen Bauelement um eine LED handeln, bei der die Emission von Strahlung durch die Oberfläche erfolgt, an der ursprünglich das AufwachsSubstrat angeordnet war. Vorteilhaft wird an dieser von dem Aufwachssubstrat befreiten Oberfläche eine Struktur erzeugt, durch die die Auskopplung von Strahlung aus dem Halbleitermaterial verbessert wird. Bei der Struktur kann es sich insbesondere um eine Aufrauung oder um eine Prismenstruktur handeln.
Die Zugänglichkeit des Bereichs der n-dotierten Halbleiterschichten der Epitaxieschichtenfolge für eine Strukturierung ist insbesondere auch dann vorteilhaft, wenn es sich bei dem optoelektronischen Bauelement um einen Halbleiterlaser handelt. Beispielsweise kann der Bereich der n-dotierten Halbleiterschichten zu einem Rippenwellenleiter strukturiert werden, wobei der Rippenwellenleiter-Laser vorzugsweise an der Seite der p-dotierten Halbleiterschichten ganzflächig auf einen Träger montiert ist.
Das Strukturieren der n-dotierten Halbleiterschichten hat im Vergleich zu herkömmlichen optoelektronischen Bauelementen, bei denen in der Regel der Bereich der p-dotierten Halbleiterschichten strukturiert wird, den Vorteil, dass eine größere Anzahl an geeigneten Plasmaprozessen zur Durchführung der Strukturierung zur Verfügung steht. Es hat sich herausgestellt, dass bei einer Strukturierung von p-dotierten Halbleiterschichten bei einigen Plasmaprozessen die Gefahr besteht, dass die elektrischen Eigenschaften der Schichten bei der Durchführung des Plasmaprozesses degradieren. Im Gegensatz dazu ist der Bereich, der n-dotierten Halbleiterschichten weniger empfindlich, so dass die Gefahr der Degradation der elektrischen Eigenschaften vermindert ist.
Das Ablösen des Aufwachssubstrats von der Epitaxieschichtenfolge ist auch dann von Vorteil, wenn es sich bei dem optoelektronischen Bauelement um einen kantenemittierenden Halbleiterlaser handelt. In diesem Fall können nach dem Ablösen des Aufwachssubstrats Seitenfacetten in der Epitaxieschichtenfolge, welche die Resonätorspiegel des kantenemittierenden Halbleiterlasers ausbilden, auf vergleichsweise einfache Weise durch Ritzen und Spalten der Epitaxieschichtenfolge erzeugt werden. Der Herstellungsaufwand zur Erzeugung der reflektierenden Seitenfacetten ist daher vorteilhaft gering. Die Erfindung wird im Folgenden anhand von
Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den Figuren 1 bis 12 näher erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch ein optoelektronisches Bauelement gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung,
Figur 2 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch ein optoelektronisches Bauelement gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Figur 3 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch ein optoelektronisches Bauelement gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Figur 4 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch ein optoelektronisches Bauelement gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Figur 5 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch ein optoelektronisches Bauelement gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Figur 6 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch ein optoelektronisches Bauelement gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Figur 7 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch ein optoelektronisches Bauelement gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel der Erfindung, Figur 8 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch ,ein optoelektronisches Bauelement gemäß einem achten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Figur 9 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens gemäß der Erfindung anhand von Zwischenschritten,
Figur 10 ein Ausführungsbeispiel eines mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten optoelektronischen Bauelements ,
Figur 11 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten optoelektronischen Bauelements, und
Figur 12 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten optoelektronischen Bauelements .
Gleiche oder gleich wirkende Bestandteile sind jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die dargestellten Bestandteile sowie die Größenverhältnisse der Bestandteile untereinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen.
Bei dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel eines optoelektronischen Bauelements handelt es sich um eine LED 100. Die LED 100 weist ein Aufwachssubstrat 1 aus Ali_χ ( In7Ga1-7) XN oder Ini-xGaxN mit 0 < x < 0,99 und 0 ≤ y ≤ 1 auf . Auf das Aufwachssubstrat 1 sind vorteilhaft mehrere Pufferschichten 2 aufgebracht, die InyAlxGaα.x-yN aufweisen. Dabei gilt bevorzugt x < 0,9 und y < 0,1.
Auf die Pufferschichten 2 ist eine Epitaxieschichtenfolge 6 aufgebracht. Die Epitaxieschichtenfolge 6 umfasst einen n- dotierten Bereich 3, der eine oder mehrere
Halbleiterschichten enthält, und einen p-dotierten Bereich 5, der eine oder mehrere Halbleiterschichten enthält. Zwischen dem n-dotierten Bereich 3 und dem p-dotierten Bereich 5 ist eine aktive Schicht 4 angeordnet .
Die Schichten der Epitaxieschichtenfolge 6, insbesondere die darin enthaltene aktive Schicht 4, basieren auf einem Nitridverbindungshalbleiter .
Die aktive Schicht 4 ist eine Strahlung 13 emittierende Schicht, wobei es sich bei der emittierten Strahlung 13 vorzugsweise um Strahlung aus dem ultravioletten oder aus dem blauen oder grünen sichtbaren Spektralbereich handelt. Bei der aktiven Schicht 4 kann es sich nicht nur um eine Einzelschicht handeln, sondern sie kann auch mehrere Teilschichten umfassen, insbesondere eine Einfach- oder Mehrfach-Quantentopfstruktur .
Zur elektrischen Kontaktierung der LED 100 ist eine p- Kontaktschicht 11 auf die Epitaxieschichtenfolge 6 aufgebracht. Eine n-Kontaktschicht 12 kann beispielsweise auf die Rückseite des Aufwachssubstrats 1 aufgebracht sein.
Das in der LED 100 enthaltene AufwachsSubstrat 1 aus
Al1-X (InyGai_y)xN oder Ini-xGaxN mit 0 < x < 0,99 und 0 < y ≤ 1 zeichnet sich vorteilhaft durch eine geringe Defektdichte von vorzugsweise weniger als 1 x 107 cm"2, besonders bevorzugt von weniger als 1 x 106 cm"2, aus. Eine gute Gitteranpassung an die Epitaxieschichtenfolge 6 kann durch die zwischen dem Aufwachssubstrat 1 und der Epitaxieschichtenfolge 6 eingefügte Pufferschichtenfolge erzielt werden. Die Zusammensetzungen der Pufferschichten 2 variieren dazu vorzugsweise stufenweise oder in Form eines Gradienten, so dass durch das Aufwachsen der Pufferschichtenfolge 2 möglichst geringe mechanische Verspannungen und damit verbundene Defekte entstehen. Weiterhin hat das Aufwachssubstrat 1 den Vorteil, dass es im Vergleich zu GaN- Substraten vergleichsweise kostengünstig hergestellt werden kann.
Bei der Herstellung der LED 100 wird vorzugsweise vor dem epitaktischen Aufwachsen der Pufferschichtenfolge 2 auf das Aufwachssubstrat 1 eine Temperaturbehandlung des Aufwachssubstrats durchgeführt. Die Temperaturbehandlung kann vorteilhaft in situ, das heißt in der zum epitaktischen Aufwachsen der nachfolgenden Schichten vorgesehenen Beschichtungskammer durchgeführt werden. Die Temperaturbehandlung erfolgt bevorzugt bei einer Temperatur von mehr als 1000 0C, besonders bevorzugt bei einer Temperatur zwischen 1000 0C und 1100 0C. Mittels der Temperaturbehandlung, die bevorzugt unter Zufuhr von H2-GaS oder NH3-GaS erfolgt, können vorteilhaft Verunreinigungen wie Oxide oder KohlenstoffVerbindungen von der Substratoberfläche entfernt werden.
Das in Figur 2 dargestellte Ausführungsbeispiel einer LED 100 unterscheidet sich von dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel dadurch, dass die n-Kontaktschicht 12 nicht an der Rückseite des Aufwachssubstrats 1 angeordnet ist, sondern wie die p-Kontaktschicht 11 an der dem Aufwachssubstrat 1 gegenüberliegenden Seite der LED 100 angeordnet ist. Zur Herstellung des n-Kontakts ist die Epitaxieschichtenfolge 6 vorzugsweise in einem Randbereich der LED 100 bis in den n-dotierten Bereich 3 heruntergeätzt, um den n-dotierten Bereich 3 mit der n-KontaktSchicht 12 zu versehen. Die aktive Schicht 4 und der p-dotierte Bereich 5 sind dabei durch eine elektrisch isolierende Passivierungsschicht 14, die insbesondere auf die frei gelegte Seitenflanke der Epitaxieschichtenfolge 6 aufgebracht ist, von der n-Kontaktschicht 12 isoliert. Diese Art der elektrischen Kontaktierung ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn das AufwachsSubstrat 1 nicht elektrisch leitend ist. Eine alternative Möglichkeit zur elektrischen Kontaktierung der LED 100 im Fall eines elektrisch nicht leitenden Aufwachssubstrats besteht darin, dass Durchkontaktierungen von der Rückseite des Aufwachssubstrats 1 durch das Aufwachssubstrat 1 hindurch zu dem mindestens einen n- dotierten Bereich 3 hin geführt sind (nicht dargestellt) .
Bei dem in Figur 3 dargestellten Ausführungsbeispiel eines optoelektronischen Bauelements handelt es sich um einen kantenemittierenden Halbleiterlaser 101. Wie die LEDs der vorherigen Ausführungsbeispiele ist der kantenemittierende Halbleiterlaser 101 auf ein Aufwachssubstrat 1 aus Al1-X (InyGai-y)xN oder Ini-xGaxN mit 0 < x < 0,99 und 0 ≤ y < 1 aufgewachsen. Zwischen dem Aufwachssubstrat 1 und der Epitaxieschichtenfolge 6 des kantenemittierenden Halbleiterlasers 101 sind mehrere Pufferschichten 2, die vorzugsweise mehrere Schichten aus InyAlxGai_x-yN mit x < 0,9 und y < 0,1 umfassen, angeordnet. Die elektrische Kontaktierung des kantenemittierenden Halbleiterlasers erfolgt beispielsweise mittels einer auf die Epitaxieschichtenfolge 6 aufgebrachten p-Kontaktschicht 11 und einer an der Rückseite des Aufwachssubstrats 1 angeordneten n-Kontaktschicht 12.
Die Epitaxieschichtenfolge 6 des kantenemittierenden Halbleiterlasers enthält eine aktive Schicht 4, die zwischen einer ersten Wellenleiterschicht 9 und einer zweiten Wellenleiterschicht 10 angeordnet ist. An den von der aktiven Schicht 4 abgewandten Seiten grenzen an die erste Wellenleiterschicht 9 eine erste Mantelschicht 7 und an die zweite Wellenleiterschicht 10 eine zweite Mantelschicht 8 an.
Vorzugsweise sind die dem AufwachsSubstrat 1 zugewandte erste Mantelschicht 7 und die erste Wellenleiterschicht 9 n-dotiert und die vom Aufwachssubstrat 1 aus gesehen oberhalb der aktiven Schicht 4 angeordnete erste Wellenleiterschicht 10 und zweite Mantelschicht 8 p-dotiert. Die Mantelschichten 7, 8 zeichnen sich durch einen geringeren Brechungsindex als die Wellenleiterschichten 9, 10 aus, und bewirken so, dass die Laserstrahlung 13, die sich in lateraler Richtung ausbreitet, in den Wellenleiterschichten 9, 10 geführt wird.
Das Aufwachssubstrat 1 hat den Vorteil einer geringen Defektdichte, wodurch sich insbesondere die Langzeitstabilität des kantenemittierenden Halbleiterlasers 101 verbessert. Weiterhin sind die Herstellungskosten im Gegensatz zur Verwendung eines GaN-Aufwachssubstrats vergleichsweise gering.
In Figur 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines kantenemittierenden Halbleiterlasers 101 dargestellt. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in Figur 3 dargestellten Ausführungsbeispiel dadurch, dass die Epitaxieschichtenfolge 6 keine dem Aufwachssubstrat 1 zugewandte erste Mantelschicht enthält. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die erste Wellenleiterschicht 9 also direkt auf die Pufferschichtenfolge 2 aufgebracht und nur die vom Aufwachssubstrat aus gesehen oberhalb der aktiven Schicht 4 angeordnete zweite Wellenleiterschicht 10 grenzt an eine zweite Mantelschicht 8 an. Auf die erste Mantelschicht kann vorteilhaft verzichtet werden, wenn das Aufwachssubstrat 1 aus Al1-X (InyGax.yJxN oder In1-JcGaxN mit 0 < x < 0,99 und 0 ≤ y < 1 und/oder die Pufferschichtenfolge 2, die vorteilhaft mehrere Schichten aus InyAli_xGaxN mit x < 0 , 9 und y < 0,1 enthält, aufgrund ihres Aluminiumanteils einen vergleichsweise geringen Brechungsindex aufweisen, der bereits zur optischen Führung der Laserstrahlung in dem aus der aktiven Schicht 4, der ersten Wellenleiterschicht 9 und der zweiten Wellenleiterschicht 10 gebildeten Wellenleiter ausreicht. Durch den Verzicht auf die dem Aufwachssubstrat 1 zugewandte Mantelschicht verringert sich der
Herstellungsaufwand vorteilhaft. Weiterhin reduziert sich die Schichtdicke der Epitaxieschichtenfolge 6, wodurch sich auch die Wärmeabfuhr der von der aktiven Schicht 4 erzeugten Wärme zum Aufwachssubstrat 1 verbessert.
Bei dem in Figur 5 dargestellten Ausführungsbeispiel eines optoelektronischen Bauelements handelt es sich um einen Rippenwellenleiter-Laser 102. Die Schichtenfolge des Rippenwellenleiter-Lasers 102 entspricht im Wesentlichen dem in Figur 3 dargestellten Ausführungsbeispiel eines kantenemittierenden Halbleiterlasers. Der Rippenwellenleiter- Laser 102 unterscheidet sich von dem in Figur 3 dargestellten kantenemittierenden Halbleiterlaser dadurch, dass in der oberen Mantelschicht 8 und der p-Kontaktschicht 11 ein Steg zur Ausbildung eines Rippenwellenleiters erzeugt ist. Die Herstellung des Steges kann beispielsweise mittels eines Ätzprozesses erfolgen, bei dem Teile der p-Kontaktschicht 11 und der Mantelschicht 8 entfernt werden, so dass nur ein streifenförmiger Bereich übrig bleibt. Die freigelegten Bereiche der Mantelschicht 8 und der p-Kontaktschicht 11 sind jeweils mit Passivierungsschichten 14 versehen. Auf die p- Kontaktschicht 11 kann eine Kontaktmetallisierung 15 aufgebracht sein, wobei die außerhalb des zentralen Steges angeordneten Bereiche der Mantelschicht 8 durch die Passivierungsschichten 14 von der Kontaktmetallisierung 15 isoliert sind. Durch diese Art der Strukturierung und Kontaktierung wird die Laseremission in der aktiven Schicht 4 auf einen zentralen streifenförmigen Bereich eingeschränkt.
Die n-seitige Kontaktierung des Rippenwellenleiter-Lasers 102 erfolgt beispielsweise durch eine n-Kontaktschicht 12, die an der von der aktiven Schicht 4 abgewandten Rückseite des Aufwachssubstrats 1 angeordnet sein kann. Im Falle eines nicht leitenden AufwachsSubstrats 1 kann die Kontaktschicht 12 auch als Durchkontaktierung durch das Aufwachssubstrat bis zu den n-dotierten Schichten, beispielsweise den Pufferschichten 2, geführt sein.
Figur 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Rippenwellenleiter-Lasers 102, das sich von dem in Figur 5 dargestellten Ausführungsbeispiel durch die Art der Herstellung des n-Kontakts. Bei dem in Figur 6 dargestellten Rippenwellenleiter-Laser 102 erfolgt die Kontaktierung ähnlich wie bei der in Figur 2 dargestellten LED. Die Epitaxieschichtenfolge 6 ist in einem Randbereich des Rippenwellenleiter-Lasers 102 bis in den Bereich der n- dotierten Halbleiterschichten 7, 9 heruntergeätzt, so dass diese mit einer n-Kontaktschicht 12 kontaktiert werden können. Die aktive Schicht 4 und die p-dotierten Halbleiterschichten 10, 8 sind dabei mittels einer Passivierungsschicht 14 elektrisch von der n-Kontaktschicht 12 isoliert. Diese Art der elektrischen Kontaktierung ist insbesondere dann von Vorteil, wenn das Aufwachssubstrat 1 elektrisch nicht leitend ist.
Bei dem in Figur 7 dargestellten Ausführungsbeispiel eines optoelektronischen Bauelements handelt es sich um eine LED mit resonanter Kavität (RCLED) 103. Die RCLED 103 weist wie die zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele ein AufwachsSubstrat aus Ali_x(InyGai-y)xN oder In1-XGaxN mit 0 < x < 0,99 und 0 ≤ y ≤ 1 auf. Auf das Aufwachssubstrat 1 sind mehrere Pufferschichten 2 aus In7AlxGa1-x_yN mit x < 0,9 und y < 0,1 aufgebracht. Auf die Pufferschichten 2 ist eine Epitaxieschichtenfolge 6 aufgebracht, die einen DBR-Spiegel 16 enthält. Der DBR-Spiegel 16 enthält eine Vielzahl von Schichtpaaren aus ersten Schichten und zweiten Schichten, die sich in ihrer Materialzusammensetzung und somit in ihrem Brechungsindex voneinander unterscheiden.
Vorzugsweise enthalten die Schichtpaare erste Schichten aus InyiAlxiGai.χi-yi und zweite Schichten aus Iny2Alx2Gai-x2-y2, wobei für den Aluminiumgehalt vorteilhaft xl > 0,01 und x2 > 0,05 mit xl ≠ x2 gilt. Dadurch, dass die Schichtpaare des DBR- Spiegels 16 mit einem vergleichsweise hohen Aluminiumgehalt auf dem Aufwachssubstrat 1 und der darauf aufgebrachten Pufferschichtenfolge 2 aufgewachsen werden können, ist es möglich, einen höheren Brechungsindexkontrast zwischen den ersten und zweiten Schichten des DBR-Spiegels 16 zu erzielen, so dass die Anzahl der Schichtpaare im Vergleich zu einem herkömmlichen DBR-Spiegel mit gleicher Reflektivität verringert werden kann. Auf diese Weise verringert sich vorteilhaft die Schichtdicke der Epitaxieschichtenfolge 6, was sich positiv auf die Wärmeabfuhr der von der aktiven Schicht 4 erzeugten Wärme auswirkt .
Vorteilhaft für die Wärmeableitung der von der aktiven Schicht 4 erzeugten Wärme ist weiterhin, dass das Aufwachssubstrat aus Ali_x (InyGai-y) XN oder In1-XGaxN mit 0 < x < 0,99 und 0 ≤ y ≤ 1 im Vergleich zu herkömmlich zum Aufwachsen von Nitridverbindungshalbleitern verwendeten Substraten wie Saphir oder GaN eine vergleichsweise gute Wärmeleitfähigkeit aufweist.
Die Halbleiterschichten des DBR- Spiegels 16 sind bevorzugt n- dotiert. Auf den DBR-Spiegel 16 folgen mindestens ein Bereich n-dotierter Halbleiterschichten 3, die aktive Schicht 4 und mindestens ein Bereich p-dotierter Halbleiterschichten 5. Auf den p-dotierten Bereich 5 ist eine p-Kontaktschicht 11 aufgebracht, die einen Teil der von der aktiven Schicht 4 emittierten Strahlung 13 zurückreflektiert und somit mit dem DBR-Spiegel 16 eine Kavität ausbildet. Auf diese Weise wird erreicht, dass die RCLED 103 Strahlung 13 mit hoher Intensität in eine Vorzugsrichtung senkrecht zur aktiven Schicht 4 emittiert. Um einen geringen Strahlquerschnitt zu erzielen, ist die teilweise reflektierende p-Kontaktschicht 12 nur auf einen zentralen Teilbereich des p-dotierten Bereichs 5 aufgebracht, wobei die seitlich angrenzenden Bereiche vorzugsweise mit einer Passivierungsschicht 14 versehen sind.
Die anhand des in Figur 7 dargestellten Ausführungsbeispiels beschriebenen Vorteile des Aufwachssubstrats 1 und des darauf aufgebrachten DBR-Spiegels 16 treffen auch auf das in Figur 8 dargestellte optoelektronische Bauelement zu, bei dem es sich /um einen oberflächenemittierenden Halbleiterlaser mit Vertikalresonator (VCSEL) 104 handelt. Bei dem oberflächenemittierenden Halbleiterlaser 104 bildet der DBR- Spiegel 16 den ersten Resonatorspiegel für die Laserstrahlung 13. Der zweite Resonatorspie'gel des oberflächenemittierenden Halbleiterlasers wird durch einen von der aktiven Schicht 4 aus gesehen dem ersten DBR-Spiegel 16 gegenüberliegenden zweiten DBR-Spiegel 18 ausgebildet. Im Gegensatz zum ersten DBR-Spiegel 16, der vorzugsweise aus alternierenden n- dotierten Halbleiterschichten gebildet ist, wird der zweite DBR-Spiegel 18 durch alternierende dielektrische Schichten gebildet. Der zweite DBR-Spiegel 18 ist auf eine transparente KontaktSchicht 17 aufgebracht, die zur elektrischen Kontaktierung des oberflächenemittierenden Halbleiterlasers 104 dient. Die transparente Kontaktschicht 17 grenzt in einem zentralen Bereich des oberflächenemittierenden Halbleiterlasers 104 an den p-dotierten Bereich 5 an. Um den Stromfluss und somit auch die Erzeugung von Laserstrahlung 13 auf einen zentralen Bereich des oberflächenemittierenden Halbleiterlasers 104 zu beschränken, ist die transparente Kontaktschicht 17 in den Randbereichen des oberflächenemittierenden Halbleiterlasers durch Passivierungsschichten 14 von der Epitaxieschichtenfolge isoliert. Seitlich des DBR-Spiegels 18 kann die transparente Kontaktschicht mit Kontaktmetallisierungen 15 versehen sein. Die Auskopplung der von dem oberflächenemittierenden Halbleiterlaser 104 erzeugten Strahlung 13 erfolgt durch den zweiten DBR-Spiegel 18. Die elektrische Kontaktierung des oberflächenemittierenden Halbleiterlasers 104 erfolgt zum einen durch die transparente Kontaktschicht 17 in Verbindung mit den Kontaktmetallisierungen 15 und zum anderen beispielsweise durch eine auf die Rückseite des Aufwachssubstrats aufgebrachte n-Kontaktschicht 12. Alternativ kann die elektrische Kont.aktierung der n-dotierten Seite des oberflächenemittierenden Halbleiterlasers 104 auch wie bei dem in Figur 6 dargestellten Rippenwellenleiter-Laser erfolgen. Die n-Kontaktschicht 12 kann im Falle eines nichtleitenden Aufwachssubstrats 1 alternativ auch mittels Durchkontaktierungen durch das Aufwachssubstrat 1 elektrisch leitend mit den n-dotierten Halbleiterschichten des oberflächenemittierenden Halbleiterlasers 104 verbunden sein.
In den Figuren 9a bis 9e wird ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand von Zwischenschritten näher erläutert .
Bei dem in Figur 9a dargestellten Zwischenschritt wird ein AufwachsSubstrat aus Al1-X(In7GaI-Y)xN oder Ini_xGaxN mit 0 < x < 0,99 und 0 ≤ y ≤ 1 bereitgestellt, auf das die Epitaxieschichtenfolge eines optoelektronischen Bauelements aufgewachsen werden soll. Das Aufwachssubstrat 1 wird vorteilhaft in situ, das heißt in der zum Aufwachsen der Epitaxieschichtenfolge vorgesehenen Beschichtungskammer, einer Temperaturbehandlung bei einer Temperatur T von vorzugsweise mehr als 1000 0C, beispielsweise zwischen 1000 0C und 1100 0C, unterzogen. Die Temperaturbehandlung findet vorzugsweise unter Zufuhr von H2 oder NH3-GaS statt und dient dazu, Kohlenstoff und/oder Sauerstoff enthaltende Verunreinigungen von der Oberfläche des Aufwachssubstrats 1 zu entfernen.
Bei dem in Figur 9b dargestellten Zwischenschritt ist eine Halbleiterschichtenfolge auf das so vorbehandelte Aufwachssubstrat 1 aufgewachsen worden. Unmittelbar auf das Aufwachssubstrat 1 ist eine Pufferschichtenfolge 2, die mehrere Schichten aus In7Al3^xGaxN mit x < 0,9 und y < 0,1 enthält, aufgewachsen worden. Auf die Pufferschichten 2 ist eine Epitaxieschichtenfolge 6 des optoelektronischen Bauelements aufgewachsen, die mindestens eine n-dotierte Halbleiterschicht 3, die aktive Schicht 4 und mindestens eine p-dotierte Halbleiterschicht 5 enthält. Auf die mindestens eine p-dotierte Halbleiterschicht 5 ist eine p-Kontaktschicht 11 aufgebracht. Die Epitaxieschichtenfolge 6 entspricht somit dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel einer LED.
Bei dem in Figur 9c dargestellten Zwischenschritt des Verfahrens ist auf die p-Kontaktschicht 11 ein Träger 19 aufgebracht worden. Der Träger 19 ist vorzugsweise elektrisch leitend, so dass vorteilhaft ein elektrischer Kontakt für das mit dem Verfahren hergestellte optoelektronische Bauelement über den Träger 19 realisiert werden kann.
Nachfolgend wird das Aufwachssubstrat 1 durch ein Laser-Lift- Off-Verfahren abgelöst. Dabei wird Laserstrahlung 20 durch das Aufwachssubstrat 1 hindurch in die zuvor aufgebrachten Halbleiterschichten eingestrahlt. Dabei wird ausgenutzt, dass das Aufwachssubstrat 1 aus Al1-X(In7GaI-Y)xN oder Ini-xGaxN mit 0 < x < 0,99 und 0 ≤ y ≤ 1 vorteilhaft für Laserstrahlung transparent ist, die von den Halbleiterschichten absorbiert wird. Die Laserstrahlung 20 wird vorzugsweise im Bereich der Pufferschichtenfolge 2 absorbiert, wobei die Absorption der LaserStrahlung 20 dazu führt, dass das Halbleitermaterial derart zersetzt wird, dass der Halbleiterkörper in diesem Bereich durchtrennt wird, wie es in Figur 9d schematisch dargestellt ist. Nach dem Durchtrennen des Halbleiterkörpers mittels des Laser-Lift-Off -Verfahrens liegen also das Aufwachssubstrat 1, gegebenenfalls mit Resten der Pufferschichtenfolge 2a, und die Epitaxieschichtenfolge 6 auf dem Träger 19 separiert voneinander vor. Die auf den zertrennten Hälften des Halbleiterkörpers verbleibenden Reste der Pufferschichtenfolge 2a, 2b können beispielsweise mittels eines Ätzverfahrens von dem Aufwachssubstrat 1 oder der Epitaxieschichtenfolge 6 entfernt werden. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass das Aufwachssubstrat 1 zum Aufwachsen weiterer Halbleiterschichtenfolgen wiederverwertet werden kann.
Mit dem Teil des separierten Halbleiterkörpers, der den Träger 19 und die Epitaxieschichtenfolge 6 enthält, wird in den folgenden Verfahrensschritten das optoelektronische Bauelement fertig gestellt. Vorzugsweise wird, wie in Figur 9e dargestellt ist, die von den Resten der Pufferschichtenfolge befreite n-dotierte Bereich 3 der Epitaxieschichtenfolge 6 mit einer Strukturierung 21 versehen, durch die die Strahlungsauskopplung aus dem optoelektronischen Bauelement verbessert wird. Beispielsweise kann die dem Träger 19 gegenüberliegende Oberfläche des n- dotierten Bereichs 3, durch die bei dem optoelektronischen Bauelement die Strahlung ausgekoppelt wird, derart aufgeraut werden, dass der Anteil der von der aktiven Schicht 4 emittierten Strahlung, der an der Grenzfläche zwischen dem n- dotierten Bereich 3 und dem Umgebungsmedium totalreflektiert wird, vermindert wird.
Weiterhin wird zumindest ein Teilbereich der Oberfläche des n-dotierten Bereichs 3 mit einer n-Kontaktschicht 12 versehen, um das optoelektronische Bauelement, bei dem es sich um eine LED 100 handelt, fertig zu stellen.
In den Figuren 10, 11 und 12 sind drei weitere Ausführungsbeispiele von optoelektronischen Bauelementen dargestellt, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt sind. Diesen Ausführungsbeispielen ist gemeinsam, dass die in diesem optoelektronischen Bauelementen enthaltene Epitaxieschichtenfolge jeweils auf einem AufwachsSubstrat aus Al1-X (InyGai-y)xN oder Ini-xGaxN mit 0 < x < 0,99 und 0 ≤ y ≤ 1 aufgewachsen wurde, das nach dem Verbinden der Epitaxieschichtenfolge auf der dem Aufwachssubstrat gegenüber liegenden Seite mit einem Träger von der Epitaxieschichtenfolge abgelöst wurde. Diese Verfahrensschritte entsprechen den in Zusammenhang mit den Figuren 9a bis 9d erläuterten Verfahrensschritten und werden daher im Folgenden nicht näher erläutert .
Die in den Figuren 10, 11 und 12 dargestellten optoelektronischen Bauelemente unterscheiden sich aber in der Art der Epitaxieschichtenfolge 6 von dem in Figur 9e dargestellten Ausführungsbeispiel und in der Art der Strukturierung der durch das Ablösen des Aufwachssubstrats zugänglich gewordenen n-dotierten Halbleiterschichten. Diese Unterschiede zu der in Figur 9e dargestellten LED 100 werden im Folgenden näher erläutert .
Bei dem in Figur 10 dargestellten optoelektronischen Bauelement handelt es sich um einen Rippenwellenleiter-Laser 102. Die Epitaxieschichtenfolge 6 des Rippenwellenleiter- Lasers 102 entspricht im wesentlichen dem in Figur 5 dargestellten Ausführungsbeispiel, das heißt sie enthält eine n-dotierte erste Mantelschicht 7, eine n-dotierte erste Wellenleiterschicht 9, die aktive Schicht 4, eine zweite p- dotierte Wellenleiterschicht 10 und eine zweite p-dotierte Mantelschicht 8. Im Gegensatz zu dem in Figur 5 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Rippenwellenleiter des Rippenwellenleiter-Lasers 102 nicht in der p-dotierten Mantelschicht 8, sondern in der n-dotierten Mantelschicht 7, die nach dem Ablösen des Aufwachssubstrats einer Strukturierung zugänglich ist, erzeugt worden. Die n-dotierte Mantelschicht 7 ist beispielsweise durch einen Ätzprozeß zu einem Rippenwellenleiter strukturiert worden, wobei die seitlich an den Rippenwellenleiter angrenzenden Bereiche jeweils mit Passivierungsschichten 14 versehen sind. Auf den mit den Passivierungsschichten 14 versehenen
Rippenwellenleiter ist eine n-Kontaktschicht 12 aufgebracht. Die p-seitige Kontaktierung des Steifenlasers 102 erfolgt über eine p-Kontaktschicht 11, die auf die p-dotierte Mantelschicht 8 aufgebracht ist. An der p-Kontaktschicht 11 ist der elektrisch leitfähige Träger 19 angeordnet.
Das Erzeugen des Rippenwellenleiters in der n-dotierten Mantelschicht 7 hat den Vorteil, dass die Gefahr einer Degradation der elektrischen Eigenschaften vermindert ist, da sich herausgestellt hat, dass n-dotierte Schichten im Vergleich p-dotierten Schichten hinsichtlich ihrer elektrischen Eigenschaften weniger empfindlich gegenüber Ätzprozessen, insbesondere Plasmaätzprozessen, sind.
Figur 11 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines optoelektronischen Bauelements in Form eines oberflächenemittierenden Halbleiterlasers 104 mit Vertikalresonator (VCSEL) , bei dem die Epitaxieschichtenfolge 6 auf einem Aufwachssubstrat aus Al1-* (InyGai-y) XN oder Ini_xGaxN mit 0 < x < 0,99 und 0 ≤ y ≤ 1 aufgewachsen wurde, dass von der Epitaxieschichtenfolge 6 abgelöst wurde, so dass der Bereich der n-dotierten Halbleiterschichten einer Strukturierung zugänglich ist. Die Epitaxieschichtenfolge 6 des oberflächenemittierenden Halbleiterlasers 104 weist mindestens einen p-dotierten Bereich 5, die aktive Schicht 4, einen n-dotierten Bereich 3 und einen n-dotierten DBR-Spiegel 16 auf. Die n-dotierten Halbleiterschichten 3, 16 und die aktive Schicht 4 sind zu einer Mesa strukturiert worden. Auf den unstrukturierten p- dotierten Bereich 5 ist auf der von der aktiven Schicht 4 abgewandten Seite ein DBR-Spiegel 18 aufgebracht, der vorzugsweise aus dielektrischen Schichten gebildet ist. Der n-dotierte DBR-Spiegel 16 und der dielektrische DBR-Spiegel 18 bilden den Laserresonator des oberflächenemittierenden Halbleiterlasers 104 aus.
Der DBR-Spiegel 18 ist vorzugsweise so strukturiert, dass er die gleiche Ausdehnung aufweist wie die durch die aktive Schicht 4, den n-dotierten Bereich 3 und den DBR-Spiegel 16 gebildete Mesa. Der dielektrische DBR-Spiegel 18 wird beispielsweise vor dem Ablösen des Aufwachssubstrats strukturiert, bevor der Halbleiterkörper mit dem Träger 19 verbunden wird. Die elektrische Kontaktierung des oberflächenemittierenden Halbleiterlasers 104 erfolgt über p- Kontaktschichten 11, die seitlich des DBR-Spiegels 18 angeordnet sind und an den p-dotierten Bereich 5 angrenzen. Eine n-Kontaktschicht 12 ist auf den DBR-Spiegel 16 aufgebracht. Die n-Kontaktschicht 12 ist vorzugsweise eine transparente Kontaktschicht, insbesondere aus einem elektrisch leitfähigen transparenten Oxid wie beispielsweise ITO oder ZnO, oder sie weist eine vorzugsweise kreisförmige Öffnung zur Auskopplung der von dem oberflächenemittierenden Halbleiterlaser 104 emittierten Strahlung auf. Der Träger 19 ist an dem DBR-Spiegel 18 und den seitlich davon angeordneten p-Kontaktschichten 11 angeordnet. Bei dem in Figur 12 dargestellten optoelektronischen Bauelement, das mit einem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellt worden ist, handelt es sich um eine LED mit resonanter Kavität (RCLED) 103. Die RCLED 103 weist wie der in Figur 11 dargestellte VCSEL eine Mesa-Struktur auf, die die aktive Schicht 4, einen n-dotierten Bereich 3 und einen n-dotierten DBR-Spiegel 16 aufweist. Ebenfalls weist die RCLED 103 mindestens einen p-dotierten Bereich 5 auf. Im Gegensatz zu dem im vorherigen Ausführungsbeispiel beschriebenen VCSEL weist die RCLED 103 auf dem p-dotierten Bereich 5 nicht einen weiteren DBR-Spiegel, sondern lediglich eine teilweise reflektierende p-Kontaktschicht 11 aufweist. An der reflektierenden p-Kontaktschicht 11 ist die RCLED 103 mit einem leitfähigen Träger 19 verbunden. Ein zweiter elektrischer Kontakt der RCLED 103 ist dadurch realisiert, dass auf den n-dotierten DBR-Spiegel 16 eine n-Kontaktschicht 12 aufgebracht ist.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.

Claims

Patentansprüche
1. Optoelektronisches Bauelement, das eine auf einem Nitridverbindungshalbleiter basierende
Epitaxieschichtenfolge (6) mit einer aktiven Schicht (4) aufweist, durch gekennzeichnet, dass es ein Aufwachssubstrat (1) aus Al1.* (ϊnyGai-y)xN oder
Ini-xGaxN mit 0 < x < 0,99 und 0 ≤ y ≤ 1 aufweist.
2. Optoelektronisches Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufwachssubstrat (1) eine Defektdichte von weniger als 107 cm"2 aufweist.
3. Optoelektronisches Bauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Aufwachssubstrat (1) mindestens eine Pufferschicht (2) angeordnet ist.
4. Optoelektronisches Bauelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Aufwachssubstrat (1) mehrere Pufferschichten (2) aus In7AlxGa1-X-7N mit x < 0,9 und y < 0,1 aufgebracht sind.
5. Optoelektronisches Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, dass die Epitaxieschichtenfolge (6) einen DBR-Spiegel (16) umfasst, wobei der DBR-Spiegel (16) mehrere Schichtpaare aufweist, die jeweils eine erste Schicht aus InyiAlxxGai-xi-yiN und eine zweite Schicht aus Iny2Alx2Gai-x2-y2N enthalten, wobei für den Aluminiumgehalt xl > 0,01 und x2 > 0,05 gilt.
6. Optoelektronisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das optoelektronische Bauelement ein kantenemittierender
Halbleiterlaser (101) ist.
7. Optoelektronisches Bauelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die aktive Schicht (4) des- kantenemittierenden Halbleiterlasers (101) zwischen zwei
Wellenleiterschichten (9, 10) angeordnet ist, wobei der von der aktiven Schicht (4) aus gesehen dem Aufwachssubstrat (1) gegenüberliegenden Wellenleiterschicht (10) eine Mantelschicht (8) nachfolgt und zwischen dem Aufwachssubstrat (1) und der dem Aufwachssubstrat (1) zugewandten Wellenleiterschicht (9) keine Mantelschicht angeordnet ist.
8. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen
Bauelements, umfassend die Verfahrensschritte :
- Bereitstellen eines Aufwachssubstrats (1) aus Al1-X(InYGa1-Y)xN oder In1-XGaxN mit 0 < x < 0,99 und 0 ≤ Y ≤ 1, und
- Aufwachsen einer auf einem Nitridverbindungshalbleiter basierenden Epitaxieschichtenfolge (6) , die eine aktive Schicht (4) aufweist.
9. Verfahren nach Anspruch 8 , dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Aufwachsen der Epitaxieschichtenfolge (6) . mehrere Pufferschichten (2) aus InyAlxGax-x-yN mit x < 0,9 und y < 0,1 auf das Aufwachssubstrat (1) aufgewachsen werden.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufwachssubstrat (1) nach dem Aufwachsen der Epitaxieschichtenfolge (6) abgelöst wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Epitaxieschichtenfolge (6) vor dem Ablösen des Aufwachssubstrats (1) an der dem Aufwachssubstrat (1) gegenüberliegenden Oberfläche mit einem Träger (19) verbunden wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass beim Aufwachsen der Epitaxieschichtenfolge (6) zuerst ein Bereich n-dotierter Halbleiterschichten (3) und nachfolgend ein Bereich p-dotierter Halbleiterschichten (5) aufgewachsen wird, und in dem Bereich der n- dotierten Halbleiterschichten (3) nach dem Ablösen des Aufwachssubstrats (1) eine Strukturierung durchgeführt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturierung die Herstellung einer Struktur (21) zur Verbesserung der Strahlungsauskopplung aus der Epitaxieschichtenfolge (6) umfasst.
14. Verfahren nach Anspruch 12 , dadurch gekennzeichnet, dass in dem Bereich der n-dotierten Halbleiterschichten (3) eine Streifenstruktur zur Herstellung eines Rippenwellenleiter-Lasers (102) erzeugt wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass durch Ritzen und Spalten der Epitaxieschichtenfolge (6) Seitenfacetten für einen kantenemittierenden Halbleiterlaser (101) in der Epitaxieschichtenfolge (6) erzeugt werden.
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